טרנספורמציה בחיטה ופיתוח כלים לעריכה גנומית
מחקר מס' 28
חוקרי הפרוייקט: פרופ' עמיר שרון ופרופ' איתי מירוז

חיטה (.Triticum aestivum L) הינה הדגן המתורבת ביותר בעולם המספק קרוב ל-20% מצריכת הקלוריות והחלבון שצורכת האנושות.
שיפור זני חיטה, למשל, לקבלת יבול גבוה יותר, גדילה והנבה לשל יבולים בתנאי סביבה קשים, או עמידות בפני פתוגנים ומזיקים, ידרשו שימוש בכלים מודרניים, בפרט טכנולוגיות של עריכה גנומית. בהשוואה לצמחי יבול אחרים, חיטה נחשבת כצמח קשה לטרנספורמציה. בנוסף, הגנום הגדול והפוליפלואידי של החיטה מהווה אתגר לעריכה גנומית יעילה.

המטרה שלנו היא לבסס מערכת טרנספורמציה יציבה ויעילה בחיטה שתאפשר ביצוע מחקר מתקדם כולל עריכה גנומית בחיטה בישראל.

אבני הבניין של הפרוייקט הן: בניית תשתית למרכז הטרנספורמציה, ביסוס טרנספורמציה בזנים סטנדרטים ובהמשך בזני חיטה מקומיים, ופיתוח ויישום של שיטות וכלים ביואינפורמטיים לעריכה גנומית המבוססת על שימוש ב-CRISPR בחיטה.

הגישה הבסיסית בה אנו משתמשים היא טרנספורמציה של עוברים צעירים של חיטה מהזן פילדר (Fielder) באמצעות חיידקי אגרובקטריום בסיוע של גנים מעודדי רגרנרציה. בנוסף לחיטה, אנו מפתחים מערכת טרנספורמציה גם לצמחי דוחן מהמין Setaria viridis שישי להם חשובות כלכלית בפני עצמם וגם משמשים מערכת מודל לצמחי C4 כמו קנה סוכר ותירס.

מטרת החלק החישובי הוא פיתוח של כלים, ובפרט אסטרטגיות חישוביות לתכנון אופטימלי של רצפי ה-gRNA, לעריכה עריכה גנומית יעילה בחיטה ומיני דגן נוספים. הפיתוח כולל שלושה שלבים: תחילה, נפתח כלי מבוסס ידע מלאכותי אשר לוקח בחשבון את ההקשר הגנומי של אתרי המטרה של ה-DNA ומשלב מספר כלים אלגוריתמיים אשר פותחו בהתבסס על למידת מכונה ואסטרטגיית למידה עמוקה. השלב השני מיועד לתת מענה למגוון העצום של זני חיטה; בעולם יש היום אלפי זנים של חיטה תרבותית, ובשל כך השימוש ברצף גנומי של זן חיטה בודד עלול לפגוע ביעילות העריכה הגנומית. לכן, הכלי אותו אנחנו מעצבים לא יתבסס על גנום יחיד כסימוכין אלא על גנומים של שנים שונים של חיטה. עקב הגנום הפוליפלואידי המורכב, כמעט כל הגנים המקודדים לחלבון בחיטה שייכים למשפחות גדולות, ולכן במקרים רבים בעריכה הגנומית של גן בודד לא תתקבל תוצאה של פנוטיפ נראה. לכן, בשלב השלישי נספק מתולוגיות חישוביות לתכנון gRNAs אשר יפגעו במספר מטרות של משפחת גנים. את הכלים שנפתח ניישם לכל הגנים המקודדים לחלבון בגנומים של חיטה ושעורה, ונקים שרת שיאפשר לחוקרים גישה ועבודה דרך הרשת.

חיטה אדומה
סתריה

עד כה, סיימנו את בניית המרכז, ייצבנו מערכות טרנספורמציה של חיטה ודוחן, והכנו צמחים ראשונים של חיטה שעברו עריכה גנומית. הטרנספורמציה של צמחי חיטה מהזן פילדר יציבה מאד ומגיעה לשיעורים של למעלה מ-30% עם ביטוי טוב של הגנים הזרים. אנו שוקדים כעת על ניצול המערכת ללימוד תכונות חדשות של עמידות ליובש ומחלות, על שיפור היעילות של עריכה גנומית בחיטה, ועל פיתוח מערכות טרנספורמציה בזני חיטה מקומיים.

פרופ' עמיר שרון
חוקר הפרוייקט

הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז – אונ' תל אביב.

דוא"ל: amirsh@tauex.tau.ac.il

טלפון: 972-3-6406741+

אתר: פרופ' עמיר שרון

אתר המעבדה

תחומי מחקר:

המעבדה עוסקת בשני תחומים מרכזיים:

1. בידוד של גנים לעמידות למחלות מצמחי בר קרובי משפחה של חיטה.

2. ביולוגיה של פטריות פתוגניות לצמחים.

פרופ' איתי מירוז
חוקר הפרוייקט

הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז – אונ' תל אביב.

דוא"ל: itaymay@tauex.tau.ac.il

טלפון: 972-3-6407212+

אתר: פרופ' איתי מירוז

תחומי מחקר:

אבולוציה של צמחים ופילוגנטיה.
אנו משתמשים בגישות השוואתיות ביואינפורמטיות כדי לקבל תובנות לגבי הדינמיקה האבולוציונית המרתקת של גנום צמחי. אנו מעוניינים גם בפיתוח כלים חישוביים שניתן להשתמש בהם כדי להשיג תובנות ביולוגיות חדשות מסוגים מגוונים של נתונים.

שותפים למחקר:

ד"ר ערבה שתיל-כהן
מנהלת המרכז לטרנספורמציה ועריכה גנומית

דוא"ל: aravashatil@tauex.tau.ac.il

מוסד:
הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, אוניברסיטת תל אביב.

ד"ר ראקש קומר
פוסטדוקטורנט

מוסד:
הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, אוניברסיטת תל אביב.

ד"ר אנה רייס

ד"ר אנה רייס
פוסטדוקטורנטית, ביואינפורמטיקאית

מוסד:
הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, אוניברסיטת תל אביב

אודי לנדאו
ביואינפורמטיקאי

מוסד:
הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, אוניברסיטת תל אביב.