สรุปการบรรยาย

 

การอบรม ครั้งที่ 5" ระหว่างวันที่ 27-29 มกราคม 2559

ณ หน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จ.นครปฐม

*********************

 

           
ดร
.ธีรยุทธ ตู้จินดา ห้องปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ได้กล่าวเปิดการประชุม และแนะนำโครงการ "การพัฒนาบุคลากรทางด้านการปรับปรุงพันธุ์โดยใช้เครื่องหมายโมเลกุล" ว่ามีเป้าหมายเพื่อพัฒนานักปรับปรุงพันธุ์ข้าวรุ่นใหม่ให้มีความรู้       ความเข้าใจ และประสบการณ์ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวโดยการประยุกต์ใช้เครื่องหมายโมเลกุลในการคัดเลือก (marker-assisted selection) ร่วมกับการปรับปรุงพันธุ์แบบมาตรฐาน (conventional breeding) เป็นการฝึกอบรมแบบต่อเนื่องที่มีการเรียนรู้ทั้งทางภาคทฤษฏี และปฏิบัติ ปีละ 2 ครั้ง เป็นระยะเวลา 3 ปี (ปี 2557- 2559) โดยได้รับการสนับสนุนงบประมาณจากสำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน) (สวก.) การจัดการอบรมเชิงปฏิบัติการฯ ครั้งนี้ เป็นครั้งที่ 5 ระหว่างวันที่ 27 มกราคม - 27 กุมภาพันธ์ 2559 ณ หน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จ.นครปฐม

 

 

.ดร.อรอนงค์ นัยวิกุล ภาควิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการอาหาร คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บรรยายในหัวข้อ "คุณภาพของข้าว และความต้องการของตลาดภายในและตลาดโลก" โดยได้กล่าวถึงคุณภาพข้าวว่า หมายถึง เกณฑ์ข้อตกลงให้เกิดการยอมรับระหว่างผู้ที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ผู้ปรับปรุงพันธุ์ ผู้ปลูก ผู้แปรรูป ผู้บริโภค (ตลาด)

 

ผู้ปรับปรุงพันธุ์

ผู้ปลูก

ผู้แปรรูป

ผู้บริโภค (ตลาด)

-  คุณภาพเมล็ดข้าวทางกายภาพ : น้ำหนักเมล็ด สีเปลือกของข้าวเปลือก สีข้าวกล้อง ขนาดและรูปร่างเมล็ด

-  คุณภาพเมล็ดข้าวทางเคมี : คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน น้ำหรือความชื้น

-      คุณภาพข้าว

-      คุณภาพการเก็บรักษา

- คุณภาพการสี : พันธุ์ข้าว หรือลักษณะประจำพันธุ์ข้าว การปฏิบัติก่อนและหลังการเก็บเกี่ยว กระบวนการสีข้าว

- คุณภาพการแปรรูป : คุณภาพของข้าวที่เหมาะสมในการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ข้าว เช่น ข้าวนึ่ง ข้าวหุงสุกเร็ว ข้าวกระป๋อง และข้าวแช่เยือกแข็ง และผลิตภัณฑ์อื่นๆ

-   คุณภาพการหุงต้ม : ความแตกต่างของพันธุ์ข้าว อายุการเก็บรักษาความใหม่เก่าของข้าว กระบวนการแปรรูปข้าว

- คุณภาพการรับประทานขึ้นกับความชอบของผู้บริโภค ต้องมีการศึกษาพฤติกรรมการทานข้าว ว่าชอบข้าวลักษณะใด
เพื่อปรับปรุงพันธุ์ ส่งออกพันธุ์ตามที่แต่ละประเทศต้องการ (ลักษณะของข้าวหุงสุก กลิ่นรส ความนุ่ม ความเกาะตัวกัน ความขาว และสี)

 


 

ความต้องการของตลาดภายในประเทศไทย

เพื่อใช้ในการบริโภค แปรรูป ทำพันธุ์ และสต็อกปลายปี และเหลือส่งออก 10 ล้านตันข้าวเปลือก

 

ความต้องการของตลาดโลก

คาดว่าจะมีความต้องการประมาณ 482.9 ล้านตันข้าวสาร มีปริมาณการค้าข้าวโลก ประมาณ 41.6 ล้านตันข้าวสาร และประเทศที่คาดว่าส่งออกเพิ่มขึ้น เช่น กัมพูชา จีน ปารากวัย อุรุกวัย เวียดนาม สหรัฐอเมริกา และไทย (ส่วนแบ่งมูลค่าการส่งออก : ข้าวนึ่ง 30% ข้าวหอมมะลิ 31% ข้าวขาว 39% สำหรับประเทศที่นำเข้าข้าวมากที่สุด ได้แก่ จีน ไนจีเนีย อิหร่าน และอิรัก ตามลำดับ ซึ่งนำรายได้เข้าประเทศ)

