สรุป บรรยายการอบรมฯ ครั้งที่ 4

Print

สรุปการบรรยาย การอบรมเชิงปฏิบัติการ "การพัฒนาบุคลากรทางด้านการปรับปรุงพันธุ์โดยใช้เครื่องหมายโมเลกุล ครั้งที่ 4"

ระหว่างวันที่ 1-3 กรกฎาคม 2558 ณ หน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน จ.นครปฐม

 

 

            ดร.ธีรยุทธ ตู้จินดา ไบโอเทค ได้กล่าวบรรยายในหัวข้อ "การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศอันเนื่องจากโลกร้อนต่อการระบาดของโรค แมลง และสภาพแวดล้อมวิกฤต" ว่า การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศที่เกิดจากภาวะโลกร้อน เช่น อุณหภูมิของโลกที่สูงขึ้น ภาวะน้ำท่วมและฝนแล้ง มีความถี่มากขึ้น ดินเค็มมากขึ้น ความแปรปรวนของฤดูกาล ส่งผลกระทบต่อภาคการเกษตร ทำให้ผลผลิตพืชและข้าวลดลง โดยได้กล่าวสรุปการบรรยายของวิทยากรที่ได้บรรยายในการอบรมเชิงปฏิบัติการ ครั้งที่ 3 ดังนี้

 

 

     ดร.ธีรยุทธ ตู้จินดา ไบโอเทค ได้กล่าวบรรยายเกี่ยวกับการปรับปรุงพันธุ์ทนทานต่อสภาพแวดล้อมวิกฤต ว่า โจทย์การปรับปรุงพันธุ์มีความซับซ้อน เกี่ยวข้องกับการให้ผลผลิต และความสามารถในการปรับตัว ความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมวิกฤตเป็นผลจากความสามารถในการปรับตัวโดยมีกลไกที่ช่วยลดความเครียดที่มีการทำงานเป็นระบบเครือข่าย บางลักษณะมีความชัดเจนและควบคุมด้วยยีนหลัก แต่ยังมียีนรองอีกจำนวนมากซึ่งมักจะไม่มีการศึกษาผลกระทบที่ชัดเจน เป็นลักษณะที่วัดได้ยาก มีค่าความสามารถในกานถ่ายทอดลักษณะต่ำ และมี GxE สูง พื้นฐานพันธุกรรมจะมีผลต่อการแสดงออกมาก และ Transgressive segregation เกิดขึ้นได้เสมอ รวมทั้งปัญหาของ Linkage drag ทำให้ประยุกต์ใช้ยาก สำหรับความผันแปรของสภาพแวดล้อมวิกฤตที่มีผลต่อพืชนั้น ขึ้นกับระยะเวลาที่เกิดความรุนแรง และความยาวนานของสภาพแวดล้อมวิกฤต ปัญหาของการวิจัยด้าน abiotic stress เช่น heterogeneity ของงานทดสอบลักษณะต่างๆ ภายใต้สภาพเครียด การตอบสนองต่อสภาพเครียด ส่วนใหญ่ขึ้นกับระยะการเจริญเติบโตของพืช ดังนั้น morphological variation ของพันธุ์ที่ใช้ทดสอบ เช่น อายุวันออกดอก ความสูง ขนาดต้น มีผลต่อการตอบสนองของพืช เป็นลักษณะปริมาณที่การวัดมีความยุ่งยาก ส่วนใหญ่จะมีค่า heritability ต่ำ ขึ้นกับปฏิกิริยาระหว่างพันธุกรรมกับสภาพแวดล้อมสูง นอกจากนี้ ยังได้กล่าวถึงแนวทางการปรับปรุงพันธุ์ต้องคำนึงถึงลักษณะอะไรที่จะใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ เช่น กรณีที่ลักษณะที่จะปรับปรุงมีความชัดเจนและควบคุมด้วยยีนหลักจำนวนน้อย การทำงานไม่ซับซ้อน เช่น มี sub1A-C เป็นยีนหลักที่ควบคุมความสามารถในการทนน้ำท่วมฉับพลัน มีความง่ายในการคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์ ระดับของความทนทานขึ้นกับ genetic background ซึ่งสามารถคัดกรองโดย phenotypic screening ในกรณีที่ลักษณะที่จะปรับปรุงมีไม่ชัดเจนในแง่ contribution และควบคุมด้วยยีนรองจำนวนมาก ทำงานเชื่อมโยงเป็นระบบที่ซับซ้อน เช่น ลักษณะการทนแล้ง ที่มียีนหลักที่ควบคุมความสามารถในการทนแล้งวางตัวบนโครโมโซมหลายตำแหน่ง (โครโมโซม 1, 3, 4, 8, 9) จะมีความยากในการคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์ข้าวทนแล้ง (ข้าวที่ให้ผลผลิตดีในสภาพแล้ง) ที่ผ่านมา วิธีการปรับปรุงพันธุ์ข้าวทนแล้ง จะนำพันธุ์ข้าวที่มีลักษณะอื่นๆ ดีอยู่แล้ว แต่ไม่ทนแล้ง มาปรับปรุงพันธุ์ให้ทนแล้ง เช่น การปรับปรุงพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 ที่มีคุณภาพการหุงต้มดี ให้มีลักษณะทนแล้ง ซึ่งมีวิธีการนี้ทำค่อนข้างยาก หรืออีกแนวทางหนึ่งซึ่งน่าจะทำให้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาพันธุ์ข้าวทนแล้งได้ง่ายกว่า คือ การนำพันธุ์ข้าวที่มีลักษณะทนแล้งอยู่แล้ว มาปรับปรุงลักษณะอื่นๆ ที่ยังไม่ดี เช่น การนำพันธุ์ IR57514 ที่มีความสามารถในการทนแล้งอยู่แล้ว แต่คุณภาพหุงต้มยังไม่ดีมาปรับปรุงพันธุ์ให้มีคุณภาพหุงต้มดี เป็นต้น ซึ่งอาจจะเป็นแนวทางที่สามารถประสบความสำเร็จได้เร็วกว่า เนื่องจากมีเครื่องหมายโมเลกุลที่ใช้คัดเลือกลักษณะคุณภาพการหุงต้มอยู่แล้ว

              

คุณวันทนา ศรีรัตนศักดิ์ กรมการข้าว บรรยายในหัวข้อ “เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล: ความสำคัญ ความหลากหลาย และการป้องกันกำจัด”

            โดยอธิบายเกี่ยวกับเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ดังนี้ เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลมีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Nilaparvata lugens (Stal) เป็นแมลงจำพวกปากดูดอยู่ในอันดับ Homoptera วงศ์ Delphacidae ตัวเต็มวัยมีลำตัวสีน้ำตาลถึงสีน้ำตาลปนดำ มีรูปร่าง 2 ลักษณะ คือ ชนิดปีกยาว และชนิดปีกสั้น ชนิดมีปีกยาวสามารถเคลื่อนย้ายและอพยพไปในระยะทางใกล้และไกล โดยอาศัยกระแสลมช่วย ตัวเต็มวัยเพศเมียจะวางไข่เป็นกลุ่ม ส่วนใหญ่วางไข่ที่กาบใบข้าว หรือเส้นกลางใบ โดยวางไข่เป็นกลุ่ม เรียงแถวตามแนวตั้งฉากกับกาบใบข้าว บริเวณที่วางไข่จะมีรอยช้ำเป็นสีน้ำตาล ไข่มีลักษณะรูปกระสวยโค้งคล้ายกล้วยหอม มีสีขาวขุ่น ตัวอ่อนมี 5 ระยะ ระยะตัวอ่อน 16 - 17 วัน ตัวเต็มวัยเพศเมียชนิดปีกยาวมีขนาด 4 - 4.5 มิลลิเมตร วางไข่ประมาณ 100 ฟอง เพศผู้มีขนาด 3.5 - 4 มิลลิเมตร เพศเมียชนิดปีกสั้นวางไข่ประมาณ 300 ฟอง ตัวเต็มวัยมีชีวิตประมาณ 2 สัปดาห์ ในหนึ่งฤดูปลูกข้าวเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลสามารถเพิ่มปริมาณได้ 2 - 3 รุ่น

            ลักษณะการทำลายของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ทั้งตัวอ่อนและตัวเต็มวัยทำลายข้าวโดยการดูดกินน้ำเลี้ยงจากเซลล์ท่อน้ำท่ออาหาร บริเวณโคนต้นข้าวระดับเหนือผิวน้ำ ทำให้ต้นข้าวมีอาการใบเหลืองแห้ง ลักษณะคล้ายถูกน้ำร้อนลวก ตัวอ่อนจะลงมาอยู่ที่บริเวณโคนกอข้าว หรือบนพื้นดินที่แฉะมีความชื้น นอกจากนี้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลยังเป็นพาหะนำเชื้อไวรัสโรคใบหงิกและโรคเขียวเตี้ย สำหรับโรคใบหงิก ต้นข้าวจะเริ่มแสดงอาการของโรคหลังจากได้รับเชื้อไวรัสประมาณ 25 – 30 วัน ผลผลิตข้าวที่เป็นโรคใบหงิกจะลดลง 30 – 70% สำหรับโรคเขียวเตี้ย ต้นข้าวจะมีอาการแคระแกร็น ต้นเตี้ย ใบสีเขียว แคบและสั้น ใบแก่ช้ากว่าปกติ เกิดได้ทุกระยะการเจริญเติบโต

            การอพยพทางไกลของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลต้องอาศัยกระแสลมช่วยพัดพา ความเร็วในการบิน 5.5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง การอพยพจะเริ่มต้นในตอนพลบค่ำและรุ่งเช้า ที่อุณหภูมิต่ำสุดที่ 17 องศาเซลเซียส และระดับความเร็วของกระแสลมต่ำกว่า 11 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ทิศทางในการบินขึ้นอยู่กับกระแสลมและระยะเวลาในการบิน สำหรับการอพยพของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในภาคกลาง พบการระบาดในช่วงเดือนกุมภาพันธ์ถึงเดือนมีนาคม (ฤดูนาปรัง) ส่วนในฤดูนาปีไม่ค่อยพบการระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล เนื่องจากสภาพแวดล้อมไม่เหมาะสม การระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในภาคกลาง พบในข้าวตั้งแต่อายุ 3-5 วัน จำนวนสูงสุดในข้าวอายุ 13-15 วัน สาเหตุเกิดจากการปลูกข้าวโดยไม่พักนา ปลูกข้าวพันธุ์เดียวต่อเนื่องกันนาน ใช้สารเคมีไม่ถูกวิธี เช่น การใช้สารเคมีกลุ่มไพรีทรอยด์สังเคราะห์หรือกลุ่มออร์กาโนฟอสเฟตบางชนิดป้องกันกำจัดแมลงชนิดอื่น เช่น หนอนกอ อาจทำให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลซึ่งอาจมีอยู่เพียงเล็กน้อยเพิ่มการระบาดมากขึ้นได้ และอาจมีสาเหตุเกิดจากสารบางชนิดไปทำลายศัตรูธรรมชาติ (ตัวห้ำตัวเบียน) ของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล รวมถึงมีการอพยพเข้ามาจากประเทศใกล้เคียง

          การจัดการการระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ได้แก่ การปลูกข้าวพันธุ์ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล วิธีนี้เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการควบคุมประชากรเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลให้ลดลง อย่างไรตาม เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลปรับตัวได้อย่างรวดเร็ว ทำให้พันธุ์ข้าวที่พัฒนามีความต้านทานระยะสั้น (เสนอให้ทำการสำรวจพันธุ์ข้าวในพื้นที่ปลูกข้าวในประเทศไทย) ดร.จิรพงศ์ ใจรินทร์ จึงได้ศึกษาความหลากหลายของพันธุกรรมเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล เพื่อพัฒนาพันธุ์ข้าวให้มีความสามารถในการต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลให้ครอบคลุมแบบกว้าง โดยการศึกษาความหลากหลายพันธุกรรมของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล แบ่งเป็น 8 ชีวชนิด เพื่อศึกษาลักษณะของยีนที่ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในแต่ละชีวชนิดที่จำแนกได้ และนำผลที่ได้มาใช้ในการคัดเลือกพันธุ์ข้าว อย่างไรก็ตาม ควรมีการเก็บรวบรวมประชากรเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลทุกๆ ปี เพื่อใช้ในการประเมินและทดสอบความต้านทานของพันธุ์ข้าว ไม่ควรใช้ประชากรเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลที่เก็บไว้นานแล้ว และควรใช้ประชากรเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลรุ่นเดียวกัน ในการศึกษาและทดสอบความต้านทาน (ควรใช้รุ่นที่ 1 - 4) นอกจากการปลูกข้าวพันธุ์ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลแล้ว การใช้สารเคมีในการกำจัดเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลเป็นอีกวิธีการหนึ่งที่จะช่วยในการควบคุมเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลได้ นอกจากนั้น ยังสามารถจัดการการระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลแบบผสมผสาน ได้แก่ หลีกเลี่ยงการปลูกข้าวช่วงที่มีเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลอพยพเข้ามาในพื้นที่ ไม่ขังน้ำในนาตลอดเวลา ไม่ใช้สารป้องกันกำจัดแมลงในข้าวระยะหว่านถึง 40 วัน เนื่องจากช่วงนี้จะมีศัตรูธรรมชาติอยู่ หากใช้สารเคมีจะทำให้ศัตรูธรรมชาติตาย หรือใช้เครื่องดูดแมลงดูดตัวเต็มวัยในนาข้าว ตั้งแต่ 18.00 – 22.00 น. ในข้าวระยะใกล้เก็บเกี่ยวเมื่อมีการระบาดรุนแรง หากพบเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลประมาณ 100,000 ตัวขึ้นไป บ่งบอกว่าอีก 20 วัน จะมีการระบาดเกิดขึ้นในแปลงนา และยังมีการใช้กับดักแสงไฟเป็นเครื่องช่วยในการเตือนการระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล

            เนื่องจากการสุ่มนับแมลงจากวิธีดังกล่าวมีความยุ่งยาก และจำเป็นต้องลงแปลงในการสุ่มนับที่โคนต้นข้าว กรมการข้าวจึงได้ให้งบประมาณเนคเทคในการพัฒนาโปรแกรมฐานข้อมูลเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลเพื่อพยากรณ์การระบาด โดยการสุ่มนับแมลงโดยใช้มือถือถ่ายภาพ แบ่งเป็น 2 โปรแกรมด้วยกัน คือ Insert Shot เป็นโปรแกรมที่ช่วยถ่ายภาพแมลงที่มีขนาดเล็ก และ Insert Server เป็นโปรแกรมช่วงส่งภาพถ่ายไปยังเครื่องแม่ข่าย ปัจจุบันอยู่ระหว่างการประเมินประสิทธิภาพของโปรแกรมประมาณ 82% (ให้กรมการข้าวใช้ สิทธิเป็นของเนคเทค) Server อยู่ที่กรมการข้าว สำหรับระบบการพยากรณ์การระบาด ดร.นพดล ใช้ข้อมูลการระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลจากกรมส่งเสริมการเกษตร ปัจจุบัน ได้ข้อมูลการะบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล และได้พัฒนาระบบพยากรณ์ทิศทางการเคลื่อนย้ายและอพยพของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลแล้ว (server อยู่ที่กรมการข้าว รอการประเมินประสิทธิภาพ)

