אקולוגיה ומדעי הצמח

ברוכים הבאים לחזית המחקר, במקום שבו הדינמיקה האקולוגית פוגשת את המציאות המשתנה של כדור הארץ. בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן, אנו לא רואים במערכות אקולוגיות תפאורה סטטית, אלא רשתות חיות, תקשורתיות ועמידות שמסתגלות ללחצים מודרניים. השילוב שאנו מובילים בין עבודת שטח ארוכת טווח לבין כלים גנטיים ומטבוליים מתקדמים, מאפשר לחוקרים שלנו לפענח את אסטרטגיות ההישרדות של הטבע בארבעה צירים מרכזיים:

• מקצבי האוקיינוס מול השפעת האדם: אנו צוללים למעמקי הים ולשוניות רדודות כדי למפות את השעונים הביולוגיים של יצורים ימיים. כדי להבין כיצד זיהום אור מלאכותי משבש את המחזורים העתיקים הללו, אנו משלבים בין שחזור שוניות עבר לבין פריסת שוניות מלאכותיות שהודפסו בתלת-ממד, במטרה להגן על המערכת הימית הרגישה.

• המנוע המיקרוביאלי: מתחת לפני המים, אנו חוקרים את האדריכלים הזעירים של האוקיינוס – אצות צורניות וציאנובקטריה. המחקר שלנו עוקב אחר המאבקים הכימיים והזיהומים הנגיפיים ברמת המיקרו, שקובעים אם קהילות מימיות שלמות ישגשגו או יקרסו, ובכך משפיעים ישירות על מחזור הפחמן העולמי.

• הכימיה של הישרדות חיות הבר: על היבשה, אנו מקשיבים לאותות הלחץ הסמויים מהעין של בעלי החיים. באמצעות ניטור הורמונלי לא-פולשני בשטח, אנו מכמתים את המחיר הפיזיולוגי ואת הפשרות שחיות בר נאלצות לעשות בין רבייה להישרדות בבתי גידול שעוברים שינויים חדים בגלל האדם.

• השפה המולקולרית של הצמחים: כדי להבטיח את ביטחון המזון העולמי, אנו מפענחים כיצד גידולים חקלאיים מגיבים לעקות קיצוניות. החוקרים שלנו מתרגמים את "אותות המצוקה" הכימיים של הצמח כדי לפתח גרגרי אבקה עמידים לחום, ומשתמשים בעריכה גנטית כדי לחזק את המערכת החיסונית הטבעית של גידולים חיוניים.

אנחנו מסתכלים מעבר לאורגניזם הבודד כדי להבין את חוקי ההסתגלות הרחבים של הטבע, ומתרגמים נתונים סביבתיים מורכבים לפתרונות מעשיים בשטח – למען החקלאות העולמית ושימור הסביבה.

ד"ר אייל גל 

דינמיקה של סביבות ימיות, שוניות אלמוגים ושינויי אקלים

איך שוניות האלמוגים שורדות באוקיינוס המתחמם? על ידי הסתגלות... עד שהמערכת מגיעה לנקודת שבירה.

תחום המחקר: המחקר שלנו בוחן את יכולת ההתמדה של אלמוגים בעידן האַנְתְרוֹפּוֹקֶן (תקופה שבה הפעילות האנושית הפכה לגורם המרכזי המעצב את כדור הארץ), תוך התמקדות במערכות אלמוגים מזופוטיות (MCEs) – "אזור הדמדומים” של השונית. אנו מאתגרים את השערת ה"מפלטים העמוקים" (Deep Refugia) באמצעות חקר אסטרטגיות הישרדות של אלמוגים לאורך מפלי עומק, ובהן פלואורסצנציה ו“חקלאות” של סימביונטים. שילוב של ניתוח שושלות גנומיות, מטבולומיקה, פרוטאומיקה ונתונים אקולוגיים ארוכי טווח מאפשר לנו לזהות מי הם ה“מנצחים” וה“מפסידים” באוקיינוס מתחמם.

תובנה מרכזית: חוסן שוניות האלמוגים אינו אחיד. חשיפת המגוון החבוי בבתי גידול של שוניות עמוקות והבנת הניתוק בין קצב הבנייה העכשווי של השונית לבין תהליכי ההידרדרות שלה חיוניות לחיזוי עתיד המגוון הביולוגי הימי של כדור הארץ.

שיטות: צלילה מדעית מתקדמת (CCR) · רובוטיקה ימית · הדמיה פלואורסצנטית בשטח · אקופיזיולוגיה של אלמוגים · מולטי-אומיקס · מודלים אקולוגיים

תחביבים: בישול בירה ביתי, טרקים, צילום

פרופ' לוי אורן

• שעונים ביולוגיים באורגנזימים ימים
• ביולוגיה ואקולוגיה מולקולרית בקבוצת הנבוביים
• ביולוגיה, סימביוזה, פיזיולוגיה ואקולוגיה מולקולרית באלמוגים

• ננוטוקסולוגייה בסביביות ימיות.

פרופ' מילר גד

ביולוגיה של עקת צמחים ואיתות באמצעות צורני חמצן פעילים  (ROS)

כשתנאי הסביבה מעיקים, כיצד צמחים בוחרים בין נזק חמצוני לשרידות תאית? האם נוכל להנדס צמחים ששומרים על ״קור רוח״ בעולם מתחמם?

תחום המחקר: אנו חוקרים כיצד צמחים שורדים תנאי סביבה קיצוניים על ידי פענוח אותות ספציפיים בתגובה לעקה. עבודתנו מתמקדת באנזימי אסקורבט פרוקסידז (APX) המנטרלים מולקולות ROS ומשמשים מתגים להפעלת תוכניות הישרדות ספציפיות. אנו מתמקדים במיוחד בשאלה מדוע גרגירי אבקה כה רגישים לחום, וכיצד ניתן לחזק את החוליה הקריטית הזו ברביית צמחים.

תובנה מרכזית: ROS  הם הרבה יותר מתוצרי לוואי רעילים - הם אותות תאיים. בקרה על אותות אלו היא המפתח להגנה על רביית צמחים מפני שינויי אקלים

שיטות: הגישה שלנו משלבת ביולוגיה מולקולרית וכלים גנטיים עם פרופיל ביוכימי, במטרה למפות תגובות עקה מהתא הבודד ועד לצמח השלם. אנו משלבים מבחני מטבוליזם של ROS וסמני איתות (reporters) עם טכניקות ברזולוציה גבוהה כמו ציטומטריית זרימה (Flow Cytometry).

תחביבים: שחייה ורכיבה על אופניים · שחמט · בישול

פרופ' פרל-טרבס רפאל

גנטיקה מולקולרית והתפתחות בצמחים

כיצד גנים בצמחים מבקרים את התמיינות הפרח ואת חנטת הפרי? האם קיימת בצמחים מערכת גנטית לזיהוי ולבלימה של מחוללי מחלות? אלו הם שני תחומי המחקר המרכזיים של המעבדה שלנו.

נושא המחקר: המעבדה עוסקת במחקר גנטי מולקולרי בצמחי דלועיים (מלון, מלפפון), אנליזת הגנום, מיפוי וזיהוי של גנים המבקרים התפתחות פרחי זכר ונקבה, חנטת פרי, ועמידות לנגיפים, פטריות, ומזיקים נוספים. המחקר מתמקד בשאלות גנטיות‑התפתחותיות על רביית צמחים ואינטראקציות עם פתוגנים, והניב סמני DNA המסייעים בהשבחת גידולים חקלאיים, וזיהוי גנים בעלי עניין ביוטכנולוגי.

תובנה מרכזית: הבקרה הגנטית על התפתחות אברי הרביה ועל מערכות הגנה של צמחים אחראית לאבולוציה וההישרדות של גידולים חקלאים, והבנתה מספקת לנו כלים להשבחת זנים.

