חקלאות

ונקטסן סונדרסאן

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קליפורניה, דיוויס, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על גילויים מרכזיים בביולוגיה התפתחותית של צמחים התורמים לשיפור יבולים".

שותפים לפרס:

ונקטסן סונדרסאן

ג'ואן קורי

אליוט מ. מאירוביץ

ונקטסן "סונדר" סונדרסאן Venkatesan “Sundar” Sundaresan (יליד 1952 , הודו), השלים תואר ראשון ושני בפיזיקה באוניברסיטת פון, המכון ההודי לטכנולוגיה-קנפור ואוניברסיטת קרנגי-מלון. את מחקרו בדוקטורט ערך בנושא בקרה על ביטוי גנים לקיבוע חנקן בחיידקים סימביונטים עם קטניות, באוניברסיטת הרווארד בהדרכתו של פרד אוסובל. לאחר מכן השתלם בפוסט-דוקטורט בגנטיקה של צמחים במעבדתו של מייק פרילינג באוניברסיטת קליפורניה-ברקלי. מינויו הראשון כחוקר עצמאי היה ב Cold Spring Harbor Laboratory בניו יורק. היה המנהל המייסד של המכון לאגרוביולוגיה מולקולרית (כיום המעבדות למדעי החיים של Temasek) באוניברסיטה הלאומית של סינגפור. החל מ-2001, הוא חוקר באוניברסיטת קליפורניה-דייוויס. במהלך תקופה זו, כיהן כיו"ר המחלקה לביולוגיה של צמחים וכמנהל תוכנית BREAD (שיתוף פעולה בין הקרן הלאומית למדע וקרן ביל ומלינדה גייטס). סונדרסאן שימש כחבר מערכת בכתבי העת Genetics, Plant Reproduction ,The Plant Cell ו- Trends in Plant Science.
זרעים הם מקור המזון העיקרי של האנושות. ניתן להגדיל במידה ניכרת את תפוקת הזרעים באמצעות יצירת מכלואים בגנים נבחרים, אך שילובים אלה אינם מנוצלים ברחבי העולם. שילובי גנים התורמים ליבולים גבוהים אובדים לאחר רבייה מינית, כך שחקלאים אינם יכולים לשתול מחדש זרעים מצמחי מכלוא. לכן, יש לייצר באופן מתמיד זרעים היברידיים באופן מסחרי על ידי הכלאות, בתהליך יקר הדורש עבודה רבה. עבור רוב הגידולים, ההוצאה הגבוהה על זרעים היברידיים מרחיקה אותם מהישג ידם של חקלאים רבים.
זרעים נוצרים בעקבות הפריה והתחברות גמטות (תאי מין) צמחיות. ברבייה מינית, שני תאי מין (גמטות) מתלכדים לתא אחד, זיגוטה, אשר תכונותיו מורכבות מתכונות שני תאי המין. לעומת זאת רבייה אל-זוויגית (או א-מינית) היא תהליך של יצירת העתק של הורה יחיד, הזהה לו מבחינה גנטית (למעט מוטציות), מבלי שיהיה מעורב בתהליך חומר גנטי מהורה נוסף.

בשני העשורים האחרונים, ד"ר סונדרסאן חשף מסלולים מולקולריים וגנים מרכזיים המבקרים יצירת גמטות צמחיות ויצירת עוברים לאחר הפריה. בין היתר, מחקריו חשפו את האופן בו תאים מיוטיים מוגדרים וכיצד גמטות נקביות רוכשות את הזהות הייחודית שלהן. באמצעות מחקר שיטתי ודייקני, סונדרסאן הסיק שגן הפעיל בתאי זרע (BBM1 (Babyboom1 , פועל כמווסת ראשי של יצירת עוברים. הוא הראה שהפעלה מלאכותית של גן זה בתאי ביצית של צמח האורז יכולה לייצר צמחי צאצא בצורה א-מינית. הגילוי, שגן בודד מצמח רבייה מינית יכול לעקוף את ההפריה, פתח את הדלת ליישומים נרחבים.
הוא שילב הפעלה מלאכותית של הגן BBM1 בתאי ביצית של אורז יחד עם עריכה גנומית של גנים מיוטיים ידועים על מנת לבטל את תהליך המיוזה, וקיבל זרעים דיפלואידים משובטים זהים גנטית להורה. הקלונים שמרו על ההטרוזיגוטיות של צמחי האב והניבו צאצאים שהיו גם הם זהים להורה.

