אגדה על פְּרוֹטִיסְטִים וצמחים

אדמות הן דבר חי. חרקים, תולעים ומיקרואורגניזמים חיים באדמה ורבים מהם מקיימים קשרי גומלין עם צמחים, שאינן תמיד מועילות עבור הצמחים. האדמה גם מאכלסת יצורים המהווים סכנה עבור צמחים חשובים מבחינה אקולוגית וכלכלית. חלק מהפטריות ומהתולעים ידועים כפתוגנים שנישאים באדמה ביחס לצמחים, אך הם אינם היחידים. ישנם פְּרוֹטִיסְטִים שהם פתוגנים הרסניים לצמחים, אף על פי שהם פחות נחקרו והם פחות מוכרים. פרוטיסטים הם אורגניזמים חד-תאיים שאינם בעלי חיים, צמחים, או פטריות.

הפתוגן אצבעת הכרוביים (clubroot), או Plasmodiophora brassicae כפי שמדענים נוהגים לכנותו, הוא פרוטיסט שמשפיע על שורשים של ירקות ממשפחת המצליבים, כמו למשל ברוקולי, כרוב, כרובית, צמח זרעי הַשֶּׁמֶן שידוע בשם קָנוֹלָה ותוּדרנית לבנה שהיא צמח שכיח במחקר מדעי [1]. תודרנית לבנה וקנולה הם צמחים מארחים פגיעים לפתוגן אצבעת הכרוביים, מסיבות שונות (איור 1). תודרנית שימושית מאוד עבור מדענים שחוקרים היבטים שונים של צמחים כמו הגֶנוֹמִים שלהם, האקולוגיה שלהם והקשרים עם מיקרואורגניזמים מועילים או פתוגנים [2]. צמחי תודרנית שנדבקו בפתוגן אצבעת הכרוביים הם המודל המושלם למחקר בנושא האופן שבו פתוגנים משפיעים על צמח. צמח הליפתית, שהוא המקור לשמן קנולה המשמש במטבחים רבים ברחבי העולם, חשוב במיוחד מנקודת מבט כלכלית (איור 1). בקנדה בלבד, קנולה מספקת מִדֵּי שנה בסביבות 26 מיליארדי דולרים קנדיים עבור כלכלת המדינה, ולכן פתוגן שמְסַכֵּן ייצור של קנולה עלול להיות הרסני לכלכלה [1].

מחזוֹר החיים של פתוגן אצבעת הכרוביים

פתוגן זה יכול לחיות באדמה במשך עד 20 שנים כנֶבֶג בלתי פעיל. נבגים הם מבנים שנוצרים על ידי פתוגנים מסוימים של צמחים. הנבגים משוחררים לסביבה והם בעלי דופן עבה שמסייעת להם לשרוד במשך שנים רבות באדמה, כשאין ביכולתם להדביק צמחים. אם צמח פגיע גדל באדמה שמכילה נבגים של פתוגן אצבעת הכרוביים, אז הנבגים ''מתעוררים'', הופכים לזוּאוֹסְפּוֹרִים (נבגים א-מיניים של פטריות או אצות, אשר נעים על ידי שׁוֹטוֹנִים), נצמדים לשורשי הצמח ומתחילים להדביק. תהליך ההדבקה נחלק לשני שלבים: הדבקה ראשונית והדבקה שניונית (איור 2A). במהלך הדבקה ראשונית, פתוגן אצבעת הכרוביים נצמד אל השורשים וחודר אליהם, ומתחיל את ההדבקה. הדבקה שניונית מתרחשת כאשר הפתוגן יוצר עָפָצִים, שנקראים גם ,clubs בשורשים של צמחים פגיעים. עפצים הם התנפחות של רקמת צמח, שנגרמת על ידי פתוגנים של צמח או על ידי חרקים. העפצים מוֹנְעִים מהצמח לספוג מים וחומרי מזון מהאדמה, ובסופו של דבר גורמים למוות של הצמח. מחזור החיים של הפתוגן מסתיים עם ייצורם של נבגים חדשים, אשר משוחררים חזרה אל האדמה, מוכנים להדביק צמחים חדשים.

