חוקרים זיהו רכיבים לא מוכרים עד כה במנגנון שמזהיר את הצמח כשזחלי פרפרים מנסים לאכול אותו
אחד האתגרים המשמעותיים ביותר העומדים בפני צמחים, מאחר שהם אינם מסוגלים לנוע, הוא להתמודד עם בעלי חיים שמבקשים לאכול אותם, כמו עיזים, פרות, זחלי פרפרים או כנימות. כדי להתגונן מהסכנה הצמחים מפעילים מגוון רחב של מערכות הגנה, כימיות ברובן. שלל התרופות והסמים שהופקו עם השנים מחומרים פעילים שיש בצמחים, חבים את קיומם גם למערכות אלו.
כדי להפעיל את מערכות ההגנה שלהם, צמחים צריכים דרך לזהות שאוכלים אותם. הם עושים זאת באמצעות מנגנונים שמאתרים נזק מכני לעלים, או מזהים חומרים כימיים שקיימים בריר של היצורים שאוכלים אותם. עד כה זוהו כמה מרכיבים כימיים כאלו בריר של יצורים שניזונים מצמחים, כמו זחלי פרפרים ועשים, אבל לא היה ידוע כמעט דבר על המערכות של הצמחים שמזהות את החומרים הללו ומפעילות בתגובה את מערכות ההגנה שלהם.
הצמחים מזהים את הריר של הזחל. זחל של העש Spodoptera litura | צילום: KENPEI, ויקיפדיה
זהה את הזחל
במטרה לזהות את הרכיבים של מערכות הזיהוי בחר צוות חוקרים מאוניברסיטת טוקיו להתמקד בצמחי סויה. ממצאי המחקר התפרסמו בכתב העת Communications Biology. החוקרים התמקדו באמצעים שבהם משתמשים צמחי סויה לזיהוי חומרים שנמצאים בריר של זחל מהמין Spodoptera litura. בשלב הראשון הם זיהו בסויה גֵנים שדומים למרכיבים ידועים אחרים של מערכות זיהוי בצמחים. הם מצאו כך כמה גֵנים אפשריים, שיבטו אותם והחדירו כל אחד מהם בנפרד לצמח תודרנית לבנה (Arabidopsis thaliana), שנחשב מודל נוח לניסויים.
כדי לבחון אם הגֵנים המועמדים אכן משתתפים בזיהוי חומרים בריר של הזחלים, בדקו החוקרים אם הם מפעילים בצמחי התודרנית מערכות ידועות להגנה מפני אכילה. מכיוון שמערכות כאלה יכולות לפעול גם בתגובה לנזק מכני, בדקו החוקרים אילו גֵנים מופעלים בתגובה לנזק כזה, או לשילוב של נזק מכני ושל ריר על העלה הפגוע. אם אחד הגֵנים המועמדים קשור לזיהוי הריר של הזחל בלבד, הצמח שמכיל את הגֵן יגיב חזק יותר כשייחשף לריר.
החוקרים זיהו שני גֵנים שהגיבו בצורה ספציפית לריר של זחלי Spodoptera litura, אך לא לחומרים כימיים אחרים או לריר של זחלים ממינים אחרים. לכן הם משערים שהגֵנים הללו קשורים לזיהוי ספציפי של פעילות הזחלים הללו. כדי לזהות מה המרכיב הכימי המסוים בריר שהגֵנים מזהים, הפרידו החוקרים את החומרים בריר לפי תכונותיהם הכימיות, והסיקו שהצמח מזהה שרשרת של סוכרים.
החוקרים החדירו גנים של סויה לצמח מודל. תודרנית לבנה | צילום: Marco Roepers, ויקיפדיה
הגֵנים שהחוקרים גילו שקשורים לזיהוי הריר אחראים על ייצור חלבונים שנמצאים על דפנות תאי העלה. המבנה שלהם רומז שהם קולטים את שרשראות הסוכרים בריר הזחלים. כדי לבחון את ההשערה הזאת בודדו החוקרים את הסוכרים הללו מהריר ובחנו אם החלבונים הללו נקשרים אליהם. להפתעתם לא נמצא קישור משמעותי בין החלבונים לסוכרים. החוקרים משערים שאולי מרכיבי הריר משתנים במהלך כניסתם לעלה, או שהחלבונים הללו הם רק קולטנים שניוניים, המסייעים לקליטת הסוכרים מריר הזחלים, אך לא קושרים אותם לבדם.
המחקר זיהה פרטים רבים נוספים על מסלול העברת האותות מהקולטנים ועד להפעלת ההורמונים הצמחיים המשמשים להגנה מאכילה, אך דרושה עוד עבודה רבה עד שיזוהו כל מרכיבי המערכת ודרך הפעולה הביוכימית שלה. זהו עוד נדבך אחד בידע המדעי על דרכי ההגנה של צמחים מפני טורפים.