השיטה נוסתה לאחר מכן באורז היברידי מסחרי כדי לייצר דורות מרובים של צאצאים היברידיים משובטים, ביעילות המתאימה לשימוש בשטח על ידי חקלאים. לאחרונה, על ידי יצירת צאצאים א-מיניים בתירס, הם הוכיחו את ישימות הגישה גם לגידולים מרכזיים נוספים. תגלית חלוצית זו סוללת את הדרך לעמידה בדרישות מזון מוגברות מבלי להגדיל את השימוש בקרקע על ידי שתילת גידולים היברידיים.
פרס וולף מוענק לונקטסן סודרסאן על גילויים חלוציים בגנטיקה ובביולוגיה מולקולרית של רביית צמחים ויצירת זרעים ועל יישום ידע זה לפיתוח גידולים היברידיים מתרבים עצמאית אשר ישנו את החקלאות, ויהפכו גידולים בעלי יבול גבוה לשימושיים על ידי חקלאים.

אליוט מ. מאירוביץ

שייכות בעת הענקת הפרס:

קאלטק (Caltech) והמכון הרפואי האוורד יוז, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על גילויים מרכזיים בביולוגיה התפתחותית של צמחים התורמים לשיפור יבולים".

שותפים לפרס:

אליוט מ. מאירוביץ

ג'ואן קורי

ונקטסן סונדרסאן

אליוט מאירוביץ Elliot Meyerowitz (נולד ב-1951 , ארה"ב) הוא פרופסור חוקר במכון הרפואי הווארד יוז ובמכון הטכנולוגי של קליפורניה.

מאירוביץ נמשך באופן טבעי למדע כשגדל מוקף קרובי משפחה בעלי רקע מדעי, ונחשף לספרות מדעית מגיל צעיר. עוד בלימודי התיכון השתתף מאירוביץ בתוכנית מחקרית של הקרן הלאומית למדע. בעידודה של המורה שלו לכימיה, גברת דיימונד, מיד עם סיום התיכון החל ללמוד באוניברסיטת קולומביה, שם סיים תואר ראשון ושני בביולוגיה. מחקרו התמקד בגנטיקה התפתחותית, וחקר המנגנונים המורכבים של התפתחות תאים, תוך שילוב שיטות גנטיות קלאסיות עם טכניקות מולקולריות מתפתחות. לאחר מכן המשיך ללימודי דוקטורט בביולוגיה באוניברסיטת ייל. עבודת הפוסט-דוקטורט שלו בסטנפורד בהנחיית פרופ' דיוויד הוגנס חידדה עוד יותר את כישוריו, והניחה את הבסיס לתרומתו פורצת הדרך לתחום. סקרנותו של מאירוביץ והחשיפה לסביבות מדעיות מגוונות הזינו את מחויבותו לפענח את המורכבות של הביולוגיה ההתפתחותית. ב-1980, הצטרף כחבר סגל במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech), שם הוא עובד עד היום. בין השנים 2000-2010 כיהן כיו"ר המחלקה לביולוגיה ב- Caltech. בשנים 2011 עד 2012, בזמן חופשתו מ- Caltech, שימש כמנהל מייסד של מעבדת סיינסברי באוניברסיטת קיימברידג' ופרופסור למורפודינמיקה של צמחים בקיימברידג'. מעבדתו ב- Caltech מתמקדת בפענוח המנגנונים העומדים בבסיס התפתחות הצמח.
למאירוביץ תגליות חשובות ופורצות דרך בהתפתחות צמחים וביולוגיה של הורמונים. מעבדתו של מאירוביץ חלוצה בשימוש בצמח האראבידופסיס (Arabidopsis thaliana) כצמח מודל למחקר בביולוגיה מולקולרית, גנטיקה וביולוגיה התפתחותית. מאירוביץ ועמיתיו פיתחו את מודל ה- ABC , המתאר את הבסיס המולקולרי וההתפתחותי למבנה הפרח, בעיקר על ידי אפיון מוטציות גנטיות. המודל הפשוט להפליא הזה עדיין מחזיק אחרי יותר מ 30- שנה והוכח שהוא תקף בכל מגוון הצמחים הפורחים, כולל דגנים. פיתוח מודל זה יחד עם השיבוט המולקולרי של גנים הומאוטיים (השולטים בדפוס היווצרות הפרח במהלך התפתחות עוברית מוקדמת) – גם כן בהובלתו של מאירוביץ, הביא לכך שכיום ניתן לשנות את המבנה והארכיטקטורה של פרחים באופן צפוי.
מאירוביץ ועמיתיו גילו ואפיינו את הקולטן הראשון להורמון צמחי, הקולטן להורמון אתילן, גילוי שהקנה למדענים העוסקים בחקלאות ובתורשה צמחית, דרך לשליטה בהזדקנות צמחים ובהבשלת הפירות. מאירוביץ היה הראשון שסיפק תיאור ומודל מכני של קשר בין- תאי בקודקודי הצמיחה של צמחים. הם הראו שאוכלוסיית תאי הגזע בקודקוד הצמיחה מתקשרים עם התאים שמתחתם באמצעות חלבוני קישור חוץ תאיים, המאותתים לאינזים קינאז של קולטן חוצה ממברנה. כיום ידוע כי חלבוני איתות אלו הם אמצעי עיקרי לתקשורת בין-תאית בצמחים. תגליות אלו היוו את פריצת הדרך לפיתוח יבולים משופרים וברי קיימא.
פרס וולף מוענק לאליוט מאירוביץ על תרומות רבות ויוצאות דופן לתחום הגנטיקה ולהבנתנו את הבסיס המולקולרי של צמיחה והתפתחות צמחים. הוא פתר את התעלומה בת המאה על האופן שבו צמחים יוצרים דפוסי עלים ופרחים ספציפיים, והמעבדה שלו שיבטה ואפיינה רבים מהגנים הללו. הוא מצא את הקולטן הראשון אי פעם להורמון צמחי והיה הראשון לשבט ולרצף גן מצמח הארבידופסיס. הוא סייע בקידום אראבידופסיס כ"אורגניזם מודל" המשמש במחקר ביולוגי וגנטי של צמחים ברחבי העולם. תרומותיו הקונספטואליות החלוציות לתחום הגנטיקה המולקולרית והמורפוגנזה של הצמח פתחו את תחום מדעי הצמח המודרני.

