ביולוגים באוניברסיטת קליפורניה, דייויס הביאו גן בונה זרעים לחיים בעלים של צמח במקום בפריחה שלו, הישג חדשני שעלול להוביל לחידושים חשובים בגידולי מזון.
הביולוגים בודדו לראשונה את LEC1, גן מבוקש שנחשב כמפתח להתפתחות זרעים. אחר כך הם הנדסו צמחים שיפעילו את הגן הרבה יותר מוקדם מהרגיל במחזור החיים של הצמח.
תוצאה אחת של הפעילות שנקבעה מחדש של הגן הייתה בולטת במיוחד: משטחי עלים מסוימים נבטו מקבצים זעירים של רקמה עוברית בצורת כפפה. וכמה מאותם עוברים, בעודם מחוברים למשטחי העלים, אפילו הצמיחה שורשים.
המחקר החדש, שתואר בגיליון ה-26 ביוני של כתב העת Cell, היה עבודתם של חוקרים במעבדתו של ביולוג הצמחים של UC Davis John Harada ומשתפי פעולה ב-UC Berkeley ו-UCLA. הובילה אותו תמר לוטן, חוקרת פוסט-דוקטורט בחברת הרדא.
"הגילוי של LEC1 מרגש מאוד", אמר טרי תומס, ביולוג צמחי מאוניברסיטת טקסס A&M שלא היה מעורב במחקר. "זהו צעד חשוב לקראת הבנת הבעיות המורכבות של פיתוח זרעים."
Harada אמר ש-LEC1 יהיה שימושי בהבנת התיאום בין השלב המוקדם של בניית הרקמות של התפתחות העובר לשלב המאוחר של הבשלת הזרעים.
"הגן LEC1 מלמד אותנו הרבה מאוד," הוא אמר. "ולמחקר יש גם השלכות על כמה יישומים חשובים."
לדוגמה, הפיכת LEC1 לתפקד בעלים של צמח עשויה לחולל מהפכה בייצור של שמנים וחלבונים מתירס, קנולה (לפתית) ופולי סויה - אספקת מזון חיונית לאנשים ולבעלי חיים.
"זרעים בוגרים מכילים הרבה מהשמנים והחלבונים האלה. הם מזינים את הצמח המתפתח בתקופה שלאחר נביטת הזרע ולפני תחילת הפוטוסינתזה", אמר הרדה. "באופן מסורתי, נאלצנו להמתין למוצרים האלה הרבה זמן - עד שהצמח יתבגר, פורח ומטביע זרע.
"אבל אולי יש יתרונות להנדסת מפעל שמייצר אותם בצמחיה שלו", אמר. תארו לעצמכם, למשל, טחינת עלי תירס במקום גרעיני תירס לשמן בישול.
אפשרות נוספת היא שעוברי צמחים עשויים להיות גדלים במשתלות רקמות עלים כדי לפתור בעיה ארוכת שנים בחקלאות: איך לייצר ביעילות רבה יותר צמחים עם האיכויות והמרץ המושגים כעת רק על ידי הכלאה, או הכלאה.
עבור גידולים רבים, זרעים היברידיים נוצרים על ידי חציית קווי עילית שונים, כל אחד מהם נבחר לפי התכונות הרצויות. עם זאת, צאצאים היברידיים אלה אינם מעבירים באופן עקבי את התכונות הללו לצאצאים שלהם.
אבל חקלאות עוברים יכולה לייצר "זרעים מלאכותיים" שיהיו כולם שיבוטים של ההורה ההיברידי וינציחו את החוזקות שלו, אמר הרדה ומחבר נוסף של המחקר, הביולוג בוב גולדברג מאוניברסיטת UCLA.
"אם הגן LEC1 יסלול את הדרך לפיתוח זרעים ללא הפריה, יהיה לו פוטנציאל עצום", אמר גולדברג. "ניתן לקבע מרץ היברידי בקו נתון, מה שהופך את זה למיותר לחצות קווים מרובים וליצור דור אחר דור היברידי. זה יספק אסטרטגיה חדשה להגדלת התשואות באופן משמעותי בייצור מזון וסיבים."
Harada מדגיש שכל אלה הם יישומים שעשויים להיות אפשריים, אבל עדיין לא. "התוצאות במחקר הזה היו מבטיחות, אבל טכנית קשות להשגה", אמר.
לשם כך: מתוך 7,000 זרעים עם הגן המהונדס LEC1, רק כ-40 נבטו. עשרה מאותם שתילים הציבו גבעולים ועלים ופרחו; זרע שבע סטים. לצאצאים משניים מהצמחים הללו היו מבנים דמויי עוברים על העלים שלהם.
לאחר מכן, חוקרי LEC1 יחקרו את פעילות הגן בתוך תאי הצמח. נייר ה-Cell מבסס את LEC1 (על שם מוטציה המשפיעה על העלים הראשונים של הנבט, הנקראים קוטלידונים) כגן רגולטורי חשוב, כזה שמדליק או מכבה גנים אחרים. כעת הקבוצה רוצה לגלות מה הם אותם גנים אחרים ומה הם עושים.
הקבוצה גם מקווה להראות כיצד מוצר החלבון של LEC1 מקיים אינטראקציה עם חלבונים אחרים כדי להרכיב זרעים.
"איננו יודעים שהעבודה הזו בהחלט תוביל לשימושים יישומיים", אמר הרדה. "אבל אם כן, זו תהיה דוגמה נוספת שבה יישומים מועילים מגיעים ממחקר בסיסי - במקרה הזה, מחקר בסיסי על עוברות צמחים וכיצד זה מוסדר."
