המחקר של ד"ר עינת שדות, חוקרת חדשה במחלקה לפרחים, מתוכנן לגשר בין המדע הבסיסי למחקר היישומי של עולם הצומח. בעבודת המסטר שלה עסקה עינת ביצירת צמחים מהונדסים של טבק, שמבטאים חלקים של וירוס המוזאיקה של הטבק לצורך השריית עמידות לוירוס זה. בעבודת הדוקטוראט, ובהמשך עבודתה במכון ויצמן, התמחתה בנושא שלד התא של בעלי-חיים.

עינת, האם תוכלי להסביר מהו "השלד התאי"?

"השלד התאי הוא רשת סבוכה של סיבים שעוברת בתא לאורכו ו/או לרוחבו. שני סוגים של סיבים מאפיינים את השלד התאי הצמחי: האחד הוא המיקרוטובולי (תמונה 1) והשני מבוסס על חלבון האקטין (תמונה 2). אבני הבניין של השלד התאי, אקטין וטובולין, היו קיימים ביצורים חד תאיים כבר לפני 1.6 מיליארד שנים, עוד לפני התפצלות ממלכת החי מממלכת הצומח. על כך מעיד הדמיון הרב (זהות של 90% בחומצות האמינו) בין אקטין וטובולין מבעלי-חיים ומצמחים."

כיצד מחברים את הידע המדעי על התא הבודד לתגובה הפיזיולוגית של הצמח השלם?

"השינויים המולקולריים המתרחשים בתוך התאים עומדים למעשה בבסיס התגובות הפיזיולוגיות של הצמח לתנאי הסביבה. בתאים קיימים קולטנים שתפקידם להגיב לאותות מבחוץ (איור 3 א'). קולטן כזה הוא למעשה חלבון שממוקם בקרום התא כך שקצהו האחד בולט אל מחוץ לתא, חלקו המרכזי עובר דרך קרום התא וקצהו האחר נמצא בתוך התא.

באמצעות חלקו הבולט מחוץ לתא מרגיש הקולטן את האות החיצוני לדוגמא: עקת יובש (איור 3 ב'). כתוצאה מכך משתנה חלקו הפנימי של הקולטן, שינוי המאפשר לו כעת להעביר מולקולה של זרחן לחלבון א' בתוך התא (איור 3 ג') וביחד לבצע פעולת תגובה כמו סגירת הפיונית (איור 3 ד').

תהליכים אלו נקראים מסלולי העברת אותות (signal tranduction pathways). סיכום הידע שהצטבר עד כה מראה שהשלד התאי ממוקם בצומת דרכים חשוב ברשת העברת האותות בתוך התא, מהתא החוצה ומהחוץ פנימה, והוא ממלא תפקיד חשוב בקליטת האותות השונים ובתרגומם לתגובה פיזיולוגית.

"הודות למבנהו הסיבי המוגדר של השלד התאי אפשר לזהותו בקלות בעזרת מיקרוסקופ (תמונות 1, 2). כמו כן אפשר לזהות חלבונים הנקשרים אליו ומסתדרים לאורך הסיבים או באחד מקצותיהם. תכונות אלו מקנות לשלד התאי יתרונות כסמן ביולוגי לשינויים החלים ברמת התא הבודד, וגם מאפשרות בחינה מדויקת של המיקום התוך תאי שבו התרחשה התגובה. השינויים המולקולריים החלים בתוך התא מסכמים למעשה מכלול של השפעות סביבתיות כמו טמפרטורה, אורך יום, תכולת מומסים במי ההשקיה וכך הלאה.

"יציבותם ופעילותם של סיבי השלד התאי מושפעים מאותות שונים, למשל ההורמונים הצמחיים ABA, Giberelin, Jasmonic acid. השלד התאי מעורב בפעילויות שונות וחשובות בתא כמו חלוקות תאים, הובלת חומרים בתוך התא, בנייה של דופן התא, סיבוב כלורופלסטים לכיוון השמש, התארכות שורשונים ונחשוני נביטה של אבקה, פתיחה וסגירה של פיוניות ועוד."

