הקייצת הינו עשב רע חד שנתי, שמקורו בדרום אמריקה משתייך למשפחת המורכבים (ASTERACEAE). בארץ ניתן למצוא שני מינים עיקריים: קייצת מסולסלת (Conyza bonariensis) וקייצת קנדית (C. canadensis). הצמח נובט בסוף החורף, מפתח שושנת עלים צרים ולקראת הקיץ (ומכאן שמו) נישאות קרקפות מרובות פרחים על עמודי תפרחת גבוהים. מינים אלו משבשים בתי גידול שונים – מטעים, שדות מעובדים צידי דרכים ומעזבות ללא בקרה בזכות יכולת ייצור זרעים מרובה ביותר ופיזורם על ידי הרוח.

לאור התפוצה העצומה של הקייצות בבתי גידול שונים, אי תגובתם לקוטלי עשבים והנזקים שהם גורמים, נבחנה האפשרות שהצמחים פיתחו עמידות לקוטלי עשבים שונים. במהלך חודשי יולי- ספטמבר נאספו זרעי קייצת קנדית ומסולסלת ברחבי הארץ, לאורך צידי כבישים ושדות חקלאים. זרעים מהאוכלוסיות השונות הונבטו בתנאים מבוקרים והועברו לעציצים בתערובת גידול צמחים. קוטלי העשבים ניתנו לאחר ההצצה על צמחים במצב של 5-7 עלים. קוטלי העשבים שנבחנו היו: שלושה תכשירים המעכבים את פעילות האנזים ALS (המקטלז ביוסינתיזה של חומצות אמינו מסועפות): אימזפיר (ארסנל) ממשפחת האימידאזולינונים (IMI), סולפומטורון- מתיל (אאוסט) ממשפחת הסולפונילאוראה (SU), ופיריתיובק-סודיום (סטייפל) ממשפחת הפירימידינילבנזואט (PTB). אטרזין, ק"ע המעכב את PSII  (עיכוב מעבר האלקטרונים בתהליך הפוטוסינתזה-PSII), וגלייפוסט המעכב את פעילות האנזים EPSPS המעורב ביצור של חומצות אמינו ארומטיות.

השערת המחקר הייתה שהעמידות הנצפית בשדות וצידי דרכים מבוססת על שינויים באתרי המטרה שונים המקנים עמידות גבוהה לקבוצות השונות של הרבצידים. מטרת העבודה הייתה לסקור את תפוצת העמידות ברחבי הארץ ולאפיין את ההיבטים המולקולאריים המעורבים בעמידות.

רמת העמידות של אוכלוסיות שונות של קייצת מסולסלת וקנדית לק"ע מעכבי ALS נבחנה בניסוי עציצים. הרוב המכריע של אוכלוסיות הקייצת המסולסלת הראו סימני פגיעה כתוצאה מריסוס במינון המומלץ בחומרים השונים, בעוד שבקייצת הקנדית נמצאו אוכלוסיות עמידות שלא הראו כל סימני פגיעה בריכוז הנ"ל. לכן עבודה זו התמקדה בקייצת קנדית. לאחר סקירה נוספת של אוכלוסיות קייצת קנדית בלבד, נמצאו חמש אוכלוסיות עמידות למעכביALS. אותן אוכלוסיות נבדקו גם לעמידות למעכבי PSII  שונים (5a, 6a, 10a, 17a, 21a).

בסקר העמידות לגלייפוסט נצפתה עמידות לא עקבית ברוב האוכלוסיות והוחלט להתמקד באוכלוסייה של קייצת מסולסלת ממגן (46b) אשר באופן יחסי הראתה עמידות עקבית במספר רב של חזרות.

לכל האוכלוסיות שורטטו עקומות המתארות את התגובה, וחולצו ערכי ED50  (המינון הגורם לפחיתה של 50% במשקל הנוף).

ערכי ה- ED50 של האוכלוסיות העמידות שחולצו מעקומי התגובה למעכבי ALS ומעכבי PSII היו גדולים מאוד, לעיתים בסדרי גודל מאלה של האוכלוסיות הרגישות. תוצאה זו רמזה בשלב זה ששינויים באתר המטרה כנראה מעורבים במנגנון המקנה עמידות לאוכלוסיות אלו.