            ในด้านศัตรูธรรมชาติที่สำคัญของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ได้แก่ มวนเขียวดูดไข่ Cyrtorhinus lividipennis (Reuter) เป็นตัวห้ำในอันดับ Hemiptera วงศ์ Miridae เป็นตัวห้ำที่สำคัญทำลายไข่เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล โดยการดูดกินของเหลวภายในไข่ มักพบแพร่กระจายในภาคกลางเป็นส่วนใหญ่และอพยพเข้ามาพร้อมกับเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ซึ่งถ้าพบมวนชนิดนี้ในนามากกว่าเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล 2-3 เท่า มวนชนิดนี้ สามารถควบคุม การเพิ่มปริมาณของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายแก่ผลผลิตข้าวได้ และแตนเบียนไข่เพลี้ยกระโดดมีหลายชนิดด้วยกัน ได้แก่ แตนเบียน A. optabilis (Perkins) ตัวเต็มวัยมีขนาดยาวประมาณ 0.8 มิลลิเมตร ตาสีดำแดง หนวดสีน้ำตาลเทา เพศเมียปลายหนวดเป็นรูปกระบอง ส่วนเพศผู้หนวดเป็นเส้นตรง หลังจากที่เจริญเติบโตเป็นตัวเต็มวัยใหม่ๆ ลำตัวจะมีสีน้ำตาลอ่อน มีสีส้มอยู่ภายใน อวัยวะวางไข่เพศเมียสีน้ำตาล ยาวเสมอหรือยื่นเลยส่วนท้องเล็กน้อย ขาสีน้ำตาล เป็นแตนเบียนไข่ที่สำคัญของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและเพลี้ยกระโดดหลังขาว ไข่ของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลที่ถูกทำลายจะมีสีเหลืองในช่วงแรก และต่อมาจะเป็นสีส้ม ดักแด้มีสีดำ อยู่ภายในไข่ของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล สามารถมองเห็นได้ ส่วนแตนเบียน Tetrastichus sp. ตัวเต็มวัยมีขนาดยาวประมาณ 2 มิลลิเมตร ตาสีแดง หนวดสีเทาหรือสีดำอ่อน เพศผู้โคนหนวดขยายใหญ่ ขาทั้ง 3 คู่ และท้องสีน้ำตาลอ่อน อวัยวะวางไข่เพศเมียยื่นออกมาจากส่วนท้อง สำหรับแตนเบียน T. formosanus ตัวเต็มวัยเพศเมียมีขนาดยาว 1.1-1.5 มิลลิเมตร ตัวมีสีเหลืองอ่อน มีจุดประสีขาวแวววาวเป็นสีทอง เพศผู้โคนหนวดขยายใหญ่ และแตนเบียน Tetrastichus เป็นแตนเบียนไข่ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและเพลี้ยกระโดดหลังขาว ทำลายอยู่ภายนอกไข่ของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล โดยหนอนแตนเบียนจะดูดกินไข่แต่ละฟอง ทำให้ไข่แฟบ หนอนจะเข้าดักแด้อยู่ใกล้ๆ กับกลุ่มไข่ที่ถูกทำลาย ดักแด้มีสีขาว ต่อมาจะเป็นสีดำ

 

 

 

           ดร.จิรพงษ์ ใจรินทร์ กรมการข้าว บรรยายในหัวข้อ "เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล: พันธุศาสตร์ กลไก และความก้าวหน้าของการค้นหายีนต้านทาน" โดยอธิบายเกี่ยวกับการอพยพของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลว่าประเทศไทยและประเทศใกล้เคียงยังไม่มีข้อมูลในเรื่องของการอพยพย้ายที่ของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ในฤดูนาปี 2557 พบการระบาดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในพื้นที่นาน้ำฝนภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และพบว่าในพื้นที่ปลูกข้าวนี้ไม่มีการปลูกข้าวพันธุ์ต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล จึงเป็นที่มาของการศึกษากลไกความต้านทานในพันธุ์ข้าว

การศึกษากลไกความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในพันธุ์ข้าว แบ่งออกเป็น 3 กลไก ได้แก่ antixenosis, antibiosis และ tolerance

            จากการศึกษาตำแหน่งยีนต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในข้าวที่ผ่านมา ส่วนใหญ่พบตำแหน่งยีนต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลบนโครโมโซมคู่ที่ 4, 6 และ 12 โดยยีนต้านทานที่คาดว่ามีในพันธุ์ข้าวที่ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลได้ คือ

 

พันธุ์

ปีที่รับรอง

ยีนต้านทาน

แหล่งพันธุกรรมต้านทาน

RD4

2516

Bph1

W1252

RD21

2524

Bph1

TKM6

RD23

2524

Bph2

PTB21

SPR60

2530

Bph2

PPTB18

SPR90

2534

Bph1

TKM6

SPR1

2537

Bph1 or bph2

TKM6 or PPTB18

SPR2

2537

Bph1 or bph2

TKM6 or PPTB18

CNT1

2536

Bph1 or bph4

TKM6 or Babawee

PSL2

2543

bph2 or Bph3

IR56 (PTB33, CR94-13)

PTT1

2543

bph2 or Bph3

IR36 (CR94-13)

 

                   แต่ในปัจจุบันพบว่า ยีน Bph1, Bph2, Bph3 ไม่ต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลแล้ว สำหรับปัจจัยที่ทำให้ความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลลดลง ได้แก่ การใส่ปุ๋ยไนโตรเจน เนื่องจากทำให้ต้นข้าวอวบ แมลงเจาะดูดได้ง่ายขึ้น และปัจจัยจากดอกที่มีลักษณะเป็นช่อที่อยู่ปลายสุดของลำต้น (uppermost internode-panicle)

                  ดร.จิรพงษ์ ได้ยกตัวอย่างการศึกษาความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในข้าวพันธุ์ Rathu Heenati ด้วยวิธีการ Classical genetic approach และ Linkage mapping approach ผลจากการศึกษาพบว่า ยีน Bph1 และ Bph2 จะถ่ายทอดไปด้วยกัน และยีน Bph3 และ Bph4 จะถ่ายทอดไปด้วยกัน และพบว่า ยีน Bph3 ที่อยู่บนโครโมโซมที่ 4 เกี่ยวข้องกับความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ส่วนในเพลี้ยกระโดดหลังขาวพบยีน wbph9 อยู่บนโครโมโซมที่ 6

                 การเข้าทำลายพันธุ์ต้านทาน (break down) เนื่องจากการเกิดชีวชนิดใหม่ ซึ่งมีสาเหตุมาจากการคัดเลือกทางธรรมชาติ การปรับตัว การกลายพันธุ์ และอื่นๆ สำหรับแนวทางการป้องกันกำจัด ได้แก่ การหาแหล่งความต้านทานในข้าวป่า เช่น O. officinalis การผนวกยีนต้านทาน การจัดการใช้พันธุ์ต้านทาน Integrated pest management (IPM) ส่งเสริมศัตรูธรรมชาติ และการพัฒนาพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรมโดยใช้ alien gene สำหรับงานวิจัยที่ควรศึกษาในอนาคต ได้แก่

 

  

 

ดร.ศิริพัฒน์ เรืองพยัคฆ์ ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บรรยายในหัวข้อ "การก่อกลายพันธุ์ทั้งจีโนมและการใช้ประโยชน์"

           โดยได้อธิบายถึงการปรับปรุงพันธุ์พืชโดยวิธีการกลายพันธุ์ การกลายพันธุ์ คือ การเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมที่ก่อให้เกิดลักษณะใหม่ซึ่งต่างไปจากลักษณะเดิมที่มีอยู่ และลักษณะดังกล่าวสามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไปได้ สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะแตกต่างไปจากเดิมเมื่อเกิดการกลายพันธุ์ เรียกว่า สายพันธุ์กลาย (mutant) การกลายพันธุ์แบ่งได้เป็น 2 ระดับ คือ

การกลายพันธุ์ที่เกิดในพืชแบ่งออกได้ ดังนี้

Targeting Induced Local Lesions IN Genomes (TILLING) เป็นวิธีที่ถูกนำมาศึกษาการเปลี่ยนแปลงในยีนที่ต้องการ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนั้นเกิดจากการเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต โดย TILLING มีองค์ประกอบหลักๆ 3 ส่วน คือ

  1. การชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ในสิ่งมีชีวิต
  2. การค้นหาสิ่งมีชีวิตที่มีการกลายในยีนหรือตำแหน่งโครโมโซมที่ต้องการ
  3. การทดสอบลักษณะการกลายในสิ่งมีชีวิต

                 สำหรับข้าวพันธุ์กลายที่ถูกทดสอบในงานวิจัย ได้แก่ พันธุ์ข้าวเจ้าหอมนิล เนื่องจากข้าวพันธุ์นี้เป็นพันธุ์ที่ไม่ไวต่อช่วงแสง ทรงต้นเตี้ย แตกกอดี อายุสั้นเพียง 90-100 วัน ปลูกได้ถึง 3 ครั้งต่อปี มีลักษณะเด่นทางด้านคุณค่าทางโภชนาการ สีเมล็ด ใบ และลำต้นที่แตกต่างอย่างชัดเจนจากข้าวทั่วไป สามารถนำมาเข้าคู่ผสมกับข้าวได้ดีแทบทุกพันธุ์ การสร้างประชากรข้าวเจ้าหอมนิลพันธุ์กลายเกิดจากการฉายรังสี fast neutron หลังจากนั้น ถูกนำไปปลูกทดสอบและเก็บเมล็ดพันธุ์เพื่อนำไปสกัดดีเอ็นเอด้วยวิธี CTAB แบบ large scale ตัวอย่างดีเอ็นเอที่ได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้าวเจ้าหอมนิลปกติ การคัดเลือกข้าวกลายพันธุ์ที่มีลักษณะต่างๆ มี 2 วิธี คือ การคัดเลือกแบบ forward genetic เป็นการค้นหาข้าวกลายพันธุ์โดยพิจารณาจากลักษณะที่ปรากฏ และการคัดเลือกแบบ reverse genetic เป็นการค้นหาข้าวกลายพันธุ์โดยพิจารณาจากยีนเป้าหมาย ปัจจุบันฐานพันธุกรรมข้าวพันธุ์กลายที่คัดได้มีทั้งหมด 21,024 สายพันธุ์

                 ผลการประเมินการกลายพันธุ์ทางสัณฐานวิทยา พบว่า การกลายพันธุ์ที่พบคิดเป็น 1.2% ของประชากรทั้งหมด มีทั้งลักษณะทางสัณฐานวิทยาแตกต่างออกไปเพียงลักษณะเดียวและหลายๆ ลักษณะในต้นเดียวกัน สายพันธุ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงไปของสีและรูปร่างของเมล็ดข้าว ส่งผลต่อกับประสิทธิภาพการสะสมสารอาหาร เช่น ธาตุเหล็ก สังกะสี และเบต้าแคโรทีนในเมล็ด สำหรับภาพรวมการค้นพบยีนกลายจาก reverse genetics พบความถี่ของการกลายแบบ nucleotide substitution เฉลี่ย 1.0 SNP/1 Kb และแบบ insertion /deletion (In/Del) เฉลี่ย 0.56 ครั้ง/1 kb รูปแบบของการกลายพันธุ์ของยีนที่ตรวจ พบว่า การกลายพันธุ์หลายๆ ตำแหน่ง (~30%) ในประชากรกลายพันธุ์มีความเหมือน (similarity) กับที่เคยพบตามธรรมชาติอยู่แล้ว สำหรับผลการคัดกรองการกลายพันธุ์จากลักษณะปรากฏแสดงดังตาราง

 

ลักษณะ

จำนวนข้าวกลายพันธุ์

ที่คัดกรอง

ความถี่ (%)

วิธีการคัดกรอง

รายละเอียดข้าวกลายพันธุ์ที่พบ

ความหนาแน่นของธาตุเหล็กในเมล็ด

12,000

0.67

Perl Prussian Blue และยืนยันด้วย AAS/ICP

ข้าวกลายพันธุ์ที่มีการสะสมธาตุ เหล็กในเมล็ดสูง 78 สายพันธุ์ และต่ำกว่าข้าวเจ้าหอมนิลปกติ 2 สายพันธุ์

ความทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ

4,500

3.38

ประเมินการเกิดLeaf Bronzing Index ของ กล้าข้าวอายุ 10 วัน ภายใต้สภาพ Fe Toxic 300 ppm

ข้าวกลายพันธุ์ที่ทนทาน 95 สายพันธุ์ และอ่อนแอ 57 สายพันธุ์ ต่อสารละลายธาตุอาหารที่มีเหล็กเป็นพิษ

ปริมาณอะไมโลส

12,000

2.52

Single-Seed Amylose Content

ข้าวกลายพันธุ์ที่มีปริมาณอะไมโลสมากกว่า 25% (158 สายพันธุ์) และข้าวกลายพันธุ์ที่ ปริมาณอะไมโลส <10% รวมทั้งข้าวเหนียว (144 สายพันธุ์)

ความทนทานต่อน้ำท่วม

21,024

1.17

ประเมินความทนทาน ของกล้าข้าว อายุ 14 วันในสภาพน้ำท่วม ฉับพลัน

ข้าวกลายพันธุ์ที่ทนทาน 6 สายพันธุ์ และอ่อนแอ 247 สายพันธุ์ ต่อน้ำท่วมฉับพลัน

ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง

12,000

1.97

ประเมินอัตราการติด เมล็ดในสภาพอุณหภูมิ สูง 40-45 °C

ข้าวกลายพันธุ์ที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงมาก 11 สายพันธุ์ ทนทานปานกลาง 159 สายพันธุ์ และอ่อนแอ 66 สายพันธุ์

 

        สถานภาพประชากรข้าวเจ้าหอมนิลพันธุ์กลายในปัจจุบัน อยู่ระหว่างการพัฒนาพันธุ์ที่ปรับตัวต่อสภาพแวดล้อม ทนหนาว ทนแล้ง และทนเค็ม โดยเป็นการทำให้เกิดการกลายพันธุ์ทั้งจีโนม อาจมีการกลายมากกว่า 1 ลักษณะ เช่น ทนร้อน ทนเค็ม (มีความสามารถในการผสมติดในสภาพร้อน เค็มได้) นอกจากนี้ ยังได้คัดสายพันธุ์กลายได้ทั้งหมด 209 สายพันธุ์ ประกอบด้วยข้าวพันธุ์กลายที่มีลักษณะดังนี้

และมีการศึกษาลักษณะปรากฏ 10 ลักษณะ ได้แก่ ลักษณะความหอม ทนหนาว ความหนาแน่นของธาตุเหล็ก ธาตุเหล็กเป็นพิษ ไฟเตส ทนเค็ม การให้คะแนนความทนเค็ม อะไมโลส และทนน้ำท่วมฉับพลัน ข้อมูลดังกล่าวมีการจัดเก็บในฐานข้อมูล เพื่อเผยแพร่ให้ผู้สนใจเข้าไปค้นหาพันธุ์กลาย นอกจากนั้น ยังมี 22 สายพันธุ์หลักที่ถูกเลือกเป็นตัวแทนสำหรับการหาลำดับเบสด้วย ddRAD sequencing และพบความแตกต่าง 44,330 ตำแหน่ง เมื่อเทียบกับพันธุ์ข้าวเจ้าหอมนิล

