סוד רביית העגבנייה
31/08/2021
בשונה מצמחי בר, שבהם נפוצה הפריה זרה, בצמחי תרבות וחקלאות רבים נפוצה הפריה עצמית. נספר לכם על הפריה זרה, הפריה עצמית ועל מחקר חדש שמתאר איך צמח העגבנייה התרבותית עבר ממצב אחד לשני.
רבייה מינית היא אחת התופעות המרתקות ביותר בטבע. בדומה למצב בבעלי החיים, שם יצירת הדור הבא מחייבת בדרך כלל הפריה זרה, כלומר שני פרטים נפרדים בעלי זוויג שונה, בצמחים בטבע קיימים מנגנונים שונים המעודדים הפריה זרה. הפריה כזאת מאפשרת יצירת שונוּת גנטית בצאצאים, ועל ידי כך התמודדות טובה יותר עם שינויים עתידיים בתנאי הסביבה.
מנגנון אחד נקרא "אי התאם עצמי". למרות קיומן של שתי מערכות רבייה, בצמחים שבהם יש מנגנון של "אי התאם עצמי", הַאֲבָקָה והפרייה עצמית אינן אפשריות.
מנגנון שני שמעודד הפריה זרה על פני הפריה עצמית הוא הפרדה בזמן או במיקום של מערכות הרבייה שנמצאות על אותו הצמח. למשל, מיקום האיברים הנקביים מעל האיברים הזכריים (כפי שיתואר בהמשך) או הבשלה של אבקה זמן רב לפני או אחרי שהאיברים הנקביים בשלים להפריה.
בניגוד למצב בטבע, במרבית הצמחים המשמשים כגידולים חקלאיים כיום רווחת שיטה של רבייה עצמית. בשיטה זו, לרוב, קיימות באותו צמח שתי מערכות רבייה – הנקבית (עלי, המורכב מצלקת ועמוד עלי שבתחתיתו נמצאת השחלה המכילה ביציות) והזכרית (אבקנים, שבהם נמצאים גרגרי האבקה). שיטה זו מגדילה את הסיכוי להפריה יעילה וכך להגדלת היבול, שכן היא מפחיתה את התלות בגורמי האבקה בלתי תלויים, כמו אקלים (רוח) ובעלי חיים, שעשויים להיות מושפעים משינויים פנימיים או חיצוניים להם (כמו תנאי הסביבה). בפועל, במקרים רבים עדיין משתמשים במאביקים לעודד האבקה ולהגדיל את היבול.
למעשה, על מנת שתתאפשר הפריה עצמית דרושה מערכת מתואמת ומבוקרת היטב בין איברי הרבייה הזכריים והנקביים. כלומר, במעבר מהפריה זרה להפריה עצמית דרוש שינוי מהותי בארגון איברי הפרח ובתזמון הבשלתם. איך התפתחה מערכת מבוקרת כזו?
במחקר חדש, [1] שפורסם החודש בכתב העת The Plant Cell, בחנו חוקרים מסין איך התפתחה מערכת של רבייה עצמית בעגבניות מתורבתות. בעגבניית הבר שבטבע קיים מנגנון של הפרדה במיקום מערכות הרבייה הזכרית והנקבית. כלומר, עמוד העלי בולט מחוץ לאבקנים, מה שמקשה על גרגרי האבקה מאותו הפרח לנחות עליו. כתוצאה מכך יש העדפה של הפריה זרה (ראו משמאל באיור). לעומת זאת, בעגבנייה התרבותית יש העדפה של הפריה עצמית, מאחר שעמוד העלי קצר יותר מהאבקנים (ראו מימין באיור).
השינוי באורך ובמיקום עמוד העלי ביחס לאבקנים בעגבנייה תרבותית ובעגבניית הבר. בצד שמאל, פרח עגבנייה ובו עמוד העלי והצלקת בולטים מחוץ לאבקנים (דומה לפרח של עגבניית הבר). בצד ימין, עמוד העלי והצלקת נמצאים בתוך האבקנים (דומה לפרח של עגבנייה תרבותית). באמצע, עמוד העלי והצלקת נמצאים באותו הגובה של האבקנים (בדומה לפרח של עגבנייה תרבותית מוקדמת).
במחקר הנוכחי רצו החוקרים להבין מה היה הגורם לשינויים במיקום מערכת הרבייה הנקבית לעומת הזכרית במהלך ביות העגבנייה התרבותית. החוקרים אספו 277 זנים שונים של עגבניות בר ועגבניות מתורבתות, ריצפו את ה-DNA שלהן ומדדו את אורך עמוד העלי והאבקנים שלהן. הצלבת המידע מריצוף ה-DNA ואורך איברי הרבייה אפשרה את הזיהוי של חלבון מסוים (נקרא לו כאן "חלבון 1") שלא היה מוכר עד כה. החוקרים מצאו שמתוך 277 הזנים, באלה שהיו מהזן התרבותי נמצא מתאם חיובי (קורלציה) בין נוכחות חלבון 1 לא מתפקד לבין אורך עמוד העלי, שהיה נמוך מהאבקנים. לעומת זאת, באלה שהיו מזן הבר נמצא שחלבון 1 תקין והעלי היה ארוך יותר מהאבקנים. לכן שיערו החוקרים שיש קשר בין תפקוד חלבון 1 להבדל באורך עמוד העלי של עגבניית הבר והעגבנייה התרבותית.
כדי לבדוק את השערתם ולהבין מה החשיבות של חלבון 1 בקביעת אורך עמוד העלי בעגבנייה יצרו החוקרים צמחי עגבנייה תרבותית בעלי רמות גבוהות של חלבון זה. בצמחים אלה עמוד העלי היה ארוך יותר מבעגבנייה התרבותית, אבל קצר יותר מאשר זה של עגבניית הבר (ראו איור). לאחר מכן יצרו החוקרים צמחי עגבניות בר שבהם חלבון 1 אינו תקין. צמחים אלה היו דומים לעגבנייה התרבותית מבחינת אורך עמוד העלי, כלומר קצר יותר מהאבקנים! (ראו איור). ביחד, שני ניסויים אלה מציעים שלתפקוד חלבון 1 יש חשיבות בקביעת אורך עמוד העלי ומיקום הצלקת ביחס לאבקנים. כשהחלבון תקין ומתפקד (כמו בעגבניית הבר) עמוד העלי בולט החוצה מהאבקנים. כשחלבון 1 אינו תקין ולא מתפקד (כמו בעגבנייה התרבותית) עמוד העלי קצר והצלקת נמצאת בתוך האבקנים.
במחקר אחר, [2] שהתפרסם בשנת 2007 בכתב העת המדעי Science, נמצא שלחלבון נוסף (נקרא לו "חלבון 2") תפקיד חשוב בבקרת אורך עמוד העלי של העגבנייה. בדומה לחלבון 1, גם חלבון 2 מעודד התארכות של עמוד העלי בעגבניית הבר. בעגבנייה התרבותית נמצא שתפקוד חלקי של חלבון 2 גורם להתקצרות של עמוד העלי. כלומר בעגבניית הבר שני החלבונים תקינים ולכן מעודדים היווצרות של עמוד עלי ארוך ובולט מחוץ לאבקנים, ואילו בעגבנייה התרבותית עמוד העלי קצר ונמצא בתוך האבקנים כתוצאה מפעילות חלקית ולא תקינה של שני החלבונים. ממצאים אלה מראים שבמהלך ביות העגבנייה, שתי מוטציות אקראיות ועוקבות בשני חלבונים שונים היו חיוניות ואפשרו את התקצרות עמוד העלי ואת המעבר להאבקה עצמית. ראשית, התרחשה מוטציה בחלבון 2, שגרמה להתקצרות חלקית של עמוד העלי, ולאחר מכן מוטציה שנייה בחלבון 1, שגרמה לכניסת הצלקת ועמוד העלי לתוך ומתחת האבקנים.
המחקר החדש מוסיף עוד רובד חשוב להבנה שלנו את התהליכים שבבסיס השינויים המורפולוגיים בין צמחי בר ותרבות. ייתכן שבעתיד, יישום מידע זה בגידולים נוספים יאפשר שינוי של מנגנוני הרבייה ובכך יסייע בהגדלת היבול בצמחי חקלאות נוספים.
עריכה: ינון קחטן
מקורות והרחבות:
פוסטדוקטורנט באוניברסיטת ציריך, מחקרו עוסק בהתפתחות ואבולוציה של מערכת הרבייה בצמחים
מעצבת ומאיירת. נעה היא מעצבת פנים בעלת הסטודיו Noa&Mia Designs המתמחה בחללים מסחריים, מאיירת איורים למאמרים מדעיים וסטודנטית לתואר השני בעיצוב תעשייתי בבצלאל.
