גידול וריבוי צמחים חופשיים מוירוסים

1. גידול וריבוי צמחים חופשיים מוירוסים 2 • רגישות צמחים לווירוסים : • הצמחים בטבע רגישים להדבקה ע"י וירוסים.רובם נגועים ביותר מסוג אחד של וירוס. ההדבקה בוירוסים גורמת לצמח לגדול לאט ולהניב פחות פרי. הטיפול קשה כי הנגיף משתלב בתא הצמח והופך לחלק ממנו. הווירוסים מתפשטים בכל חלקי הצמח ונשארים בצמח למשך כל חייו . כל טיפול כימי בנגיף לא יעיל כי יפגע גם בתא המאכסן הצמחי. • אם הריבוי הוא וגטטיבי (ע"י ייחור,הרכבה, פקעת או בצל) , הווירוס יעבור גם לצאצאים של הצמח. • וירוסים לא יכולים לחדור לזרעים של הצמח. לכן, הזרעים לא נפגעים ע"י וירוסים . בריבוי מיני , כאשר הצמח מתפתח מזרעים הנגיפים לא מועברים לצאצאים. • רקמה נוספת לא חדירה לוירוסים היא רקמת המריסטמה. התאים העובריים ברקמה זו לא חדירים לוירוסים. צמח מודבק בוירוסים צמח נקי מוירוסים 27 http://www.tari.gov.tw/ARI_E/Introduction_PPD.htm

2. תהליך ריבוי צמחים חופשיים מוירוסים צמח מוצא צמח מוצא להפקת רקמת מריסטמה קודקודית 37 מ"צ שוק תרמי הצמח עובר שוק תרמי ע"י החזקתו בטמפ' 37 מ"צ למשך מספר שבועות. חשיפה זו מקטינה את כמות הוירוסים בו בצורה משמעותית מריסטמה קודקודית מוציאים רקמה מריסטמית ומעבירים לתרבית מצע מוצק לגידול ( בתנאים סטריליים ) . כריתה בתרבית נוצרים שתילים חופשיים מוירוסים תרבית סטרילית על מצע מוצק מפתחים מכל שתיל צמח בוגר שלם חופשי מוירוסים רקמת המוצא : רקמת מריסטמה קודקודית. רקמת המריסטמה לא חדירה לוירוסים ולכן היא חופשית מוירוסים. 28 צמח בוגר משוחזר חופשי מוירוסים

3. תחומי יישום של צמחים חופשיים מוירוסים : • גידול תרביות בקנה נידה גדול (מסחרי) • שימוש חקלאי – צמחים בריאים הגדלים מהר ותפוקתם רבה יותר . (צמח נקי מוירוסים נותן יותר פרי ) • צמחי נוי • מחקר של הדבקה מבוקרת כדי ללמוד על השפעת וירוסים שונים על הצמח . גידול פרחי נוי ( SURFINIA ) חופשיים מוירוסים All plants are grown from virus free stock http://www.nickys-nursery.co.uk/seeds/pages/2003.htm 29

4. העשרה השפעת הדבקה בנגיף על הצמח צמח אספרגוס חופשי מוירוסים צמח אספרגוס שנדבק בוירוסים מעבדה לבריאות הצמח http://www.tari.gov.tw/ARI_E/Introduction_PPD.htm 30

5. העשרה פרסומת של חברה לגידול בננות ותפוחי אדמה ללא נגיפים Virus Free Potato Breeder Seeds of Diamant Variety http://www.proshika-orchids.com/hyv_potato_banana.htm Virus Free Potato Plantlet Through Meristem Culture 31

6. העשרה צמח חופשי מוירוסים מניב 50-70% יותר פרי http://www.backyardlivingmagazine.com/dycon.asp?parent=35703&RefURL=&KeyCode=&tdate=&PMCode=&OrgURL Be sure to purchase registered “virus-free” plants, which produce 50 to 70 percent more fruit. 32

7. העשרה פיתוח ערכת שדה מהירה לזיהוי צמח נקי מוירוסים http://pdiag.csl.gov.uk/news/current/Seed.html 33

8. השבחת צמחים ויצירת מינים חדשים 3 • הגדלת התפוקה • שיפור איכות המזון • עמידות למחלות ולמזיקים • עמידות לחומרי הדברה • עמידות לתנאים סביבתיים ואקלימיים בעבר : השיטה הקלאסית לקבלת שינוי גנטי בתכונות הצמח 1. ע"י הכלאה מינית בין זני צמחים שונים In Vivo 2. ברירת צאצאים שרכשו את התכונה הרצויה • חסרונות השיטה הקלאסית : • תהליך הגידול והברירה ארוך וממושך. • קיים מחסום מינים. השיטה אפשרית רק במינים קרובים שיכולים לעבור ביניהם הכלאה מינית טבעית. • השיטה מאפשרת שינוי מספר קטן של תכונות בלבד , בעיקר בתחום הגדלת התפוקה . • תחליף יעיל לשיטה הקלאסית הוא שימוש בהנדסה גנטית ושחזור הצמח השלם בתרבית. 34

