השבחה במטעים השבחה באגס: עמידות לחירכון תוך שימוש בסמנים גנטיים וזן חסר יובניליות

Size: px

Start display at page:

Download "השבחה במטעים השבחה באגס: עמידות לחירכון תוך שימוש בסמנים גנטיים וזן חסר יובניליות"

Kerrie Wilkins
6 years ago
Views:

ד ר משה פליישמן השבחה באגס: עמידות לחירכון תוך שימוש בסמנים גנטיים וזן חסר יובניליות ירדנה דהן, אביעד פריימן, זאב יבלוביץ, רעות פאר, יובל כהן, שרה גולובוביץ, משה פליישמן / המחלקה למדעי עצי הפרי,

תמצאו כאן סקירה של מהלך תוכנית ההשבחה ותוצאות ראשונות המצויות בידינו מבוא בישראל מגדלים מגוון מצומצם של זני אגס שמקורם באיטליה, והם משמשים בענף יותר מ- 40 שנה.

בנוסף מגדלים את הזנים 'ג'נטיל', 'קוסטיה' ו'ספדוצינה', המשמשים במטע גם כמפרים של 'ספדונה'. כל אלה הם זנים ירוקים שהגדול ביניהם, ה'ספדונה', מגיע בעקבות טיפולי ציטוקנינים לקוטר של 65-60 מ"מ Flaishman(.

הטעם של זנים אלה לרוב חמאתי, בהשוואה לטעם העסיסי והמתוק של ה'ספדונה'.

1 ד ר משה פליישמן השבחה באגס: עמידות לחירכון תוך שימוש בסמנים גנטיים וזן חסר יובניליות ירדנה דהן, אביעד פריימן, זאב יבלוביץ, רעות פאר, יובל כהן, שרה גולובוביץ, משה פליישמן / המחלקה למדעי עצי הפרי, המכון למדעי הצמח, מינהל המחקר החקלאי, מרכז וולקני באדיבות: המאמר הנוכחי מסכם את תהליך ההשבחה באגס, שמטרתו לייצר זן דמוי ספדונה עמיד למחלת החירכון. תמצאו כאן סקירה של מהלך תוכנית ההשבחה ותוצאות ראשונות המצויות בידינו מבוא בישראל מגדלים מגוון מצומצם של זני אגס שמקורם באיטליה, והם משמשים בענף יותר מ- 40 שנה. הזן העיקר הוא 'ספדונה' 'Spadona( Salerno',)di שמתועד כבר ב כאחד מ- 115 זני האגס באוסף של Cosimo III לבית מדיצי בטוסקנה, איטליה. בנוסף מגדלים את הזנים 'ג'נטיל', 'קוסטיה' ו'ספדוצינה', המשמשים במטע גם כמפרים של 'ספדונה'. כל אלה הם זנים ירוקים שהגדול ביניהם, ה'ספדונה', מגיע בעקבות טיפולי ציטוקנינים לקוטר של מ"מ Flaishman(.)et al., 2001; Stern and Flaishman, 2003 באירופה מגדלים למעלה מ- 30 זני אגס מסחריים המצטיינים בגודל פרי ובצבעי ירוק, אדום וביקולור )ירוק עם לחי אדומה(, צהוב וזנים חומים. הטעם של זנים אלה לרוב חמאתי, בהשוואה לטעם העסיסי והמתוק של ה'ספדונה'. כמו כן, הזנים באירופה פוריים מאד, בעלי כושר אחסון ממושך ומניבים מדי שנה יבולים גבוהים מ- 4 טון/ד', בהשוואה לרמת יבולים נמוכה עד כדי 50% במטעי ישראל. הזנים הגדלים באירופה הם תוצרי השבחה המתבצעת בארצות בעלות אקלים ממוזג כמו צרפת, איטליה, קנדה וניו-זילנד. זנים אלה מאופיינים בדרישות קור גבוהות ועל כן אינם יכולים לגדול ולהניב פרי איכותי באזורי הגידול השונים בישו ראל. במהלך השנים נעשו מספר ניסיונות לאינטרודוקציה של זני אגס מאירופה. בפועל, עד היום לא הצליחו לגדל בהצלחה זני אגס חדשים מלבד ה'ספדונה'. נראה של 'ספדונה', מלבד היותו זן ידוע ומקובל בקו רב הצרכנים, יש התאמה פיזיולוגית גבוהה במיוחד לתנאי הארץ. מכאן, שתוכנית השבחה באגס לגידול בישראל צריכה להתסס על ה'ספדונה'. לזן זה תכונות רצויות, כמו דרישות קור נמוכות )הזן נטוע מדביר בדו רום ועד מטולה בצפון(, טעם עסיסי וצבע ירוק. לעומת היתרונות הללו מצויות בו תכונות שרצוי לשפר, כמו גודל פרי, צבע, פוריות ורגישות למו חלות 1998( al.,.)manulis et Alon Hanotea vol. 67 April עלון הנוטע שנה ס ז, אפריל 2013

