עדויות גנטיות ראשונות לקיומן של אוכלוסיות זיתי בר בישראל וחשיבות שימור המגוון הגנטי שלהן

הקדמה

זית אירופי (Olea europaea L. subsp. europaea) הוא עץ הפרי החשוב ביותר שגדל באגן הים התיכון, מאחר שיש לו בו, מלבד חשיבות כלכלית, גם ערך כסמל תרבות ומורשת. תִרבות הזית באגן הים התיכון החל בתקופה הכלקוליתית עם התבססות הידע על ריבוי וגטטיבי, תוך ברירה של פרטים בעלי מאפיינים ייחודיים של זן הבר var. sylvestris (Mill.) Lehr. לזיהוי אוכלוסיות של זן הבר המקורי של זית אירופי ישנה חשיבות גדולה עבור זיהוי מאגר גנטי קדום שיכול לתרום להבנת תהליך התִרבות של הזית. יתר על כן, לשונות גנטית הקיימת בבר ישנה חשיבות רבה באיתור תכונות בעלות פוטנציאל אגרונומי ^[14] ובהבטחה של חקלאות בת-קיימא, ודאי לנוכח תרחישי שינוי האקלים.

ממצאים ארכאולוגיים-בוטניים מאתר גשר בנות יעקב מלמדים על נוכחות של זיתי בר באזור ארץ ישראל, ומהווים עדות ראשונה בעולם לשימוש של האדם הקדמון בזית כבר לפני 780,000 שנים ^[15]. נוכחות גרגרי אבקה מאובנים של זית בשכבות משקעים שהצטברו בעבר משמשת להבנת שינויי אקלים שהתרחשו באזורנו ^{[7, 12]} וגם להבנת ההשפעה של פעילות האדם על נוף הצומח. כך, ירידה הדרגתית בשכיחותם של גרגרי אבקה של אלונים באזור הכינרת, בין השנים 1700–350 לפני הספירה, שלוותה בעלייה הדרגתית בגרגרי אבקה של זית וגפן, מלמדת על פעילות חקלאית ענפה באזור, שלוותה בבירוא יערות ^[4].

אוכלוסיות של זיתי בר עדיין פזורות בחורש הים תיכוני סביב כל אגן הים התיכון. אולם, מכיוון שזית אירופי הוא מין מואבק רוח בעל אי-תאימות עצמית (self-incompatibility), הדורש האבקה זרה לצורך הפריה וחנטה, סביר להניח שזרימת גנים במהלך אלפי שנים של נוכחות זיתי הבר סמוך לכרמי זיתים השפיעה על הרקע הגנטי של אוכלוסיות הבר. נוסף על כך, הפצה של פירות מכרמי זיתים תורמת להתבססות של פליטי תרבות (feral) בטבע ^[18]. באמצעות שימוש בסמנים מולקולריים זוהו אוכלוסיות זית אירופי פליט תרבות בכל אזור אגן הים התיכון, באזורים בדרום אירופה ובצפון אפריקה ^{[10, 20, 23]} וכן בישראל ^[2].

הכרמל הוא גבול אזור התפוצה הדרומי ביותר של זן הבר של זית אירופי במזרח הים התיכון ^[22]. מקובל לכן, כי זיתים בטבע הגדלים בחורש שמדרום לכרמל הם פרטים של פליטי תרבות, כפי שאכן נמצא בבחינת הרקע הגנטי של זית אירופי בחורש הים תיכוני בהרי ירושלים ^[2]. מחקר זה, שעשה שימוש בסמנים מולקולריים מטיפוס SSR (Simple Sequence Repeats) לימד עוד כי מקורן של מרבית האוכלוסיות באזור התפוצה הטבעי של זן הבר בגליל ובכרמל גם הוא בפליטי תרבות ^[2]. במסגרת המאמץ המחקרי שאנו מבצעים ללימוד המאגר הגנטי המקומי של זית אירופי, נבחנה לאחרונה האפשרות לנוכחות זן הבר באוכלוסיות המבודדות גנטית. באזור הים תיכוני של ארץ ישראל לא קיימים מחסומים גאוגרפיים המאפשרים בידוד גנטי, ולכן נבחן הרקע הגנטי של אוכלוסיות במערב הגליל (מצוק אדמית) ובחלקו המערבי של רכס הכורכר שבכרמל (רכס עתלית). ההנחה היא שבאזור החשוף למשטר רוחות ייחודי ^[11], המגביל האבקה מעצי תרבות, התאפשר שימור הרקע הגנטי של זן הבר הטבעי.