ג'ואן קורי

שייכות בעת הענקת הפרס:

מכון סאלק, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על גילויים מרכזיים בביולוגיה התפתחותית של צמחים התורמים לשיפור יבולים".

שותפים לפרס:

ג'ואן קורי

אליוט מ. מאירוביץ

ונקטסן סונדרסאן

ג'ואן קורי Joanne Chory (נולדה ב 1955- , ארה"ב), גנטיקאית צמחים, מנהלת המעבדה לביולוגיה מולקולרית ותאית של הצמח במכון סאלק למחקרים ביולוגיים בסן דייגו, קליפורניה, וחוקרת במכון הרפואי הווארד יוז. קורי חוקרת את הקודים הגנטיים של צמחים ואת השימוש בצמחים כדי לסייע במלחמה בשינויי האקלים ומוכרת כאחת מביולוגיות הצמחים המשפיעות ביותר של העידן המודרני.
הסתגלות היא השינוי בביטוי של תכונות גנטיות מסוימות, שבאמצעותו אורגניזם הופך מתאים יותר לסביבתו, והיא נקבעת על ידי שילוב של התאמות גנטיות ופלסטיות.
קורי חוקרת את הדרך בה צמחים מגיבים לשינויים בתנאי הסביבה, בדגש על שינויים בהרכב ועוצמת האור. שינויים אלו מאפשרים לצמחים להבחין בין עונות השנה ולקבל מידע על מיקומם ביחס לצמחים אחרים וביחס למקור האור (למשל בתחרות על האור הנחוץ לפוטוסינתזה). בהתאם לתנאי התאורה יתאימו הצמחים את קצב צימוחם, קצב הפוטוסינטזה, ומועד הפריחה. בעוד שתגובה זו חשובה להישרדות הצמח, לעיתים היא עשויה להוביל לירידה ביבול למשל במקרה של גידולים הגדלים בצפיפות גבוהה מדי.
קורי ועמיתיה לעבודה גילו מספר מסלולים מולקולריים המסבירים כיצד צמחים מסתגלים וגדלים בצורה מיטבית בסביבות מגוונות. שינויי האקלים הם איום דחוף ומיידי על הצורך הגובר בהזנת האוכלוסייה הגדלה במהירות. על רקע הגידולים הנפגעים כתוצאה משינויי אקלים עולמיים, למחקריה של קורי חשיבות להשגת ביטחון תזונתי בסביבות אקלים מגוונות.
לקורי תגליות חשובות בתחום מנגנוני צמיחה, התפתחות ותגובה של צמחים לסביבה. היא וציוותה ניתחו באופן מקיף את מסלולי האיתות המולקולריים התלויים באור באמצעות שילוב שיטות של גנטיקה מולקולרית, ביוכימיה, טכניקות אומיקס מרובות משתניםomics) techniques') ומודלים של ביולוגיה תאית אלגנטית. הם גילו כי בתנאי גדילה ללא אור קיים מנגנון המעכב ביטוי גנים, את גדילת העלים ואת התפתחות הכלורופלסט. תגלית משמעותית של קורי הייתה הזיהוי של חלבונים מדכאים ספציפיים שפעולתם הוסרה על ידי קליטת האור דרך קולטני האור. תגלית זו חוללה מהפכה בשדות הפוטומורפוגנזה ואיתות האור. מחקרי המשך במספר מעבדות שונות מצאו כי גנים אלו הינם בעלי תפקיד חשוב גם בתאים של בני האדם. לתגלית זו השפעה רחבה על אחת התכונות החשובות ביותר מבחינה אגרונומית של הימנעות מצל, הנחשבת כתכונה העיקרית בבסיס גידולי יבול התירס.
קורי ועמיתיה חשפו את מסלול האיתות של ההורמון הצמחי הקרוי בראסינוסטרואיד (brassinosteroid). בנוסף קורי ועמיתיה תרמו תרומה משמעותית להבנת הביו-סינתזה והתפקוד של ההורמונים הצמחיים אוקסין וציטוקינין, כמו גם אינטראקציות בין גרעין התא לכלורופלסטים (האברון האחראי על הפוטוסינטזה), ויסות צירקדיאני (שעון ביולוגי) של גדילה ומגוון ההסתגלויות הטבעיות אליו.