כיצד הידע שצברת תורם לקידום המחקר בפיזיולוגיה של הצמח?

"מרבית הידע שקיים היום לגבי תפקידיו של השלד התאי מגיע מתחום בעלי החיים. העניין בייצור תרופות משך כספים רבים לתחומי המחקר הרלוונטיים, וכתוצאה מכך התפתחו הטכנולוגיה והידע בקצב מהיר. אני מאמינה שאוכל להשתמש בשיטות המחקר ובידע הביולוגי שרכשתי לצורך קידום ההבנה של תפקידי השלד התאי בתאים צמחיים." "אנו מוצאים עניין רב במחקר הביולוגיה של הפיוניות: תאי הפיונית נמצאים באפידרמיס של העלה וממוקמים בזוגות בהיקף של מפתח הפיונית. הם ממלאים תפקיד כפול בשליטה ובבקרה על קליטת CO₂ כחומר גלם לפוטוסינתזה ועל אובדן מים לאטמוספרה באמצעות טרנספירציה (דיות). ירידה בטורגור (מתח המים בתא) בגידולים חקלאיים במהלך תקופות יובש עלולה לגרום נזקים בלתי הפיכים לצמח ולאובדן היבול. בישראל תקופת היובש ארוכה ובעיית המים חמורה עקב שנים רבות של חוסר איזון בין הצריכה למילוי המאגרים. מאידך, קיים מתאם חיובי בין המוליכות של הפיוניות לקצב הצמיחה. בנוסף, בכמה גידולים בארץ נצפתה תופעה של סגירת פיוניות בשעות הצהריים החמות, דבר המקשה על ויסות הטמפרטורה של העלה ועמידות הצמח לחום.

"כיום ידוע מהספרות שהשלד התאי ממוקם בשרשרת העברת האותות בפיונית בין ההורמון ABAלביו תעלות האשלגן, או לחלופין בין אור לבן לבין משאבות הפרוטונים; אולם לא ברור מהם החלבונים המשתתפים בחיבור מסלול האותות מABA- או האור הלבן לשלד התא והלאה לתעלות. אנו מאמינים שאפיון חלבונים והגנים שלהם יאפשר מניפולציות גנטיות ופיתוח של חומרים חדשים, שיאפשרו שליטה מכוונת בפעילות הפיוניות."

"אנחנו, אני וצוות המחקר שאתי: ד"ר מוחמד אבו-עביד ומעוז להב (סטודנט לתואר שני) עסוקים בהשלמת ההקמה של המעבדה לביולוגיה של התא הצמחי. אנו מתמקדים בפיתוח שיטות לסימון פלואורוסצנטי של שלד התא ואבחון של תא פיונית באמצעות המיקרוסקופ (תמונות 1, 2). העבודה על הפיוניות נעשית בשיתוף פעולה עם פרופ' אמנון שוורץ מהפקולטה לחקלאות וד"ר מיכה רביב מנוה-יער.

"כמו כן מתגבשות תכניות מחקר הקשורות במנגנוני כניסה לתרדמה של גאופיטים שונים, תוכנית אינגרטיבית עם החוקרים: ד"ר רינה קמנצקי מהמחלקה לפרחים, סוניה פילוסוף- הדס מהמחלקה לאחסון וגדעון לוריא ממ"ר בצלים ופקעות בשה"ם. ההנחה המדעית היא ששלב הכניסה לתרדמה של גיאופיטים מתבטא בשינויים ביוכימיים ברקמת הצמח, שניתנים לזיהוי מיקרוסקופי ברמת התא הצמחי הבודד. באופן מעשי זהו כלי חשוב שיכול לתרום להבנת התהליכים הפנימיים ולשמש כמדד מדוייק לאיפיון שלב הכניסה/ יציאה מתרדמה. הממצאים יהוו בסיס לפיתוח שיטות מתאימות לטיפול בחומר הצמחי.

"לסיכום, ברצוני לאמר, שאני מאמינה שאוכל לרתום את הנסיון המדעי שרכשתי לענף הפרחים ולתרום בכך להעמקת הידע הביולוגי הקיים".

"עולם פורח" גליון 15, 54- 52. (2002)