שיטות וחומרים

מיפוי ודגימה של עצי זית בטבע

במחקר זה נבחנו שתי אוכלוסיות בר של זית אירופי שנבחרו על סמך מיקומן בקרבת קו החוף, באדמית ובעתלית. ככל הידוע לנו, שתי האוכלוסיות האלה הן היחידות שמייצגות את הקצה המערבי של אזור התפוצה הטבעי של זן הבר בארץ ^[22] (איור 1). פרטים של זיתי בר פזורים במדרונות של מצוק אדמית בחלקו המערבי והדרום-מערבי, בשמורת הטבע שסמוכה למערת קשת. האוכלוסייה במצוק אדמית כוללת עשרות פרטים, ודגמנו עלים מ-17 פרטים מתוכם שהמופע שלהם אופייני לזן הבר של זית אירופי. בעתלית פזורים יותר מ-1,000 פרטים של זיתי בר בשטח של כ-1,200 דונם, מחוץ ליישוב ובתוכו, בבתי גידול מגוונים סמוך לקו החוף, הכוללים רכסי כורכר שחלק מהם מכוסים חול. בשל מורכבות השטח נעשה סקר מעמיק יותר באוכלוסייה זו. בעתלית מיפינו 1,055 פרטים בשטח שחילקנו ל-12 פוליגונים (איור 2), ואפיינו את הפרטים באמצעות מדידות גובה וגודל החופה, תיאור המופע שלהם, צימוח עלים בעלי צורה מיוחדת שמופיעים בשלבים הצעירים בלבד (עלים יובניליים, juvenile) או בוגרים, מספר סורי הגזע והערכת יבול הפרי. הערכה של המדדים האיכותיים התבצעו על ידי ד' לב-רמתי בלבד, ובעונת גידול אחת, וזאת כדי לוודא תוצאות בנות-השוואה. בכל פוליגון דגמנו 8–10 פרטים בוגרים לאנליזה גנטית (סך הכול 112), שהראו מופע השונה מזה של עצי זית נטועים (איור 2). פרי נאסף מ-23 פרטים שהניבו פרי לצורך אנליזה מורפומטרית של הגלעינים באמצעות שיטה לעיבוד מסד תמונות, שכלל לפחות 20 גלעינים לכל פרט שנדגם בעתלית, ו-10 גלעינים משלושה עצים של כל אחד משלושת זני התרבות (פירות שנאספו בחלקת האוסף במכון וולקני בגילת).

בחינת הרקע הגנטי של הזיתים בטבע

באמצעות שימוש בבופר CTAB הופק די-אן-איי מדוגמאות עלים של זיתי הבר. לאחר בדיקת איכות הדי-אן-איי ומיהולו בוצעו ריאקציות PCR עבור 14 אתרי SSR (לוקוסים) שכבר נבחנו בעבר בזית מקומי ^{[2, 3]}. אנליזה גנטית של הפרטים התבצעה בשילוב עם 24 דוגמאות די-אן איי של שני זני מורשת עתיקים מקומיים (MLL1 ו-MLL7). הזנים זוהו במסגרת מחקר ^[3] שבחן את הזהות הקלונאלית (תוצאה של רבייה אל-זוויגית) של עצי זית עתיקים באמצעות Multi Locus Lineage analysis (MLL), אך בעוד שהזן MLL1 זוהה כסורי, שיוכו של MLL7 לזן זית מוכר, מקומי או ים תיכוני, עדיין לא הוברר.

התוצאות שהתקבלו משירותי הריצוף של המרכז הלאומי לטכנולוגיות גנומיות (האוניברסיטה העברית בירושלים), עברו ניקוי, ונקבע גודל האללים בכל לוקוס לכל דוגמה. מסד הנתונים שימש לחישוב מדדי השונות והמרחקים הגנטיים באמצעות תוכנת GenAlEx v6.5. ניתוח רכיבים עיקריים, Principal Coordinate Analysis (PCoA), שימש גם הוא לבחינת השונות בין הקבוצות.

