ראוי לשבח

ארגונים וממשלות ברחבי העולם עוקבים בדאגה אחר הירידה בביטחון התזונתי, שמחמירה בשנים האחרונות. לפי משרד החקלאות האמריקאי, בשנת 2022 היה מספר שיא של אנשים ללא ביטחון תזונתי: כ-1.3 מיליארד, עלייה של עשרה אחוזים ביחס ל-2021. אירועי בצורת, שיבושים בשרשרות האספקה, עיכובים במשלוחים ובעיות שינוע, יחד עם עלייה במחירי החשמל והאנרגיה, איימו כולם על זמינות המזון. מנגד, הביקוש העולמי למזון ובפרט לדגנים רק הלך ועלה והוביל לעלייה חדה במחירים. המחירים האמירו עוד יותר עם פלישת רוסיה לאוקראינה בפברואר 2022. הגישה למזון הופכת לקשה במיוחד עבור מיליוני אנשים החיים במדינות עם הכנסה נמוכה או בינונית לנפש.

דרך אפשרית לצמצם את מספר האנשים הרעבים היא לטפח גרסאות חדשות של צמחי מאכל בשיטות של הנדסה גנטית, שיגדילו את התפוקה של היבולים. בתחילת הדרך של תחום ההנדסה הגנטית בחקלאות נהגו חוקרים להשתמש בחיידקים ובנגיפים כדי להחדיר גֵנים חדשים לתאי הצמח. אך קמפיינים ציבוריים עצומים וממושכים נגד מזון מהונדס גנטית גרמו לציבור לחשוש מיבולים שעברו תהליכים אלו, למרות שאין בהם סכנה בריאותית.

במחקר חדש שפורסם בכתב העת Nature, חוקרים השתמשו בגישה חדשה לעריכת גֵנים המבוססת על מערכת קריספר, וייצרו אורז שעמיד בפני מחלות קשות ומניב כמויות גדולות של יבול.

הירידה בביטחון התזונתי מחמירה בשנים האחרונות. חלוקת אורז וחיטה בהודו | Shutterstock, PradeepGaurs

להציל את האורז

אורז הוא ממזונות היסוד החשובים בעולם והנפוץ ביותר יחד עם תירס וחיטה. יותר ממחצית מבני האדם מבססים את תזונם בעיקר על אורז. בשנים 2022-2021 צרכו תושבי העולם מעל 500 מיליון טונות אורז, בעיקר במדינות אסיה, אפריקה שמדרום לסהרה ודרום אמריקה.

בין המחלות הזיהומיות שפוגעות ביבולי האורז בולטת מחלה הרסנית שנגרמת מפטרייה בשם Magnaporthe oryzae. כאשר הפטרייה מתפשטת בצמח, רקמות הצמח נמקות והעלים מקבלים מראה שרוף. ההערכה היא כי הפטרייה גורמת לנזק ב-10 עד 30 אחוזים מיבול האורז בעולם כל שנה, ולהפסדי יבול שנתיים שהיו יכולים להאכיל יותר מ-60 מיליון אנשים. הפגיעה בתפוקת האורז כה גדולה עד כי הפטרייה נחשבת לאחת ממחוללות מחלות הצמחים החשובות בעולם. גורם נוסף שמסב נזקים עצומים לגידולי האורז הוא חיידק Xanthomonas oryzae, שגורם בתנאים מסוימים לאובדן של כחמישית עד מחצית מהיבול. החיידק תוקף בעיקר את העלים של הצמח, וגורם לנגעים חומים ומוארכים הנראים כרקמה פגומה או מתה.

מאחר שמחלות זיהומיות מעוללות נזקים כה גדולים, טיפוח צמחים מהונדסים הנושאים גֵנים המקנים עמידות למגוון רחב של מחלות הוא חשוב ביותר. אך עד כה התגלו בצמחים רק גֵנים מעטים שמספקים עמידות.

