ראשי » מדע ומחשבים » מדע » מדעי החיים והחברה

מדענים ישראלים פיצחו את גנום חיטת הבר

בעזרת תוכנה חדשנית זיהו חוקרים מאוניברסיטת ת"א מוטציות שהן "הסימן המסחרי של החיטה התרבותית" לעומת חיטת הבר. הגנים האלו אחראים לתכונת השיבולים המאוגדות, המאפשרת גידול חקלאי

מחקר פורץ דרך באוניברסיטת תל אביב המתפרסם הערב (ה') לראשונה הצליח לרצף את גנום חיטת הבר, ולגלות שתי מוטציות גנטיות הגורמות לתכונת השיבולים המאוגדות. תכונה זו היא המאפשרת לאדם לגדל חיטה למאכל מזה כ-10,000 שנה.

פיצוח גנום חיטת הבר. צילום: רז אבני, אוניברסיטת תל אביב 

   

לדברי המדענים, החיטה בעלת השיבולים המאוגדות, שמגדלים היום למאכל, היא תוצר של תירבות החיטה בראשית המהפכה החקלאית. תכונה זו היא ההבדל המרכזי בין החיטה התרבותית שנקצרת בידי אדם, לבין אמה הקדמונית, חיטת הבר – ששיבוליה מתפרקות ומפיצות את הזרעים לכל עבר כדי  שינבטו במרחק מה זה מזה בעונת הגשמים הבאה.

חוקרים במכון לחקר הדגנים שבפקולטה למדעי החיים של אוניברסיטת תל אביב, בהובלת ד"ר אסף דיסטלפלד, הצליחו עתה לרצף את גנום חיטת הבר, ולאתר בו שתי מוטציות גנטיות האחראיות על תכונת השיבולים המאוגדות. "מצאנו ששתי המוטציות הללו קיימות בכל זני החיטה התרבותית שגדלים היום ברחבי  העולם, אך לא קיימות בחיטת הבר", אמר ד"ר דיסטלפלד. "שתי המוטציות הן ממש כמו לוגו, סימן מסחרי של חיטה תרבותית".

המחקר פורץ הדרך בוצע בשיתוף עם החברה הישראלית NRGene מנס ציונה, ועם מעבדות מובילות בגרמניה, באיטליה, בקנדה, בישראל ובארה"ב. הוא מתפרסם הערב בכתב העת המדעי  Science – מהיוקרתיים והחשובים ביותר בעולם.  
   
תחילתו של המחקר פורץ הדרך בפיצוחו של גנום חיטת הבר בעזרת אלגוריתם חדשני של החברה הישראלית NRGene. לדברי ד"ר דיסטלפלד, גנום החיטה נחשב לאחד המורכבים ביותר בטבע. הוא מורכב מ-17 מיליארד אבני בניין (נוקלאוטידים / אותיות) בחיטת הלחם, ו-12 מיליארד בחיטת הבר ובחיטת הדורום (פסטה). זאת בהשוואה ל-3 וחצי מיליארד בלבד בגנום של האדם.

"במהלך העשור האחרון ניסו חוקרים בכל העולם, מגובים בתקציבי עתק, לרצף את גנום החיטה, אבל התוצאות היו חלקיות בלבד", סיפר דיסטלפלד. "הטכנולוגיה של NRGene  אפשרה לנו באוניברסיטת תל אביב, בתקציבים מוגבלים יחסית, להרכיב סוף סוף את הפאזל של גנום חיטת הבר".

הדוקטורנט רז אבני, מעורכי המחקר, הסביר: "כשמרצפים את ה-DNA בטכנולוגיה המקובלת, מקבלים מספר רב של רצפי DNA קצרים, באורך של 250 אבני בניין כל אחד. התוכנה של NRGene אפשרה לנו לבנות מהרצפים הקצרים הללו רצפים ארוכים הרבה יותר – שבעה מיליון אבני בניין בממוצע. כעת ביקשנו לסדר את הרצפים הארוכים בסדר הנכון, כדי לבנות את הגנום השלם.

"לשם כך פיתחנו במעבדה שלנו מה שמכונה במדע 'אוכלוסייה גנטית': 150 פרטים שהם צאצאים של שני הורים של חיטה – חיטה תרבותית וחיטת בר. מיפינו את האוכלוסייה הזו בעזרת אלפי סמנים גנטיים, ויצרנו מהם מעין 'עוגנים', שהתוו את סדר הרכבתם של הרצפים הארוכים. בסופו של דבר בנינו כ-90 אחוזים מגנום חיטת הבר: כ-10.5 מיליארד אבני בניין שמכילות 65 אלף גנים (לעומת 20 גנים בגנום האנושי)".
 

 
כעת ניגשו החוקרים אל השאלה הבאה: מה תפקידם של הגנים השונים, ובעיקר, אילו הם הגנים האחראים על תכונות שייחודיות לחיטה. "התכונה הראשונה שחיפשנו בגנום הייתה זו שמבדילה בין החיטה התרבותית לחיטת הבר: איגוד הזרעים בשיבולים לעומת התפרקות השיבולים ופיזור הזרעים," אמר ד"ר דיסטלפלד..

דיסטלפלד הוסיף: "לשם כך חילקנו את האוכלוסייה הגנטית שלנו לכמה קבוצות: צמחים שירשו את תכונת איגוד השיבולים, לעומת כאלה ששיבוליהם מתפרקות או מתפרקות חלקית. השוואה בין ה- DNA של הקבוצות השונות חשפה שתי מוטציות ספציפיות, שמצויות רק בחיטה בעלת שיבולים מאוגדות".

כדי לוודא שאלה אכן המוטציות האחראיות על תירבות החיטה בראשית ימי החקלאות, בחנה הדוקטורנטית מורן נוה 113 צמחי חיטת בר ממקומות שונים במזרח התיכון – מישראל ועד תורכיה, אירן, עירק וסוריה, לעומת 94 זנים של חיטה תרבותית מכל העולם. התוצאות היו חד משמעיות: שתי המוטציות נמצאו בכל זני החיטה התרבותית, ואף לא באחת מחיטי הבר.

"מבחינתנו זהו רק צעד ראשון,, סיכם דיסטלפלד. "באמצעות הכלים שיש בידינו היום, ושאף הופצו לכל העולם, נוכל לאתר בגנום החיטה גם גנים האחראים לתכונות נוספות כמו ערך תזונתי, יצרנות (יבול), עמידות בפני מזיקים, עמידות בפני תנאי אקלים משתנים כמו קור, חום ויובש, ועוד. מידע זה צפוי  לשמש בסיס חיוני לשיפור עתידי של זני החיטה שמגדל האדם, כמענה מרכזי לאתגר קריטי ביותר: הזנת האנושות במאה ה-21".

היכנסו לעמוד הפייסבוק החדש של nrg