9. דרכים ליצירת שינויים גנטיים בצמחים בתרבית In Vitro קבלת צמחים בעלי תכונות חדשות 4 דרכים: 2 1 3 4 קבלת וריאציה סומקלונלית שינוי גנטי ספונטני בתרבית קאלוס או בתרחיף פרוטופלסטים השראת מוטציות בתאים וברירת המוטנטים הרצויים במצעי ברירה והעשרה איחוי פרוטופלסטים בתרבית עם PEG בשילוב שדה חשמלי (אלקטרופורציה) = הכלאה סומאטית מלאכותית בין מיני צמחים בתרבית הנדסה גנטית = החדרת חומר גנטי לתאי הצמח בתרבית בשיטות שונות של הנדסה גנטית 35

10. וריאציה סומאקלונלית 1 • יתרונות השיטה : • השינוי הגנטי ספונטאני • השינוי מתרחש בתרבית קלוס • תדירות הווריאציה גבוהה • יוצר סוגים חדשים של צמחים עם תכונות יעילות • חסרונות השיטה : • השינוי אקראי ולא מבוקר . • השינוי לא ניתן להכוונה ולשליטה • השינוי יכול להיות גם לרעה • השינוי אינו יציב ויכול להשתנות • בשיטה זו נוצרו סוגי תפוח אדמה : • בעלי תפוקה מוגברת • עמידות למחלות • שינוי בצבע הפקעת • שינוי בתכולת הסוכר • חיי מדף משופרים • גידולים נוספים משופרים : • עגבניות • גזר • סלרי • דגניים 36

11. השראת מוטציות ובידוד מוטנטים מתרבית 2 משרים מוטציות ע"י מוטגנים (פיסיקליים או כימיים ) בתאי צמח בתרבית ברירת מוטנטים רצויים ע"י גורמי – ברירה הנמצאים במצע הגידול • בשיטה זו בררו מוטנטים ל : • זנים עמידים לקוטלי עשבים • עמידים לרעלנים • עמידים למתכות כבדות • ( ע"י הוספתם למצע הגידול כגורם בורר ) • חסרונות השיטה : • בעיית סלקציה. דרוש ידע ביוכימי לגבי מסלול הביוסינתזה כדי לברור את התכונה . • דרוש ידע גנטי לגבי המוטציה . • רוב התוצרים הם מטבוליטים שניוניים ולרוב אין לנו ידע על המסלול הביוכימי של יצירתם. • יתרונות השיטה : • מתקבלים הרבה מוטנטים בזמן קצר . • יש בקרה של התנאים המשרים את המוטציות. לכן שיפור זנים בשיטה זו מוגבל ולא עונה על כל האפשריות 37

12. איחוי פרוטופלסטים בתרבית תאי צמח ( הכלאה סומאטית ) 3 • פרוטופלסטים • תאי צמח עגולים , חסרי דופן ומוקפים בקרום בלבד (מתקבלים ע"י טיפול אנזימתי בצלולאז ) • רגישים מאוד ללחץ אוסמוטי של הסביבה ודורשים סביבה איזוטונית • ניתן ליצור פרוטופלסטים צמחיים מכל חלק של הצמח • ניתן לאחות ולמזג בין פרוטופלסטים ממקורות שונים הכלאה סומאטית ע"י מיזוג פרוטופלסטים http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e29/29.htm סוגי הכלאות 1 2 הכלאה סומאטית בין פרוטופלסטים של מיני צמחים רחוקים ( שלא עוברים הכלאה מינית בטבע ) הכלאה סומאטית בין פרוטופלסטים (של צמח ) לבין ספרופלסטים ( של חיידק ) ולהקנות תכונה רצויה לצמח כך יצרו צמח כלאיים של תפוח אדמה עמיד לווירוס • יתרונות השיטה : • שיטה זו לא דורשת ידע גנטי כדי ליצור שינוי גנטי • שיטה פשוטה יחסית וקלה • מקבלים הכלאה שבטבע לא הייתה יכולה להתקיים • חומרים המשרים הכלאה בתרבית פרוטופלסטים : • פולי אתילן גליקול PEG • יוני סידן Ca++ ב PH בסיסי גבוה • שדה חשמלי הגורם לשברים בקרום - אלקטרופורציה 38

13. שינוי גנטי בהנדסה גנטיתע"י החדרת חומר גנטי לתאי הצמח בתרבית 4 • יתרונות השיטה : • מתגברים על מחסום המינים הקיים בטבע. • השיטה מאפשרת העברת תכונות בין מינים של צמחים רחוקים גנטית (אין מגבלה של קרבה) • העברת התכונות אפשרית גם בין אורגאניזמים שונים • ( מחיידק , פטרייה, שמר, וירוס , בע"ח לצמחים ) • ההעברה מבוקרת ונשלטת. בד"כ ניתן להעביר גן בודד ידוע . • השיטה מאפשרת יצירת צמח טרנסגני : • - צמח הנושא את הגן החדש בכל תאיו ובכל הרקמות. • - צמח שבו הגן יציבבמשך כל חייו • - הגן גם עובר בתורשה לצאצאים של הצמח הטרנסגני 39

