חוקרים מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה של עריכה גנטית, המתאימה לצמחי יבול, והשפיעו בדרך זו על מגוון תכונות בצמחי עגבנייה - כמו טעמו וצורתו של הפרי. החוקרים מאמינים שהטכנולוגיה החדשנית ניתנת ליישום במגוון רחב של צמחי יבול, ותוכל לשמש בעתיד לטיפוח זנים חדשים ומשופרים. החוקרים: "הראינו שבעזרת הטכנולוגיה שלנו ניתן לבחור בתכונות מסוימות ולהשפיע עליהן, יכולת שהיא חיונית לקידום החקלאות ולהשגת ביטחון תזונתי".
המחקר הובל על ידי פרופ' אילון שני והדוקטורנט עמיחי ברמן, בשיתוף עם פרופ' איתי מירוז וחוקרים נוספים מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון באוניברסיטת תל אביב, וכן עם ד"ר אסנת ינאי מחברת NetaGenomiX הישראלית. במחקר השתתפו גם חוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים בבייג'ין. המאמר פורסם בכתב העת Nature Communications.
פרופ' שני הסביר: "חוקרים ברחבי העולם עוסקים בקידום החקלאות, במטרה להתמודד עם שינויים גלובליים מואצים ולהאכיל את אוכלוסיית העולם בעשורים הבאים. בין היתר מקודמות טכנולוגיות של עריכה גנטית לשם פיתוח זנים חדשים של צמחים, בעלי תכונות רצויות – כמו למשל עמידות ליובש ולמחלות, טעם משופר, ניצול מיטבי של חומרים מזינים, ועוד. בין היתר מיושמת שיטת CRISPR-Cas9 שחוללה מהפכה בעולם העריכה הגנטית, המאפשרת לבצע שינוי מדויק בגן ספציפי בגנום.
עם זאת, בזירת הפיתוח החקלאי נתקלת שיטה זו במספר קשיים מהותיים: ראשית, טכנולוגיית CRISPR מאפשרת להשפיע על גן ספציפי, אך יכולת זו הייתה מוגבלת עד כה מבחינת סדרי הגודל - מספר הגנים שניתן לערוך ולבדוק את השפעתם היה נמוך מאוד. במחקר הנוכחי הצליחו החוקרים להרחיב משמעותית את יעילות השיטה, ולבחון את תפקידם של אלפי גנים.
בנוסף, בצמחים רבים קיימת תופעה של "יתירות גנטית" - גנים שונים מאותה משפחה, המורכבים מרצף דומה של חומצות אמינו, מחפים זה על זה ושומרים על התכונה הקיימת גם אם אחד הגנים בוטל או נערך. במחקר קודם פיתחו החוקרים פתרון פורץ דרך שמתגבר על בעיית היתירות הגנטית.
ברמן: "כדי להתגבר על היתירות הגנטית ביקשנו לשנות בו-זמנית משפחות שלמות של גנים דומים. לשם כך פיתחנו אלגוריתם ייעודי, והזנו לתוכו רשימה של אלפי גנים שרצינו לערוך. האלגוריתם זיהה עבור כל גן (או קבוצת גנים) ברשימה יחידת CRISPR מתאימה שתייצר בו את השינוי הרצוי – וכך בנה למעשה ספריות של CRISPR. במחקר הראשון הגענו לתוצאות טובות בצמח המודל ארבידופסיס (תודרנית לבנה), וכעת ביקשנו לבחון את השיטה לראשונה בצמח יבול. בחרנו בעגבנייה".
במסגרת המחקר הנוכחי בנו החוקרים 10 ספריות שכללו כ-15 אלף יחידות CRISPR ייחודיות עבור הגנום של צמח העגבנייה – כאשר כל יחידה נועדה לפגוע בקבוצת גנים מסוימת מאותה משפחה. לאחר מכן הם השתמשו ביחידות ה-CRISPR כדי לייצר פגיעות בכ-1,300 צמחי עגבנייה – כל צמח עם פגיעה בקבוצת גנים שונה.
בהמשך עקבו החוקרים אחר התפתחותו של כל צמח כדי לבחון אם הופיעו בו השינויים שנבחרו - בגודל, בצורה או בטעם של הפרי, בניצול חומרי הזנה או בעמידות למזיקים. ואכן החוקרים זיהו מספר קווים בעלי מתיקות נמוכה או גבוהה מצמחי הביקורת. החוקרים מציינים שמבחינה טכנית, עריכה גנטית בעגבנייה בפרט, ובצמחי יבול בכלל, היא תהליך מורכב, שאינו מתחיל בזרע אלא מסתמך על תרביות רקמה – יצירת צמחים שלמים מחתיכות עלה, שמתפתחות והופכות לצמח שלם.
פרופ' שני סיכם: "במחקר זה, באמצעות השיטה החדשנית שלנו, הצלחנו לבצע שינויים גנטיים רצויים במשפחות גנים בצמח העגבנייה, וזיהינו בדיוק איזו עריכה גנטית הניבה את התוצאה המבוקשת".
חברת האגרי-טק הישראלית NetaGenomiX קיבלה רישיון למסחור הטכנולוגיה החדשה, במטרה לקדם את ביטחון המזון על ידי פיתוח גידולים שאינם מהונדסים גנטית (non-GMO), מותאמים לאקלים המשתנה, ומספקים תמורה הולמת הן לחקלאי והן לצרכן. ברמן סיכם: "אנחנו מאמינים שהמחקר שלנו פותח פתח לטיפוח זנים משופרים למגוון רחב של יבולים, ואף מקדם את תחום מדעי הצמח בכלל. במחקרי המשך אנחנו עובדים על פיתוח תכונות נבחרות נוספות בעגבנייה ובאורז".