מחקריה האחרונים של קורי עוסקים בהינדוס צמחים לצבירה מוגברת של פחמן דו־חמצני בשורשיהם. למרות מאמצים להפחית את פליטת הפחמן כדי להימנע משינוי אקלים קיצוני וריסון ההתחממות הגלובלית. קורי ועמיתיה פועלים בימים אלו על פתרון העשוי לבוא מהכיוון השני, כלומר על ידי הורדת רמות הפחמן דו־חמצני מהאוויר ואחסונו לטווח הארוך. לאור העובדה שצמחים כבר יודעים לנצל פחמן דו חמצני מהאטמוספירה, מעבדתה של קורי חוקרת כיצד לפתח צמחים שיצליחו לצבור יותר פחמן דו־חמצני בשורשיהם. צמחים כאלה, אם יישתלו בקנה מידה רחב, יוכלו לסלק מספיק פחמן דו־חמצני מהאטמוספירה ועשויים להביא לפתרון השפעה קריטית זו של שינויי האקלים.
פרס וולף מוענק לפרופסור ג'ואן קורי על תרומתה לביולוגיה התפתחותית של צמחים שסללו את הדרך לעבודה חדשנית עדכנית ולהתקדמות גדולה בהבנת תהליכים הכרחיים לשיפור היבול: איתות אור, איתות הורמונים, הימנעות מצל, זמן פריחה, ויסות גדילה, ועמידות למחלות.

מרטינוס תיאודור "רין" ואן גנוכטן

שייכות בעת הענקת הפרס:

האוניברסיטה הפדרלית של ריו דה ז'נרו, ברזיל

נימוק למתן הפרס:

"על עבודתו פורצת הדרך בהבנה וחיזוי של זרימת מים והסעת מזהמים בקרקעות".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

פרופ. ואן גנוכטן, יליד הולנד, קיבל את השכלתו המוקדמת באוניברסיטת ואכנינגן ואת הדוקטורט שלו בארצות הברית, באוניברסיטת ניו מקסיקו סטייט. לוואן גנוכטן קריירה למופת ובעלת השפעה, עם שיתופי פעולה רבים ברחבי העולם, מרטינוס שימש כעורך ועורך משותף של תשעה כתבי עת והשיק את כתב העת Vadose Zone Journal המוקדש למדע הסביבה הקרובה לפני השטח.

Vadose Zone המכונה בעברית "התווך הבלתי רווי" הוא האזור השוכן בין פני הקרקע לפני מי התהום. הקרקע והסלע באזור זה אינם רוויים במלואם במים; כלומר, הנקבובים בתוכם מכילים אוויר ומים. תנועת מים בתווך הבלתי רווי חשובה לחקלאות, הסעת מזהמים בקרת שיטפונות ועוד. האזור הלא רווי נמצא בשימוש אינטנסיבי לגידול צמחים, בניית מבנים וסילוק פסולת, ומכריע בקביעת כמות ואיכות מי התהום הזמינים לשימוש האדם.

