חקלאות

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

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

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.

ג'ורג' פ. ספראג

ג'ון סי ווקר

פרופסור ספראג (חוקר גנטיקה מרביע צמחים) ופרופסור ווקר (פתלוג צמחים מרביע צמחים) נודעו בעולם בהצלחתם בפיתוח יבולי צמחים משופרים והצליחו לייצב את הגידולים, ולהגבירם ולשפר את איכותם של גידולי ירקות עיקריים וכן ושל תירס בין חשובי גידולי הגרעינים שבעולם. שני חתני הפרס פיתחו כל אחד מתודולוגיה חדשה ויעילה של טכניקה והליכים של טיפוח זנים של גידולי שדה. האישים הם בין גדולי הדור הן במחקר הבסיסי והן במחקר השימושי. הם חינכו דורות של אנשי-מחקר, כדי לספק את צורכי החקלאות. תלמידיהם פעילים ברחבי העולם במחקר, בחינוך ובמנהל. שני חתני הפרס עזרו בארגון החקלאות מבחינה מדעית וכלכלית וסייעו בידי ממשלות רבות בעולם.

בתולדות החקלאות בעולם – תירס בן-כלאיים הנו הדוגמה המרהיבה ביותר של ניצול תופעה גנטית – הטרוזיס – להגברת יבולים של מזונות. אין עוררין על כך, שפרופסור ג'ורג' פ. ספראג שייך לקבוצת החוקרים הראשונה במעלה בתולדות 40 שנות הישגים חשובים בתחום של מדעי החקלאות. יתר על כן, הרבה ממושגי-היסוד, של התיאוריה ושל דגמי הרבייה שפיתח בגידול של תירס, השפיעו בתחומים אחרים של שיפור זני צמחים אחרים.

לאורך הקריירה המדעית המצטיינת שלו, עמל פרופסור ספראג ללא הרף, למען שילוב בין התיאוריה העיונית הכמותית בגנטיקה לבין המימוש הלכה למעשה בתוצאות המחקרים לגידול של זני צמחים. במחקרי-היסוד הכי פוריים שלו, הצליח ספראג, לפתח דגם גנטי מתמטי לשם ברירת זנים, אשר הביא לפיתוח חיבורים של גנטיים משופרים של פלאסמה של גרעיני תירס. מחקריו של פרופסור ספראג בגנטיקה הניחו את היסודות לשיפור איכותו התזונתי של התירס, הישג שמבטיח רבות לעמים רבים. ספראג, ביצע מחקרים, אשר הוכיחו, כי ניתן לשנות מבחינה תורשתית את איכות הפרוטאין שבתירס.

לסיכום, אין הרבה אנשים בתולדות החקלאות שהשפעתם הייתה כה חשובה לשיפור גידולה של אחת מהתבואות העיקריות, כפי שעשה פרופסור ספראג.

ג'ון סי ווקר

ג'ורג' פ. ספראג

פרופסור ספראג (חוקר גנטיקה-מרביע צמחים) ופרופסור ווקר (פתולוג צמחים-מרביע צמחים) נודעו בעולם בהצלחתם בפיתוח יבולי צמחים משופרים והצליחו לייצב את הגידולים, להגבירם ולשפר את איכותם של גידולי ירקות עיקריים, וכן של תירס- בין חשובי גידולי הגרעינים שבעולם. שני חתני הפרס פתחו כל אחד מתודולוגיה חדשה ויעילה של טכניקה והליכים של טיפוח זנים של גידולי שדה. שניהם בין גדולי הדור הן במחקר הבסיסי והן במחקר השימושי. הם חינכו דורות של אנשי מחקר, כדי לספק את צורכי החקלאות. תלמידיהם פעילים ברחבי העולם במחקר, בחינוך ובמנהל. שני חתני הפרס עזרו בארגון החקלאות מבחינה מדעית וכלכלית וסייעו בידי ממשלות רבות בעולם.

בעיני רבים נחשב פרופסור ג'ון צ'ארלס ווקר בין 3 או 4 מהגדולים והחשובים ביותר בהיסטוריה בקרב הפתולוגים של צמחים. במרכז פעלו המדעי עמדה תרומתו להתגברות על מחלות של צמחים בדרך הפיתוח של זני תבואות עמידים בפני מחלות, וכן פיתוח מתודולוגיה חדשה ויעילה בגידול צמחים. הוא הוכיח את חשיבותם של גורמים סיבתיים, ובמיוחד של תזונה מארחת ושל טמפרטורה של הקרע – באפידמיולוגיה של מחלות צמחים, וכן בטיבם הפיזיולוגיה של מחלות וביסוד הכימי של כוח העמידה בפני מחלות של צמחים.

ווקר הוא אולי הדוגמא המובהקת בעולם של איש מדע, המשלב מחקר שימושי המכוון לייצור מזון, עם מחקר בסיסי המיועד להרחיב את גבולותיו של המדע, המאורגנים כמקשה אחת סביב הבעיות הספציפיות של החקלאות. כמן-כן הביאו מחקרים אחרים שלו בתחום בעיות של בלימת התפשטותו של מחלות, לגילוי מידע בסיסי רב על הגורמים הסיבתיים של האוויר ושל הקרקע בהתפרצותן ובחומרתן של המחלות.

כמחנך, אין לו אח ורע בכשרונו להדריך אנשי מדע במקצוע הפתולוגיה של הצמחים. ספר הלימוד הקלאסי שלו: "פתולוגיה של צמחים", אשר תורגם למספר שפות, הוא ההמסה הבסיסית בנושא. זה הספר הנפוץ ביותר בין ספרי הלימוד באוניברסיטאות חקלאיות בכל מקום בעולם.