                  ในส่วนของการใช้ข้าวพันธุ์กลายในการปรับปรุงพันธุ์ (gene pyramiding) มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเทคนิคการรวบยีนที่มีประโยชน์อย่างรวดเร็วและต้นทุนต่ำ เพื่อพัฒนาพันธุ์ข้าวที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมให้เสร็จภายในระยะเวลา 5 ปี โดยใช้ข้าวพันธุ์ปิ่นเกษตร+4 ผลลัพธ์ที่คาดว่าจะได้หลังสิ้นสุดโครงการ คือ ได้สายพันธุ์กลายที่จะใช้สำหรับเป็นแหล่งของยีนที่มีคุณค่าในการปรับปรุงพันธุ์สูง สามารถนำไปคัดเลือกพันธุ์บริสุทธิ์และยื่นจดคุ้มครองพันธุ์พืชใหม่ได้ ประกอบด้วย ข้าวเจ้าหอมนิลพันธุ์กลายที่ติดเมล็ดได้ในสภาพอากาศหนาว (Mu5367), ข้าวสายพันธุ์กลายทนดินเค็ม (Mu11940), สายพันธุ์กลายธาตุเหล็กสูง (Mu4643) และข้าวสายพันธุ์กลายทนธาตุเหล็กเป็นพิษ (MuFRO)

 

 

 

          ผศ.ดร.ชเนษฏ์ ม้าลำพอง ภาควิชาพืชไร่นา คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ กำแพงแสน บรรยายในหัวข้อ "การปรับปรุงพันธุ์พืชใหม่ทนทานต่ออุณหภูมิสูง" ว่า จากการทำนายด้วยแบบจำลองภูมิอากาศโลก ประเทศไทยมีแนวโน้มของอุณหภูมิที่สูงขึ้น โดยอุณหภูมิกลางคืนเพิ่มสูงขึ้นมากกว่าอุณหภูมิกลางวันและอุณหภูมิเฉลี่ย นาซ่าทำนายว่า อุณหภูมิต่ำสุดเฉลี่ยของประเทศไทยในปี 2643 จะอยู่ที่ 36.25 องศาเซลเซียส ขณะที่อุณหภูมิสูงสุดเฉลี่ยอยู่ที่ 43.75 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ ยังเกิดภาวะแล้ง น้ำท่วม ความแปรปรวนของฤดูกาล การะบาดของโรคและแมลงศัตรูพืช ซึ่งจะส่งผลให้ผลผลิตทางการเกษตรเสียหาย บริเวณที่มีความเสี่ยง คือ การเกษตรบนที่สูง การทำนาอาศัยน้ำฝน ผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่อข้าว อาทิเช่น หากอุณหภูมิสูงในระยะออกดอก จะทำให้อัตราการผสมติดต่ำ ผลผลิตลดลง อุณหภูมิสูงในระยะออกดอก กระทบต่อการสร้างเมล็ด (grain filling) ทำให้ผลผลิตลดลงและคุณภาพของข้าวลดลงด้วย คุณภาพโดยรวมต่อลักษณะปรากฏของเมล็ด คุณภาพการสีข้าวและการหุงต้ม เนื่องจากการเกิดท้องไข่ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของอะไมโลเพคติน อุณหภูมิแป้งสุกที่สูงขึ้น ความคงตัวของแป้งสุกที่เป็นแป้งแข็งมากขึ้น การตอบสนองของพืชต่อสภาพเครียดจากอุณหภูมิสูงนั้นขึ้นกับระดับของอุณหภูมิ ระยะเวลา อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิขึ้นกับระยะการเจริญเติบโตของข้าว (ระยะออกดอก ไม่ติดเมล็ด จำนวนดอกย่อย/รวงลดลง การแตกของอับละอองเรณู ละอองเรณูที่มีชีวิตลดลง ระยะสุกแก่ทำให้ผลผลิตลดลง) โดยลักษณะทางสรีรวิทยาที่มีการเปลี่ยนแปลง เช่น การสังเคราะห์แสง ประสิทธิภาพในการใช้น้ำ ประสิทธิภาพในการใช้สารอาหาร อัตรการหายใจเพิ่มขึ้น เยื่อหุ้มเซลล์ไม่สมบูรณ์ และการระเหย นอกจากนี้ ได้นำเสนอการปรับปรุงพันธุ์ข้าวทนต่ออุณหภูมิสูงที่กำลังดำเนินการ ว่าได้รับทุนสนับสนุนจาก สวก. เป้าหมาย เพื่อปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้ทนร้อน 40 - 45 องศาเซลเซียส (กลางวัน) ในระยะออกดอก (เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูง จะทำให้อัตราการผสมติดลดลง) โดยมีการสร้างอุโมงค์ร้อน สำหรับใช้ในการคัดเลือกข้าวทนร้อน สามารถทดลองได้ 1,500 กระถาง/ครั้ง ปรับอุณหภูมิ 42 องศาเซลเซียส (เวลา 10.00-16.00 น.) มีการบันทึกข้อมูลสภาพภูมิอากาศ (ความชื้นสัมพัทธ์ ความเข้มของแสง อุณหภูมิน้ำ เก็บข้อมูลทุกๆ 5 นาที) พันธุ์ข้าวที่ใช้ในการทดลอง คือ พันธุ์ N22 (พันธุ์ทนร้อนจากต่างประเทศ), พันธุ์ Mut9962 (ข้าวกลายพันธุ์ทนร้อน) เปรียบเทียบกับพันธุ์ตรวจสอบ (พันธุ์สินเหล็ก ไม่ทนร้อน) โดยทำการเปรียบเทียบสภาพปกติ และในสภาพอุณหภูมิสูง (เมื่อข้าวเริ่มตั้งท้อง จึงย้ายเข้าไปปลูกในอุโมงค์ร้อน จนถึงออกรวงและเก็บเกี่ยว) และพิจารณาคัดเลือกพันธุ์ข้าวที่ทนร้อน โดยดูอัตรการติดเมล็ดก่อนเพราะเป็นลักษณะที่ศึกษาง่าย หากมีการศึกษาในข้าวจำนวนมากๆ หลังจากคัดเลือกได้ข้าวที่สนใจแล้ว จึงค่อยศึกษารายละเอียดลักษณะอื่นๆ พบว่า พันธุ์ Mut9962 มีความสามารถในการทนร้อน โดยยังคงมีอัตราการติดเมล็ดที่ดี จึงได้นำมาผสมกับพันธุ์พิษณุโลก 2 โดยใช้วิธี conventional breeding เพื่อปรับปรุงพันธุ์ให้ได้ข้าวทนร้อน ที่มีอัตราการติดเมล็ดที่ดี ให้ผลผลิตดี (ยังไม่สามารถหายีนและพัฒนาเครื่องหมายโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการทนร้อนมาใช้ในการคัดเลือกได้) สำหรับหลักเกณฑ์ในการพิจารณาคัดเลือกพันธุ์ข้าวทนร้อน ควรพิจารณาถึงความมีชีวิตของละอองเรณู การงอกของละอองเรณู การแตกของอับละอองเรณู และอัตราการติดเมล็ด

 

 

ดร.วินิตชาญ รื่นใจชน ไบโอเทค ได้กล่าวบรรยายในหัวข้อ "การค้นหายีนควบคุมลักษณะธาตุเหล็กสูงและทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษในข้าว" โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อหาลำดับดีเอ็นเอของยีนและรูปแบบความหลากหลายของอัลลีลของยีน รวมถึงชุดของ SNP (single nucleotide polymorphism) ที่ส่งผลต่อการควบคุมลักษณะของการสะสมธาตุเหล็กในเมล็ดที่มีปริมาณสูงและต่ำ และทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ การศึกษาแบ่งออกเป็น 4 กิจกรรม ได้แก่

 

กิจกรรมที่ 1 การค้นหา SNP

                 เพื่อค้นหา SNP ในข้าวพันธุ์กลายที่มีการสะสมธาตุเหล็กในเมล็ดสูงและต่ำ รวมถึงข้าวพันธุ์กลายที่มีความทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษในดินกรดจัด ด้วยเทคโนโลยีการหาดีเอ็นเอแบบ next generation sequence ได้แก่ whole genome re-sequencing (WGS), target-enrichment re-sequencing (TGS) และการค้นหา SNP จากฐานข้อมูลสาธารณะ โดยมุ่งเน้นหาการกลายชนิด SNP และชนิด insertion-deletion (InDel) บริเวณยีนที่ควบคุมลักษณะของการสะสมธาตุเหล็กในเมล็ดและทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ

                 ผลจากการศึกษาด้วย Whole genome re-sequencing ของข้าวพันธุ์กลาย 3 สายพันธุ์ เปรียบเทียบกัน (Mu4643, JHT-WT และ Mu9962) พบว่า ข้อมูลลำดับเบสที่ได้จากข้าวทั้ง 3 สายพันธุ์ มีจำนวนซ้ำของข้อมูลเมื่อวางตำแหน่งบนจีโนมอ้างอิง เท่ากับ 10.8X coverage และ 12.78X coverage จากการศึกษาด้วย target-enrichment re-sequencing โดยการออกแบบโพรบ จำนวน 8,503 ชิ้น สำหรับคัดกรองยีนเป้าหมายจำนวน 44 ยีน ผลพบว่ามีความถูกต้องและสามารถเข้าคู่กับลำดับดีเอ็นเอบนจีโนมข้าวได้มากกว่า 80% ในส่วนของการค้นหา SNP จากฐานข้อมูลสาธารณะทำให้ทราบว่ายีนที่ค้นหาในฐานข้อมูลมีความยาวเท่าใด และยีนนั้นเกี่ยวข้องกับลักษณะใด เป็นต้น

                 หลังจากนั้นได้ศึกษา Knowledge mining โดยมีเป้าหมายเพื่อศึกษาความหลากหลายของยีน ปัจจุบันการค้นหาหน้าที่ของยีนที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่พบในข้าว ได้แก่ สายพันธุ์ M4643 เกี่ยวข้องกับธาตุเหล็กสูง MuFRO เกี่ยวข้องกับทนเหล็กเป็นพิษ และ M9962 เกี่ยวข้องกับการทนร้อน จากการศึกษา พบว่า ข้าวทั้ง 3 สายพันธุ์ เกิด SNP ในตำแหน่งเดียวกันจำนวนมาก จึงจำเป็นต้องนำไปศึกษาต่อว่าตำแหน่ง ที่เกิดขึ้นมีผลต่อลักษณะปรากฏอย่างไร

 

กิจกรรมที่ 2 การพัฒนาการตรวจกรองจีโนไทป์ด้วย SNP (HTP genotyping assay)

                 เพื่อพัฒนาวิธีตรวจกรองระดับจีโนไทป์ด้วยเทคนิค SNP รวมถึงศึกษาการแปรปรวนและรูปแบบของการเกิด SNP ที่สัมพันธ์กับการสะสมธาตุเหล็กและทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ ด้วยการวิเคราะห์ผลทางสถิติ จากการศึกษาความสัมพันธ์ของ SNP กับลักษณะที่เกี่ยวข้องกับธาตุเหล็กจากฐานข้อมูลสาธารณะ จากฐานข้อมูล Rice 44 SNP chip พบตำแหน่ง SNP 32 ตำแหน่ง จากยีนเป้าหมาย 44 ยีน จากฐานข้อมูล OryzaSNP พบจำนวน SNP ทั้งหมด 905 ตำแหน่ง (22 ยีน) จากยีนเป้าหมาย 44 ยีน เฉลี่ย 41 SNP ต่อยีน นอกจากนี้ยังพบว่ามียีนเป้าหมาย13 ยีน ที่ไม่พบการกลายพันธุ์จากฐานข้อมูลทั้งสอง

                 หลังจากนั้น นำมาศึกษาด้วยการทำ Manhattan plot เพื่อศึกษาการกระจายตัวของตำแหน่ง SNP และทำ PCR เพื่อหารูปแบบความแตกต่างของอัลลีล และหายีนที่มีความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับธาตุเหล็กโดยใช้เครื่องหมายโมเลกุลที่เกิดจากการแทรกเพิ่มหรือขาดหาย (Indel marker) จากผลการทดลองสามารถสรุปจำนวน SNP และ Indel ที่สามารถนำไปพัฒนาเป็นเครื่องหมายโมเลกุล ที่แยกความแตกต่างได้ สำหรับลักษณะของการสะสมธาตุเหล็กในเมล็ดและความทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ ดังตาราง

 

 Type

Total

Success

Failure

Polymorphic

monomorphic

Sanger

196

126

70

102

24

PAGE

46

37

9

24

13

SNPstream

30

30

-

4

26

KASP

63

60

3

8

52

HRM

43

-

-

-

-

Total

378

253

82

138

115

 

 

กิจกรรมที่ 3 การพัฒนาประชากรข้าวพันธุ์กลายและการตรวจกรองจากลักษณะปรากฏ

                 เพื่อสร้างประชากรข้าวพันธุ์กลายจำเพาะเพื่อใช้ตรวจกรองการกระจายตัวของลักษณะปริมาณธาตุเหล็กสูงในเมล็ด ปริมาณธาตุเหล็กต่ำในเมล็ด และทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษในดิน และใช้ทดสอบความสามารถและประสิทธิภาพของเครื่องหมายโมเลกุลชนิด SNP ที่พัฒนาขึ้น เพื่อใช้ติดตามยีนเป้าหมาย โดยใช้เทคนิค Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer (ICP) ในการคัดกรองลักษณะทนความเป็นพิษของธาตุเหล็ก หลังจากมีการปลูกทดสอบข้าวสายพันธุ์กลายในสภาพดินเปรี้ยวที่มีค่า pH ของดินเท่ากับ 4.22 ผลการประเมินการเจริญเติบโตของสายพันธุ์กลาย และพันธุ์ควบคุมมาตรฐาน มีความทนทานต่อสภาพเหล็กเป็นพิษได้ปานกลาง สามารถออกรวงให้ผลผลิตได้ การตรวจวัดธาตุเหล็กในเมล็ดของสายพันธุ์กลาย พบว่า มีค่าเฉลี่ยสูงกว่าพันธุ์ข้าวเจ้าหอมนิล และอยู่ในช่วงตั้งแต่ 3.23-45.53% มีจำนวน 12 สายพันธุ์ ได้แก่ สายพันธุ์ 11582, 2559, 3113, 6693, 3099, 10997, 1255, 2546, 2544, 2532, 1463 และ 1152 นอกจากนี้ ยังมีสายพันธุ์มาตรฐานอีกหนึ่งสายพันธุ์ คือ Nivara#91 มีธาตุเหล็กสูงกว่าพันธุ์ข้าวเจ้าหอมนิลถึง 64.28%

 

กิจกรรมที่ 4 การศึกษาบทบาทหน้าที่และการทำงานของยีนเป้าหมาย

                 เพื่อศึกษาหน้าที่และการทำงานของยีนต้องเป้าหมายโดยใช้เทคโนโลยี RNA-seq (transcriptomics) ในข้าวที่มีการสะสมธาตุเหล็กและทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ และเทคโนโลยี RNA interference และ over-expression ในข้าวที่มีธาตุเหล็กต่ำและไม่ทนดินธาตุเหล็กเป็นพิษ เทคโนโลยี RNA sequencing เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูง ในการค้นหา ตรวจสอบและสร้างข้อมูลพันธุกรรมในระดับยีน โครงสร้างของยีนและ/หรือหน้าที่ของยีน โดยใช้ complementary DNA (cDNA) ที่ได้มาจาก mRNA เป็นสารพันธุกรรมเริ่มต้น ในการวิเคราะห์ข้อมูลการถอดรหัสพันธุกรรม (transcription) ผลจากการวิเคราะห์จะทำให้ได้ functional marker ที่ใช้ในการคัดเลือกข้าวที่มีลักษณะธาตุเหล็กสูงและทนทานต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ

 

 