תוכנית ההשבחה בשיתוף עם חקלאים ומדריכי שה"מ נבחרו התכונות הרצויות באגס העתידי שיתקבל במערכת ההשבחה בישראל: קוטר פרי 75-65 מ"מ, צורה עגולה או מאורכת, צבע ירוק או ביקולור, טעם עסיסי )בדומה ל'ספדונה'(

ההתמודדות עם מחלת החירכון הושגה עד היום באמצעות תוכנית ריסוסי הדברה מבוססת אקלים שפותחה על ידי פרופ' דני שטיינברג וחוב' )2003(. תוכנית זו איפשרה לחקלאי לצמצם את כמות הריסוסים בחומרי ההדברה.

2 תוכנית ההשבחה בשיתוף עם חקלאים ומדריכי שה"מ נבחרו התכונות הרצויות באגס העתידי שיתקבל במערכת ההשבחה בישראל: קוטר פרי מ"מ, צורה עגולה או מאורכת, צבע ירוק או ביקולור, טעם עסיסי )בדומה ל'ספדונה'( או חמאתי, זן פורה, דרישות קור נמוכות ומשך אחסון של כשישה חודשים לפחות. מלבד כל האמור לעיל התכונות החשובות ביותר לחקלאי בזנים החדשים שיפותחו הן עמידות למחלת החירכון ועמידות למזיק פסילת האגס. ההתמודדות עם מחלת החירכון הושגה עד היום באמצעות תוכנית ריסוסי הדברה מבוססת אקלים שפותחה על ידי פרופ' דני שטיינברג וחוב' )2003(. תוכנית זו איפשרה לחקלאי לצמצם את כמות הריסוסים בחומרי ההדברה. לאחרונה נמצא כי החידק,Amylovora Erwinia גורם מחלת החירכון באגס, פיתח עמידות ואנו ניצבים בפני מצב חדש שבו חומרי ההדברה המאושרים לשימוש אינם יעילים עוד )1998 al.,.)manulis et אל מול מצב זה הוחלט להעמיד במרכז תוכנית ההשבחה באגס את יצירת העמידות כנגד מחלת החירכון, ובנוסף עמידות כנגד פסילת האגס. תהליך ההשבחה השבחת עצי פרי היא תהליך ארוך המושפע ממשך תקופת היובניליות - השנים הראשונות לאחר נביטת הזרעים, בהן העצים אינם יכולים לפרוח אף לא בתנאי גידול מיטביים. תקופה זו נמשכת באגס עד כעשר שנים Nilsson,( Pin and 2012(. אחד היעדים במחקר בעצים הוא הקדמת הפריחה. בהתבסס על הידע הקיים בצמחי מודל, בודדו מספר גנים מבקרי פריחה ובאמצעות התמו רה גנטית נבדקה השפעתם על הקדמת פריחה בעצי פרי. הגן מבקר הפריחה, המקודד לחלבון דמוי,TFL1 בודד בתפוח והראה כי השתקת הגנים הפארלוו גיים ל- MdFTL1 גרמה להתפתחות פרח כשמונה חודשים בלבד לאחר העברה לחממה. אברי הפרח מתפתחים באופן נורמלי והעץ המותמר יכול לשאת פרי המכיל זרעים )2006 al.,.)kotoda et בהדרים הראו כי ביטוי מתמשך של הגן.)Peña et al., )2001 גרם אף הוא לקיצור תקופת היובניליות בעץ LFY המאמר הנוכחי מסכם את תהליך השיפור באגס 'ספדונה', שהביא ליצירת זן עמיד למחלת החירכון. תמצאו כאן סקירה של מהלך תוכנית ההשבחה ותוצאות ראשונות המצויות בידינו. תוצאות 0 יצירה ואיפיון של האגס חסר היובניליות :)Juvenile( באמצעות מערכת התמרה גנטית לאגס 'ספדונה' )2005 