 

กระบวนการแปรรูปผลิตภัณฑ์ข้าว

  • การแปรรูปอาหารด้วยความร้อน (thermal processing) หมายถึง การทำให้อาหารที่บรรจุอยู่ในภาชนะปิดสนิทได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงๆ เพื่อช่วยการถนอมอาหาร
  • การพาสเจอไรซ์ ทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อโรค มี 2 ระบบ คือ ระบบช้า อุณหภูมิต่ำ 60°C 30 นาที และทำให้เย็นทันที และระบบเร็ว อุณหภูมิสูง 72°C 15 วินาที และทำให้เย็นทันที
  • การสเทอริไลซ์ ทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อโรคและสปอร์ มี 2 ระบบ คือ 1) Commercial sterilize อุณหภูมิ 100°C ขึ้นไป และ 2) UHT (Ultra High Temperature) อุณหภูมิ 135-150°C นาน 1-4 วินาที
  • การแปรรูปอาหารด้วยความเย็นแช่เยือกแข็ง หมายถึง การลดอุณหภูมิของอาหารหรือผลิตภัณฑ์นั้นให้ต่ำลง จนถึงระดับที่สิ่งมีชีวิตนั้นไม่สามารถจะดำเนินปฏิกิริยาทางชีวเคมีต่อไปได้

 

ผลิตภัณฑ์จากข้าว

  • อาหาร : ข้าวเต็มเมล็ดบรรจุถุง ข้าวสำเร็จรูป ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป เส้นก๋วยเตี๋ยว อาหารว่าง ขนมขบเคี้ยว อาหารหวาน เครื่องดื่มพร้อมชง เครื่องดื่มมีแอลกอฮอล์ เครื่องปรุงรส สารประกอบอาหาร (น้ำมันรำข้าว แป้งข้าวสำเร็จรูป น้ำเชื่อมจากข้าว) สารเสริมอาหาร อาหารเสริมสำหรับเด็ก Functional Food, Nutraceutical
  • ไม่ใช่อาหาร : สบู่ ครีมบำรุงผิวหน้า ครีมทาผิว แป้งพัฟทาหน้า แป้งเด็ก แชมพู และครีมนวดผม

 

และได้ยกตัวอย่างผลิตภัณฑ์จากข้าวที่ได้รับรางวัลการประกวดนวัตกรรมข้าวไทย ซึ่งจัดขึ้นโดยมูลนิธิข้าวไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ และสำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ เช่น แป้งทาตัวเด็ก "เบบี้ ยัมมี่" (Baby Yummy) เครื่องดื่มผลิตขึ้นจากน้ำมันรำข้าวที่มีกรดไขมันที่ดีต่อสุขภาพ “คิง” เนยจากน้ำมันรำข้าว น้ำสลัดไร้ไขมัน แป้งพัฟจากแป้งข้าวเจ้า ครีมเคลือบเงาอเนกประสงค์สำหรับอุปกรณ์ภายในรถยนต์จากน้ำมันรำข้าวอินทรีย์ ครีมบำรุงผิวจากน้ำมันรำข้าวจากแป้งข้าวกล้องงอก แผ่นเจลข้าวกรดห้ามเลือด Snowgirl Riceberry Facial Cream

 