                 รศ.ดร.ศุภจิตรา ชัชวาลย์ ภาควิชาพฤกษศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย บรรยายในหัวข้อ "ผลกระทบของสภาวะดินเค็มต่อสรีรวิทยาของข้าวและการปรับปรุงพันธุ์ข้าวทนเค็ม" ว่า มีการจำแนกระดับความเค็มที่มีผลกระทบต่อพืช โดยพิจารณาจากค่าการนำไฟฟ้า (ECe, dS/m) จากการศึกษาของศูนย์วิจัยข้าวขอนแก่น พบว่า EC น้อยกว่า 2 dS/m ไม่ทำให้ผลผลิตข้าวลดลง, EC มากกว่า 4 dS/m ทำให้ผลผลิตข้าวลดลง 10-15%, EC มากกว่า 6 dS/m ทำให้ ผลผลิตข้าวลดลง 20-50%, EC มากกว่า 10 dS/m ทำให้ผลผลิตข้าวลดลงมากกว่า 50% โดยผลของภาวะเค็ม เกิดจากเกลือในดิน (NaCl) ที่สูง ส่งผลต่อการลดการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช เนื่องจากภาวะเค็มส่งผลต่อ ion cytotoxicity (Na+ และ Cl- ยังเป็นพิษต่อพืช), osmotic stress, decrease nutrient uptake, metabolic imbalance, oxidative stress, ลดการดูดน้ำ ลดการเจริญเติบโตของราก กลไกการทนเค็มของพืช เช่น antioxidant defense system

                 การตอบสนองต่อความเค็มของพืช เกี่ยวข้องกับการทำงานของยีนจำนวนมาก ยีนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีนและกระบวนการส่งสัญญาณ (signal transduction) ตอบสนองต่อภาวะเค็ม ได้แก่ ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ABA (Abscisic acid อยู่ในคลอโรพลาสต์ เป็นตัวส่งสัญญาณเมื่อเจอภาวะเค็ม ทำให้ปากใบปิด เพื่อป้องกันการเสียน้ำ) พบว่าในกระบวนการส่งสัญญาณให้มีการแสดงออกของยีนในพืชจำแนกเป็น pathway ที่ขึ้นกับ ABA และ pathway ที่ไม่ขึ้นกับ ABA

 

 

            จากการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการตอบสนองต่อความเค็มผ่านกรดแอบไซซิกและยีน CaM ในข้าว ซึ่งมีความสำคัญในการส่งผ่านสัญญาณแคลเซียมในพืช พบว่า ยีน OsCam1-1 เป็น calcium binding protein ทำหน้าที่เป็นตัวรับสัญญาณแคลเซียมของความเครียดจากความเค็มโดยอาจไปควบคุมการสังเคราะห์ ABA และช่วยทำให้ข้าวทนเค็มได้ดีขึ้น

            นอกจากนี้ ยังได้มีการศึกษาบทบาทของ Nucleolin ในข้าว (OsNUC1) ภายใต้ภาวะเครียดจากความเค็ม nucleolin เป็น multifunctional protein เกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมภายในเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างไรโบโซม โดยทำ over expression ของยีน OsNUC1 ในข้าวและ Arabidopsis พบว่า ยีน OsNUC1 สามารถเพิ่มการแสดงออกเมื่อกระตุ้นด้วยความเครียดจากความเค็ม ทำให้ Arabidopsis และข้าว ที่ได้รับการถ่ายยีนมีน้ำหนักสดและน้ำหนักแห้งมากกว่าพันธุ์ปกติทั้งในสภาพปกติ และสภาพเค็ม

            จากองค์ความรู้ดังกล่าว สามารถนำมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้ทนเค็มโดยวิธี conventional breeding, marker-assisted selection, transgenic approach (ในประเทศไทยไม่ทำข้าว GM) จำเป็นต้องหาตำแหน่ง QTL ความทนเค็มในข้าว เพื่อพัฒนาเครื่องหมายโมเลกุลมาช่วยในการคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์ข้าวทนเค็ม เช่น การค้นพบ Saltol QTL บนโครโมโซม 1 จากพันธุ์ Pokkali ที่มีความสามารถในการทนเค็ม, HKT1 (high affinity K+ transporter) จากพันธุ์ Nona Bokra แล้วนำมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีความสามารถในการทนเค็ม นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาข้าวพันธุ์กลาย โดยใช้ ethyl methanesulfonate (EMS ทำให้เกิด point mutation) ได้พันธุ์ทนเค็ม hitomebore salt tolerant1 (hst1) แล้วนำมาผสมกลับข้าว WT Hitomebore จนได้ F2 (พบว่าเป็นยีนด้อย) แล้วนำหาลำดับเบส เพื่อหาตำแหน่งที่มีการเปลี่ยนแปลง พบ SNP บนโครโมโซมที่ 6  สอดคล้องกับ HKT1 ปัจจุบัน หน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว กำลังหาตำแหน่ง QTL ความทนเค็มในข้าวระยะกล้าภายใต้สภาวะต่างๆ ในประชากรลูกผสมกลับข้าวขาวดอกมะลิ 105 ทนเค็ม และศึกษากลไกการทนเค็ม

           

 

                 ดร.สิทธิโชค ตั้งภัสสรเรือง ไบโอเทค ได้กล่าวบรรยายในหัวข้อ “ความรู้พื้นฐาน และการค้นหา SNP markers” ว่ามีวัตถุประสงค์เพื่อหายีนสาเหตุที่ทำให้ลักษณะปรากฏมีความแตกต่างกัน โดยSNP หรือ SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) เป็นความแตกต่างทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์เพียงตำแหน่งเดียวที่ก่อให้เกิดผลที่แตกต่างกันทางกายภาพ ในการพัฒนาปรับปรุงพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตมีผลมาจาก 2 ปัจจัย คือ ปัจจัยด้านพันธุกรรมและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งพันธุกรรมจะถูกควบคุมโดยยีนที่ถ่ายทอดมาจากบรรพบุรุษจากรุ่นสู่รุ่น ขณะเดียวกันความแตกต่างในลำดับเบสของยีนจะส่งผลถึงลักษณะที่แสดงออกในรุ่นถัดไป และหากสามารถหาเครื่องหมายโมเลกุลที่มีความสัมพันธ์กับยีนที่ควบคุมลักษณะที่ต้องการได้ด้วยการถอดลำดับจีโนมจะทำให้การคัดทิ้งพันธุ์หรือปรับปรุงพันธุ์ทำได้ง่ายยิ่งขึ้น ปัจจุบันมีการคิดค้นและพัฒนาเทคโนโลยีการหา SNP ให้มีความรวดเร็วและมีราคาถูกลงอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีในการค้นหา SNP จะเข้ามาช่วยในการถอดลำดับจีโนมในสิ่งมีชีวิต ดังนี้