al., )Yancheva et בוצעה השתקה של הגן מבקר הפריחה.TFL1 מתהליך ההתמרה התקבל קו עמיד לאנטיביוטיקה קנמיצין EF-Spa(,)Early Flowering Spadona - שנמצא חיובי להימצאות המחדר בגנום באמצעות PCR לגן nptii )איור 1b(. באמצעות היברידיזציית Southern ופרוב לגן nptii נמצאו שלושה מחדרים בגנום של הקו EF-Spa )איור 1c(. רצף הגן,TFL1 ששימש לבניית המחדר, גרם להשתקת שני הגנים האנו דוגניים PcTFL1-1 ו- PcTFL1-2 בקו המותמר.EF-Spa הקו EF-Spa הראה התפתחות פריחה מוקדמת לעומת אגס לא מותמר )2012 al.,.)freiman et הקו EF-Spa פיתח פרחים כבר בשלב תרבית הרקמה וכן בצמחים מושרשים שגדלו בחממה )איור 2a(. עץ אגס בוגר מפתח תפרחת מעורבת המכילה מסו פר עלים ופרחים )איור 2a(, והמשך צימוח מתרחש מפקע צדי בבסיס אחד העלים שבתפרחת. בקו,EF-Spa בפקע הקודקודי מתפתח פרח בודד ללא עלים והמשך צימוח יתרחש מפקע צדי בבסיס עלה בענף, כאשר מהפקעים הצדדיים יכול להתפתח ענף שבסופו יתפתח פרח בודד נוסף. צורת העו לה בקו המותמר אף היא דומה יותר לעלה מעץ בוגר מאשר לעלה מעץ יובנילי - עלה עגול עם שוליים חלקים )איור 2c(. בחינה של מבנה הפרח בקו EF-Spa הראתה שבדורים המיניים עמודי עלי וזירי האבקה אין הבו דלים במספר ובצורה בין הצמח המותמר לפרחים מאגס בוגר. בדורים החיצוניים, בעלי גביע וכותרת נמצא כי לקו EF-Spa מתפתחים יותר עלי גביע ויש איברים מאוחים, עלי גביע-כותרת. 0 הכלאות והורשת קיצור היובניליות: הכלאות בוצעו בין הקו המותמר EF-Spa לזן 'קוסציה' ולזן leaf'. Red הזרעים נבטו וגדלו בחממה ונוכחות המחדרים בזריעים נבדקה ב- PCR על דנ"א גנומי. שלושה מתוך ארבעת הזריעים בזן 'קוסציה' נמצאו חיוביים וזריע אחד איור 1: אנליזה מולקולרית לקו המותמר.EF-Spa תיאור סכימטי של הווקטור הבינארי בין הגבול הימני )RB( לגבול השמאלי )LB( עם המו חדר MdTFL1 RNAi והגן לעמידות.nptII החץ מורה על אתר חיתוך של האנזים EcoRI (a) PCR על מיצוי דנ"א גנומי מהקו EF-Spa ואגס שאינו מותמר )w.t.( ששימש כביקורת שלילית. פריימרים משני צדי הגן nptii שימשו להגברת מקטע בגודל צפוי )590.)bp) b) אנליזת EF-Spa על מיצוי דנ"א גנומי מהקו nptii עם גלאי לגן Southern blot ואגס שאינו מותמר.)w.t.( גודל כל מקטע מצוין מימין )c( איור 2: ארכיטקטורת הצמח ומאפיינים מורפולוגיים של הקו המותמר EF-Spa בהשוואה לאגס שאינו מותמר. צמח EF-Spa מושרש הגדל בחממה עם שלושה עלים ופרח טרמינלי )a(. תפרחת של עץ אגס בוגר מזן 'ספדונה' )b(. העלים מהקו EF-Spa דומים לעלים מעץ בוגר: צורה מעוגלת ושוליים חלקים )e( Alon Hanotea vol. 67 April עלון הנוטע שנה ס ז, אפריל 2013