ข้อควรพิจารณา

  • ควรมีการศึกษาแนวโน้มความต้องการของตลาดโลก ว่าต้องการผลิตภัณฑ์แปรรูปจากข้าวประเภทใด และควรมีการศึกษาว่าคุณสมบัติข้าวที่แต่ละอุตสาหกรรมต้องการ ต้องมีคุณสมบัติหรือองค์ประกอบอย่างไร เพื่อปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีคุณสมบัติเหมาะสมกับอุตสาหกรรมแปรรูปนั้น
  • ควรมีการศึกษาคุณสมบัติโครงสร้าง องค์ประกอบของแป้ง คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของแป้ง องค์ประกอบโปรตีน ฯลฯ เพราะมีผลต่อการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์แปรรูป และควรจัดทำเป็นฐานข้อมูลในการใช้ประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรมแปรรูปหรือการปรับปรุงพันธุ์ข้าวต่อไป
  • ควรมีการวิจัยและพัฒนาการใช้ประโยชน์จากข้าวทุกส่วน เพื่อทำให้เกิดมูลค่าเพิ่ม
  • ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ควรพัฒนา เช่น การพัฒนาพันธุ์ข้าวที่มีโปรตีนต่ำสำหรับคนเป็นโรคไต การพัฒนาผลิตภัณฑ์จากข้าวที่ปราศจากกลูเตน สำหรับคนที่แพ้กลูเตน การพัฒนาแป้งข้าวทนย่อย (resistance starch) เป็นต้น
  • กลูเตน (gluten) เป็นไกลโคโปรตีนที่พบในส่วนที่เป็นเอนโดสเปอร์มของธัญพืชบางชนิด เช่น ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ และข้าวโพด เกิดจากการรวมตัวของโปรตีนกลูเตนิน (glutenin) และไกลอะดิน (gliadin) ในสัดส่วนเท่าๆ กัน โดยจะสร้างพันธะไดซัลไฟด์ (disulfidebond) ทำให้กลูเตนมีลักษณะเหนียวและยืดหยุ่น ไม่ละลายน้ำ กลูเตนเป็นโปรตีนในฟลาวสาลีนิยมนำไปเป็นส่วนประกอบในการทำขนมปัง ทำให้ขนมปังที่อบแล้ว มีลักษณะเหนียวนุ่ม แต่มีผู้บริโภคบางกลุ่มที่แพ้กลูเตน จึงได้มีการศึกษาวิจัยทำฟลาวข้าวเพื่อทดแทนการใช้แป้งข้าวสารลีที่มีโปรตีนกลูเตนที่ก่อให้เกิดอาการแพ้
  • ข้าวโดยทั่วไป ส่วนใหญ่มีโปรตีนที่ไม่ก่อให้เกิดกลูเตน อย่างไรก็ตาม ยังไม่ได้มีการวิเคราะห์องค์ประกอบของโปรตีนในข้าวทุกพันธุ์ ดังนั้น จึงควรมีการวิเคราะห์องค์ประกอบต่างๆ ในข้าว เพื่อเป็นข้อมูลในการพัฒนาผลิตภัณฑ์แปรรูป หรือพัฒนาพันธุ์ข้าวต่อไป

 

ดร.เกื้อกูล ปิยะจอมขวัญ ห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีแปรรูปมันสำปะหลังและแป้ง ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ บรรยายในหัวข้อ "สมบัติและการใช้ประโยชน์แป้งข้าว" ดังนี้

 

สมบัติโครงสร้างของแป้ง

  • แป้งฟลาว (Flour) หมายถึง ผลิตภัณฑ์แป้งที่ผลิตจากวัตถุดิบทางการเกษตรชนิดต่างๆ จากพวกพืชหัว เช่น หัวมันสำปะหลัง มันเทศ หรือจากธัญพืช เช่น ข้าว ข้าวโพด ข้าวสาลี หรือจากถั่วต่างๆ เช่น ถั่วเขียว ถั่วเหลือง โดยนำวัตถุดิบทั้งหมดมาโม่หรือบดจนละเอียดมาก ส่วนประกอบของแป้งฟลาว ประกอบด้วย สารอาหารและองค์ประกอบต่างๆ ที่มีอยู่ในวัตถุดิบทั้งหมด คือ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน เส้นใย แร่ธาตุต่างๆ เป็นต้น
  • แป้งสตาร์ช (Starch) จัดเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรตประเภทหนึ่ง ที่มีองค์ประกอบของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่ มีสิ่งเจือปนอื่นๆ เช่น โปรตีน ไขมัน เกลือแร่ น้อย สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตฟลาว แต่กรรมวิธีการผลิตจะแยกเอาส่วนที่ไม่ใช่สตาร์ชออกไป ทำให้มีองค์ประกอบอื่นๆ น้อยที่สุด ดังนั้น สตาร์ชจึงประกอบด้วยสารอาหารที่เป็นคาร์โบไฮเดรตเป็นส่วนใหญ่ พืชแต่ละชนิดมีองค์ประกอบของวัตถุดิบ (ไฟเบอร์ ไขมัน โปรตีน สตาร์ช) ในปริมาณที่แตกต่างกัน
  • องค์ประกอบของแป้ง : 1) แอมิโลส โครงสร้างเป็นพอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคสที่เป็นเส้นตรง เมื่อให้ความร้อนแล้วทิ้งไว้จะจับตัวเป็นวุ้นและแผ่นแข็ง ปริมาณแอมิโลสในแป้งจะแตกต่างตามชนิดของแป้ง แป้งจากธัญพืช เช่น ข้าวโพด ข้าวสาลี ข้าวฟ่าง มีปริมาณแอมิโลสสูงประมาณ 28% แป้งข้าวเหนียว (waxy starch) ไม่มีแอมิโลสเลย 2) โครงสร้างเป็นพอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคสเป็นกิ่ง เมื่อให้ความร้อนแล้วทิ้งไว้จะไม่จับตัวเป็นแผ่นแข็ง ทั้งนี้เม็ดแป้งของพืชแต่ละชนิด จะมีขนาดและรูปร่างแตกต่างกัน เช่น ข้าวเจ้า มีขนาดเม็ดแป้ง 3-5 ไมครอน รูปร่างแบน มีหลายเหลี่ยม ข้าวสาลี มีขนาดเม็ดแป้ง 2-35 ไมครอน รูปร่างกลม ค่อนข้างรี

