גנומיקה מיקרוביאלית

משק המודל לחקלאות בת-קיימא הוקם בנווה יער בשנת 2018 מתוך מטרה לקדם את השמירה על איכות הסביבה החקלאית בישראל, תוך לימוד והדגמה של גישות מימשק בעלות פגיעה מינימלית בסביבה אשר עומדות במבחן הכלכלי.

חקלאות רווחית וידידותית לסביבה, מתבטאת לא רק ביבולים גבוהים, כי אם גם בסביבת שורש "בריאה" ללא סימני עקה. אחד התחומים המרתקים והמאתגרים ביותר בחזית המדע כיום הוא ה"מיקרוביום" של נישות אקולוגיות מגוונות – הרכב ייחודי של אוכלוסיות מקרואורגניזמים, המהווה מראה דינמית (אותה יש לפענח) לתנאי סביבה, עקה, תחרות, ושינויים בסקאלות זמן שונות. המיקרוביום של סביבת השורש (פני השורש והריזוספירה) יכול להוסיף את המימד החסר להבנת מכלול ההבטים של מעבר מחקלאות שמרנית לחקלאות משמרת. לאוכלוסיית המיקרוביום של הצמח תפקיד מרכזי בניצול משאבים מהסביבה והיא מהווה כיום חלק מהמדדים לפוריות ובריאות קרקע, כאשר ההנחה המקובלת הינה שככל שאוכלוסיות החיידקים בקרקע מגוונות יותר כך הקרקע פורייה יותר. יתרה מכך, הוכח כי הצמח יכול להשפיע על מבנה האוכלוסייה המיקרוביאלית סביב השורש באמצעות הפרשה של חומרים כימיים (אקסודטים) המעודדת גדילה של מיקרואורגנזמים ספציפיים. מערכות יחסי הגומלין המתפתחות בין הצמח והאוכלוסייה המיקרוביאלית עשויות לתרום לבריאות הצמח, גדילתו והתפתחותו, וכן יכולות להשפיע על האינטראקציות של הצמח עם חרקים הרביבורים על-קרקעיים באופן ישיר, ע"י גרימת מחלות ובאופן עקיף דרך תהליכים פיזיולוגיים שהמיקרוביוטה משרה בצמח, כולל ייצור של חומרי הגנה שניוניים שמקנים לצמח הגנה מפני חרקים מזיקים. כיום, שימוש במיקרואורגניזמים לצורך שיפור איכות וכמות היבול הצמחי נמצא בקו החזית של פיתוח מוצרים חקלאיים ידידותיים לסביבה. השריית שינויים במיקרוביום באמצעות הוספה חד-פעמית של כמות קטנה של קרקע, עם המגוון המיקרוביאלי המלא שבה, אילוח עם מיקרואורגנזמים נבחרים או הוספת תוספים לקרקע עשויה לשנות את הרכב החברה המיקרוביאלית בשדה, ולשינוי התפקוד של חברת הצומח בו למשך שנים.

התפתחויות בתחום הגנומיקה מאפשרות ניטור של התהליכים המיקרוביאלים בקרקע באמצעות זיהוי הרכב האוכלוסיה המיקרוביאלית בדגימה, זיהוי מגוון הגנים, ושימוש בגישות מידול מבוססות גנומיקה על מנת לחזות את התהליכים האופייניים לדגימות שונות. גישות אלו מאפשרות לזהות שינויים בהרכב האוכלוסייה, לקשר בין שינוי בהרכב ל אוכלוסיית המיקרוארגנזמים בקרקע לשינוי בפעולתה ולחזות כיצד ניתן להשרות שינויים בשרות החקלאי כגון מניעת מחלות והעלאת רמת היבול.