3 נמצא שלילי. בזן leaf' Red נמצאו חמישה זריעים חיוביים וארבעה שליליים. הזריעים CS1 ו- CS2 פרחו ארבעה ושישה חודשים מנביטה )בהתאמה(, ואילו הזריע CS3 פרח לראשונה 33 חודשים מנביטה. הזריעים RF5 ו- RF7 פרחו חודשים בודדים לאחר העברה לחממה ושאר הזריעים פרחו לאחר יותר מ- 20 חודשים. ריצוף האתרים הגנוו מיים אליהם חדר המחדר MdTFL1 RNAi איפשר מעקב פשוט אחר המחדרים באוכלוסיה באמצעות PCR ופריימרים ספציפיים. שלושה זריעים, RL5,RL6 ו- RL9, מכילים עותק אחד של המחדר בכרומוזום 2 ושני זריעים מכילים את שני העותקים של המחדר בכרומוזום 14 )איור.)3c-e באנליזה של אתרי המחדר בזריעים שאינם מותמרים לא נמצאו שינויים ברצף חומצות הגרעין. בהכלאה עם הזן leaf', Red המכיל את הגן הדומיננטי לעלה אדום, כל הצמחים שהתקבלו היו כצפוי בעלי עלים אדומים )תמונה + איור 3(. איור 3: הכלאת הקו המותמר EF-Spa עם זן אגס בעל עלים אדומים.)RL( צבע עלים אדום בזריע דור ראשון בהשוואה לעלה מזריע אחר (a PCR לגן nptii על מיצוי דנ"א גנומי של הקו המותמר EF-Spa ותשעת הזריעים דור ראשון. - 1 אגס שאינו מותמר, EF-Spa, תשעת הזריעים דור ראשון RL1-RL9 (b) PCR למחדר בכרומוזום c) PCR 2 לשני המחדרים בכרומוזום e( 14 )d, 0 מהלך השבחה באמצעות קו האגס חסר היובניליות: בקו המותו מר EF-Spa יש ירידה חזקה בצימוח הווגטטיבי. פיתחנו מערכת של צמחים קומפקטיים שבתנאי יום ארוך וטמפרטורה גבוהה ניתן היה לגדל אותם ולקבל פריחה לאורך כל השנה. הצמחים הקומפקטיים שהתקבלו מאפשרים גידול "מטע השבחה" בתוך החממה )איור 1(. במערכת זו ניתן לבצע הכלאות לאורך כל השנה ולקבל חמישה עד שמונה פירות לעציץ. לאחר הפקת הזרעים ניתן לגדל את הנבטים ולקבל צמיחה ופריחה לאחר כשנה. משך קבלת דור במערכת זו, מזרע לזרע, הוא פחות משנתיים. כאמור, המטרה העיקרית של תוכנית ההשבחה באגס היא ליצור זן דמוי 'ספדונה' בעל עמידות למחלת החירכון. תהליך השבחה ליצירת עמידות למחלות הוא ממושך ודורש הכלאות מחזירות בין הזן העו מיד וזן המקור. לנוכח תקופת היובניליות הארוכה באגס יש יתרון רב לשימוש בזן חסר היובניליות שפותח. באיור 5 מודגם מהלך השימוש באגס חסר היובניליות בתוכנית ההשבחה. לאחר קבלת דור F1 בין זן עמיד למחלת החירכון והזן,EF-Spa ניתן לבצע שלוש-ארבע הכלאות מחזירות במשך כשש שנים, לעומת יותר מ- 30 שנה )!( בשיטה המו קובלת. חשוב לציין, כי בדור האחרון של תוכנית ההכלאות נלקחים צאצאים לא מותמרים שאותם יש לקדם לפריחה מהירה בשיטות הורטיקולטוריות מקובלות. המשך בעמוד הבא Alon Hanotea vol. 67 April עלון הנוטע שנה ס ז, אפריל 2013