 

สมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของแป้ง

  • เมื่อนำแป้งตั้งทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้อง แป้งจะไม่ละลายน้ำ เนื่องจากโครงสร้างเป็นระเบียบที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนภายในเม็ดแป้ง แต่เมื่อเม็ดแป้งอยู่ในสภาวะที่มีน้ำ เมื่อได้รับความร้อน จะมีการพองตัวของเม็ดแป้ง มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะรูปร่างของเม็ดแป้ง สูญเสียความเป็นผลึก มีการละลาย โดยโมเลกุลบางส่วนของเม็ดแป้งจะถูกชะออกมา ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นโมเลกุลของแอมิโลสที่สามารถทดสอบได้ด้วยการเกิดสีกับไอโอดีน เรียกว่า กระบวนการเกิดเจลาทิไนเซซัน (Starch gelatinization)
  • การเกิด retrogradation ของแป้ง เป็นการจัดเรียงตัวของโมเลกุลแป้ง ทำให้เกิดโครงสร้างที่เป็นระเบียบ มีการเรียงตัวเป็นโครงสร้างตาข่าย ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางสถานะของแป้ง ส่งผลทำให้น้ำถูกบีบออกมาจากโครงสร้าง โดยทั้งโมเลกุลของแอมิโลสและแอมิโลเพกทินสามารถเกิด retrogradation ได้ แต่โมเลกุลของแอมิโลสจะเกิดได้เร็วกว่าแอมิโลเพกทิน
  • คุณสมบัติของแป้งเปียก ความหนืด (paste viscosity) เนื้อสัมผัส (paste texture) ความโปร่งแสง (paste clarity) ความคงทนต่อแรงเฉือน (resistance to shear) ในพืชแต่ละชนิดมีความแตกต่างกัน
  • ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติทางเคมีทางกายภาพของแป้ง ได้แก่ ชนิดของแป้ง ความเข้มข้นของแป้ง สารประกอบอื่นๆ ที่เจือปน อุณหภูมิ อัตราการเฉือน ความดัน ความเป็นกรด-ด่าง การดัดแปร
  • การใช้ประโยชน์แป้งในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น thickener, texturizer, moisture retention, gelling agent, adhesion, binder, film formation, emulsifier, solubility, nutrition
  • ข้อจำกัดในการใช้ประโยชน์แป้งในผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้แก่ ความหนืดเพิ่มขึ้น, แป้งเปียก/เจล มีลักษณะขุ่นขึ้น, เกิดการตกตะกอนของแป้งที่มาจัดเรียงตัวกัน, เกิดการฟอร์มเจล และเกิดการเปลี่ยนแปลงลักษณะของเจล/ฟิล์ม, เกิด syneresis (น้ำถูกบีบตัวแยกออกจากเจล)

 

แป้งดัดแปร (Modified starch)

            คือ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการนำแป้ง (starch) เช่น แป้งมันสำปะหลัง แป้งข้าวโพด แป้งมันฝรั่ง แป้งสาลี มาเปลี่ยนสมบัติทางเคมี และ/หรือทางฟิสิกส์ จากเดิมด้วยความร้อน และ/หรือเอนไซม์ และ/หรือสารเคมีชนิดต่างๆ เพื่อให้เหมาะสมกับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ

แป้งดัดแปรด้วยเคมี ทำให้เกิดมลพิษทางสิ่งแวดล้อม เช่น น้ำเสีย FDA จึงได้กำหนดชนิดและปริมาณสารเคมีที่ใช้ได้

 

 

การประยุกต์ใช้แป้งข้าวในอุตสาหกรรม : Food Industry, cosmetics, adhesive, laundry, pharmaceutical

