כנימת עש הטבק, מהחרקים המזיקים ביותר בחקלאות העולמית, הורסת יבולים שלמים באפריקה, אסיה וגם בישראל – האם נמצא המנגנון שיאפשר לעצור אותה?

ספטמבר 29, 2020
cassava

חרקים מוצצי שיפה (רקמה בצמחים המעבירה סוכרים הנוצרים בתהליך הפוטוסינתזה לכל חלקי הצמח) מהווים מזיקים חקלאיים משמעותיים בעולם. חרקים אלו מעבירים וירוסים מצמח חולה לצמח בריא, וההפרשות הסוכריות של החרקים (המכונות "טל דבש") המצטברות על העלים, מאפשרות גדילה של פטריות פייחת המפריעות לפוטוסינתזה. אחד החרקים החשובים ביותר בקבוצה זו היא כנימת עש הטבק (Bemisia tabaci), הכוללת מספר מינים ביולוגיים המסוגלים להיזון ולהתרבות על מאות מינים של צמחים וגידולים חקלאיים. מינים אלה, יש אומרים שהם המזיקים הקשים ביותר במערכות חקלאיות רבות, מסכנים את הביטחון התזונתי של תושבי מדינות מתפתחות באסיה ובאפריקה. כנימת עש הטבק נמצאת גם בישראל ופוגעת גם בגידולים החקלאיים המקומיים.

 

פרופ' שי מורין ודר' אסנת מלכה מהאוניברסיטה העברית חקרו מה הופך את כנימת עש הטבק למזיקה כל כך סתגלנית ויעילה, כך שהיא מסוגלת להיזון ולהתרבות על מאות מיני צמחים שונים המייצרים הרכבים שונים של סוכרים וחומרי הגנה, במחקר חדש שפורסם במגזין המדעי הנחשב Nature Chemical Biology. פרופ' מורין: "התמקדנו בשאלה האם קיים קשר בין יכולת הכנימה להתמודד עם ריכוזים גבוהים של סוכרים על ידי חילוף חומרים יעיל ויצור של רב-סוכרים, לבין יכולת הכנימה לנטרל חומרי הגנה רעילים בצמחים". המחקר נערך במסגרת פרוייקט בין-לאומי המנסה לפתור בעייה חשובה בגידול צמחי הקסאבה באפריקה. מינים אפריקאים של כנימת עש הטבק מעבירים מחלות ויראליות לצמחים הגורמות לעיתים להכחדת היבול, אובדן הכנסה ורעב.

צורת ההזנה של כנימת עש הטבק, מציצה בעזרת חדק מתוך צינורות השיפה של הצמח, יוצרת עבור הכנימה שתי בעיות מרכזיות: ריכוז הסוכרים הגבוה המגיע למעי החרק יוצר לחץ אוסמוטי העלול לגרום לאיבוד מים, התייבשות ומוות. בנוסף, קיימים בשיפה ובתאי צמח הסמוכים לשיפה חומרי הגנה צמחיים, העוברים שינוי כימי ההופך אותם לפעילים ורעילים בעקבות פציעת רקמות הצמח על ידי החרק.

 

המחקר, אשר נעשה בשיתוף פעולה בין המעבדה של פרופ' מורין וד"ר אסנת מלכה בפקולטה לחקלאות מזון וסביבה של האוניברסיטה העברית וקבוצת המחקר של פרופ' ג'ונתן גרשנזון במכון מקס פלאנק לאקולוגיה כימית ביינה גרמניה, עוסק ביכולתם של חרקים מוצצי שיפה להתמודד עם שתי הבעיות שהוזכרו. כמודל, החוקרים השתמשו במין כנימת עש הטבק המזיק ביותר והנפוץ ביותר בעולם, הנמצא גם בישראל.

 

קבוצת החוקרים בחנה צמחים ממשפחת המצליבים, דוגמת ברוקולי, כרוב ניצנים, קייל וצמח המודל ארבידופסיס (תודרנית לבנה). כאשר מתרחשת פציעה בצמחים אלו כתוצאה מחדירת חדק החרק לצינורות השיפה, הם מייצרים חומרי הגנה רעילים הנקראים גלוקוזינולטים. פרופ' מורין מסביר: "בניסויים שנערכו, אספנו טל דבש מכנימת עש הטבק והשתמשנו באנליזות כימיות ואיזוטופים מסומנים כדי לזהות את השינויים שחלו במולקולות הגלוקוזינולטים בזמן המעבר בגוף הכנימה. בהמשך הדרך, השתמשנו במספר שיטות ביואינפורמטיות על מנת לזהות באופן ספציפי את האנזימים האחראיים על שינויים אלו ואפיינו את פעולתם". הוא המשיך "גילינו מנגנון המאפשר ניטרול של חומרי הגנה צמחיים כמו גלוקוזינולטים באמצעות קבוצת אנזימים הידועים כאחראיים לוויסות הלחץ האוסמוטי".

כנימה

כאשר המצע הוא סוכרוז, (הסוכר המרכזי במוהל השיפה), אנזימים אלה מזרזים את פירוקו לגלוקוז ופרוקטוז ומייצרים רב-סוכרים על ידי יצירת קשר גלוקוזידי בין קבוצת גלוקוז חופשית לגלוקוז שמקורו בפירוק של סוכרוז. במחקר התגלה כי מנגנון זה מתקיים גם כשהסובסטרט הוא גלוקוזינולט, רק שבמקרה זה יש הצמדה של יחידות גלוקוז שמקורן בפירוק של סוכרוז לקבוצת הגלוקוז שעל גבי הגלוקוזינולט. הוספה של מולקולות גלוקוז לגלוקוזינולט מונעת את פירוקו והופכת את המולקולה ללא פעילה ומונטרלת. פרופ' מורין: "מכיוון שמדובר בשימוש בסוכר חופשי מדובר למעשה בפיתרון "חינמי" אחד לשתי הבעיות המרכזיות איתם מתמודדים חרקים מוצצי שיפה בזמן ההזנה על צמחים, לחץ אוסמוטי גבוה ונוכחות חומרים פעילים רעילים במעי. בהמשך המחקר גם זיהינו שני אנזימים בכנימת עש הטבק המסוגלים לבצע את המטבוליזם הראשוני והשניוני שתואר יחד: פירוק סוכרוז לפרוקטוז וגלוקוז והצמדת מולקולות גלוקוז לחומר שניוני כגון גלוקוזינולט".

 

למחקר השלכות בסיסיות ויישומיות. בפן הבסיסי, מדובר בזיהוי מסלול ביוכימי חדש, משותף למינים שונים של חרקים מוצצי שיפה להכנסת שינויים במולקולות הגנה שונות של צמחים.  בפן היישומי, מדובר בתגלית המאפשרת פיתוח של צמחים עמידים כנגד חרקים מוצצי-שיפה מזיקים. המחקר נערך במסגרת פרוייקט בין-לאומי המנסה לפתור בעייה חשובה בגידול צמחי הקסאבה באפריקה. מינים אפריקאים של כנימת עש הטבק מעבירים מחלות ויראליות לצמחים הגורמות לעיתים להכחדת היבול, אובדן הכנסה ורעב. פרופ' מורין: "אנו מקווים שעל ידי פגיעה ספציפית ביכולת הכנימות לבצע במקביל רגולציה של הלחץ האוסמוטי ונטרול של ציאנו גלוקוזידים במעי, נוכל להפחית משמעותית את אוכלוסיית כנימת עש הטבק באזורי הגידול של צמחי הקסאבה".

כנימות על עלים