מדענים חושפים סודות גנטיים של עצי מנגרובים עמידים ללחץ: עצי מנגרובים משתמשים בשינויים בפעילות הגנים, כולל פעילותם של 'גנים קופצים' טפיליים, כדי להגביר את עמידותם ללחץ, כך מגלה מחקר חדש.

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


עצי המנגרוב עוברים על הגבול בין היבשה והאוקיינוס, בסביבות קשות המאופיינות ברמות מליחות משתנות במהירות ובחמצן נמוך. עבור רוב הצמחים, תנאים אלה יסמנו גזר דין מוות, אבל המנגרובים פיתחו עמידות יוצאת דופן ללחצים של מקומות עוינים אלה.

כעת, חוקרים מאוניברסיטת אוקינאווה למדע וטכנולוגיה (OIST) פיענחו את הגנום של עץ המנגרוב, Bruguiera gymnorhiza, וחשף כיצד מין זה מווסת את הגנים שלו על מנת להתמודד עם לחץ. הממצאים שלהם, שפורסמו לאחרונה ב פיטולוג חדש, יכול יום אחד לשמש כדי לעזור לצמחים אחרים להיות סובלניים יותר ללחץ.

"מנגרובים הם מערכת מודל אידיאלית לחקר המנגנון המולקולרי העומד מאחורי סבילות ללחץ, מכיוון שהם מתמודדים באופן טבעי עם גורמי דחק שונים", אמר ד"ר מאטין מיריגנה, מחבר המחקר הראשון וחוקר ביחידה לאפיגנטית צמחים ב-OIST.

המנגרובים הם מערכת אקולוגית חשובה לכדור הארץ, המגינים על קווי החוף מפני שחיקה, מסננים מזהמים מהמים ומשמשים כמשתלה לדגים ומינים אחרים התומכים בפרנסת החוף. הם גם ממלאים תפקיד מכריע במאבק בהתחממות הגלובלית, ואוגרים עד פי ארבעה פחמן באזור נתון מאשר יער גשם.

למרות חשיבותם, המנגרובים נכרתים בקצב חסר תקדים, ובשל הלחץ האנושי והים הגואה, צפויים להיעלם תוך 100 שנים בלבד. ומשאבים גנומיים שיכולים לעזור למדענים לנסות לשמר את המערכות האקולוגיות הללו היו מוגבלים עד כה.

פרויקט המנגרובים, שהוצע בתחילה על ידי סידני ברנר, אחד מהאבות המייסדים של OIST, החל בשנת 2016, עם סקר של עצי המנגרוב באוקינאווה. המדענים שמו לב שעץ המנגרוב, Bruguiera gymnorhiza, הראו הבדלים בולטים בין פרטים ששורשיהם על שפת האוקיינוס, בעלי מליחות גבוהה, לבין אלו שבשפת הנהר העליון, שם המים היו מליחים יותר.

"העצים היו שונים להפליא; ליד האוקיינוס, גובה העצים היה בערך מטר עד שניים, בעוד שבהמשך הנהר, העצים גדלו עד שבעה מטרים", אמר הסופר הבכיר, פרופסור הידטושי סזה, המוביל את היחידה לאפיגנטית צמחים. "אבל העצים הקצרים יותר לא היו לא בריאים – הם פרחו והניבו פרי כרגיל – אז אנחנו חושבים שהשינוי הזה הוא אדפטיבי, אולי מאפשר לצמח הלחוץ במלח להשקיע יותר משאבים להתמודדות עם הסביבה הקשה שלו."

בניגוד להסתגלות אבולוציונית ארוכת טווח, הכוללת שינויים ברצף הגנטי, התאמות לסביבה המתרחשות לאורך חייו של אורגניזם מתרחשות באמצעות שינויים אפיגנטיים. אלו הם שינויים כימיים ל-DNA המשפיעים על פעילותם של גנים שונים, תוך התאמת האופן שבו הגנום מגיב לגירויים וללחצים סביבתיים שונים. אורגניזמים כמו צמחים, שאינם יכולים לעבור לסביבה נוחה יותר, מסתמכים במידה רבה על שינויים אפיגנטיים כדי לשרוד.