  1. SNP Identification/discovery เพื่อทำการวิเคราะห์ SNP ในจีโนมของสิ่งมีชีวิต และจัดสร้างเป็นฐานข้อมูล SNP ของสิ่งมีชีวิตชนิดจะเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาลักษณะต่างๆ ที่สนใจ ปัจจุบันมีการศึกษาเรื่อง SNP discovery อย่างแพร่หลาย ยกตัวอย่างเทคโนโลยีที่ใช้ ได้แก่ เทคโนโลยี 454 Pyrosequencing ที่ใช้หลักการการหาลำดับเบสแบบการสังเคราะห์ ด้วยเทคนิค pyrosequencing ซึ่งเป็นการตรวจวัดไพโรฟอสเฟต (PPi) จากปฏิกิริยาเคมี และใช้การอ่านสัญญาณตามจังหวะแสงของเบสคู่สม หลายๆ พันเบสในครั้งเดียว เทคโนโลยี Ion Torrent Sequencing Technology และเทคโนโลยี SMRT Sequencing Technology (Pacific Bioscience) โดยทั่วไป ขั้นตอนการถอดลำดับจีโนมหลักๆ ประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ขั้นแรกหาการเรียงตัวของคู่เบส ซึ่งทำได้โดยการตัดเส้นดีเอ็นเอเป็นชิ้นเล็กๆ แล้วป้อนเข้าสู่เครื่องอ่านอัตโนมัติเหมือนกับการแกะตัวอักษรทีละตัว ขั้นตอนที่ 2 นำดีเอ็นเอที่แกะแล้วมาเรียงลำดับใหม่ จนได้ลำดับคู่เบสของดีเอ็นเอที่ยาวขึ้นทั้งหมด และขั้นตอนที่ 3 คือ การระบุตำแหน่งของยีน เมื่อทราบการเรียงลำดับของดีเอ็นเอทั้งหมดแล้วทำการค้นหาตำแหน่งของยีนซึ่งอาจจะมีการเปรียบเทียบกับยีนที่รู้จัก ในแต่ละวิธีมีความแตกต่างในเรื่องของความแม่นยำของผลที่ได้จากการวิเคราะห์ เวลาในการวิเคราะห์ ความยาวของลำดับเบสที่ถูกอ่าน หรือแม้แต่ค่าใช้จ่ายในการวิเคราะห์ตัวอย่าง ในการวิเคราะห์ความแตกต่างของลำดับเบสบนจีโนม เมื่อนำลำดับเบสในสิ่งมีชีวิตใดชนิดหนึ่งมาเปรียบเทียบกันจะมีความเหมือนกันเป็นส่วนใหญ่ คือ ประมาณ 9% ส่วนที่ต่างออกไปประมาณ 0.1% เป็นบริเวณสำคัญที่ทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นแตกต่างไป ความแตกต่างในแต่ละจุดนี้ถ้าพบในประชากรมากกว่า 1% จะเรียกว่าเป็น SNP แต่หากน้อยกว่า 1% จะถือว่าเป็นการกลายพันธุ์เฉพาะจุด (point mutation)
  2. SNP Genotyping (genome-wide) เพื่อทำการวิเคราะห์ตำแหน่ง SNP ทั้งจีโนมของสิ่งมีชีวิต การวิเคราะห์ตำแหน่ง SNP อาศัยหลักการ hybridization ของเบสคู่สม ลำดับเบสที่เข้าคู่กันได้พอดีจะติดอยู่บนโพรบที่ถูกสังเคราะห์ขึ้น วิธีการนี้ช่วยในการหาการกระจายตัวของ SNP ในแต่ละตำแหน่งได้ทั่วทั้งจีโนม นอกจากนั้น วิธีการนี้ยังเป็นการหาลำดับเบสของสิ่งมีชีวิตที่สนใจเทียบกับจีโนมอ้างอิงของสิ่งมีชีวิตที่คล้ายคลึงกันหรือมีอยู่ก่อน โดยใช้ short reads จากเทคโนโลยีการหาลำดับเบสทำให้การทำแผนที่ยีนเทียบกับจีโนมอ้างอิงมีความแม่นยำมากขึ้น ซึ่งเหมาะกับจีโนมที่มีขนาดใหญ่
  3. การค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะทางพันธุกรรมและลักษณะปรากฏ โดยการศึกษา Linkage disequilibrium เพื่อศึกษาการถ่ายทอดของอัลลีลที่อยู่คนละตำแหน่งบนโครโมโซมเดียวกัน ซึ่งมีโอกาสที่จะถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นหนึ่งด้วยกัน
  4. SNP Genotyping (locus specific) วิธีการนี้ใช้หลักการของ primer extension โดยใช้ primer จับในส่วนที่ต้องการจีโนไทป์

                 ในส่วนของงานวิจัยด้านจีโนมถูกพัฒนามาตั้งแต่ปี 2550 โดยใช้เทคโนโลยี 454 Pyrosequencing และในปี 2556 ใช้ Ion Torrent Sequencing Technology ปัจจุบันปี 2558 ใช้ Pacific Bioscience และวิเคราะห์จีโนไทป์ในจีโนมได้สมบูรณ์แล้ว

                 นอกจากนั้น ดร.สิทธิโชค ตั้งภัสสรเรือง ยังได้กล่าวบรรยายในหัวข้อ “SNP marker: การประยุกต์ใช้ใน การปรับปรุงพันธุ์พืช” ว่า เทคโนโลยีจีโนมถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์พืชอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เช่น ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ ข้าวฟ่าง ข้าว มะละกอ เป็นต้น ในแต่ละเป็นเทศให้ความสนใจในพืชที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ โดยให้ความสำคัญในการปรับปรุงพันธุ์ให้มีผลผลิตเพิ่มขึ้น รองลงมาคือด้านคุณภาพ วิธีการในการหายีนสาเหตุจำเป็นต้องมีประชากรศึกษาขนาดใหญ่ และลักษณะที่ศึกษาจำเป็นต้องมีความผันแปรของลักษณะมากๆ ส่วนใหญ่ลักษณะปรากฏที่นำมาศึกษา ได้แก่ ผลผลิต จำนวน คุณภาพ ความต้านทานต่อความเครียดที่เกิดจากสิ่งที่ไม่มีชีวิต และความต้านทานโรค เทคโนโลยีที่นำมาใช้ส่วนใหญ่ ได้แก่ เทคโนโลยี genotyping และ genome sequencing (DNA และ RNA)

                 การทำ Genome sequencing จะทำให้ได้แผนที่จีโนม (genome mapping) โดยแผนที่จีโนมเป็นการระบุตำแหน่งที่ตั้งของยีนบนโครโมโซม หรือวัดระยะทางระหว่างยีนหรือเครื่องหมายโมเลกุลที่ตั้งอยู่บนโครโมโซมเดียวกัน การสร้างแผนที่จีโนมมีวัตถุประสงค์เพื่อค้นหาตำแหน่งยีนบนโครโมโซมที่ควบคุมลักษณะสำคัญทางเศรษฐกิจ หรือ ลักษณะปริมาณ แผนที่จีโนมสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ แผนที่ทางพันธุกรรม และแผนที่เชิงกายภาพ การจัดทำแผนที่พันธุกรรมในพืชมีความสำคัญต่อการค้นหายีน โดยเฉพาะยีนที่ควบคุมกระบวนการทางชีวเคมีที่ยังไม่ทราบรายละเอียดในหน้าที่ของยีน ข้อมูลที่สมบูรณ์เกี่ยวกับยีนจะช่วยให้เกิดความเข้าใจในกระบวนการเจริญเติบโต และพัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ทำให้นักวิจัยสามารถค้นหายีนได้โดยค้นหาตำแหน่งของยีนนั้นบนโครโมโซม และในที่สุดจะสามารถจำแนกยีนนั้นออกมาได้เพื่อนำไปศึกษาถึงหน้าที่ของยีนนั้น และเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป

            ทางทีมวิจัยได้พัฒนาพันธุ์ปาล์มน้ำมันโดยใช้ข้อมูลจีโนม โดยใช้สายพันธุ์ Clone A เป็นสายพันธุ์พ่อ และ สายพันธุ์แม่เป็น Unknown ได้ประชากรรุ่น F1 และปล่อยให้ผสมตัวเองจนกระทั่งได้ประชากรรุ่น F2 ที่มีลักษณะความสูงแตกต่างกันจำนวน 108 ต้น จากนั้นศึกษาแผนที่ทางพันธุกรรมและพบว่ายีนที่สนใจอยู่บนโครโมโซมที่ 14 ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะ gibberellins homeostasis และใช้ TaqMan Probe ในการพัฒนา Linked marker เพื่อศึกษาความแตกต่างของจีโนไทป์ที่มีผลต่อลักษณะความสูง

            ปัจจุบัน ทางทีมวิจัยสามารถจีโนไทป์ลำดับเบสของพืช ดังนี้

  1. ประชากรมันสำปะหลัง 102 ตัวอย่าง
  2. ประชากรปาล์มน้ำมันรุ่น F2 110 ตัวอย่าง
  3. ประชากรยางพารา (bi-parent) 350 ตัวอย่าง
  4. ประชากรยางพารา (germplasm) 150 ตัวอย่าง
  5. ประชากรข้าว (germplasm) 400 ตัวอย่าง
  6. ประชากรข้าว (CSSL) 140 ตัวอย่าง

 

Details