שיטות: גנטיקה מולקולרית · מיפוי גנומי · מוטגנזה באמצעות CRISPR/Cas9  · שיבוט גנים · חקר גנים לעמידות · יחסי גומלין צמח–פתוגן · פיתוח סמני DNA דיאגנוסטיים

תחביבים: ציור, צפרות, כתיבה

פרופ' קורן לי

• בחירת בן/בת זוג ורשתות מיניות בחיות בר חברתיות
• טסטוסטרון, שרידות, והצלחה רבייתית בזכרים ונקבות
• תחרות זרע והצלחת הזדווגות
• הקשר בין טסטוסטרון ומערכת החיסון בזכרים ונקבות
• הבדלים בהשפעת טסטוסטרון על לקיחת סיכונים בזכרים ובנקבות
• תגובות למידע המקודד בשירת שפני סלע
• פילוגנזה בקולות שפניים באפריקה
• טסטוסטרון אימהי ויחסי זוויגים
• מעבר סטרואידים בין עוברים ברחם
• שימוש ברמות גלוקוקורטיקואידים בשיער ובנוצות כביומרקר לסטרס עבר בחיות בר

ד"ר קרנצלר חנה

אקולוגיה של פיטופלנקטון ודינמיקת נגיפים ימיים

כיצד מיקרואורגניזמים מעצבים את מערכות האקולוגיות באוקיינוס? פיטופלנקטון מבצעים כמחצית מהפוטוסינתזה העולמית ומשחקים תפקיד מרכזי במחזור הפחמן הגלובלי.

תחום המחקר: המעבדה חוקרת את האקולוגיה, הפיזיולוגיה והאקולוגיה המולקולרית של פיטופלנקטון ימיים – מיקרואורגניזמים פוטוסינתטיים שנמצאים בבסיס מארג המזון הימי ותורמים כמעט למחצית מהיצרנות הראשונית בכדור הארץ. המחקר שלנו נועד לזהות ולאפיין אינטראקציות בקנה מידה מיקרוסקופי, כגון הדבקה נגיפית של פיטופלנקטון, המשפיעות על מטבוליזם, גדילה ותמותה של פיטופלנקטון, ועל מחזוריים ביוגיאוכימיים במגוון סביבות ימיות.

תובנה מרכזית: הבנת יחסי הגומלין בין דינמיקת הפיטופלנקטון לבין שכיחות וההשפעות של הדבקה ויראלית חושפת כיצד אינטראקציות בקנה מידה מיקרוסקופי באוקיינוס מעצבות את תפקוד המערכת האקולוגית הימית ואת מחזור הפחמן הגלובלי.

שיטות: דגימות שטח אוקיינוגרפיות · אקופיזיולוגיה של פיטופלנקטון · אקולוגיה של ווירוסים ימיים · שיטות מולקולריות וגנומיות · מטא-טרנסקריפטומיקה · פרופילים ביוגאוכימיים · אינטראקציות פיטופלנקטון–ווירוס

תחביבים: טיולי תרמילאות, שחייה, צמחי בית

ד"ר רויכמן עשהאל

תזונה, מיקרוביום, ומטבוליטים בסרטן ובבריאות

כיצד מה שאנו אוכלים משפיע על סרטן? לא רק קלוריות – אלא כימיה ומיקרובים.

תחום המחקר: המעבדה חוקרת כיצד התזונה מקיימת אינטראקציה עם חיידקי המעי ליצירת מטבוליטים המשפיעים על הפיזיולוגיה ועל מחלות. אנו מזהים מולקולות ביואקטיביות שמקורן במזון, עוקבים אחר האופן שבו מיקרובים משנים אותן, ובוחנים את השפעתן על תפקוד הכבד, חילוף החומרים הכללי והתפתחות סרטן. דגש מיוחד ניתן להבנת הכימיה הנסתרת של התזונה, שעשויה להסביר מדוע תזונה משפיעה על הבריאות ועל תגובה לטיפולים.

תובנה מרכזית: לתזונה ולמיקרוביום תפקיד מרכזי ברפואה מותאמת אישית; פענוח פעילותם של מטבוליטים ביואקטיביים עשוי לעצב מחדש מניעה, אבחון וטיפול במחלות.

שיטות: מטבולומיקה ברזולוציה גבוהה · הפרדות  · HPLCמולטי-אומיקס · מודלים תאיים ועכבריים · מיקרוביולוגיה של המעי · כלים חישוביים

תחביבים: טיולים, מוזיקה, קריאה, זמן עם משפחה וחברים.

