การค้นหาจีโนมอ้อยความหวานสูง
“อ้อย” เป็นพืชเขตร้อนที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจเป็นอย่างมากเนื่องจากเป็นแหล่งวัตถุดิบขนาดใหญ่ของการผลิตน้ำตาลและพลังงานชีวภาพ ซึ่งอ้อยเป็นแหล่งชีวมวล (Biomass) ขนาดใหญ่ที่สุดเมื่อเทียบกับพืชชนิดอื่น ๆ
แต่ด้วยข้อจำกัดด้านพื้นที่เพาะปลูกพืชเศรษฐกิจในประเทศ และมีการเก็บเกี่ยวเพียงปีละ 1 ครั้ง จึงจำเป็นต้องปรับปรุงพันธุ์อ้อยเพื่อให้ได้พันธุ์ที่มีผลผลิตอ้อยและน้ำตาลต่อพื้นที่สูง แต่วิธีการปรับปรุงพันธุ์ด้วยวิธีมาตรฐานแบบเดิมนั้นต้องใช้เวลาทดสอบและคัดเลือกพันธุ์นานถึง 10-12 ปี อีกทั้งยังใช้งบประมาณสูงและมีความแม่นยำต่ำ
ทีมวิจัยจากศูนย์โอมิกส์แห่งชาติ (NOC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) จึงนำองค์ความรู้ด้านการถอดรหัสพันธุกรรมจากจีโนมพืช ซึ่งเป็นความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระดับโลกในขณะนั้นมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์อ้อย
โดยนำเครื่องหมายโมเลกุล Marker Assisted Selection หรือ MAS มาใช้ในการคัดเลือกพันธุ์อ้อย เพื่อลดระยะเวลาการปรับปรุงพันธุ์ ซึ่งจะใช้เวลาในการคัดเลือกพันธุ์อ้อยที่ดีเพียง 6 ปี และมีความแม่นยำสูง
อย่างไรก็ตามการใช้เทคนิค MAS นี้ยังมีข้อจำกัดสำหรับอ้อย ซึ่งเป็นพืชที่มีจำนวนโครโมโซมหลายชุด (Polyploid) และยังมีจำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นหรือลดลงในบางโครโมโซม (Aneuploid)
ทีมนักวิจัย สวทช. ร่วมมือกับบริษัทมิตรผลวิจัย พัฒนาอ้อยและน้ำตาลจำกัด ดำเนินงาน “โครงการปรับปรุงพันธุ์อ้อยแบบบูรณาการเพื่อเพิ่มผลผลิตน้ำตาล” เพื่อค้นหายีนที่เกี่ยวกับกระบวนการเมแทบอลิซึมของน้ำตาล ซึ่งเป็นตัวกำหนดความหวานในอ้อย และยีนที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบของผลผลิต โดยใช้เทคโนโลยีทรานสคริปโตมิกส์ (Transcriptomics) และโปรตีโอมิกส์ (Proteomics) ในการพัฒนาเครื่องหมายพันธุกรรมสำหรับคัดเลือกลักษณะความหวาน
ยีนทั้งหมดที่ค้นหาได้ถูกนำมายืนยันความสัมพันธ์กับความหวานและองค์ประกอบผลผลิตโดยการวิเคราะห์ด้วยวิธี Association Mapping และใช้เทคโนโลยีชีวสถิติและสารสนเทศ (Biostatistics and bioinformatics) มาช่วยประมวลข้อมูลจีโนมอ้อยที่มีขนาดใหญ่และมีความซับซ้อน เพื่อค้นหารูปแบบแฮปโพลไทป์ (Haplotype) ของยีนที่เกี่ยวข้องกับลักษณะความหวานและองค์ประกอบผลผลิต และพัฒนาเป็นเครื่องหมายโมเลกุลที่สัมพันธ์กับยีนความหวาน
