יצחק בר-זכאי – מערכת "יבול שיא" ד"ר מיכל ליברמן-לזרוביץ' – מינהל המחקר החקלאי, מרכז וולקני
משבר האקלים הולך ומקצין מיום ליום במרבית אזורי העולם. המשבר מתבטא בעיקרו בהתחממות כדור הארץ ובשינויי הטמפ' הפוגעים כבר היום בגידולי החקלאות ויתגברו יותר בעתיד הנראה לעין.
מחקרים רבים נעשו בתחום וגם משרד החקלאות נדרש ונערך לנושא. צוות המדריכים מתחום האגרואקולוגיה הוציא תחת ידיו דוח מקיף הכולל את כל ההיבטים של פגיעה בתחומי החקלאות:
"שינוי האקלים כבר כאן והוא מתבטא בעליית טמפרטורות, בשינוי בתפרוסת המשקעים ובעלייה בשכיחות אירועי קיצון, מגמות הצפויות להימשך בעתיד הנראה לעין."
"לשינוי האקלים צפויות השלכות נרחבות עבור חקלאות ישראל, הכוללות שינויים בכמות ובאיכות של התוצרת החקלאית, עלייה בתצרוכת המים אל מול הירידה בזמינותם, התגברות תהליכי הגרעת קרקע, תנודות במועדי זריעה ושתילה, עלייה בהיקף ובעוצמה של פגעים ומזיקים בחקלאות הצומח ובמשקי החי, שינויים בזמינות ובמחיר של מזון לבעלי חיים ועוד."
"למרות זאת, חסרה הערכה כמותית החיונית עבור קביעת סדר עדיפויות ומיקוד מדיניות ההיערכות לשינוי האקלים".
מאמר זה מתייחס להיבטים אביוטיים ובעיקר לפגיעה כתוצאה מעקות חום הצפויות בגידולים השונים.
אחד הנושאים החדשניים האפשריים הוא יצירת זנים חדשים עתירי יבול העמידים לטמפ' גבוהות. ההשבחה הגנטית שאיננה מהונדסת גנטית (טרנסגנית) המקובלת בארץ מותנית בשונות גנטית של צמח המטרה. בעקבות מחקרים רבים בצמחי מודל, וגם בגידולים חקלאיים, בעשור האחרון – מתברר כי יש מקור נוסף לשונות שאיננה גנטית קלאסית אלא אפיגנטית.
אפיגנטיקה זהו תחום ביולוגי נוסף לגנטיקה (אפי = מעל) החוקר שינויים תורשתיים (תורשה בין דורית או תורשה בין תאית) בתפקוד הגנים שאינם כרוכים בשינוי רצף ה-DNA עצמו; כלומר – ה-DNA אינו חזות הכל.
אין כלל שינוי ברצף הגנטי ב-DNA, אלא רק עיצוב מרחבי שונה שמביא לשינוי במידת ההפעלה ולביטוי שונה של גנים מסוימים – השתקה, עמעום או
העצמה. בצורה כזו, מנגנונים אפיגנטיים מייצרים שונות תפקודית בין התאים והרקמות השונות שבהן רצף ה-DNA זהה, שהרי רק חלק ספציפי ומכוון מהגנים מתבטאים בתא נתון ובזמן נתון. אפיגנטיקה היא שם כולל למגוון תהליכים המבקרים את אופן מארז ה-DNA הקרוי כרומטין ) הוא כינויו של ה- DNA יחד עם החלבונים הנלווים אליו – היסטונים).
מארז זה מגן על ה-DNA מפני נזקים ומהווה חלק חשוב בבקרה על ביטוי גנים בתא בתגובה לגירויים המתרחשים באורגניזם עצמו או בתגובה לגירויים מהסביבה החיצונית, המשפיעים על ביטוי הגנום מבלי לשנות את רצף ה-DNA עצמו.
מנגנון מרכזי באפיגנטיקה נקרא מתילציה: קבוצה כימית קטנה המכונה 'מתיל' (CH3) מתחברת לאחת מאבני הבניין של ה-DNA ומשפיעה בדרך זו על רמת הביטוי של הגנים – מהשתקה ועד לעוצמה מלאה.
המתילציה היא תהליך דינמי המשתנה ללא הרף ומגיב להשפעות תזונתיות וסביבתיות (בצמחים, בבע"ח ובבני אדם).
גילוי המתילציה אינו חדש אך רגישותה לתנאי הסביבה מעצימה את חשיבותה. התא מסוגל להוריש לתא הצאצא את מערך המתילציה ובכך לקבוע מספר תכונות של הצאצא כגון התמיינות של התא. מתא אחד מופרה, מתקבלים תאי בת עם אותו רצף DNA אך עם תפקודים שונים, הנבדלים זה מזה במגוון הגנים המבוטאים.
במאמר מוסגר הנוגע לנו כבני אדם
במחקר שפורסם באפריל 2021 בכתב העת Aging ערכו ניסוי קליני שהראה שניתן להפחית את הגיל הביולוגי ביותר משלוש שנים תוך שמונה שבועות בלבד עם תזונה ואורח חיים באמצעות איזון מתילציה של ה- DNA.
