המהפכה הבאה בחקלאות כבר כאן: שימוש בטכנולוגית CRISPR לטיפוח מהיר וספציפי של גידולים

שני מאמרים שפורסמו לאחרונה back to back בכתב העת Nature Biotechnology (עיתון בת של כתב העת Nature, מהמשפיעים ביותר בתחום מדעי הטבע) מבשרים על תחילתה של מהפכה בחקלאות.

Nat Biotechnol. 2018 Oct 1. doi: 10.1038/nbt.4272. [Epub ahead of print] PMID: 30272678

Nat Biotechnol. 2018 Oct 1. doi: 10.1038/nbt.4273. [Epub ahead of print] PMID: 30272676

שיטת הטיפוח (domestication) המסורתית של גידולים (מאז שחר החקלאות לפני אלפי שנים), התבססה על בחירת הצאצאים המראים תכונה רצויה, זריעת הזרעים של צמחים אלו וכן הלאה בדורות הבאים עד לקבלת זן שבו מוקסמה תכונה זו. כך התקבלו זנים בעלי יבול מוגבר, מותאמים לשיטות קטיף נוחות ועוד. אולם במקרים רבים שיפורים אלו לוו בירידה בשונות הגנטית, בערך התזונתי, בטעם ובעמידות הצמח לתנאי עקה (היות והברירה היתה לתכונה פנוטיפית (נצפית) של הצמח אבל אי אפשר היה לכוון שהשינוי הגנטי יהיה רק בגן/ים ספציפי/ים).

ממחקרים רבים שעסקו באפיון הגנטי של הזנים המטופחים לעומת זני הבר התברר, שרבות מהתכונות הקשורות לטיפוח הן מונוגנטיות, כלומר נובעות מהשתקה או ביטוי יתר של גן בודד. העובדה הזאת העלתה את האפשרות להשתמש ב"עריכת גנום" בעזרת טכנולוגית CRISPR, לשינוי ספציפי של גן/מספר גנים החשובים להשבחה ברקע של זן בר בעל יתרון ביכולת העמידות ובפרמטרים של ערך תזונתי וטעם.

במחקרים המתוארים בשני המאמרים המצוטטים לעיל, הוחדר פלסמיד (נשא) של sgRNAs (רצפים קצרים התואמים לרצף גן מסויים ומכוונים את קומפלקס ה CRISPR-Cas לגן ומביאים להחדרת שינויים באותו גן ספציפי) המכוונים כנגד מספר גנים (בו זמנית) הקשורים לתכונות רצויות בטיפוח, לתוך זן בר של עגבניה Solanum pimpinellifolium, שהוא עמיד בהרבה ופרותיו בעלי ערך תזונתי גבוה (תכולת הפיגמנט/נוגדן החימצון "ליקופן" במקרה הזה) מזן התרבות Solanum lycopersicum.

הגנים אליהם כיוונו החוקרים כללו גנים המעורבים בצורת גדילת הצמח (גובה הצמח, צורת צמיחת הענפים וכד'), צורת הפרי וגודלו, מספר הפירות, וערך תזונתי. לאחר בידוד צאצאי הצמחים שירשו את השינויים הגנטיים (והם Cas free, כלומר כבר אינם מכילים את מערכת ה CRISPR-Cas), נמצא שהם אכן מבטאים את תכונות הטיפוח הרצויות. במקביל נעשה האפיון הגנטי של השינויים ברצפי הגנים בצמחים המותמרים ונבדק הרצף של גנים בעלי רצף דומה כדי לשלול את האפשרות שדווקא גנים אלו שונו כתוצאה מתופעת "Off targets". בנוסף, נבדק ונמצא שצמחים אלו שמרו על יתרון העמידות של זן הבר.

תוצאות מבטיחות אלו סוללות את הדרך, כדברי החוקרים, לתוכניות טיפוח מולקולריות, מהירות בהרבה מתוכניות טיפוח מסורתי, היכולות לנצל את השונות הגנטית הקיימת בזני הבר (טיפוח ("מחדש") De Novo).