במהלך 40 שנות הקריירה שלו, פרופסור ואן גנוכטן שינה את התחומים הרחבים של פיזיקת הקרקע וההידרולוגיה של האזור הלא רווי, שהם מרכזיים בפעולות חקלאיות מודרניות ובמדעי האקלים. הוא יצר בסיס מדעי חיוני להבנת זרימת נוזלים ותהליכי הסעת מזהמים בקרקעות בלתי רוויות, כולל יחסי הגומלין שלהם עם האטמוספירה שמעל ומי התהום מתחת.
ההידרולוגיה העכשווית של האזור הלא רווי הינה תוצר תרומותיו הרבות, שיצרו שילוב בין חקלאות, מדעי הקרקע, גיאולוגיה, מדעי הסביבה והנדסה אזרחית. חשובים במיוחד היו מחקריו על התהליכים הבסיסיים השולטים בזרימת מים והסעת כימיקלים בתווך נקבובי. עבודתו הראויה לציון על הסעת כימיקלים חקלאיים במערכות שאינן בשווי משקל, היוותה ועדיין מהווה אבן דרך בתחום. מרטינוס הינו חלוץ ביצירת מודלים של נקבוביות כפולה וחדירות כפולה באזורים בתת הקרקע בהם נוזלים ניידים ואזורים בהם הם נייחים. כמו כן, הוא הציג פתרונות אנליטיים וספרתיים חדשניים, ואימת את תקפות המודלים שלו בניסויי מעבדה וניסויי שדה.
המודלים שפיתח שיפרו מאוד את התחזיות של תופעות שדה מורכבות והניעו מבול של מחקרים בקווים דומים, המטפלים בזרימת מים ובהסעת מומסים בקרקעות ובסלעים. בזכות התכונות המתמטיות האטרקטיביות שלהן ופשטותן, "משוואות ואן גנוכטן" נמצאות כיום בשימוש אוניברסלי בסימולטורים ספרתיים של תהליכי זרימה והסעה תת-קרקעית.
פרופ. ואן גנוכטן זוכה בפרס וולף על עיצוב מחדש של תחומי פיזיקת הקרקע וההידרולוגיה של התווך הבלתי רווי. הוא לא רק פרסם מאות מאמרים בכתבי עת מדעיים, אלא גם כתב מדריכים לתוכנות המחשב הרבות שלו שנמצאות כיום בשימוש ברחבי העולם. הוא הביא נראות ואמינות עצומות למקצוע מדעי החקלאות והקל על יצירת קשרים פרודוקטיביים בין תיאורטיקנים ואנשי מעשה, סטודנטים צעירים ומדענים מוכשרים, ומוסדות במדינות מפותחות ופחות מפותחות. על כל תרומותיו הרבות לחקלאות, למדעי הקרקע ולהידרולוגיה, זוכה פרופ' ואן גנוכטן בפרס וולף לחקלאות לשנת 2023 .

פמלה רונלד

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קליפורניה בדייוויס, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על עבודתה החלוצית בחקר עמידות אורז למחלות וסבילותו לעקה סביבתית."

שותפים לפרס:

ללא שותפים

רונלד, פרופסור במחלקה לפתולוגיה של צמחים ובמרכז הגנום באוניברסיטת קליפורניה, דיוויס. בנוסף, רונלד עומדת בראש התכנית לגנטיקה של עשבים במכון הביו-אנרגיה המשותף באמריוויל, קליפורניה, וכן כראש המכון למזון ואוריינות חקלאית באוניברסיטת קליפורניה, דיוויס.

אחד האתגרים הגדולים ביותר של זמננו הוא גידול מספיק מזון להזנת האוכלוסייה ההולכת וגדלה, וזאת מבלי לגרום פגיעה נוספת בטבע ובסביבה. מכיוון שרוב השטחים החקלאיים בעולם כבר מעובדים ומאידך, כמות המים המתוקים מועטה, ייצור מוגבר של מזון חייב להתבצע ביעילות מירבית. על מנת להפיק יבול מוצלח בכל שנה, החקלאים חייבים להשתמש באסטרטגיות שונות כדי להילחם במזיקים, במחלות ולחצים סביבתיים, המפחיתים את התפוקה העולמית ב- 30-60% בכל שנה.

רונלד חוקרת גנים השולטים בעמידות הצמחים למחלות ועמידותם להשפעות ולחץ סביבתי, במטרה לשפר את הבטחת המזון עבור אוכלוסיות עניות בעולם. יחד עם שותפיה למחקר, היא פיתחה זני אורז עמידים בפני מחלות ובפני שיטפונות, המהווים גורם מאיים על גידולי האורז באסיה ובאפריקה. פמלה רונלד חוקרת במשך שלושה עשורים את האורז, שהינו המזון העיקרי ליותר ממחצית מאוכלוסיית העולם. תגליותיה קידמו הבנה של תהליכים ביולוגיים בסיסיים ושיפרו חקלאות בת קיימא והבטחת מזון. צוות המחקר של רונלד בודד גן המאפשר לאורז לשרוד שבועיים של הצפה ומגדיל את היבול ב- 60% בהשוואה לזנים הרגילים. המחקר של רולנד הניח את הבסיס לפיתוח זני אורז עמידים בפני שיטפונות. זני אורז אלו מגודלים כיום על ידי יותר משישה מיליון חקלאים בהודו ובנגלדש. במדינות אלו, ארבעה מיליון טונות של אורז (אשר מספיק להאכיל שלושים מיליון אנשים) הולכים לאיבוד מדי שנה, כתוצאה מהצפות.

