กำลังปรับปรุงครับ
| การค้นหาและศึกษาหน้าที่ของยีนความหอม |
|
|
ข้าวเป็นพืชเศรษฐกิจหลักสำคัญของประเทศไทยที่นำรายได้เข้าประเทศกว่าปีละแสนล้านบาท ในจำนวนนี้ ข้าวหอมกำลังได้รับความนิยมอย่างมากในตลาดส่งออกข้าวของโลก โดยประเทศไทยนับเป็นผู้ส่งออกรายใหญ่ ประเทศนำเข้าจากไทยที่สำคัญได้แก่ จีน ฮ่องกง สิงคโปร์ มาเลเซีย แคนาดา สหรัฐอเมริกา และประเทศในกลุ่ม ตะวันออกกลาง เป็นต้น ข้าวหอมไทยส่งออกไปสู่ตลาดโลกปีละประมาณ 1 ล้านตัน หรือคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 20-25% ของยอดการส่งออกข้าวของไทยทั้งหมด
ข้าวหอมมะลิมีแหล่งกำเนิดในประเทศไทย
ประเทศไทยเป็นแหล่งเชื้อของพันธุ์ข้าวหอม ข้าวหอมมะลิของไทยที่มีชื่อเสียงก้องโลก เป็นเพียงหนึ่งในอีก หลายร้อยพันธุ์ที่มีเก็บอยู่ในศูนย์เชื้อพันธุกรรมแห่งชาติ ข้าวหอมมะลิเป็นข้าวหอมชนิดที่เรียกว่า Jasmine rice ซึ่ง มีกำเนิดในประเทศไทยเอง โดยพบปลูกเป็นครั้งแรกที่อำเภอบางคล้า จังหวัดฉะเชิงเทรา มีชื่อเดิมว่า ข้าวขาวดอก มะลิ 105 โดย นายจรูญ ตัณฑวุฒ ได้นำมาปลูกไว้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2488 เป็นที่นิยมในท้องถิ่น ต่อมา นายสุนทร สีหะ เนิน เกษตรอำเภอบางคล้า ได้เก็บรวบรวมข้าว 199 รวง ในฤดูทำนาปี 2493-2494 ส่งไปคัดพันธุ์ที่สถานีข้าว โคกสำโรง เมื่อปี 2498
|
ยีนความหอม: ทรัพย์สินที่ควรเป็นของไทย
ในปัจจุบันประเทศสหรัฐอเมริกาสามารถผลิตข้าวหอมได้เช่นกัน เช่นข้าวหอมที่มีเครื่องหมายการค้าว่า ข้าว หอมจัสมาติ (Jasmati rice) ทั้งนี้ข้าวจัสมาติเป็นข้าวที่ปรับปรุงพันธุ์ขึ้นมาจากข้าวพันธุ์ เดลลา (Della) ข้าวพื้น เมืองพันธุ์หนึ่งซึ่งมีต้นกำเนิดในอิตาลีกับพันธุ์ข้าวจากสถาบันวิจัยข้าวนานาชาติ (IRRI) การจดเครื่องหมายการค้า จัสมาติ คือเครื่องบ่งชี้ว่าข้าวหอมมะลิของไทย เป็นเป้าหมายสำคัญ ของบริษัทต่างชาติที่ต้องการครอบครองทั้งพันธุกรรมและยึดครองตลาดข้าวหอม ดังนั้นสำหรับประเทศไทย วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการปกป้องและคุ้ม ครองผลประโยชน์ของข้าวหอมมะลิ คือ ประเทศไทยซึ่งเป็นต้นกำเนิดของข้าวหอมมะลิเอง ควรที่จะได้มาและเก็บ รักษาไว้ซึ่งทรัพย์สินทางปัญญาที่เกี่ยวข้องกับยีนความหอมของข้าว
การค้นหายีนความหอม
จากการศึกษาทางพันธุศาสตร์ พบว่าลักษณะความหอมในข้าวเป็นลักษณะที่สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรม โดยถูกควบคุมด้วยยีนด้อย (recessive gene) 1 ยีน ยีนความหอมน่าจะทำหน้าที่ในขบวนการเปลี่ยนกรดอะมิโน “โพรลีน” (proline) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นให้เป็นสารหอม 2AP โดยกระบวนการที่ยังไม่มีการยืนยันแน่ชัด ในประเทศ ไทยโครงการค้นหายีนความหอมข้าวได้เริ่มต้นขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2537 แนวทางการค้นหายีนแบบ positional cloning จึงถูกนำมาใช้ สำหรับแนวทางนี้จะเริ่มต้นด้วยการหาตำแหน่งของยีนในมวลสารพันธุกรรมทั้งหมด (genome) ของ ข้าว คล้ายกันกับการหาตำแหน่งที่ตั้งของหมู่บ้านเล็กๆในแผนที่ประเทศ สามารถแบ่งความสำเร็จได้เป็น 3 ช่วงตาม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจีโนม ได้แก่ ช่วงก่อนจีโนม (pre-genomics) คือตั้งแต่ปี 2537-2542 ซึ่งในขณะนั้น ข้อมูลรหัสพันธุกรรมของข้าวยังมีไม่มากนัก การศึกษาเน้นหนักในการสร้างแผนที่โครโมโซม (genetic map) ทั้ง 12 แท่งของข้าว และพัฒนาดีเอ็นเอเครื่องหมาย (DNA marker) เพื่อใช้เป็นหลักกิโลบอกตำแหน่งในแผนที่นั้น พบว่ายีนความหอมวางตำแหน่งอยู่บนโครโมโซมแท่งที่ 8 ระยะที่สองคือ ช่วงจีโนม (genomics) ตั้งแต่ปี 2543- 2544 เป็นช่วงที่ประเทศไทย โดยหน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว ได้เข้าร่วมในความร่วมมือนานา ชาติเพื่อถอดรหัสพันธุกรรมข้าว ได้มีการส่งนักวิจัยไปร่วมงานกับโครงการจีโนมข้าวประเทศญี่ปุ่น (Rice Genome Project, RGP) เพื่อถอดรหัสพันธุกรรมข้าวโดยเฉพาะโครโมโซมที่ 8 และได้ส่งนักวิจัยไปยังประเทศสหรัฐอเมริกา เพื่อสร้างห้องสมุดชิ้นส่วนดีเอ็นเอขนาดใหญ่ (BAC library) จากสารพันธุกรรมของข้าวขาวดอกมะลิ 105 และใน ระยะที่สาม (2545-ปัจจุบัน) ที่เรียกว่า ช่วงหลังจีโนม (post genomics) ซึ่งมวลสารพันธุกรรมของข้าวได้ถูกถอด รหัสออกมาจนครบสมบูรณ์ มีการสร้างแผนที่โครโมโซมอย่างละเอียดละออด้วยดีเอ็นเอเครื่องหมายมากกว่า 3000 เครื่องหมาย จึงสามารถวางตำแหน่งของยีนความหอมที่อยู่บนโครโมโซมที่ 8 ได้ในบริเวณขนาด 82.7 กิโลเบส (ข้าวมีมวลสารพันธุกรรมทั้งสิ้น 430,000 กิโลเบส) เมื่อศึกษาบริเวณดังกล่าวอย่างละเอียดโดยการวิเคราะห์ข้อมูล รหัสพันธุกรรม (genome annotation) พบว่ามียีนต่างๆวางตัวอยู่ในบริเวณนี้ทั้งสิ้นประมาณ 9 ยีน (ยีนความหอม อาจเป็นยีนหนึ่งยีนใดใน 9 ยีนนี้) โดยมียีนที่น่าสนใจอย่างยิ่งว่าอาจเป็นยีนความหอมจำนวน 3 ยีน และหนึ่งในสาม ยีนนี้เป็นยีนที่พบว่าน่าจะมีหน้าที่ใกล้เคียงกับยีนที่อยู่ในกระบวนการสลายโพรลีน (proline catabolism)
จากนั้นจึงนำมาเปรียบเทียบพันธุ์ในปี 2500-2502 ในที่สุดคณะกรรมการพิจารณาพันธุ์ข้าวพบว่าข้าวขาว ดอกมะลิรวงที่ 105 เป็นสายพันธุ์ที่ดีที่สุดในเรื่องความหอมและคุณภาพของ เมล็ด จึงอนุญาตให้ใช้ขยายพันธุ์ได้ ตั้งแต่วันที่ 25 พฤษภาคม 2502 เป็นต้นมา ลักษณะสำคัญโดยทั่วไปของข้าวหอมมะลิ จะเป็นข้าวเมล็ดยาว (โดยมี ความยาวเฉลี่ยของข้าวเต็มเมล็ดที่ไม่มีส่วนใดหัก