ปัจจุบันได้ 3 เครื่องหมายโมเลกุลที่มีศักยภาพสัมพันธ์กับความหวาน คือ SEM358, ILP10 และ ILP82 ที่พัฒนาจาก Candidate gene ในการวิเคราะห์การแสดงออกของยีนในอ้อยที่สะสมน้ำตาลสูงเทียบกับอ้อยที่สะสมน้ำตาลต่ำ
เครื่องหมายโมเลกุลต่อลักษณะความหวานที่ได้ ทีมนักวิจัยฯ นำมาใช้ในการคัดเลือกพันธุ์อ้อยลูกผสมที่มีความหวานสูงร่วมกับการวิเคราะห์ลักษณะที่แสดงออกของลูกผสมทุกต้น เพื่อยืนยันถึงประสิทธิภาพของเครื่องหมายโมเลกุลที่ได้
จากการดำเนินงานโครงการดังกล่าว ทำให้ได้ฐานข้อมูล Transcriptome ของอ้อย ซึ่งประกอบด้วยยีนมากกว่า 46,000 ทรานสคริปต์ ซึ่งใช้เป็น Reference transcript ในการวิเคราะห์การแสดงออกของยีน Transcript profiling และ Protein profiling พัฒนาออกมาเป็นเครื่องหมายโมเลกุลที่สัมพันธ์กับความหวาน ซึ่งได้มีการจดสิทธิบัตรแล้ว ทั้งเรื่อง “ชุดไพรเมอร์เครื่องหมายดีเอ็นเอที่มีความจำเพาะต่อเครื่องหมายยีนในวิถีเมแทบอลิซึมของน้ำตาลในอ้อย” และ “กระบวนการคัดเลือกสายพันธุ์อ้อยที่มีพันธุกรรมหวานโดยใช้ชุดไพรเมอร์เครื่องหมายดีเอ็นเอ”
ฐานข้อมูลที่ได้นี้นอกจากจะทำให้ได้พันธุ์อ้อยที่มีศักยภาพจำนวน 9 สายพันธุ์ซึ่งมีสายพันธุ์ 14-1-772 และ 14-1-188 ได้รับการขึ้นทะเบียนพันธุ์ได้แก่ ภูเขียว 2 และภูเขียว 3 ตามลำดับแล้ว ยังนำไปใช้ประโยชน์ในพื้นที่กว่า 550 ไร่ในปี พ.ศ. 2563 และจะขยายผล 5,500 ไร่ในปี พ.ศ. 2564 แล้ว ยังมีองค์ความรู้ที่สำคัญในการค้นหายีนใหม่ในโครงการวิจัยในอนาคต เช่น ใช้สำหรับการค้นหายีนที่เกี่ยวข้องกับ Biomass productivity การแตกกอและการตอบสนองต่อภาวะแล้ง
นอกจากนี้ทีมนักวิจัยฯ ยังได้พัฒนาโปรแกรมการวิเคราะห์และประมวลภาพ Gel electrophoresisแล้ว ยังได้ยื่นจดสิทธิบัตร “การวิเคราะห์แถบภาพของอิเล็กโทรโฟรีซิสเจลด้วยเทคนิคการประมวลภาพ” ซึ่งมีประโยชน์ในการวิเคราะห์ภาพ Polyacrylamide gelให้สามารถทำได้ง่าย และแปลงข้อมูล Genotype profile เป็นข้อมูลดิจิทัลที่สามารถนำไปวิเคราะห์ทางสถิติได้อย่างง่าย
โครงการนี้นอกจากจะได้อ้อยสายพันธุ์ดีแล้ว ยังได้แพลตฟอร์มเทคโนโลยีของการปรับปรุงพันธุ์อ้อยแบบบูรณาการ ซึ่งช่วยลดเวลาในการปรับปรุงพันธุ์อ้อยลง 50% จาก 10-12 ปี เหลือเพียง 6-7 ปีเพื่อเพิ่มผลผลิตและรายได้ของประเทศต่อไป
0-2564-8000