בידוד הקולטן החיסוני Xa21 ע"י רונלד ב- 1995 (הקולטן הראשון במחלקה חשובה זו של קולטנים שזוהה), חשף מנגנון חדש שבאמצעותו צמחים ובעלי חיים מזהים ומגיבים לזיהום. בשנת 2015 , המעבדה שלה בודדה ואפיינה את ליגנד הקולטן, אימונוגן מיקרוביאלי, שמפעיל תגובה התפתחותית ואימונולוגית אצל הפונדקאי. למחקר פורץ דרך זה השלכות משמעותיות על מחקרים של מחלות זיהומיות של צמחים ובעלי חיים כאחד.

רונלד נודעת בכל העולם, בשל יכולתה להנגיש לציבור מדע באופן יצירתי ואפקטיבי, במטרה לעודד ולקדם חקלאות ברת קיימא. הרצאותיה וכתביה של רונלד, ובמיוחד הספר אותו פרסמה במשותף עם בעלה, ראול אדמצ‹ק, ייסדו פרדיגמה חדשה, בה ביו-טכנולוגיות וחקלאות אורגנית משולבות כבסיס לחקלאות בת קיימא, וכדרך לדו-קיום של אנשי איכות הסביבה וטכנולוגים.

קרוליין דין

שייכות בעת מתן הפרס:

ממכון John Innes Centre ,אנגליה

נימוק למתן הפרס:

"על תגליותיה החלוציות בבקרת זמן הפריחה והבסיס האפי-גנטי לקיוט (ורנליזציה)".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

ככל שהחורף מפנה את מקומו לאביב, צמחים רבים מלבלבים במלוא תפארתם במטרה למשוך מאביקים. כמו בעבודת שעון, מינים אלה מתעכבים בפריחתם, עד תחילת האביב, כאשר התנאים מיטביים להפריה והתפתחות זרעים. חוקרים ידעו זה מכבר כי צמחים מעכבים את הפריחה עד שחוו תקופה של קור ממושך, תהליך המכונה וורנליזציה. במשך עשרות שנים, מגדלי הצמחים ניצלו את התלות בקור כדי לפתח זנים של דגנים וירקות ולהרחיב את טווח יבוליהם בכדי להבטיח אספקה לאורך כל השנה. עם זאת, הבסיס המולקולרי של הוורנליזציה רק מתחיל להתגלות. עבודתה של פרופ. דין המתרכזת בהבנת מנגנוני זיכרון וחישת טמפרטורה בצמחים, בעלת השפעה לא רק על החקלאות, אלא גם על הביולוגיה כולה.

קרוליין דין (ילידת 1957) גדלה בצפון אנגליה. לאחר שרכשה תואר ראשון ושני בביולוגיה באוניברסיטת יורק, עברה לקליפורניה לחקור בתחום הביולוגיה מולקולרית. בשנת 1988 החלה לעבוד במרכז ג'ון אינס, שם עיקר עיסוקה בחקר הבסיס המולקולרי של תהליך הורנליזציה.

מחקרה של דין הוביל לכמה פריצות דרך משמעותיות שהשפיעו ישירות על הבנתנו את התהליכים הביולוגיים היסודיים שהינם בעלי חשיבות קריטית לחברה, כלומר המנגנון המולקולרי המבקר את תזמון הפריחה של צמחים עילאיים. מחקרה התמקד בשתי שאלות מרכזיות בביולוגיה של הצמח: מדוע צמחים מסוימים חייבים לעבור חורף לפני שיוכלו לפרוח וכיצד הם זוכרים שנחשפו לטמפרטורות קרות שבועות או חודשים קודם לכן? לא מדובר בסוגיות אקדמיות בלבד משום שהטיפוח של זני דגנים שונים, בהם נדרשת או לא נדרשת חשיפה לתקופת קור, הוא אחד מאבני הפינה של הגדלת התנובה של גידולים חקלאיים באזורים עם אקלים ממוזג. דין ותלמידיה שיבטו כמה מהגנים החשובים ביותר השולטים בזמן הפריחה של תודרנית לבנה (Arabidopsis thaliana) בתגובה לוורנליזציה, התהליך שבו צמחים "זוכרים" שנחשפו בעבר לטמפרטורה נמוכה כדי לתזמן  את הפריחה בעונה הנכונה.

