חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט חשפו ממצאים ממחקר גנטי של עלי תפוחי אדמה היסטוריים, שחשפו כיצד פתוגן רעב תפוחי אדמה התפתח כדי להתגבר על הגנת הצמח. מחקר זה, שהשתמש בטכניקות רצף DNA חדשות, מספק תובנות שיכולות לעצב מאמצי גידול צמחים עתידיים כדי להילחם בפתוגן מתמשך זה.
אוניברסיטת צפון קרולינה סטייט חוקרים גילו תגליות פורצות דרך על ידי בחינת החומר הגנטי של עלי תפוחי אדמה היסטוריים.
המחקר שלהם מדגיש את הקרב האבולוציוני הדינמי בין צמחי תפוחי אדמה לפתוגן האחראי לרעב תפוחי האדמה האירי. על ידי שימוש חדשני DNA טכניקות רצף, הם חשפו כיצד זני פתוגנים מסוימים יכולים להתגבר על גנים של התנגדות עוד לפני שהם היו בשימוש בגידול, מה שמציע כיוונים חדשים לאסטרטגיות חקלאיות עתידיות.
מחקר גנטי מהפכני על מחלת תפוחי אדמה היסטורית
בבדיקה של החומר הגנטי שנמצא בעלים היסטוריים של תפוחי אדמה, חוקרי אוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט חושפים יותר על השינויים האבולוציוניים המתרחשים הן בצמחי תפוחי האדמה והן בפתוגן שגרם לרעב בתפוחי האדמה האירי של שנות ה-40.
המחקר השתמש בגישת רצף העשרה ממוקדת כדי לבחון בו-זמנית הן את הגנים העמידות של הצמח והן את הגנים המשפיעים של הפתוגן – גנים שעוזרים לו להדביק מארחים – בניתוח ראשון מסוגו.
דגימת צמח תפוחי אדמה היסטורית שנאספה על ידי דיוויד מור מהגן הבוטני הלאומי בגלאסנבין, אירלנד, המציגה מחלת דלקת מאוחרת. קרדיט: Jean Ristaino, אוניברסיטת NC State
נחשפו טכניקות מחקר DNA חדשניות
"אנחנו משתמשים בחתיכות קטנות של עלים היסטוריים עם הפתוגן וחיידקים אחרים עליהם; ה-DNA מקוטע יותר מדגימת רקמה רגילה", אמרה אליסון קומבר, חוקרת סטודנטים לתארים מתקדמים לשעבר במדינת NC ומחברת הראשית של המאמר. "אנחנו משתמשים בנתחים קטנים של 80 זוגות בסיסים כמו מגנט כדי לדוג חתיכות דומות במרק הזה של DNA. מגנטים אלה משמשים למציאת גנים עמידות מהמארח וגנים אפקטורים מהפתוגן."
"זוהי התבוננות ראשונה בשינויי תפוחי אדמה ופתוגנים בו-זמנית; בדרך כלל חוקרים מסתכלים על זה או אחר", אומר ג'ין ריסטאינו, פרופסור נכבד לפתולוגיה של צמחים באוניברסיטת צפון קרוליינה ומחבר מקביל של מאמר שפורסם היום (5 באוגוסט) ב- תקשורת טבע שמתאר את המחקר. "אסטרטגיית ההעשרה הכפולה המופעלת כאן אפשרה לנו ללכוד אזורים ממוקדים של גנומים משני הצדדים של מערכת היחסים מארח-פתוגן, גם כאשר מארח ופתוגן היו נוכחים בכמויות לא שוות. לא יכולנו לעשות את העבודה הזו לפני 15 שנה כי הגנומים לא רוצו”.
ממצאים מפתיעים בהתנגדות לפתוגנים
תוצאות המחקר מראות כי הפתוגן, Phytophthora infestans, הוא מיומן מאוד במאבק נגד התנגדות למחלות תפוחי אדמה למחלת השחיטה המאוחרת. לדוגמה, המחקר מראה שלזן ה-FAM-1 של הפתוגן הייתה יכולת להביס את העמידות שמספק גן העמידות R1 של הצמח – עוד לפני שמגדלי צמחים פרסו אותו בתפוחי אדמה.
"הפתוגן היה מסוגל להתנגד לגן העמידות הזה ל-R1 גם אם הוא היה נפרס שנים קודם לכן, כנראה בגלל שהוא נחשף לתפוח אדמה עם גן העמידות הזה בטבע", אמר קומבר.
המחקר גם מראה שרבים מהגנים המשפיעים של הפתוגן נשארו יציבים, אם כי מוטציות שונות התרחשו כדי להגביר את יכולת ההדבקה שלו כאשר מגדלי צמחים ניסו להתרבות עמידות – במיוחד לאחר 1937 כאשר החלו תוכניות גידול תפוחי אדמה מובנות יותר בארצות הברית ובחלקים אחרים של הגלובוס.
השלכות על גידול צמחים עתידי
המחקר גם מראה כי הפתוגן הוסיף קבוצה של כרומוזומים בין השנים 1845 ו-1954, פרק הזמן בו נאספו דגימות הצמחים של המחקר.
"אנחנו מראים בעבודה זו שאחרי 100 שנים של התערבות אנושית, יש כמה גנים שלא השתנו הרבה בפתוגן", אמר קומבר. "הם יציבים מאוד פוטנציאליים בגלל שהם לא נבחרו, או בגלל שהם באמת חשובים לפתוגן. התמקדות בגנים האלה תקשה מאוד על הפתוגן לפתח תגובה מנוגדת".
"קשה לעשות גידול צמחים יעיל כשאנחנו לא יודעים מספיק על הפתוגן. כעת, כשאנחנו יודעים אילו גורמים משפיעים השתנו עם הזמן, מגדלים עשויים להשתמש בגנים יציבים יותר או בגנים של עמידות מרובת פירמידה ממארחים פראיים שונים", אמר ריסטאינו.
"זה המקום שבו אני רואה את העתיד של מחקר מסוג זה – ליישם אותו להאטת שינויים בנגיף הפתוגן או תכונות אחרות כגון עמידות לקוטלי פטריות."
אמנדה סי סאוויל, מומחית למחקר ומעבדה במעבדה של ריסטאינו, הייתה גם שותפה לכתיבת המאמר. המימון ניתן על ידי מענק סיד ממרכז המשולש לרפואה אבולוציונית, על ידי קרן המדע הלאומית AgBioFews מענק הדרכה מספר 2018-1966 ועל ידי מענק Grip4PSI מספר 557299.
