מחקר חדש חשף את המנגנון שמתאם בין עיתוי נביטת זרעים לזמינות המים בסביבה: בזרעים יש חלבון מיוחד, שתפקידו לעכב נביטה. כאשר שוררים תנאי יובש החלבון מפוזר בתא, אך עם חשיפה למים הוא מתקבץ לצְבָרים, מצב שבו הוא בלתי-פעיל. כך מוסר העיכוב, והזרע יכול לנבוט.

אומנם המים חיוניים לכל צורות החיים, אך לא תמיד הם זמינים. כדי להבטיח הישרדות גם בתנאי יובש, פיתחו יצורים רבים מנגנונים להתמודדות עם מחסור ממושך במים. דוגמה ייחודית לכך מתגלה בזרעים: זרעים של צמחים רבים יכולים להישאר במצב רדום במשך זמן רב, לעתים גם אלפי שנים. חדירה של מים לזרעים יכולה לעודד תהליכי התעוררות ונביטה, כתלות בכמות המים ובמשך הזמן שבו היו הזרעים במגע עם המים. זרעים יכולים להישאר חיוניים גם לאחר כמה מחזורים של ייבוש והרטבה, אך מרגע שהחל תהליך הנביטה אין לזרע דרך חזרה לתרדמה, והוא ינבוט. כשזרע נובט בתנאים לא-מתאימים או בזמן לא-נכון, נפגעים סיכוייו של הצמח הבוגר לשרוד, ולכן צריכים הצמחים מנגנון בקרה מדויק, שיתזמן את הנביטה בהתאם לתנאי הסביבה. על אף החשיבות הרבה של מנגנון בקרה כזה, לא היה ידוע עד לאחרונה אם קיים מנגנון מולקולרי שמפעיל אותו, ואם הוא אכן קיים – איך הוא מאפשר לזרעים לנבוט בזמן ובתנאים המתאימים.

מאמר שפורסם בתחילת אוגוסט בכתב העת Cell מתאר מחקר שהתחקה אחר המנגנון המתאם בין נביטת הזרעים לזמינות המים [1]. החוקרים בחנו מאגרי נתונים, ומצאו 449 חלבונים ששכיחותם בזרעים יבשים גבוהה בהשוואה לשכיחות שלהם ברקמות אחרות בצמח. כמה מחלבונים אלה כוללים חלקים ייחודיים הקרויים דמויי-פְּריוֹנים, וידוע שהם גורמים להיווצרות צברים של חלבונים בתגובה להרטבה במים (בשונה מחלבונים "רגילים", אשר יוצרים צברים בסביבה יבשה).

במאמר מוסגר נזכיר כי פריונים הם חלבונים שלהם שני מצבים תפקודיים, מצב פעיל ומצב לא-פעיל, והם עשויים לעבור ממצב למצב ללא טריגר חיצוני. פריונים גורמים למחלות ניווניות שונות, שהמוכרות ביניהן הן מחלת קרויצפלד-יעקב בבני אדם וספגת המוח ("הפרה המשוגעת") בבקר [2].

מבין החלבונים הספציפיים לזרעים יבשים שכללו רצפים דמויי-פריונים התמקדו החוקרים בחלבון אחד, שלא אופיין במחקרים קודמים, ונתנו לו את השם FLOE1.
בשלב הראשון בחנו החוקרים את מופע החלבון בזרעים בתנאי סביבה שונים. נמצא כי בזרעים יבשים היה החלבון מפוזר בתאים (צד ימין באיור), אך כאשר נחשפו הזרעים למים, החלו מולקולות החלבון להתקבץ בצברים בתוך פחות מדקה (צד שמאל באיור). כאשר יובשו הזרעים שוב, הצברים התפרקו והחלבון שב והתפזר ברחבי התא. נמצא אם כן מתאם בין היווצרות צברים של החלבון ובין כמות המים שהזרע חש. תוצאה זו מרמזת שלהיווצרות צברים של החלבון יש תפקיד חשוב בבקרת נביטה בתגובה לתנאי סביבה: בתנאי יובש אין צברים, והחלבון מעכב נביטה; ובתגובה למים נוצרים צברים שמונעים את פעילות החלבון התקינה, ומוסר עיכוב הנביטה.

בשלב הבא ביקשו החוקרים לבחון מהו תפקידו של החלבון FLOE1 במנגנון המתזמן נביטה בתגובה לתנאי סביבה. לשם כך הם השתמשו בזרעים שחלבון ה-FLOE1 שבהם כלל מוטציה שעשתה אותו לא-פעיל. בתנאים רגילים לא נצפו הבדלים בנביטה בין הזרעים הרגילים לזרעים המוטנטים. בתנאי יובש, לעומת זאת, היה שיעור הנביטה של הזרעים הרגילים נמוך באופן יחסי, ואילו הזרעים המוטנטים נבטו בשיעור גבוה יותר. תוצאה זו תומכת בכך של-FLOE1 יש תפקיד חשוב בעיכוב נביטה, בעיקר בתנאי יובש.

לצמחים שנבטו בתנאי יובש היו בעיות התפתחות, ולבסוף הם מתו. כאשר זרע נובט בתנאים לא-אופטימליים, המשאבים הזמינים אינם מתאימים גם להתפתחות תקינה של הצמח, מה שעלול לגרום לתמותה ולפגיעה בהעמדת הדור הבא. לכן, היכולת לנבוט בתנאים לא-מתאימים היא תכונה בעייתית לצמחים בטבע, והחלבון FLOE1 מקנה יתרון בעניין זה. יהיה מעניין לבדוק בעתיד אם המנגנון שנמצא במחקר קשור להבדל בין יכולות נביטה של זרעים ממינים שונים ומאזורים שונים.

לסיכום, נמצא שלחלבון FLOE1 יש תפקיד חשוב בעיכוב נביטה בתנאי יובש, והוא מתפקד כמעין מתג במרכז המנגנון שבעזרתו זרעים חשים את זמינות המים בסביבה. מידע זה על אודות המנגנון המולקולרי שאחראי על בקרת הנביטה בתגובה לזמינות מים יוכל לשמש בעתיד לטיפוח של זנים מקדימי נביטה או מאחרים לנבוט, שיאפשרו להתאים את מאפייני הנביטה לתנאי הגידול.

עריכה ואיור: סמדר רבן

מקורות והרחבות:

[1] המאמר המתאר את המחקר

[2] על פְּריוֹנים