בניסיון להבין את מנגנוני הפעולה של הוורנליזציה, דין ועמיתיה אפיינו מערכת אפי-גנטית המבקרת את התהליך. מערכת זו כוללת עיבוד RNA באמצעות מסלול השתקה של מולקולות RNA קטנות ודה-מתילציה של היסטונים. יחד עם שותפיה למחקר, הם המשיכו ופיתחו מודל מולקולרי כמותי המסביר כיצד צמחים "זוכרים" את החורף. מחקרה החלוצי מתאר את האופן שבו צמחים מצליחים לסנן את האותות שמופעלים על ידי טמפרטורות נמוכות מתוך תנאי סביבה בהם מנעד הטמפרטורות רחב וכיצד הצמח זוכר זאת בהמשך התפתחותו. דין תרגמה את המחקר הבסיסי שלה על התודרנית הלבנה  לביולוגיה של גידולים חקלאיים, ובמיוחד לטיפוח של זנים ממשפחת הכרוביים, תוך שימוש באללים, שאופיינו במהלך המחקר הבסיסי יותר, המבקרים את מועד הפריחה. עבודתה של דין מספקת פרדיגמה מולקולרית לוויסות אפי-גנטי הנשלט על ידי הסביבה עם השלכות עצומות לטיפוח גידולים בתנאי סביבה משתנים או תנאי גידול תת אופטימליים המאפיינים מצב של שינויי אקלים.

קרוליין הינה תומכת נלהבת למען קידום נשים במדע ומשמשת מודל לחיקוי. לא ניתן להפריז בחשיבות עבודותיה של דין והשלכותיהן על החקלאות ואלו רק מתעצמות לנוכח השינויים שחלים בתנאי האקלים.

דוד זילברמן

שייכות בעת מתן הפרס:

אוניברסיטת קליפורניה בברקלי, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"עבור פיתוח מודלים כלכליים למתן מענה לסוגיות יסודיות בחקלאות, כלכלה ומדיניות".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

ד"ר זילברמן שילב מאפיינים ביו-פיזיקליים של מערכות חקלאיות-כלכליות על מנת לפתח מודלים כלכליים ומסגרות לקבלת החלטות אקונומטריות שיענו על שאלות יסודיות בחקלאות, כלכלה ומדיניות העולות במספר תחומים חשובים:

מים: ד"ר זילברמן פיתח מודלים לבחירה והשפעה על טכנולוגיות שימור מים המדגימים שטכנולוגיות אלו משפרות את התפוקה ובדרך כלל חוסכות במים, אם כי כאשר ההשפעה על תפוקת המים גבוהה במיוחד, מודלים אלה עשויים להוביל לשימוש מוגבר במים ליחידת קרקע. הנהגת סחר במים עשויה להאיץ את האימוץ של פרקטיקות שימור מים.

בקרת מזיקים: זילברמן חולל מהפך במחקר על כלכלת בקרת המזיקים באמצעות (א) הנהגת שימוש בפונקציית בקרת נזקים על מנת לאמוד את הפרודוקטיביות של אסטרטגיות בקרת מזיקים; (ב) פיתוח שיטות להערכת היתרונות של חומרי הדברה הנמצאים בפיקוח; ו(ג) הצגת שיטה לפיקוח על סיכונים לבריאות הסביבה הנובעים מחומרי הדברה כימיים.

ביו-טכנולוגיה: מחקריו של ד"ר זילברמן מפריכים מיתוסים לגבי יבולים שעברו הנדסה גנטית. ד"ר זילברמן הראה ששימוש בכותנה שעברה הנדסה גנטית הביא לגידול משמעותי ביבולים בהודו, וכי הנדסה גנטית הגדילה את ההיצע של תירס ופולי סויה, הביאה להורדת מחירים והיטיבה עם העניים. עבודתו סיפקה מסגרת להערכת המחיר הכרוך בעיכוב השקתן של טכנולוגיות חדשות עקב תהליכים רגולטוריים ממושכים. ד"ר זילברמן ערך אומדנים של העלות החברתית של הרגולציה המוטלת על גידול אורז זהוב והאיסור על הנהגת ביו-טכנולוגיות באפריקה.

תשלום עבור שירותי אקוסיסטם: זילברמן פיתח מנגנונים משופרים להקצאת תשלומים ממשלתיים לשירותים חקלאיים ועודד את התכנון מחדש של תכניות כדוגמת Conservation Reserve Program (CRP) בארה"ב.

אימוץ טכנולוגיה: במחקריו פיתח ד"ר זילברמן גישה מתוחכמת לניתוח האימוץ של טכנולוגיות מודרניות בחקלאות, לרבות התנהגות החקלאים, הטרוגניות ותהליכי למידה דינמיים. גישה זאת יושמה באופן נרחב.

הקריירה של ד"ר זילברמן היא תמהיל ייחודי של עבודה תיאורטית, מחקר שימושי ויישום והוא הדמות המרכזית בדיונים על מדיניות מים, סביבה ומשאבים בחקלאות ובביו-כלכלה.