הפטרייה Magnaporthe oryzae נחשבת לאחת ממחוללות מחלות הצמחים החשובות בעולם. צמחי אורז עם נגעים הנגרמים מהפטרייה | Shutterstock, LAORBLACK

מוטציות מחקות נגעים

אחת התופעות המעניינות בצמחי אורז היא הופעתם של שינויים אקראיים בחומר הגנטי (מוטציות) המתרחשים באופן טבעי וגורמים להתפתחות כתמים נמקיים על העלים, שדומים במראם לנגעים שנוצרים לאחר הידבקות בפטרייה או בחיידק. המוטציות, שמכונות "מוטציות מחקות נגעים" (lesion mimic mutations), לא רק שאינן מזיקות לצמח כפי שהיה ניזוק אילו נדבק בחיידק, פטרייה או נגיף, אלא לעיתים קרובות הן גורמות לו להפעיל גֵנים המספקים הגנה או מגבירים את התגובה החיסונית שלו נגד זיהומים. כך הצמח הופך לרגיש פחות לגורמי המחלה. לפיכך, הטמעה של מוטציות כאלו בתאי הצמח עשויה לשפר את עמידותו, אך לרוע המזל הן גם בדרך כלל גורמות לירידה חדה בכמות היבול.

חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה ומהאוניברסיטה החקלאית בווהאן שבסין גידלו צמחי אורז עם מוטציות שונות. שדה אורז בקליפורניה שהודבק בפטרייה | UCANR

 עריכה גנטית להשבחת האורז

כדי למצוא גֵנים חדשים שמספקים הגנה מפני זיהומים, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה וחוקרים מהאוניברסיטה החקלאית בווהאן שבסין גידלו צמחי אורז שנלקחו מאוסף גדול של למעלה מ-1,500 צמחים. צמחי האורז באוסף זה נושאים מוטציות באזורים ידועים, והחוקרים בודדו מהם את הצמחים שהיו להם נגעים על העלים. בשישה צמחים היו "מוטציות מחקות נגעים" ומתוכם צמח אחד היה מעניין במיוחד, בשל עמידותו לפטריית Magnaporthe oryzae ולחיידק Xanthomonas oryzae. לשמחתם של החוקרים, הצמח בעל המוטציה היה עמיד לפטרייה פי עשרים בהשוואה לצמח מזן הבר, שאינו מכיל אותה מוטציה. אך לרוע המזל הוא גם נתן יבול קטן פי עשרים.

בשלב הבא החוקרים בדקו את הגנום של צמח האורז העמיד וגילו מאיזו מוטציה, ובאיזה גן, נובעת העמידות. בעזרת טכנולוגיית קריספר (CRISPR) לעריכת גֵנים, הם ייצרו באופן מלאכותי כמה וכמה גרסאות של צמחי אורז מוטנטיים, כלומר מכילים את הגן עם המוטציה, ובודדו מתוכם את אלה שהיו עמידים לשתי המחלות. אך המשימה לא הושלמה. בדרך כלל מוטציות גורמות לפגיעה בפוריות הצמח ובכמות היבול, ולכן האתגר היה למצוא צמח עם עמידות למחלות שגם ימשיך להניב יבול טוב, וזה היה כרוך במעט מזל. בניסויי שדה בקנה מידה קטן שנערכו בסין, שתלו החוקרים את צמחי האורז שעברו עריכה בחלקות שהיו נגועות בפטרייה ובודדו את הצמחים ששרדו את המחלה הפטרייתית הקשה וכמו כן שהיבול שהניבו לא נפגע. ואכן אחד הצמחים הניב פי חמישה יותר אורז בהשוואה לצמח המקורי, שלא עבר את העריכה הגנטית.

במחקר הנוכחי החוקרים השתמשו בזן האורז Kitaake, כיוון שנוח לבצע בו את המחקר, קל יחסית לערוך בו שינויים גנטיים והוא בעל מחזור חיים קצר. אך מכיוון שהוא אינו נפוץ בגידולי מזון, החוקרים מתכוונים לערוך את המניפולציה הגנטית בזני אורז נפוצים יותר, ובהמשך הם מקווים שיצליחו לשחזר את המוטציה גם בצמח החיטה וכך ליצור חיטה עמידה למחלות.