תמונה 1: צמחים קומפקטיים בקו המותמר EF- Spa המאפשרים גיו דול "מטע השבחה" בתוך החממה איור 4: לוח הזמנים של העברת תכונות בהכלאות מחו זירות באמצעות הקו חסר היובו ניליות בהשוואה להשבחה קונבנציונלית איור

לחירכון. Sweet Harrow הינו זן אגס שמקורו בהכלאה שבוצעה בחוות המחקר Harrow בקנדה ב- 1965 ובורר כעמיד למחלה ב- 1980. ה- Sweet Harrow אינו יכול לשמש בארץ כזן מסחרי כיוון שיש לו דרישות קור גבוהות במיוחד.

4 תמונה 1: צמחים קומפקטיים בקו המותמר EF- Spa המאפשרים גיו דול "מטע השבחה" בתוך החממה איור 4: לוח הזמנים של העברת תכונות בהכלאות מחו זירות באמצעות הקו חסר היובו ניליות בהשוואה להשבחה קונבנציונלית איור 5: התפתחות מחלת החירכון במבחן אילוח בחידק Erwinia amylovora על מכלוא Harrow Sweet X EF-Spa 0 שימוש בקו EF-Spa ליצירת זריעים מקדימי פריחה שעמידים למחלת החיי רכון: ברשותנו אבקות של אגסים בעלי עמידות לחירכון. Sweet Harrow הינו זן אגס שמקורו בהכלאה שבוצעה בחוות המחקר Harrow בקנדה ב ובורר כעמיד למחלה ב ה- Sweet Harrow אינו יכול לשמש בארץ כזן מסחרי כיוון שיש לו דרישות קור גבוהות במיוחד. אבקה של הזן Sweet Harrow שימו שה להאבקת צמחי,EF-Spa ממנה התקבלה אוכלוסיית זריעים. באוכלוסיית F1 כ- 80% מהזריעים נמצאו מותמרים, כאשר יותר מ- 60% הראו הקדמת פריחה עד 20 חודשים מנביטה. נעשה מבחן אילוח בחידק Erwinia למציאת זריעים עמידים למחלת החירכון. איור 6 מראה את תוצאות המבחן, מהן עולה כי זריע המכלוא 65 מראה עמידות בדומה לזו של הזן Sweet. Harrow בוצע ריבוי של הזריע 65 והוא משמש מקור להכלאות מחזירות ליצירת מכו לוא עמיד דמוי 'ספדונה'. 0 שימוש בסמנים גנטיים לברירה מהירה של קווים עמידים לחירי כון בעלי דרישות קור נמוכות: פיתוח סמנים גנטיים יאפשר ליעל את תהליך ההשבחה באגס. במסגרת העבודה הנוכחית אנו מפתחים סמו נים לעמידות לחירכון ולדרישות קור נמוכות. בעבודות קודמות בוצעה אנליזה של הכלאות בין זן האגס Crassane Passe הרגיש למחלת החירכון לבין הזן sweet Harrow העמיד למחלה, ונבנתה מפת תאו חיזה המכילה שלושה סמנים PMF( Dondini et al., 2004; Le Roux al., 2012.)et מתוך אוכלוסיית זריעים מקדימי פריחה מההכלאה של sweet Harrow עם EF-Spa נמצאו מספר זריעים הנושאים את הסמן העיקרי לעמידות למחלה. השוואה שנעשית בימים אלה בין הסמנים לאחר איפיון עמידות שהתקבל בניסויי האילוח מראה זהות חלקית בין הסמנים לעמידות למחלה. בימים אלה אנו מפתחים סמנים גנטיים לדו רישות קור נמוכות על בסיס אוכלוסיות זריעים של מכלואים בין זנים בעלי דרישות קור נמוכות לזן בעל דרישות קור גבוהות. האיפיון הפנוטיו פי ייבחן מול סמנים לדרישות קור שפותחו לאחרונה בתפוח Celton( al., 2011.)et פיתוח סמנים אלה יאפשר לנו בירור יעיל של מכלואים בבית הרשת ויפחית את כמות החומר שתועבר לשתילה בחלקות. אנו מתכננים בהמשך לפתח סמנים גם לעמידות לפסילת האגס ולתכונות איכות של הפרי, כגון צבע, גודל ואיכות פנימית. סיכום נכון להיום קיים בעולם מספר מצומצם של תוכניות להשבחת אגס, בעיקר בשל מגבלת תקופת היובניליות הארוכה, שמצריכה עשרות שנים עד לפיתוח זן מסחרי איכותי. במסגרת התוכנית הנוכחית פיו תחנו, לראשונה בעולם, טכנולוגיה לקיצור תקופת היובניליות ויחד עם פיתוח סמנים לעמידות למחלות, דרישות קור ואיכות פרי נוכל להערו כתנו לקצר באופן משמעותי את תהליך ההשבחה. פרי איכותי עמיד למחלות העיקריות של האגס בישראל, שיהיה מסוגל לגדול באקלים החם של ארצנו, יקנה למגדלי האגס בארץ יתרון תחרותי שיתבטא ביכולת המכירה, קבלת מחיר גבוה בשוק המקומי ותחרותיות מול אגסים מיובאים. יצירת אגס איכותי עמיד למחלות ובעל דרישות קור נמוכות יאפשר לפתח ולגדל אגסים בארצות נוספות שבהם מגדלים אגסים באזורים חמים. רשימת ספרות 1. Celton et al. (2011): Deciphering the genetic determinism of bud phenology in apple progenies: a new insight into chilling and heat requirement effects on flowering dates and positional candidate genes. New Phytologist 192: Dondini et al. (2004): Identifying QTLs for fire-blight resistance via a European pear (Pyrus communis L.) genetic linkage map. Molecular Breeding 14: Flaishman et al. (2001): The synthetic cytokinin CPPU Alon Hanotea vol. 67 April עלון הנוטע שנה ס ז, אפריל 2013