14. סיכום והשוואה : הדרכים לקבלת שינוי גנטי בתאי צמח בתרבית וריאציה סומאקלונלית איחוי פרוטופלסטים בידוד מוטנטים עיקרון השיטה: מכינים ע"י הסרת הדופן מתאי צמח פרוטופלסטים צמחיים מחלקי צמח שונים. באמצעות פוליאתילן גליקול או בעזרת שדה חשמלי נוצר איחוי שלהם ומתקבלים תאי-כלאיים. זו הכלאה סומאטית. עיקרון השיטה: קלוס לא יציב גנטית בתרבית. רגיש לשינויים גנטיים ספונטניים ואקראיים. עיקרון השיטה: משרים מוטציות בתאי צמח בתרבית ע"י מוטגנים פיסיקליים/כימיים ובוררים במצע ברירה מיוחד את המוטנטים הרצויים • יתרונות: • שינוי ספונטאני בתרבית קלוס • תדירות השינוי גדולה • חלק מהשינויים מקנים תכונות מועילות מבחינה חקלאית • חסרונות: • השינוי אקראי ולא ניתן לחיזוי • לא ניתן לשליטה ולהכוונה • השינוי עלול להיות גם לרעה • השינוי הגנטי לא יציב • דוגמאות: תפ"א • תפ"א בתפוקה מוגברת • עמידות תפ"א למחלות • שינוי בתכולת הסוכר בתפ"א • עמידות משופרת לאחסון • יתרונות: • טיפול וסריקה בכמויות גדולות של תאים • התנאים מבוקרים • מרחב עבודה קטן ונוח • חסרונות: • דרוש ידע ביוכימי על המוטציה • צריך לדעת מהו מצע הברירה • הידע הנדרש לא קיים לרוב • דוגמאות: • תחום הקניית עמידות לקוטלי עשבים • עמידות לרעלנים • עמידות למתכות כבדות • יתרונות: • יכולת לשחזר צמח כלאיים מפרוטופלסטים -כלאיים • אין מחסום מינים . נקבל הכלאה בין מינים רחוקים. • ניתן לבצע איחוי גם עם ספרופלסטים של חיידק. • לא דרוש ידע גנטי לצורך האיחוי . • דוגמאות: • איחוי בין פרוטופלסטים של צמח עמיד לנגיף עם פרוטופלסטים של זן תפ"א מועדף בחקלאות נוצר זן מועדף עמיד לווירוס. 40

15. העשרה רשימת אתרים להרחבה הצמחים כמקור חלופי להפקת מטבוליטים משניים מצמחים http://www.fao.org/docrep/t0831e/t0831e00.htm#con שיבוט צמחים בתרבית http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/biology/variationandinheritance/4cloningandgenengrev3.shtml מיקרו-ריבוי בתרבית http://www.wtcc.wur.nl/uk/Technologies/In+vitro+propagation.htm רגישות צמחים לנגיפים- הכנת צמחים חופשיים מוירוסים http://www.tari.gov.tw/ARI_E/Introduction_PPD.htm צמחים נקיים מנגיפים http://www.nickys-nursery.co.uk/seeds/pages/2003.htm פרוטופלסטים צמחיים http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e29/29c.htm הגדרה מילונית של התופעה " וריאציה סומקלונלית " http://en.wikipedia.org/wiki/Somaclonal_variation מנגנון וריאציות סומקלונליות וחשיבותן http://www.ejbiotechnology.info/content/vol3/issue2/full/2/bip/ הכנת צמחים מהונדסים בעלי יכולת גדילה וייצור מוגברים http://www.salk.edu/otm/plant.html#Anchor-S96006A 41

16. העשרה הכנת צמחים מוטנטים לצורך מחקרים המשליכים על מחלות אדם http://www.innovations-report.com/html/reports/life_sciences/report-16873.html הכנת צמחים מוטנטים לאי יצירת ויטמין C כמודל לאדם החסר יכולת ביו-סינתזה זו http://www.news.cornell.edu/releases/Feb97/VitaminC.bpf.html הכנת מוטנטים צמחיים שלא מגיבים לסוכר לצורך מחקר הבודק השפעת הסוכר על ביטוי הגנים בצמחים http://www.cbs.umn.edu/plantbio/faculty/GibsonSue הכנת צמחים מוטנטים הקשורים למחלות סרטן באדם- להפקת תרופות מצמחים http://www.aspb.org/publicaffairs/research/nciprop.cfm 42