תופעת ההפרייה העצמית אומנם מאפיינת צמחים רבים, אך גם עשויה לפגוע במגוון הגנטי ולהשפיע על ההתפתחות האבולוציונית של הצמח

רבים מאיתנו רגילים לחשוב על צמחים כיצורים פאסיביים ומשעממים, אשר לא זזים ולא מתקשרים עם סביבתם. אבל צמחים הם גם דוגמה מצוינת לכך שהכורח הוא אבי ההמצאה: מבחינה אבולוציונית, צמחים הם יצורים מרתקים ורבגוניים ביותר החיים במגוון עצום של בתי גידול ומשתמשים בטווח רחב של התנהגויות רבייה, אשר חלקן לא קיימות כלל אצל צורות חיים אחרות. כחוקרים, התבוננות בשיטות הרבייה של הצמחים מאפשרת לנו לבדוק שאלות ביולוגיות כלליות במעין "מעבדה אבולוציונית חיה". בקבוצת המחקר שלי אנו חוקרים מנגנון רבייה שהוא ייחודי לצמחים.

בניגוד לבעלי חיים אשר אצל רובם יש פרטים שהם זכרים ופרטים אחרים שהם נקבות, אצל צמחים קיימות אפשרויות נוספות: יש צמחים שהם גם זכר וגם נקבה, ולעתים איברים זכריים ונקביים אף נמצאים יחד באותו הפרח. במצב זה קיימת אפשרות של רבייה ע"י הפריה עצמית, אשר אינה קיימת אצל בעלי חיים: אותו הצמח יכול להיות גם האם וגם האב של הצאצא. תוסיפו לכך את העובדה שצמחים אינם ניידים ואינם יכולים לחפש לעצמם בני זוג, ולכן מוגבלים למי שנמצא בקרבתם. בנסיבות אלה, הפרייה עצמית היא האפשרות הקלה והזמינה ביותר לרבייה, בפרט כאשר האוכלוסייה דלילה ואין בני זוג פוטנציאליים בקרבת מקום. אז איפה כאן הבעיה? אוכלוסייה צריכה לשמור על מגוון גנטי כדי להתקיים, והפרייה עצמית גורמת לצמצום המגוון. זו בדיוק הסיבה שאצל בני אדם, נישואים בין קרובי משפחה אינם רצויים, ומרבית התרבויות האנושיות אף אסרו עליהם. זאת משום שנישואי קרובים עלולים להגביר את הסיכון להופעת מחלות גנטיות שונות אצל הצאצאים. שיקול זה תקף גם לגבי צמחים. גם אצלם הפרייה ע"י צמחים קרובים גנטית ובייחוד הפרייה עצמית, עלולה לגרום לצאצאים להיות פגיעים ובעלי שרידות נמוכה יותר.

אז איך הצמחים מתמודדים עם הבעיה? כדי לצמצם הפרייה עצמית, צמחים פיתחו במהלך האבולוציה מנגנונים שונים שיצמצמו את התופעה ויגבירו הפריה זרה (הפרייה ע"י פרטים אחרים). מנגנונים כאלה נקראים בשם הכללי "אי-התאם עצמי" (self-incompatibility). לדוגמה: באבוקדו האיברים הזכריים והנקביים של הפרח פעילים בשעות שונות של היממה וכך מגדילים את הסיכוי להאבקה ע"י עץ אחר. צמחים מסוימים פיתחו מבנה פרח שמונע הפריה עצמית. בנוסף למבנה פיזי ו"חלוקת משמרות" בין זכר לנקבה, קיימים גם מספר מנגנונים גנטיים יחודיים, שהם מנגנוני זיהוי המבחינים בין "עצמי" ל"זר". בקבוצת המחקר שלי אנו מתמקדים באחד המנגנונים האלה. מנגנון זה נמצא בעצי פרי מוכרים כגון תפוח, אגס, שקד ועוד, בחלק ממיני העגבניות ותפוחי האדמה ובפרח הנוי המוכר, פטוניה. כדי לאפשר בצמחים הללו הפרייה זרה, יש לתכנן את המטעים כך שיכללו צמחים  שונים גנטית.

מנגנון האי-התאם שאנו חוקרים מבוסס על קיום של מספר רב של תת-סוגים בתוך אוכלוסיית הצמחים, כאשר "סוג" מאופיין ע"י צרוף מסוים של חלבונים המבוטאים באיברי הרבייה של הצמח: האבקנים (האיברים הזכריים) ועמוד העלי (האיבר הנקבי). האבקן המגיע לעמוד העלי בניסיון להפרות את הצמח, עובר תהליך "זיהוי". אם החלבונים שהוא מכיל מזוהים כחלבונים זרים – ההפריה מתאפשרת. אחרת, אלה עלולים להיות חלבונים עצמיים ואז ההפריה נחסמת והצמח ממשיך להמתין לאבקן אחר שיגיע ואולי יתאים להפריה. באופן זה, הצמח מוודא שהפריה תתבצע ע"י אבקנים זרים ושונים ממנו גנטית, וכך שומר על המגוון הגנטי של אוכלוסיית הצמחים. הרעיון של אבחנה בין חלבונים עצמיים לחלבונים זרים מזכיר במידת מה את העיקרון על פיו פועלת מערכת החיסון שלנו, שגם היא מבחינה בין חלבונים עצמיים (שאין לפגוע בהם) לחלבונים זרים (שעשויים להיות מחוללי מחלות ויש לתקוף אותם). עם זאת, במערכת החיסון השימוש בזיהוי הוא לצורך ההפוך של מניעת פלישה של גורם זר, בעוד שבצמחים המערכת מיועדת דווקא לעודד את הזר והשונה.

קיום מנגנון זה דורש מגוון גדול של חלבונים באוכלוסיית הצמחים שיאפשרו שונות גנטית מספקת כדי שמרבית (אם לא כל) הצמחים ימצאו בני זוג מתאימים וימשיכו להתרבות. הגנים המקודדים את החלבונים של מערכת זו מתאפיינים במגוון גנטי גבוה במיוחד, ביחס למרבית הגנים המוכרים לנו. קיימים סימני שאלה לגבי המנגנונים הגנטיים שיצרו את המגוון העצום הזה מלכתחילה וממשיכים לשמר אותו לבל יאבד. בקבוצה שלי אנו חוקרים שאלות כגון: איך נוצרים חלבונים חדשים? איך המנגנון שורד אבולוציונית? באילו תנאים עדיף לצמח לאבד את המנגנון ולפנות דווקא להפריה עצמית למרות המחיר שהיא גובה? ועוד. דרך מחקר מערכת זו אנו שואלים גם שאלות אבולוציוניות כלליות.  

אז לסיכום, בפעם הבאה שתסתכלו על העציצים שבמרפסת, תזכרו שצמחים הם יצורים מתוחכמים למדי ואולי אף יכולים ללמד אותנו פרק או שניים על מגוון ואיך אפשר לשמר אותו.

 

ד"ר תמר פרידלנדר,הפקולטה לחקלאות מזון וסביבה