לפני שהתמקדו באופן בווסת הגנום, צוות המחקר הוציא תחילה DNA מעץ המנגרוב, Bruguiera gymnorhiza, ופענח את הגנום למין זה. הם גילו שהגנום הכיל 309 מיליון זוגות בסיסים, עם 34,403 גנים חזויים – גנום גדול בהרבה מזה של מיני עצי מנגרובים ידועים אחרים. הגודל הגדול נבע מכך, לרוב, כמעט מחצית מה-DNA מורכב מרצפים חוזרים.

כאשר צוות המחקר בחן את סוג ה-DNA החוזר, הם גילו שלמעלה מרבע מהגנום מורכב מאלמנטים גנטיים הנקראים טרנספוזונים, או 'גנים קופצים'.

פרופ' סייז הסביר: "טרנספוזונים פעילים הם גנים טפיליים שיכולים 'לקפוץ' למיקום בתוך הגנום, כמו פונקציות של גזירה והדבקה או העתקה והדבקה. ככל שיותר עותקים של עצמם מוכנסים לגנום, DNA חוזר יכול לבנות לְמַעלָה."

טרנספוזונים הם מניע גדול של התפתחות הגנום, ומציגים מגוון גנטי, אבל הם חרב פיפיות. שיבושים בגנום באמצעות תנועת טרנספוזונים נוטים יותר לגרום לנזק מאשר לספק תועלת, במיוחד כאשר צמח כבר לחוץ, ולכן לעצי המנגרוב יש בדרך כלל גנום קטן יותר מצמחים אחרים, עם טרנספוזונים מדוכאים.

עם זאת, זה לא המקרה עבור Bruguiera gymnorhiza, כשהמדענים משערים שכיוון שמין המנגרוב הזה הוא קדמון יותר מאחרים, ייתכן שהוא לא התפתח לאמצעי דיכוי יעיל.

לאחר מכן, הצוות בדק כיצד פעילות הגנים, כולל הטרנספוזונים, השתנתה בין פרטים במיקום על שפת האוקיינוס ​​עם מליחות גבוהה, לבין פרטים במים המלוחים פחות מלוחים במעלה הנהר. הם גם השוו את פעילות הגנים של עצי מנגרובים שגדלו במעבדה, בשני תנאים שונים ששכפלו את רמות המליחות על שפת האוקיינוס ​​ועל הנהר.

בסך הכל, הן בפרטים שלצד האוקיינוס ​​והן באלו שגדלו בתנאי מליחות גבוהים במעבדה, גנים המעורבים בדיכוי פעילות טרנספוזון הראו ביטוי גבוה יותר, בעוד שגנים שבדרך כלל מקדמים פעילות טרנספוזון הראו ביטוי נמוך יותר. בנוסף, כשהצוות בחן במיוחד טרנספוזונים, הם מצאו עדויות לשינויים כימיים ב-DNA שלהם שהורידו את פעילותם.

"זה מראה שאמצעי חשוב להתמודדות עם לחץ מלוח כרוך בהשתקת טרנספוזונים", אמר ד"ר מיריגנה.

החוקרים ראו גם עלייה בפעילותם של גנים המעורבים בתגובות דחק בצמחים, כולל אלו המופעלים כאשר צמחים חסרים מים. פעילות גנים גם הציעה שלצמחים הלחוצים יש רמות נמוכות יותר של פוטוסינתזה.

במחקר עתידי, הצוות מתכנן לחקור כיצד עונות השנה, שינויים בטמפרטורה ובכמות הגשמים משפיעים גם על פעילות הגנום של עץ המנגרוב.

"מחקר זה משמש כבסיס, ומספק תובנות חדשות כיצד עצי המנגרוב מווסתים את הגנום שלהם בתגובה ללחצים קיצוניים", אמר פרופ' סאז. "דרוש מחקר נוסף כדי להבין כיצד השינויים הללו בפעילות הגנים משפיעים על תהליכים מולקולריים בתוך תאי הצמח והרקמות ויוכלו יום אחד לעזור למדענים ליצור זני צמחים חדשים שיכולים להתמודד טוב יותר עם מתח."

.



קישור לכתבת המקור – 2021-10-26 00:21:03

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר