מבוא #

ענף הבננות בישראל הוא ענף יציב ורווחי. הוא מהגדולים מבין בענפי המטע בישראל, ברמת היצרנות.
מחלת פנמה בבננה נגרמת ע"י הפטרייה שוכנת הקרקע Fusarium oxysporum f. sp. Cubense. ב-1989 התגלה גזע חדש וקטלני של מחלת פנמה, (TR4) Tropical Race 4 באינדונזיה ומלזיה. הפטרייה התפשטה תוך שנים ספורות למדינות שונות בדרום מזרח אסיה (טאיוואן, פקיסטן, סין, פיליפינים, הודו, מיאנמר ועוד), אוסטרליה, אפריקה (מוזמביק), אמריקה הלטינית (קולומביה) והמזרח התיכון (ירדן, לבנון, עומן), והביאה להשמדתם של מטעים בהיקף עצום ברחבי העולם. ב-2016 התגלו בארץ שלושה מטעים נגועים במחלת פנמה, ונכון ליולי 2020 המחלה נמצאת במגמת התפשטות. עד כה אותרו צמחים נגועים בעשר חלקות שונות. עד היום טרם נמצא טיפול כימי/פיזיקלי/ביולוגי להדברת הפטרייה ו/או הנבגים בקרקע, ולא קיימים זנים מסחריים בעלי עמידות מלאה לגורם המחלה, כך שמחלת פנמה מהווה איום קיומי על ענף הבננה בישראל.

מיזם מחלת פנמה #

בנובמבר 2017 החל לפעול מיזם בנושא מחלת פנמה בבננה. במסגרת המיזם מבוצעים מחקרים ע"י שמונה קבוצות מחקר שונות, בעלות מומחיות במגוון רחב של תחומים: מחקר וגידול צמח הבננה, תרבית רקמה, מחלות צמחים בכלל ופוזריום בפרט, חיטוי וטיוב קרקע, עריכה גנומית, ביואינפורמטיקה וביולוגיה מולקולרית. המיזם הינו מחקר אינטגרטיבי: בביצוע כל אחד מהמחקרים שותפים מספר חוקרים, מומחים בתחומם, ופגישות לצורך סיעור מוחות מתקיימות על בסיס קבוע. תקופת הפעלת המיזם היא נובמבר 2017-נובמבר 2020. גובה התקציב הוא 6 מיליון ש"ח, במימון משותף למגדלי הבננות והמדען הראשי של משרד החקלאות.

מטרת המיזם #

רכישת ידע בסיסי ופיתוח פרוטוקולים ותוצרים לטווח הקצר והבינוני, שיאפשרו למגדלי הבננות בארץ להמשיך לקיים את הענף ברווחיות טובה, גם בנוכחות מחלת פנמה. המיזם מתרכז בארבעה תחומים מרכזיים הקשורים בהתמודדות עם מחלת פנמה, בהם קיימים פערי ידע: 1) בחינה ופיתוח של זנים עמידים למחלה, 2) זיהוי, אבחון ואפידמיולוגיה של 4 TRבתנאי הארץ, 3) חיטוי ובחינה ופיתוח של תנאים מדכאים (ביוטים וא-ביוטיים) למחולל המחלה ו-4) גידול במצע מנותק.

חוקרי המיזם #

ייבוא ובחינה של זנים עמידים מהעולם, ופיתוח של זנים מקומיים עמידים למחלה: ד"ר עמית גל-און (מנהל המחקר החקלאי), פרופ' אבי לוי (מכון וויצמן למדע), ד"ר נבות גלפז (מיג"ל-מו"פ צפון), ד"ר סטנלי פרימן (מנהל המחקר החקלאי), ד"ר חגי כהן (מנהל המחקר החקלאי).

זיהוי, אבחון ואפידמיולוגיה של פטריית ה-4 TRבתנאי הארץ: ד"ר סטנלי פרימן (מנהל המחקר החקלאי), ד"ר יעל מלר הראל (השירותים להגנת הצומח), ד"ר דרור מינץ (מנהל המחקר החקלאי).

חיטוי ובחינה ופיתוח של תנאים סופרסיביים (ביוטים וא-ביוטיים) למחולל המחלה: פרופ' אברהם גמליאל (מנהל המחקר החקלאי), ד"ר דרור מינץ (מנהל המחקר החקלאי), ד"ר עומר פרנקל (מנהל המחקר החקלאי).

גידול במצע מנותק: ד"ר נבות גלפז (מיג"ל-מו"פ צפון).

עיקרי התוצאות שהושגו בשנות המיזם #

יעד 1. בחינה ופיתוח של זנים עמידים ל-4TR:
יעד זה הורכב מ-2 חלקים: א') פיתוח זנים עמידים למחלת פנמה בבננה, באמצעות עריכה גנומית, ב') ייבוא, בחינה וסלקציות של זנים עמידים למחלת פנמה שפותחו בעולם.

1א'. פיתוח זנים עמידים באמצעות עריכה גנומית בבננה:
יעד זה הורכב משני חלקים: איתור גנים מועמדים לעריכה גנומית, ופיתוח תשתיות לעריכה גנומית.

איתור גנים מועמדים לעריכה גנומית: לצורך איתור גני מטרה לעריכה גנומית, יובאו 15 קווים גנטיים שדווחו כעמידים למחלת פנמה, ונקבעה המחקר רמת העמידות של 30 זני בננה (רגישים ועמידים) למחולל מחלת פנמה. 4 זנים שנמצאו כעמידים במיוחד, ו-3 שנמצאו כרגישים במיוחד, אולחו ב-TR4, ושורשיהם נדגמו ב-4 נקודות זמן, לצורך אנליזת ביטוי ורצף (RNAseq).

אותרו מספר רב של גנים בעלי רמת ביטוי דיפרנציאלית בין הזנים העמידים לזנים הרגישים בתגובה לאילוח ב-TR4. נמצא ייצוג יתר לקבוצת הגנים המעורבים בקביעת דופן התא, בעיקר ליגנין, תוצאה המרמזת לכך שמניעת חדירה, או מעבר של הפטרייה מתא לתא, הוא מרכיב מרכזי בעמידות לגורם המחלה של הזנים העמידים.

באנליזת הרצף המקודד נמצאו1982  פולימורפיזמים הומוזיגוטים, ב-988 גנים שונים, המשותפים לכל 4 הזנים העמידים, ושונים מ-3 הזנים הרגישים, ונמצא ייצוג גבוה של רצפטורים וגני RGA-גנים שמעורבים במנגנוני הגנה בפני פתוגנים.

רשימה קצרה של 9 הגנים המועמדים המבטיחים ביותר להקניית עמידות לגורם מחלת פנמה הועברה לאנשי העריכה הגנומית, לצורך פיתוח זנים מקומיים עמידים למחלת פנמה. סקר ספרות העלה שכל הגנים המועמדים נמצאו בעבר כמעורבים בהקניית עמידות או רגישות לפתוגנים בכלל, ולפטריות בפרט, במיני צמחים שונים, ממצא שמחזק את הרלוונטיות שלהם לצורך פיתוח זנים עמידים למחלת פנמה.

במסגרת אנליזה השוואתית של מבנה השורש, מצאנו שקווים עמידים לאילוח הפטרייה הינם בעלי רמות גבוהות יחסית של סוברין ברקמת האנדודרמיס בשורשיהם. תוצאה זו מרמזת לכך שלהעלאת רמת הסוברין בשורש, באמצעות ביטוי ביתר של גני מפתח בייצור סוברין, פוטנציאל להקניית עמידות בבננה.

עריכה גנומית: פותחו למעלה מעשרה קווים נפרדים של תרחיפי תאים עובריים, ממקור של תפרחות זכריות של הזן המשקי הרגיש ל-TR4 'גרנד ניין'. נבנו קונסטרקטים, המכילים תבניות גניות בינאריות לצורך עריכה גנומית של 5 גני מטרה מועמדים להקניית עמידות או רגישות ל-TR4, שאותרו במהלך המיזם. בוצעה טרנספורמציה של אותם קונסטרקטים לתרחיפי התאים העובריים. הצלחת הטרנספורמציות הוכחה, באמצעות מעקב אחר תאים ועוברים שבוטא בהם ביתר הגן המדווח RFP. פותח פרוטוקול ייחודי לסלקציה במצע נוזלי של תאים שעברו את ההתמרה הגנטית, לצורך שיפור יעילות הסלקציה, והקטנת הסיכוי לקבלת 'ברחנים'.  בידינו 5 קווים מותמרים בגנים המועמדים, בשלבים שונים של התפתחות (עוברים, צמחונים), וכעת נבנות תבניות גניות בינאריות ל-4 גנים מועמדים נוספים. התקבלו צמחונים מותמרים גנטית ב-2 מהגנים המועמדים, שיועברו לבחינת רמת עמידותם ל-TR4 בסתיו 2021.

1ב'. ייבוא, בחינה וסלקציות של זנים בעלי עמידות למחלת פנמה שפותחו בעולם:
לא קיימים, נכון לאוגוסט 2021, זנים מסחריים בעלי עמידות מלאה לגורם המחלה. המשאב הגנטי היחיד הקיים כיום להתמודדות עם המחלה הוא סדרה של קלונים טיוואנים עמידים חלקית לגורם מחלת פנמה, שכרגע מהווים את הפתרון הגנטי היחיד למחלה. בשנת 2016 יובאו לארץ 4 הקלונים הנחשבים למוצלחים ביותר בסדרה, והם נבחנו בחלקות תצפית בעמק הירדן ובגליל המערבי. הקלונים 105 ו-119 ו-247 אינם אינם מתאימים לתנאי הארץ, עקב גובהם הרב ואשכול ופרי קטנים. לאחר שלוש שנות קטיף (יבול ג') בחלקה בעמק הירדן, קלון 218 מסתמן כזן בעל פוטנציאל חקלאי טוב: הוא אמנם גבוה ואיטי, אולם משקל האשכול ואיכות הפרי טובים, ודומים לאלה של הזן המשקי הרגיש, גרנד ניין.

בתחילת שנה ב' התחלנו בתהליך של ברירה של צמחים מצטיינים, לצורך פיתוח קלונים מקומיים מצטיינים הנגזרים מקלון 218. הקריטריונים לסלקציה היו גובה מתון, פריחה מוקדמת, ואשכול כבד. 12 צמחים נבחרו, רובו במעבדת תרבית רקמה, ונשתלו ב-5 חלקות שונות למבחן קלונלי.

יעד 2. זיהוי, אבחון, ואפידמיולוגיה של 4TR בתנאי הארץ:
נכון לאוגוסט 2021, נמצאו 18 חלקות נגועות בגורם המחלה בעמק הירדן.  המחלה אובחנה בצמחים סימפטומטיים בשיטת PCR, תוך שימוש בפריימרים ספציפיים לגזע TR4. שימוש בשיטת ה-VCG אפשר להוכיח שאכן האוכלוסייה בארץ קלונאלית בהשוואה לתבדידים אחרים שהתקבלו מחו"ל. נעשה שימוש בריצוף גנומי של התבדיד המקומי, ונמצא שמקורו בתבדידים מהמזרח התיכון (ירדן או לבנון). בשתילי מלכודת של בננה, שהונחו בתעלות ניקוז המנקזות מי גשם מחלקות נגועות בגורם המחלה, לא התגלתה פטריייתTR4 , תוצאה המרמזת לכך שלא הייתה הפצה במים מחלקות שנבדקו. גובש פרוטוקול לדיטקציה כמותית של 4TR בקרקע. בחלקה נגועה, נבגי TR4 אותרו בשכבות שונות כולל שכבת 60-90 ס"מ. בעשבים רעים שאולחו בפטריית TR4 נמצא שכל השורשים ורוב הגבעולים של עשבי הבר הודבקו ע"י הפתוגן, והם מהווים מקור פוטנציאלי להפצת המחלה. כמו כן, נמצא ש-TR4 מסוגל להדביק גידולים אלטרנטייביים לבננה: מנגו, אבוקדו, הדרים וגפן. מאבחון נוכחות הפתוגן בשזרת הפרי ופירות, לא נמצאה נוכחות הפטרייה בחלקים העליונים לאחר PCR עם פריימרים ספציפיים לפטריות שבודדו. בעזרת תבדידים מסומנים ב- GFP של האיזולט המקומי, נמצאה נוכחות של תפטיר הפטרייה במערכת השורשים של הזנים הרגישים והעמידים, אך בזנים העמידים הפטרייה נמצאה רק בחלק החיצוני של השורשים, ללא חדירה לשאר חלקי הצמח, בעוד שבזנים הרגישים נמצאה חדירה לתוך השורש.

יעד 3. חיטוי ודיכוי מחולל המחלה:
יעד זה מורכב ממספר יעדי משנה:
תכשירים לחיטוי כלים ואמצעי שינוע: איתרנו תכשירים יעילים להשמדת גופי ריבוי של הפטרייה. שלושה תכשירים (TOG, בקטרון, ספורקיל) שכולם תכשירים פעילי שטח על בסיס אמוניום רביעוני,  נמצאו יעילים בקטילה במשך חשיפה קצר של שניות. תכשירים אלה הוכנסו לשימוש על ידי המגדלים.

בנוסף בנינו מתקן לחיטוי כלי רכב שמבוסס על אגן הטבילה שמשמש לשטיפה ראשונית של הגלגלים ומערכת ריסוס שמבטיחה כיסוי של כל גחון הרכב בריכוז קבוע של תכשיר. המתקן מתאים לשימוש באופן מסחרי.

קטילת שורשים להפחתת ההפצה של הפטרייה באמצעות חומר צמחי נגוע: קוטלי עשבים מעורבים בנפט קוטלים ביעילות את צמחי הבננות ומאפשרים צמצום של הפצת מחולל המחלה באמצעות חומר צמחי נגוע. התכשיר גרלון יעיל במיוחד בקטילה. משילוב תכשירים כמו מיראז או טופז (תכשירים מקבוצות כימיות שונות) עם יישום גרלון, מתקבלת קטילה יעילה של השורשים (ומניעת התחדשות הצימוח בחלקה) יחד עם הפחתה מסוימת באוכלוסיות הפטרייה ברקמות הצמח.

קטילת הפטרייה בקרקע באמצעות תכשירי חיטוי: התכשירים המקובלים לחיטוי קרקע יעילים בקטילת הפטרייה כפי שהוכח במערכות מבוקרות. שילוב חיטוי סולרי משפר את הקטילה.  גם שילוב של תוספים אורגנים ממקורות שונים עם חימום במשטר חיטוי סולרי תורם לקטילה יעילה של הפטרייה. בחנו גישה משולבת להדברה שכללה קטילה של הצמחים לפני העקירה, וחיטוי קרקע משולב, בחלקה נגועה. שלושה חודשים לאחר שתילת השנטוע לאחר טיפולי ההדברה, רמת התמותה מהמחלה בטיפול ההיקש הייתה 40%, בעוד שבטיפול ההדברה לא נצפתה תמותה כלל. חלקה נגועה שנשתלה בצמחי בבננה באוגוסט 2021 טופלה בפרוטוקול ההדברה שפותח במסגרת המיזם.

דיכוי גורם מחלת פנמה בעזרת ביופחם: פותחה שיטה יעילה לאילוח הפתוגן דרך הקרקע ולא באמצעות טבילה. במחקר נבדקו שני סוגי ביופחם: ביופחם מענפי אורן  (PINE) וביופחם משבבי אקליפטוסEUC) ) ובריכוזים של 1% ו3%.  ביופחם EUC 3% הראה הפחתה הדירה ומובהקת סטטיסטית בחומרת המחלה בהשוואה לטיפול ללא ביופחם. ניסיון שילוב בין ביו-פחם אקליפטוס 1% ושימוש בזן סביל הראה כי בזן הרגיש גרנד ניין הפחית הביו-פחם את חומרת המחלה, אך שילוב בין הביו-פחם לזן הסביל לא הביא להפחתה סינרגיסטית מובהקת בחומרת המחלה.

דיכוי גורם מחלת פנמה בעזרת חיידקים מעכבים ומיקוריזה: מאות מיני חיידקים בעלי יכולת עיכוב TR4( (in-vitro בודדו מהריזוספירה של בננה. בידינו מספר קונסורציה  של חיידקים שמראים עיכוב גידול גורם המחלה בצלחות פטרי וכן בניסוי חממה עם צמחים מאולחים. בוצעו 19 ניסויים בחממה, שהביאו לאיתור של מספר קונסורציה יעילים במיוחד. תבדידים מסוימים וגם קונסורציה ספציפיים הראו נזק- דהיינו החמרה בתסמיני המחלה, הגם שכולם הראו דיכוי של הפתוגן במעבדה. המחקר בתבדידים וקונסורציומים אלו הופסק. יש כוונה לבחון קונסורציות מצטיינות במבחן שדה.

נמצאו מיני מיקוריזה שמצליחים להפחית באחוזי תמותת שתילים אך אין טיפול שמפחית ב- 100% – הנושא חייב בדיקה מעמיקה יותר.

יעד 4. גידול במצע מנותק:

בסדרת ניסויים נבחנו ארבעה משתנים: סוגי מצע וממדי ערוגה שונים, ומועדי ומרווחי שתילה, ונמצא השילוב בין הפרמטרים השונים, שהניב את התוצאה הגידולית הטובה ביותר. נמצאה הקדמה משמעותית, כ-4 שבועות, במועד הקטיף, ביחס לחלקות מסחריות שנשתלו באותו מועד, ככל הנראה בזכות חימום מהיר ומוגבר של המצע המנותק. משקל האשכול במועד שתילת אוגוסט, מועד השתילה העיקרי, טוב, ודומה למשקל האשכול הממוצע בחלקות מטע מסחריות. במחקר המשך, ייבחנו שלושה מועדי שתילה באוגוסט. פותח פרוטוקול גידול בננה במצע מנותק.