אצבעת הכרוביים (Clubroot) או מועדון בשורשים (Club in the Roots)?

העפצים (club) הם הסיבה לכך שהמחלה ידועה בשם clubroot. כששמעתי על כך לראשונה, חשבתי שמשמעות השם היא ''a club in the roots'' (מועדון בשורשים). אך הציפייה הייתה די שונה מהמציאות (איור 2). אם מישהו נהנה מהשורש שנדבק, אין ספק שזה לא הצמח! המציאות היא שהעפצים שמיוצרים על ידי הפתוגן הם הרסניים. במעבדה, ראינו ש-21 ימים אחרי הוֹסָפַת פתוגן אצבעת הכרוביים לאדמה, צמחים פגיעים מתחילים למות. מערכות העֵצָה והשִׁיפָה, שהן התעלוֹת שמשמשות צמחים להעברת מים וחומרי מזון, חסומות לגמרי. מעניין גם לשים לב שהעפצים שנגרמים על ידי הפתוגן די דומים בין צמחים מארחים שונים (איור 3).

כיצד ביכולתנו לווסת את הפתוגן ולהתמודד עם המחלה?

אף על פי שפתוגן אצבעת הכרוביים והמחלה שהוא גורם התגלו כבר במאה ה-17, ישנם הרבה דברים שמדענים אינם יודעים [1]. כדי לווסת את הפתוגן, חקלאים השתמשו בכימיקלים כמו למשל קוטלי פטריות, ונחלו הצלחה מועטה. השיטה הטובה ביותר היא גידול צמחים עמידים למחלת אצבעת הכרוביים. אך אחרי כמה שנים בלבד, הפתוגן מְפַתֵּחַ אסטרטגיות חדשות להדביק את הצמחים העמידים, וגורם להם להיות פגיעים למחלה שהוא מחולל.

אנו מנסים להתמודד עם אויב שאיננו מבינים היטב, ולכן הצעד הראשון בהתמודדות כנגד המחלה הוא לחשוף את כל התכסיסים שהפתוגן הזה מסתיר. באוניברסיטת לָאוָואל (קוויבק סיטי, קנדה), מדענים מבצעים צעדים חשובים לקראת הֲבָנַת הפתוגן והמחלה שהוא גורם. הם מעוניינים לדעת כיצד פתוגן זה מתחמק ממערכת החיסון של הצמח, וכיצד הוא גורם לתאים לגדול וליצור עפצים. מטרתם העיקרית היא לפתח צמחים שיהיו עמידים למחלה, ואשר יכולים לשרוד בשדה אף אם הוא מכיל את נבגי הפתוגן. אולי בעוד כמה שנים, מוחות צעירים וסקרנים כמוכם, יהיו חלק מצוות שיתמודד עם הפתוגן המעניין הזה.

מילון מונחים

פתוגן שנישא באדמה (Soil-Borne Pathogen): ↑ מיקרואורגניזמים ששורדים ונעים באדמה, ויכולים לגרום לצמחים לחלות.

פרוטיסטים (Protists): ↑ אורגניזמים חד-תאיים זעירים שאינם בעלי חיים, צמחים, או פטריות.

ירקות מצליבים (Cruciferous Vegetables): ↑ ירקות ממשפחת המצליבים (Brassicaceae), לרבּות מגוון ירקות עליים ירוקים כמו כרובית, כרוב, כרוב עלים (קייל), שחליים (רָשָׁד – גרגיר הגינה), כרוב סיני (באק צ'וי), ברוקולי וכרוב ניצנים.

נבג (Spore): ↑ מבנה שנוצר על ידי פתוגן של צמח. לנבג דופן עבה שמסייעת לו לשרוד במשך שנים רבות באדמה, כשאין ביכולתו להדביק צמחים.

עפצים (Galls): ↑ התנפחות או גדילה אבנורמלית של רקמות צמח שנגרמות על ידי פתוגנים מיקרוביים של צמחים או על ידי חרקים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.