ד"ר שאול אורית

בקרת ביטוי גנים בצמחים ברמת יציבות ה- mRNA

כיצד התא מבחין בין תעתיקים שצריכים להיות יציבים לבין כאלה שצריכים להתפרק במהירות?

תחום המחקר: המעבדה חוקרת את המנגנונים המולקולריים שמווסתים את יציבות ה mRNA בצמחים, עם דגש על מסלול פירוק mRNA בתיווך קודון עצירה מוקדם )((NMD Nonsense-Mediated mRNA Decay). מסלול בקרת איכות  זה מווסת את רמות ה-mRNA התקינים והחריגים כאחד ולכן משמש כרגולטור גלובלי של הטרנסקריפטום הצמחי כולו. המחקר שלנו נועד לאפיין את תכונות הציס הספציפיות שמפעילות זיהוי של mRNA על ידי מערכת ה-NMD ולמפות את רשת האינטראקציות הרגולטוריות המורכבות בין רכיבי הליבה של המסלול.

תובנה מרכזית: פענוח הכללים של מסלול ה-NMD חושף כיצד צמחים שומרים על ביטוי גנים מדויק ואמין.

שיטות: הנדסה גנטית בצמחים · ביולוגיה מולקולרית של צמחים · ניתוח ביטוי · mRNA מבחני גנים מדווחים · טרנספורמציה בצמחים

תחביבים:  קריאת ספרים והאזנה למוזיקה

פרופ' שוורץ רקפת

• ביופילם ציאנובקטריאלי
• פרוק מבוקר של אנטנות פיגמנטים
• הנדסת ציאנובקטריה לטובת דלק ביולוגי

פרופ' (אמריטוס) כהן יגאל 

פתולוגיה של צמחים, הגנת הצומח וחקלאות בת-קיימא

כיצד מגנים על גידולים חקלאיים מבלי לפגוע בסביבה? באמצעות שילוב של גנטיקה, ביולוגיה ותכנון חקלאי חכם.

תחום המחקר: המעבדה מפתחת אסטרטגיות בנות-קיימא להגנה על גידולים חקלאיים מפני מחלות תוך צמצום השימוש בחומרי הדברה. אנו חוקרים את הגנטיקה של אוכלוסיות הפתוגן Phytophthora infestans – הגורם למחלת כימשון העלים בתפוחי אדמה ובעגבניות (מחלת הרעב האירי) – וזיהוי והעברה של גנים עמידים למחלות מצמחי בר לגידולים מתורבתים. המחקר כולל גם השבחת קנאביס רפואי לעמידות למחלות, הפקת תרכובות טבעיות ביואקטיביות מצמחי מרפא ושילוב פתרונות אנרגיה מתחדשת במערכות חקלאיות.

תובנה מרכזית: חקלאות בת‑קיימא נשענת על הבנת יחסי הגומלין בין צמחים לפתוגנים, ועל תרגום ידע זה לפיתוח מערכות חקלאיות עמידות וידידותיות לסביבה.

שיטות: פתולוגיה של צמחים · גנטיקה של אוכלוסיות · השבחה גנטית לעמידות · מיפוי גנים · מחקר צמחי מרפא · חקלאות בת-קיימא מבוססת אנרגיות מתחדשות

פרופ' (אמריטוס) שטיינברגר יוסף

• אקולוגיה של מערכות יבשתיות
• לימוד השפעת שינויי אקלים על דינאמיקה של חברות המיקרו והמזו-פאונה בקרקע ותפקוד אקוסיסטמות
• מגוון ביולוגי של אוכלוסיות החיידקים, פטריות, נמטודות, מיקרו-ארטרופודים וחד-תאיים חופשיים בקרקע
• ביו-אינדיקטורים לזיהום במערכות יבשתיות
• ביולוגיה ואקולוגיה של מאכלסי קרקע במערכות חקלאיות
• בריאות קרקע – אינדקס ביוטי
• אפיון קבוצות תפקודיות במערכות יבשתיות
• תהליכי פרוק של חומר אורגני ותפקידה של מגוון היצורים בתהליכים אלה