המחקר מספק ראיות מדעיות לכך ששינויים באורח החיים ובתזונה יכולים לספק הפחתה מיידית ומהירה של הגיל הביולוגי שלנו. מכיוון שההזדקנות היא המניע העיקרי למחלות כרוניות, בכוחה של הפחתה זו לעזור לנו לחיות טוב יותר וזמן רב יותר/
ובנוסף – התורשה אינה עומדת על הגנים בלבד, טוענות הגנטיקאיות חוה יבלונקה ומריון למב בספרן: "אבולוציה בארבעה ממדים" שראה אור בעברית לפני 15 שנה.
הן מציגות ארבעה ממדים של האבולוציה – ארבע מערכות הורשה: גנטית, אפיגנטית, התנהגותית וסמלית. כל המערכות האלה, הן טוענות, יוצרות שונוּת שהברירה הטבעית יכולה לפעול עליהן.
יתר על כך, לדבריהן, האבולוציה אינה פועלת תמיד באופן אקראי ועיוור; לא אחת, המוטציות או הווריאציות מושפעות מתנאי הסביבה ומופיעות בזמן או במקום שבו הן יכולות לשפר את סיכויי ההישרדות של האורגניזם. ברעיון מהפכני זה הקימו המחברות לתחייה את התיאוריה הלאמארקית המבוססת על תורתו של לאמארק שטען (לפני תיאוריית האבולוציה של דארווין) כי תכונות נרכשות (בהשפעת הסביבה) עוברות בתורשה מהורים לצאצאים אך להנחה זו לא היתה הוכחה בזמנו. מכאן אנו למדים על ההשפעה ההדדית של תורשה וסביבה על מערכות הצומח והחי.
איך כל זה מתקשר הלכה למעשה לחקלאות המודרנית ?
אפיגנטיקה צמחית הינה תחום מחקר חדש יחסית שהתעצם לאחרונה בכל העולם.
לפני חודשים ספורים התפרסם מאמר סקירה ((Review של 13 חוקרים ממדינות שונות (כולל ד"ר מיכל ליברמן-לזרוביץ'), על כל ההתפתחויות בנושא זה בעיקר בכל הקשור לאפיגנטיקה כחלק מארגז הכלים להתמודדות עם משבר האקלים. סקירה זו מצטטת 355 מחקרים בתחום מלפני 10 שנים ואילך.
כולם עוסקים באפשרויות ליצירת שונוּת אפיגנטית היכולה להעניק לצמחי מודל ולגידולים רבים זנים חדשים שעמידים לעקות אביוטיות הצפויות להתגבר עם משבר האקלים.
מתברר כי ד"ר מיכל ליברמן-לזרוביץ'השותפה למאמר זה, היא ככל הנראה, החוקרת היחידה בארץ שבמעבדתה נבדקת האפשרות להקניית עמידות לעגבנייה מפני עקת חום על ידי שימוש במתודולוגיות אפיגנטיות.
המחקר במעבדתה בודק את מעורבותם של גורמים אפיגנטיים (בעיקר מתילציה של DNA) בתגובה לעקה ואת התרומה שלהם ליצירת שונוּת פנוטיפית ותורשתיוּת".
בכל הקשור לטיפוח זנים חדשים באמצעים אפיגנטיים (epibreeding), המחקר בעולם ובארץ הינו עדיין בשלב מוקדם מאד. דוגמא לפוטנציאל האפיגנטי בהשבחת גידולים חקלאיים התפרסמה לפני מספר שנים על ידי קבוצת מחקר אמריקאית.
מחקר בצמחי עגבנייה הראה כי עלייה ביבול בתנאי עקת חום הינה תוצאה של עלייה במתילציה של DNA. אמנם דוגמאות כאלה עדיין מעטות אך בהתחשב באופי הדינמי (ואף חמקמק) של המנגנונים האפיגנטיים, הגיוני שהמחקר בתחום זה יהיה מורכב וממושך יותר.
עם זאת, ההתקדמות המדעית והטכנולוגית בתחום מאפשרת לחוקרים לבצע ניסויים שלא היה ניתן לבצע בעבר, ולכן אנו רואים עלייה חדה במספר המחקרים, במספר מיני הצמחים הנחקרים, ובידע הנאסף בשנים האחרונות.
שאלות רבות נוגעות ליכולת המנגונים האפיגנטיים להגן מפני עקות ויציבותם במעבר בין הדורות (הורשה אפיגנטית) של תכונת העמידות, בעיקר משום שטרם ברורה דיה הרגולציה האפיגנטית בצמח. שאלת ההורשה האפיגנטית רלבנטית במיוחד, דווקא עקב חוסר יציבות בין-דורי שיכול להוביל לקבלת דור ראשון ללא יכולת הורשה, בדומה ליצירת זני מכלוא קונבנציונליים.
נראה שבתחום מעניין זה נעשים צעדים ראשוניים ומעניינים אך העתיד עוד לפנינו, ובינתיים – התחרות עם משבר האקלים בעינה עומדת.