5 9. Pin et al. (2012): The multifaceted roles of FLOWERING LOCUS T in plant development. Plant Cell and Environment 35: Shtienberg et al. (2003): New considerations for pruning in management of fire blight in pears. Plant Disease 87: Shtienberg et al. (2003): Evaluation of local and imported fire blight warning systems in Israel. Phytopathology 93: Stern R. et al. (2003): Benzyladenine effects on fruit size, fruit thinning and return yield of Spadona and Costia pear. Scientia Horticulturae 98: Sun et al. (2009): Construction of a genetic linkage map and QTL analysis for some leaf traits in pear (Pyrus L.). Frontiers of Agriculture in China 3: Yancheva et al. (2006): Green fluorescent protein as a tool for improving Agrobacterium - mediated transformation of Spadona pear (Pyrus communis L.). Plant Cell Reports 25: increases fruit size and yield of Spadona and Costia pear (Pyrus communis L.). The Journal of Horticultural Science and Biotechnology 76: Freiman et al. (2012): Development of a transgenic early flowering pear (Pyrus communis L.) genotype by RNAi silencing of PcTFL1-1 and PcTFL1-2. Planta 235: Kotoda et al. (2006): Antisense expression of MdTFL1, a TFL1-like gene, reduces the juvenile phase in apple. Journal of the American Society for Horticultural Science 131: Le Roux, et al., Redefinition of the map position and validation of a major quantitative trait locus for fire blight resistance of the pear cultivar 'Harrow Sweet' (Pyrus communis L.). Plant Breeding 131: Manulis et al. (2003): Changes in the sensitivity of Erwinia amylovora populations to streptomycin and oxolinic acid in Israel. Plant Disease 87: Peña et al. (2001): Constitutive expression of Arabidopsis LEAFY or APETALA1 genes in citrus reduces their generation time. Nature Biotechnology. 19: Alon Hanotea vol. 67 April עלון הנוטע שנה ס ז, אפריל 2013

Patents Basics. Yehuda Binder. (For copies contact:

Patents Basics. Yehuda Binder. (For copies contact: Patents Basics Yehuda Binder (For copies contact: elissa@openu.ac.il) 1 Intellectual Property Value 2 Intellectual Property Rights Trademarks Copyrights Trade Secrets Patents 3 Trademarks Identify a source