איור 1

מיקום שתי אוכלוסיות זיתי בר – באדמית וברכס עתלית

איור 2

מפת סקר זיתי בר ברכס הכורכר בעתלית

שטח המחקר שחולק ל-12 פוליגונים, סביב היישוב ובתוכו ומיקום העצים שבוצעה עבורם אנליזה.

תוצאות

אפיון עצי זית הגדלים בבר ברכס עתלית ובאדמית

רעייה של שפני סלע ועיזים מעצבת באדמית תדיר את נוף זיתי הבר, מונעת פריחה, ומקנה להם מראה שיחני בעל עלים 'יובניליים' גם כשהם עלים בוגרים. עצי הזית בטבע באדמית מגיעים לגובה שאינו עולה על כמטר וחצי, וחופת הנוף מצומצמת מלבד במקרה של פרטים הגדלים במקובץ.

מבין 1,055 זיתי הבר שמופו בעתלית, למרביתם (94%) ישנו גזע מרכזי מעובה ונוף מפותח, שלימד על פרטים בוגרים המהווים אוכלוסייה מבוססת של זיתי בר. עם זאת, 44% מהפרטים היו בעלי מופע שיחני, והתאפיינו בנוכחות משולבת של עלים בוגרים ו'יובניליים', בעוד שרק 104 פרטים (כ-10%) היו בעלי עלים 'יובניליים' בלבד. מבין כלל זיתי הבר שמופו בעתלית, כ-440 (כ-42%) זיתי בר מופו במדרונות המערביים של רכס הכורכר, באזורים שחשופים לרסס הגלים; לכ-90 מבין 440 הפרטים היה מופע מדוגל – מראה מכופף שנובע ממשטר רוחות קבוע (איור 3א). מרבית הפרטים שמופו בעתלית לא הניבו כלל פירות או שנשאו יבול פרי קטן, ורק חלק קטן מהפרטים שמופו (155, כ-15%) התאפיינו בעומס פרי בינוני עד גבוה (איור 3ב). בחינה של מדדי אורך ושטח של הגלעינים לימדה שהם היו קטנים יותר באופן מובהק ממדדי הגלעינים מזני התרבות (איור 3ג ו-3ד).

איור 3

אפיון המופע של זיתי הבר בשטח המחקר ברכס הכורכר בעתלית

מופע העצים (א); עומס פרי (ב); אורך גלעיני הפרטים בעתלית בהשוואה לזני תרבות (ג); שטח הפנים של גלעיני הפרטים בעתלית בהשוואה לזני תרבות (ד).

*** מובהקות ברמה p<0.001. מובהקות בהבדל שבין גלעיני כל אחד מזני התרבות לגלעינים מעתלית, נבדקה במבחן דאנט (Dunnett's multiple comparision test).

מאפיינים גנטיים של עצי הזית באוכלוסיות אדמית ועתלית

מדדי השונות הגנטית ב-14 הלוקוסים לימדו שבאוכלוסיות זיתי הבר מספר האללים הממוצע ללוקוס היה גבוה באדמית ובעתלית (5.714 ו-12.857, בהתאמה) בהשוואה למספרם בזני המורשת MLL1 ו-MLL7 (2.357 ו-2.786, בהתאמה). שיעור ההטרוזיגוטיות הנצפית (Ho) היה נמוך בזיתי הבר מזה של שיעור ההטרוזיגוטיות הצפויה (uHe) (0.591, 0.717 עבור אדמית ו-0.576, 0.749 עבור עתלית, בהתאמה). ערכי (Fis (inbreeding coefficient כמדד להכלאת שארים לימדו על שיעור הכלאות מתון באוכלוסיות זיתי הבר באדמית ובעתלית (Fis>0.100). הערכים האלה אופייניים לאוכלוסיות צמחים בעלי תאימות עצמית – שלא כמו במקרה של הזית האירופי, וכן לבירוא עצים ולקיטוע של בתי גידול ^[6].