בכדי לגלות האם התרחשו התמרות בגן המטרה, הופק ה- DNA מצמחי קייצת קנדית עמידים ורגישים בודדים. תוכננו פריימרים ספציפיים מתאימים. אזורי המוטציות הידועים מהספרות הוגברו באמצעותPCR  וע"י ריצוף אותרו המוטציות המקודדות לעמידות בפרטים העמידים לקוטלי העשבים השונים (ALS, PSII, EPSPS). תחילה נבדקו קבוצת מעכבי ALS ובחלוקה גסה ניתן היה כבר בשלב זה להבחין בשלושה דפוסי עמידות: בדפוס הראשון, עמידות צולבת ל- SU, IMI, PT שהופיעה באוכלוסיית 17a ו- 21a. בדפוס השני, עמידות גבוהה ל-SU ורגישות ל- IMI שהופיעה באוכלוסיית 6a . הדפוס השלישי, עמידות ל- IMI ורגישות ל-SU, הופיעה באוכלוסיות 10a. לאחר הגברה ב- PCR של הגן המקודד ל- ALS בכל אחת מן האוכלוסיות שנבחנו, נמצאה מוטציה אחת הגורמת לשינוי בחומצות אמינו בעמדות הידועות כאחראיות לעמידות למעכבי ALS. נמצא כי ההחלפה של חומצת האמינו פרולין בעמדה 197 לסרין שהתגלתה באוכלוסייה מצ. אפק (6a), מקנה עמידות לסולפומטורון-מתיל אך לא לאימזפיר. באוכלוסייה מציפורי (10a) נמצאה התמרה של החומצה האמינית אלנין 205 לואלין, והיא המקנה עמידות לאימזפיר אך לא לסולפומטורון- מתיל.

באוכלוסיות העמידות הנוספות, מנווה ימין (21a) ומצומת דרור (17a) בהן 100% מהפרטים הראו עמידות ואוכלוסייה שלישית מצ. אבליים (5a), בה רק חלק מהפרטים היו עמידים, נמצאה החלפה של ח. אמינית טריפטופאן בעמדה 574 לליאוצין. החלפה זו מקנה עמידות גבוהה לשלושת החומרים מקבוצות מעכבי ה – ALS שנבדקו, אימזפיר, סולפומטורון-מתיל ופיריתיובק-סודיום. באוכלוסייה 5a בה נצפתה שונות גבוהה מאד בין הפרטים באוכלוסייה רק 40% מהפרטים היו עמידים מתוך הפרטים העמידים כ- 30% היו הומוזיגוטים למוטציה ו- 10% היו הטרוזיגוטים למוטציה.

באוכלוסיות 17aו – 21a נמצאה עמידות גם לאטרזין. וכן נמצאה התמרה של סרין בעמדה מס' 264 לגליצין. התמרה זו היא המקנה לאוכלוסיות אלו את העמידות לק"ע מקבוצת מעכבי PSII .

באוכלוסייה 46b זוהתה עמידות לגלייפוסט שעמדה על פי 5-15 לעומת האוכלוסייה הרגישה. לאחר הפקת דנ"א וריצופו, לא נמצאה מוטציה באתר המטרה. תוצאה זו מאששת את חשדותינו שהעמידות לגלייפוסט מקורה במנגנונים שונים שאינם קשורים לגן המטרה כגון: פירוק או מידור החומר, הולכה לקויה ותלות בתנאי סביבה.

כפי הנראה מעבודה זו, קיימת עמידות רבה באוכלוסיות מיני קייצת בארץ. המוטציות שנמצאו בעבודה זו אשר משרות מגוון רחב למדי של עמידויות ועמידויות צולבות לתכשירים השונים שנבדקו, התפתחו בישראל עקב פרקטיקות חקלאיות שאינן זהירות. הטענה הרווחת היא שהתדירות הגבוהה של העמידויות השונות לק"ע היא תוצאה ישירה של שימוש ארוך טווח בהרבצידים כדרך עיקרית להתמודדות עם ע"ר אלו. זאת ועוד, תכונות של מיני הקייצת, כדוגמת פוריות גבוהה, חיוניות זרעים רבה והופעה בכמה גלי הצצה לאורך העונה, סייעו לעשבים אלה להתחרות בהצלחה בצמחיה המקומית ובגידולים בשדה. בעיה זו, הפוגעת בסביבה האקולוגית ומאיימת על החקלאות בישראל, אינה צפויה להיפתר בטווח הנראה לעין שכן זרעי הצמחים העמידים יכולים להגיע גם לשדות שמעולם לא נחשפו לתכשירים אלה. ומכאן חשיבותו של המשך המחקר על מנת ולנסות לעצב ממשק הדברת עשבים מושכל שימוש בפרקטיקות אלטרנטיביות, אגרוטכניות וכימיות, בשטחים בהם התפתחה עמידות.

עבודה זו פורסמה השנה תחת הכותרת:

Matzrafi M., Whitefish Lazar T., Sibony M., Rubin B. Conyza species: distribution and evolution of multiple target-site herbicide resistances. 2015. Planta, 242:259-267.