מחקר חדש: כנימת עש הטבק הטמיעה בחומר הגנטי שלה תכונה של צמחים, שמגינה עליה מפני רעלן שהצמח מייצר

חרק קטן אחד מצליח לאכול צמחים שכמעט אף אחד אחר לא מסוגל לאכול. איך הוא עושה זאת? חוקרים מהמכון לחקר ירקות ופרחים בבייג'ינג, סין מצאו בחומר הגנטי של אותו חרק, כנימת עש הטבק (Bemisia tabaci), גֵן שמקנה לו עמידות מפני חומר רעיל שצמחים מסוימים מייצרים להגנה מפני מזיקים. באופן חריג מאוד, החוקרים הראו שהכנימה אימצה את הגֵן הזה מהצמחים עצמם.

לצמחים יש מאגר רחב של אמצעים שמאפשרים להם להגן על עצמם מפני חרקים ואוכלי צמחים אחרים. השיטות כוללות בין השאר קוצים ואמצעים מכניים אחרים, כמו קליפה עבה וקשה שמקשה על אכילתם, וכן הגנה כימית באמצעות חומרים רעילים שפוגעים באויביו של הצמח.

החרקים אוכלי הצמחים, מצידם, פיתחו שיטות לחמוק מאמצעי ההגנה הללו וכך להיטפל לצמחים ולנצל אותם. אחד מהחרקים האלו הוא כנימת עש הטבק, הידועה לשמצה כמזיק הנושא נגיפים מחוללי מחלות בצמחים. הכנימה הזאת היא חרק זעיר שגודלו מילימטר בלבד. צבע גופה צהוב, וכנפיה לבנות וארוכות ככנפי עש. היא פוגעת בגידולים חקלאיים רבים של ירקות כמו עגבניות, מלפפונים, בטטות וחצילים. פגיעתה מקטינה את היבולים, מחלישה את הצמחים הנגועים ומסבה נזק כלכלי רב לחקלאים.

כנימות על עלה של פוקסיה | Shutterstock, cha_cha
כנימת עש הטבק פוגעת בגידולים חקלאיים רבים של ירקות בזכות יכולתה להתמודד עם הרעלים של הצמחים. כנימות על עלה של פוקסיה | Shutterstock, cha_cha

מעבר נדיר

חוקרים שהתחקו אחר הצלחתה של הכנימה כבר מצאו בעבר שהיא מפרישה ברוק שלה חומרים שמדכאים את מערכת החיסון וההגנה של הצמח. מחקר חדש מגלה שיש לה גֵן מסוים שמאפשר לה להתמודד בהצלחה עם רעלן מסוג גליקוזיד פנולי (phenolic glycoside). מדובר במולקולה רעילה שצמחים רבים מפרישים ושפוגעת ברוב החרקים, אך לא בכנימת העש. כדי לוודא שהגֵן אכן מקנה עמידות בפני הרעלן, החוקרים יצרו שיח עגבנייה שמפיק מולקולת RNA שמנטרלת את פעילות הגֵן החשוד של הכנימה. כל כנימות העש שניזונו מהצמח המהונדס מתו, לעומת חמישית בלבד מכנימות העש שניזונו מצמחי עגבנייה רגילים שייצרו רק את הרעלן.

באמצעות ריצוף גֵנים והשוואה לגֵנים דומים ניסו החוקרים לאתר את מקור הגֵן המעניק לכנימת העש את העמידות לרעלן, ולמצוא באיזה יצורים נוספים הוא קיים. להפתעתם הם זיהו גֵנים דומים רק בתת-מינים של כנימת עש הטבק עצמה ובצמחים. החוקרים משערים שהגֵן הזה מגן על הצמחים מפני הרעלן שהם עצמם מייצרים. מכאן הסיקו החוקרים שמתישהו במהלך האבולוציה הגֵן עבר כנראה אל כנימות העש מהצמחים שמהם הן ניזונות.

מעבר של גן בין יצורים שונים כל כך הוא תופעה מפתיעה ביותר. סוג כזה של העברה גנטית, שאינו בדרך המסורתית של הורשת תכונה מהורה לצאצא, מכונה העברה גנטית אופקית. העברת גֵנים כזאת מוכרת בעיקר בין יצורים חד-תאיים פשוטים וחסרי גרעין, כגון חיידקים, אך נצפתה פה ושם גם בין יצורים חד-תאיים לחרקים.

תופעה של העברת גֵנים ליצורים רב-תאיים בעלי גרעין אינה מובנת מאליה. גרעין התא הוא אברון שמגן על החומר התורשתי ולכן אמור גם להקשות על העברת גֵנים אופקית. העברה כזאת של גֵן בין צמח לחרק – שני יצורים בעלי גרעין – אמורה לכאורה להיות כמעט בלתי אפשרית. 

החוקרים לא מבינים עדיין איך בדיוק עבר הגֵן מהצמח לכנימת העש, אך אין ספק שמקורו צמחי. העברת גֵנים אופקית מאפשרת "קיצור דרך" אבולוציוני: במקום לפתח מנגנון מורכב במשך אלפי דורות, יצור יכול "לגנוב" כך תכונה שיצור אחר כבר פיתח. להבנה שתופעה כזאת יכולה להתרחש בין שני יצורים רב תאיים יש השלכות מרחיקות לכת על האופן שבו אנו תופסים את האבולוציה של יצורים בעלי גרעין.

החוקרים עדיין לא יודעים מאיזה צמח בדיוק הגיע הגֵן אל כנימת העש, אך מקווים שיצליחו לאתר אותו ככל שירוצפו הגנומים של צמחים נוספים. כמו כן, החוקרים סבורים שלגֵן שהם זיהו יש תפקידים נוספים, שמקנים לכנימת עש הטבק הגנה רחבה מפני יותר מרעלן אחד, אך זה עוד לא הוכח. אולי בעתיד, בעזרת זני צמחים מהונדסים שייצרו מולקולה שמנטרלת את הגֵן הזה, נוכל לגדל צמחים עמידים נגד כנימת עש הטבק, במקום להשתמש בקוטלי חרקים מזהמים.