טבלה 1

מדדי המגוון הגנטי באוכלוסיות בר של זית אירופי ובהשוואה לשני זני המורשת המקומיים MLL1 ו-MLL7

המדדים שנבחנו כוללים את מספר האללים הממוצע ללוקוס Na, את שיעור ההטרוזיגוטיות הנצפית והצפויה (unbiased expected), Ho ו-uHe, בהתאמה, ואת מדד רביית הקרובים (inbreeding coefficient) Fis.

N מייצג את מספר הפרטים שנבחנו בכל אתר ובכל אחד מזני המורשת.

ניתוח הרכיבים העיקריים באמצעות PCoA לימד על מגוון גנטי רחב בין זיתי הבר בעתלית ובאדמית ביחס לזני המורשת של הזית (איור 4). התוצאות האלה אופייניות לפרטים שהם תוצאה של ריבוי מיני (זיתי בר) בהשוואה לריבוי קלונאלי (זני תרבות). את הזהות הקלונאלית של כל אחד מהפרטים קבענו באנליזת MLL שלימדה שכל עצי הזית באדמית ובעתלית זוהו כ-single occurrence MLL, כלומר בעלי טביעה גנטית ייחודית. האנליזה כללה גם קביעה של ערכי Fst, המלמדים על מרחקים גנטיים בין זוגות של אוכלוסיות (pairwise genetic distances), ובמקרה שלנו גם לשני זני המורשת. הערכים האלה לימדו על מרחק גנטי גדול בין אוכלוסיות אדמית ועתלית לזני המורשת המקומיים. בעתלית ערכי Fst בכל אחד מהפוליגונים בנפרד לימדו על מרחקים גנטיים קטנים בין פרטים בפוליגונים 2, 4, 5 ו-9 לזני המורשת, וזאת בניגוד לפוליגונים 1, 7 ו-12 (נספח 1).

איור 4

ניתוח רכיבים עיקריים (PCoA) של תוצאות האנליזה הגנטית של זיתי הבר וזני המורשת

דיון

סקר שנערך בכרמל מלמד שעצי זית נטועים מהווים 22% מכיסוי הצומח באזור ^[16]. זיתי הבר הם מרכיב חשוב בחורש הים תיכוני בכרמל. לכן, בהתחשב בכך שאבקה של זית נשארת חיונית בהפצה ברוח למרחק של עד כ-60 ק"מ ^[17], צפוי כי באזורים האלה יתבססו אוכלוסיות פליטי תרבות של זיתים, או שלזרימת גנים תהיה השפעה משמעותית על הרקע הגנטי של זיתים הגדלים בר. בסקר גנטי קודם אכן הוגדרו אוכלוסיות של זיתי בר באזור הכרמל כפליטי תרבות ^[2]. למרות זאת, נדרש סקר מקיף של זיתי בר בכרמל, בעיקר לאורכו של נחל אורן שבשפכו זוהו זיתי בר בעלי רקע גנטי שונה מזה של זני תרבות ^[2]. בהשוואה לזני תרבות של זית אירופי, זן הבר מאופיין במופע שיחני, בעלים 'יובניליים' ובפירות קטנים בעלי שונות מורפולוגית גדולה ^[21], תכונות שמאפיינות את זיתי הבר במצוק אדמית וברכס הכורכר בעתלית. נוסף על כך, אנליזה של תכונות שמרניות של גלעיני הפירות, כלומר של מאפיינים שאינם מושפעים מתנאי הסביבה ^[19], הראתה שונות גבוהה בין הגלעינים של זיתי הבר בעתלית, והבדלים ברורים ביניהם לבין זני תרבות של זית. כמו כן, למרות שכיחותם של עצי זית מתורבתים בגליל ובכרמל, תוצאות האנליזה הגנטית, שנעשתה על-ידי שימוש בסמני SSR, מלמדות על נוכחות זן הבר של זית אירופי באוכלוסיות מצוק אדמית ורכס הכורכר בעתלית. על כן, נראה ששימור זן הבר התאפשר בבתי גידול שסיפקו בידוד יחסי מפני זרימת גנים מכרמי זיתים קרובים. מחקרים אחרים שהתבצעו לאחרונה לימדו גם הם על נוכחות של זן הבר של זית אירופי באזורים מבודדים ביוון ^[20] ובמרוקו ^[23].