ต้องไม่ต่ำกว่า 7.0 มิลลิเมตร และมีอัตราส่วนความยาวเฉลี่ยต่อ ความกว้างเฉลี่ยของเมล็ดทีไม่มีส่วนใดหัก ต้องไม่ต่ำกว่า 3.0 มิลลิเมตร) มีปริมาณแป้งอมิโลส (Amylose) ต่ำ (อยู่ ระหว่าง 12-19 เปอร์เซ็นต์ ที่ระดับความชื้น 14.0 เปอร์เซ็นต์) เมื่อหุงสุกจะได้เมล็ดข้าวสุกที่อ่อนนุ่ม ยาวเรียว และ มีกลิ่นหอม แม้ข้าวหอมมะลิ จะเป็นข้าวที่มีคุณภาพดีเยี่ยม แต่เป็นข้าวที่มีความต้านทานต่อโรคใบแห้งได้ปานกลาง และไม่สามารถต้าน ทานโรคใบไหม้ โรคใบจุดสีน้ำตาล โรคใบไหม้สีเหลืองส้ม และโรคจู๋ได้ รวมทั้งไม่สามารถต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล เพลี้ยจักจั่นสีเขียว เพลี้ยจักจั่นหลังขาว หนอนกอ และแมลงบั่วด้วย นอกจากนี้ยัง ไม่สามารถปลูกเป็นข้าวนาปรัง หรือปลูกหลังเก็บเกี่ยวข้าวนาปีได้ เนื่องจากมีลักษณะไวต่อช่วงแสง (photoperiod sensitive) คือออกดอกในวันที่กลางคืนยาวกว่ากลางวันเท่านั้น นั่นก็คือในฤดูหนาว
สารหอมในข้าว
ลักษณะที่สำคัญของข้าวหอมคือความสามารถพิเศษในการผลิตสารหอมชนิดที่เรียกว่า popcorn-like scent แล้วเก็บสะสมไว้ในส่วนต่างๆของต้น โดยเฉพาะเมล็ด จากการศึกษาวิเคราะห์สารเคมีในเมล็ดข้าว พบว่า สารที่ทำให้เกิดความหอมในต้นและเมล็ดข้าวคือสารเคมีที่มีชื่อว่า 2-acetyl-1-pyrroline หรือ 2AP สารเคมีชนิดนี้ ถูกค้นพบในข้าวหอมเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ.1982 โดยเป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างแบบวงแหวน (heterocyclic) มี กลิ่นหอมคล้ายกลิ่นใบเตย หรือ กลิ่นข้าวโพดคั่ว โดยพบสารดังกล่าวปรากฏอยู่ในทุกส่วนของพันธุ์ข้าวหอมยกเว้น ราก ส่วนในข้าวไม่หอมพบน้อยมากจนไม่สามารถตรวจวัดได้ด้วยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์
สายพันธุ์แฝดของข้าวหอม
เพื่อพิสูจน์ว่ายีนในบริเวณ 82.7 กิโลเบสดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการผลิตสารหอมในข้าวจริง จึงได้พัฒนาและ คัดเลือกสายพันธุ์ ‘แฝด’ (isogenic line) สำหรับลักษณะความหอมจำนวน 12 สายพันธุ์จากทั้งหมดมากกว่า 600 สายพันธุ์ สายพันธุ์แฝดเหล่านี้มีพื้นฐานพันธุกรรมเหมือนกัน แตกต่างกันเฉพาะสารพันธุ กรรมบริเวณยีนความหอม สายพันธุ์แฝดเหล่านี้มีรูปร่างทรงต้น และลักษณะภายนอกเหมือน กันทุกประการ ยกเว้นแต่ลักษณะความหอมที่แตกต่างกัน โดยแบ่งได้ 3 แบบคือ หอมมาก, หอมปานกลาง, และไม่หอม เมื่อวิเคราะห์ปริมาณสารหอมในสายพันธุ์แฝดเหล่านี้ พบว่า ปริมาณสารหอมมีความสัมพันธ์กับรูปแบบของสารพันธุกรรมในบริเวณ 82.7 กิโลเบส กล่าว คือ หากในบริเวณดังกล่าว สายพันธุ์แฝดได้รับการถ่ายทอดสารพันธุกรรมมาจากข้าวหอม (สายพันธุ์ขาวดอกมะลิ105) สายพันธุ์แฝดนั้นจะแสดงลักษณะหอมมาก (มีการสะสมสาร หอมในทุกเมล็ดข้าว), หากสายพันธุ์แฝดได้รับการถ่ายทอดสารพันธุกรรมมาจากข้าวไม่หอม สายพันธุ์แฝดนั้นจะแสดงลักษณะไม่หอม (ไม่มีการสะสมสารหอมอยู่เลย) และหากสายพันธุ์ แฝดได้รับการถ่ายทอดสารพันธุกรรมจากข้าวหอมและข้าวไม่หอมอย่างละครึ่ง (heterozygous) สายพันธุ์แฝดนั้นจะแสดงลักษณะหอมปานกลาง (มีการสะสมสารหอมใน เมล็ดข้าวบางเมล็ด) สายพันธุ์แฝดเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในการหาตำแหน่งยีนความ หอม กล่าวคือ หากสามารถพัฒนาสายพันธุ์แฝดที่มีความแตกต่างของสารพันธุกรรมบริเวณ ยีนความหอมขนาดเล็กที่สุด (มียีนอยู่เพียงยีนเดียว) ได้ในทุกตำแหน่งยีน ก็จะสามารถรู้ได้ ว่ายีนใดกันแน่ที่เป็นยีนความหอม โดยขณะนี้สายพันธุ์แฝดอีกมากกว่า 1000 สายพันธุ์ กำลังถูกคัดเลือกอย่างคร่ำเคร่ง
บทสรุป: ยีนความหอม ความฝันที่ใกล้เป็นจริง
หน่วยฯ ได้ทำการถอดรหัสพันธุกรรมของข้าวขาวดอกมะลิ105 ในบริเวณที่ยีนความหอมวางตัวอยู่และนำ ข้อมูลรหัสพันธุกรรมไปเปรียบเทียบกับของข้าวไม่หอม (สายพันธุ์นิพพอนบาเล: ที่เพิ่งถอดรหัสพันธุกรรมเสร็จ สมบูรณ์) พบความแปรปรวนระหว่างข้าวสองสายพันธุ์ ตรวจพบการเปลี่ยนเพียงรหัสเดียว (single nucleotide polymorphism; SNP) หลายตำแหน่งในบริเวณที่คาดว่าเป็นยีนความหอม ซึ่งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวพบว่ามี ความสัมพันธ์กับปริมาณสาร 2AP ในต้นและโดยเฉพาะเมล็ดข้าวด้วย การวิเคราะห์การแสดงออกของยีนแสดงให้ เห็นว่ายีนบางยีน มีการแสดงออกแตกต่างกันในข้าวสายพันธุ์แฝดที่มีความแตกต่างในลักษณะความหอม ขั้นตอน สุดท้ายคือต้องยืนยันหน้าที่ของยีนใน ‘ข้าวจำลองพันธุ์’ (transgenic rice) โดยแบ่งแนวทางศึกษาเป็น 2 กรณี ได้แก่ กรณีแรกถ่ายฝากยีนจากข้าวไม่หอมเข้าไปในพันธุ์ข้าวหอม โดยคาดว่าผลการแสดงออกของยีนจะทำให้ข้าว หอมเกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นข้าวไม่หอม ส่วนอีกกรณีคือการทำให้ยีนที่เคยแสดงออกได้ดีในข้าวไม่หอม แสดงออกได้น้อยลงโดยการขัดขวางการแสดงออก (antisense) โดยคาดว่าผลการขัดขวางนี้จะทำให้ข้าวไม่หอม เกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นข้าวหอมซึ่งขณะนี้การศึกษาทั้งสองแนวทางกำลังรุดหน้าไปอย่างมาก
นอกจากนี้ทางหน่วยฯ ยังได้พัฒนาดีเอ็นเอเครื่องหมายที่สามารถใช้ตรวจติดตามยีนความหอมขึ้นมาจำนวนหนึ่ง ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการนำมาช่วยคัดเลือกในโครงการปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีลักษณะความหอม
http://www.sininrice.com/insightsub_aroma.html
สงวนลิขสิทธิ์โดย © ++kasetloongkim.com++ All Right Reserved.
ครั้ง 