ג'ין רובינזון

שייכות בעת מתן הפרס:

אוניברסיטת אילינוי, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על הובלת המהפכה הגנומית בביולוגיה של אוכלוסיות דבורת הדבש".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

דבורת הדבש נמנית עם בעלי החיים החשובים ביותר לחקלאות על פני כדור הארץ: כשליש מן המזון שצורכת האנושות הוא תוצר ישיר של פעילות דבורי הדבש כמאבקות של למעלה ממאה גידולים חקלאיים חשובים, בכלל זה מירב התוצרת העולמית של שקדים, פולי סויה, כוסמת וכותנה. חשיבותן האדירה לחקלאות והמבנה החברתי המורכב שלהן הופכים את דבורי הדבש לנושא חיוני במחקר הביולוגי והחקלאי.

ג'ין רובינזון, יליד 1955, קיבל תואר דוקטור מאוניברסיטת קורנל ב-1986 ושלוש שנים לאחר מכן הצטרף לאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין – שם הוא מכהן כיום (מאז 2011) כראש מכון קרל ר. ווס (Woese) לביולוגיה גנומית וכראש המכון לחקר דבורים (מאז 1990). רובינזון הוא חלוץ יישום תחום הגנומיקה – התחום בגנטיקה העוסק במכלול החומר התורשתי (הגנום) של יצורים חיים – לחקר התנהגות החברתית. בנוסף לכך הוביל רובינזון את המאמץ לריצוף הגנום (כלומר קביעת סדר חומצות הגרעין, אבני הבניין של הקוד הגנטי) של דבורת הדבש. במהלך הקריירה פרסם (לבד או עם עמיתים) מעל 300 מאמרים והכשיר 29 עמיתי פוסטדוקטורט ו-23 תלמידים לתואר דוקטור. הוא זכה, בין השאר, בפרסים יוקרתיים מהאגודה האנטומולוגית האמריקאית, מהאגודה הבינלאומית להתנהגות בעלי חיים ומהאגודה הבינלאומית לגנטיקה התנהגותית.

רובינזון הוביל קונסורציום בינלאומי שבו השתתפו למעלה מ-170 חוקרים מ-13 מדינות שעסקו בריצוף הגנום של דבורת הדבש. כחלק מבדיקת הגנום של דבורת הדבש, רובינזון עמד בראש הצוות שגילה שלדבורי דבש מערכת מִיתוּל הפועלת במלואה. מיתול (מתילציה) הוא תהליך כימי של הוספת קבוצת מתיל (CH3, אטום פחמן הקשור לשלושה אטומי מימן) לתרכובת כלשהי, ויש לו חשיבות ביולוגית רבה: הוספת מולקולות מתיל לסליל הדנ"א במיקומים שונים משפיעה על האופן שבו יבואו לידי ביטוי בפועל אינספור התכונות האפשריות הטמונות במטען התורשתי. הדבורה היא החרק הראשון שבו נתגלתה מערכת מיתול, ותגלית זו של רובינזון הובילה למאות מחקרים הבוחנים את אפשרות השימוש באפיגנטיקה של חרקים לצורכי הדברה. האפיגנטיקה הוא התחום העוסק בשינויים תורשתיים בתפקוד הגנים שאינם כרוכים בשינוי רצפי הדנ"א עצמו; אחת האפשרויות לקבלת הבדלים בין שני בעלי חיים עם דנ"א זהה היא מיקומים שונים של קבוצות מתיל על פני הדנ"א. ניתן להשוות זאת לשני מחשבים בעלי חומרה זהה אך תוכנות שונות, המתפקדים לפיכך באורח שונה.

כמו כן, רובינזון השתמש בדבורת הדבש כדי לפרוץ דרך ליישום גנומי לטובת מחקר ההתנהגות החברתית, ובמעשהו קידם את המין המכריע לחקלאות לעמדה חשובה ובולטת בתחום מדעי המוח. מכאן הגיע רובינזון בסופו של דבר לניסוח מחדש של בעיית טיפוח הגידולים הרב שנתיים במונחים גנומיים מודרניים. לצד העיסוק בביולוגיה הבסיסית של דבורת הדבש, ג'ין רובינזון אחראי למחקר שימושי בסוגיית הפרעת התמוטטות המושבה, כלומר היעלמותן של דבורים מכוורות או ממושבות דבורים, תופעה המאיימת על אספקת המזון העולמית. ג'ין רובינזון תרם תרומה יוצאת דופן להבנתנו את דבורת הדבש, הבנה שעיצבה את ההווה והעתיד של עולם הדבוראות. בנוסף, תגליותיו המרשימות השפיעו גם על דיסציפלינות אחרות, בכלל זה מדעי ההתנהגות החברתית והפרעות הנפש. לרובינזון השפעה דומיננטית וייחודית בנושא הביולוגיה של דבורת הדבש, ולעבודותיו לא נמצא אח ורע בתחום המחקר בבעלי חיים אחרים בעלי חשיבות חקלאית.