myHerb

קוד תכנות לצמחים: חוקרי סטנפורד תכננו מעגלים גנטיים מלאכותיים שיכולים לסייע לצמחים

באמצעות גנים סינתטיים, הצליחו חוקרים בסטנפורד לשנות את מבני השורשים של צמחים. עבודתם יכולה להפוך את הגידולים ליעילים יותר באיסוף חומרים מזינים ומים מן הקרקע, ולהפיכתם לעמידים יותר בפני לחצים מתגברים, הנובעים משינויי אקלים וזיהום.

ייצור המזון העולמי יותר ויותר מאוים על ידי השפעות שינויי האקלים. כאשר שיטפונות, בצורת וגלי חום קיצוניים הופכים נפוצים יותר, הגידולים החקלאיים צריכים להיות מסוגלים להסתגל מהר מתמיד.

חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד עובדים על דרכים לתמרן תהליכים ביולוגיים בצמחים כדי לעזור להם לגדול בצורה יעילה ואפקטיבית יותר במגוון תנאים. ג’ניפר ברופי, עוזרת פרופסור לביו-הנדסה, ועמיתיה תכננו סדרה של מעגלים גנטיים סינתטיים המאפשרים להם לשלוט על ההחלטות שמתקבלות על ידי סוגים שונים של תאי צמחים.

במאמר שפורסם לאחרונה ב-Science, הם השתמשו בכלים אלו כדי לגדל צמחים עם מבני שורשים שונה. עבודתם היא הצעד הראשון בתכנון גידולים המסוגלים לאסוף יותר מים וחומרי הזנה מהאדמה ומספקת מסגרת לתכנון, בדיקה ושיפור מעגלים גנטיים סינתטיים ליישומים אחרים בצמחים.

“המעגלים הגנטיים הסינתטיים שלנו יאפשרו לנו לבנות מערכות שורשים מאוד ספציפיות או מבני עלים מאוד ספציפיים כדי לראות מה אופטימלי עבור התנאים הסביבתיים המאתגרים שאנו יודעים שיגיעו”, אמרה ברופי. “אנחנו הופכים את הנדסת הצמחים להרבה יותר מדויקת.”

קוד תכנות לצמחים

זנים מגידולים מהונדסים גנטית כיום משתמשים במערכות פשוטות יחסית ולא מדויקות, הגורמות לכל התאים שלהם לבטא את הגנים הדרושים. למשל, להתנגד לקוטלי עשבים או מזיקים. כדי להשיג שליטה על התנהגות הצמח בקנה מידה עדין, ברופי ועמיתיה בנו DNA סינתטי, שעובד בעצם כמו קוד מחשב עם שערים לוגיים המנחים את תהליך קבלת ההחלטות.

במקרה זה, הם השתמשו בשערים הלוגיים האלה, כדי לציין אילו סוגי תאים מבטאים גנים מסוימים, ומאפשרים להם להתאים את מספר הענפים במערכת השורשים, מבלי לשנות את תפקוד שאר חלקי הצמח.

“עיצובי שורשים שונים כדי ליצור את היבולים היעילים ביותר”

העומק והצורה של מערכת השורשים של הצמח משפיעים על מידת היעילות שלו במשיכת משאבים שונים מהאדמה. מערכת שורשים רדודה עם ענפים רבים, למשל, טובה יותר בספיגת זרחן (שנשאר ליד פני השטח), בעוד שמערכת שורשים עמוקה יותר שמתפצלת בתחתית טובה יותר באיסוף מים וחנקן.

באמצעות מעגלים גנטיים סינתטיים אלה, חוקרים יכלו לגדל ולבדוק עיצובי שורשים שונים כדי ליצור את היבולים היעילים ביותר לנסיבות שונות. או, בעתיד, הם יכולים לתת לצמחים את היכולת לייעל את עצמם.

ממודלים של אורגניזמים ועד לחקלאות מודרנית

ברופי עיצב יותר מ-1,000 מעגלים פוטנציאליים כדי לתמרן את ביטוי הגנים בצמחים. היא בדקה אותם בעלים של צמחי טבק, ובדקה אם היא יכולה לגרום לתאי העלים ליצור חלבון זוהר בחושך שנמצא במדוזות. היא מצאה 188 עיצובים שעבדו, שהחוקרים מעלים למסד נתונים סינתטי של DNA כדי שמדענים אחרים יוכלו להשתמש בעבודתם.

לשנות את מבנה הצמח

לאחר שהיו להם עיצובים עובדים, החוקרים השתמשו באחד המעגלים כדי ליצור שערים לוגיים שישנו את הביטוי של גן התפתחותי ספציפי בסוג מוגדר במדויק של תא שורש של Arabidopsis thaliana, צמח קטן ועשב שמשמש לעתים קרובות בתור תא שורש. מודל אורגניזם. על ידי שינוי רמת הביטוי של אותו גן אחד, הם הצליחו לשנות את צפיפות הענפים במערכת השורשים.

כעת, כשהם הוכיחו שהם יכולים לשנות את מבנה הצמיחה של מודל אורגניזם, החוקרים מתכוונים ליישם את אותם כלים על גידולים מסחריים. הם חוקרים את האפשרות להשתמש במעגלים הגנטיים שלהם, כדי לתפעל את מבנה השורשים בסורגום (דּוּרָה), צמח שניתן לזקק לדלק ביולוגי, כדי לעזור לו לספוג מים ולבצע פוטוסינתזה בצורה יעילה יותר.

“שינויי האקלים משנים את התנאים החקלאיים שבהם אנו מגדלים את הצמחים שאנו רואים בהם כמזון, דלק, סיבים וחומרי גלם לתרופות”, אמר ברופי. “אם לא נוכל לייצר את הצמחים האלה בקנה המידה הנדרש, אנחנו עומדים בפני הרבה בעיות. העבודה הזו היא להבטיח שיהיו לנו זני צמחים שנוכל לגדל, גם אם התנאים הסביבתיים שבהם אנחנו מגדלים אותם יהיו פחות נוחים”.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

Click to access the login or register cheese
Scroll to Top