ערכי Fst מלמדים על השפעה של שני זני מורשת של הזית האירופי (MLL1 ו-MLL7) על זיתי הבר בעתלית בפוליגונים 2 ו-9, ובמידה מועטה יותר על אלה שנבחנו בפוליגונים 4 ו-5. פוליגונים 4 ו-5 מופו בשטח היישוב, פוליגון 2 בשטח של חורבת קרתא (מבצר צלבני), ופוליגון 9 בשטח הכפר הארמני הנטוש שייח' בורייכּ (שהוקם בתחילת המאה ה-20). התוצאות מלמדות על ההשלכות האפשריות שיש לעצי זית אירופי נטועים בשטחי היישוב עתלית על המבנה הגנטי של אוכלוסיית זיתי בר בטווח הקצר והארוך. היות שכך, קיימת דחיפות בתכנון של תוכנית שימור של זן הבר של זית אירופי באוכלוסיות היחידות שזוהו עד כה בארץ.

לשמורות גנטיות (in situ) ישנה חשיבות בשימור תנאים המאפשרים קיום של תהליכים אבולוציוניים. בארץ קיימת שמורה מסוג זה בקרבת עמיעד, שהוכרזה כאתר שימור של מיני דגניים, בעיקר של חיטת הבר ^[5]. עם זאת, בניגוד לחיטה, שהיא בעלת תאימות עצמית, זית אירופי נסמך על האבקה זרה בהפצת רוח. יתרונן של אוכלוסיות זיתי הבר בעתלית ובאדמית הוא במיקומן הייחודי, בקצה המערבי של גבול התפוצה, שמשטר הרוחות בו סמוך לקו החוף מנע עד כה האבקה מכרמי זיתים המצויים ממזרח, מצפון ומדרום. באדמית עצי זית ניטעו בגן הלאומי שגובל בשמורת הטבע, ובעתלית ניטעו עצי זית בגינון ציבורי ופרטי. לנטיעה של עצי זית בשטח עתלית ישנה כבר השפעה על הרקע הגנטי של זיתי הבר, והדבר בא לידי ביטוי בבדיקות שנערכו במסגרת מחקר זה. לכן, כדי להימנע מ'זיהום גנטי' מוצע להימנע מנטיעה של עצי זית, לעקור זיתי בר שזוהו כפליטי תרבות, ואף להעתיק עצי זית נטועים בקרבת אתרים שעדיין מראים שונות גנטית משמעותית מזני זית תרבותיים: באדמית בתחומי הגן הלאומי ובשמורת הטבע, ובעתלית בפוליגונים 1, 7 ו-12. הכרזה של אתרים כשמורה גנטית תחייב פיקוח וניטור של זיתי הבר כדי להסיר גורמים לזיהום גנטי עתידי, כמו פליטי תרבות שיתבססו בעקבות הפצה של פירות. על סמך הרקע הגנטי של זיתי הבר הוכנו מאות ייחורים בתחנות המחקר בגילת ובעתלית במטרה לשתול אותם באזור היישוב ולהפיץ אותם בגנים בוטניים מקומיים. נציגים של זיתי הבר מעתלית יישתלו גם בשתי חלקות אוסף של זיתים (ex situ), שהוקמו בגילת ובפארק רמת הנדיב ומשמשות לשימור ארוך-טווח של המשאבים הגנטיים המקומיים של זית, זני מורשת ומקורות הבר ^[1].

לזית האירופי, כמו לחיטה, יש משמעות תרבותית וסמלית רבה לעם ישראל. יתרה מכך, ארץ ישראל היא ערש התרבות של גידול הזית בעולם. ממצאים בוטניים מוקדמים מלפני 6,500–7,000 שנה של גרגרי אבקה מאובנים ^[13] ושל גלעיני זיתים ^{[8, 9]} מלמדים שלאזור ארץ ישראל היה תפקיד משמעותי בהליך התִרבות של עץ פרי חשוב זה. לכן, לזן הבר המקומי של זית אירופי ישנו ערך מורשת גם בהיותו מאגר גנטי קדום הקשור ישירות לתִרבות הזית. לפיכך, יש להכריז על שמורות גנטיות בשני האתרים שזן הבר המקומי של הזית זוהה בהם.

תודות

מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע (#332/21) והקרן לשמירה על שטחים פתוחים (רשות מקרקעי ישראל).