  • คุณสมบัติของแป้งข้าว ขึ้นกับสัดส่วนของแอมิโลสและแอมิโลเพกทิน โครงสร้างการเรียงตัวเป็นเม็ดแป้ง (เป็นระเบียบ/ไม่เป็นระเบียบ) ขนาดและรูปร่างของเม็ดแป้ง เป็นสิ่งที่กำหนดการใช้ประโยชน์แป้งข้าวด้วย ซึ่งการปรับปรุงพันธุ์ เพื่อให้ได้ลักษณะใด ขึ้นกับความต้องการของตลาด นอกจากนี้ ยังต้องพิจารณาว่า การปรับปรุงพันธุ์มีความเป็นไปได้มากน้อยแค่ไหน หรือใช้ระยะเวลาในการปรับปรุงพันธุ์นานแค่ไหน หรือใช้การปรับปรุงกระบวนการผลิต

 

การแปรรูปข้าวเพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับข้าวมีองค์ประกอบหลักที่ต้องพิจารณา คือ วัตถุดิบที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม และกระบวนการผลิตที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพดีและสม่ำเสมอ การแปรรูปข้าวสามารถทำได้ทั้งในรูปของเมล็ด ฟลาวและสตาร์ช แล้วใช้ Production Technology (processing, ingredient) จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมได้หลายระดับ ซึ่งองค์ประกอบหลักในเมล็ดและฟลาวข้าว คือ สตาร์ช การพัฒนาการแปรรูปข้าวจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีความรู้เกี่ยวกับสมบัติทางเคมีฟิสิกส์และหน้าที่ของสตาร์ชที่เป็นองค์ประกอบหลักในข้าว เพื่อเป็นฐานความรู้ที่สำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตและผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มจากข้าว จากความพยายามในการพัฒนาการใช้ประโยชน์ของสตาร์ชในอุตสาหกรรมต่างๆ
ทำให้นักวิจัยด้านแป้งและสตาร์ช ได้ศึกษาถึงสมบัติต่างๆ ของสตาร์ช โดยเฉพาะอย่างยิ่งสมบัติที่เกี่ยวกับการใช้ประโยชน์ จึงทำให้ทราบว่าสมบัติทางหน้าที่ของสตาร์ช เช่น ความหนืด ความนุ่ม ความแข็ง จะมีความสัมพันธ์อย่างมากกับสมบัติทางโครงสร้างของสตาร์ช ซึ่งความเข้าใจในเรื่องนี้นอกจากจะมีส่วนช่วยในการนำสตาร์ชไปใช้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ แล้ว ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาพันธุ์ข้าวให้มีสมบัติทางโครงสร้างที่แตกต่างกัน เพื่อประโยชน์การใช้งานที่หลากหลายขึ้น จากการศึกษาสมบัติของสตาร์ชข้าวพันธุ์ต่างๆ ในประเทศไทยโดยหน่วยปฏิบัติการเทคโนโลยีแปรรูปมันสำปะหลังและแป้ง พบว่า สมบัติทางโครงสร้างของสตาร์ชข้าวจะมีความสัมพันธ์กับสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ และหน้าที่บางประการของสตาร์ชข้าว เช่น โครงสร้างสายโซ่ที่มีขนาดยาวมากในโมเลกุลอะมิโลเพคติน มีผลต่อลักษณะเนื้อสัมผัสของเจลสตาร์ชที่ได้ อย่างไรก็ตามประเทศไทยเป็นประเทศที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมของข้าวสูงมาก จึงควรมีการศึกษาและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสมบัติต่างๆ ของสตาร์ชข้าวพันธุ์อื่นๆ อีก (เช่น ข้าวเหนียวที่ทิ้งให้เย็นแล้วไม่แข็ง) เพื่อให้ทราบค่าพารามิเตอร์ที่เป็นตัวกำหนด รวมทั้งประเมินความสัมพันธ์ของสมบัติต่างๆ อันจะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมแปรรูปข้าว และต่อการได้องค์ความรู้ที่สามารถเข้าใจถึงสมบัติของข้าวที่มีพันธุกรรมต่างกัน ที่จะนำไปสู่การพัฒนาสายพันธุ์ข้าวที่เหมาะสมต่ออุตสาหกรรมแปรรูปต่อไป

 

 

 

 

รศ.ดร.รัชนี คงคาฉุยฉาย  สถาบันโภชนาการ มหาวิทยาลัยมหิดล ศาลายา บรรยายในหัวข้อ "คุณภาพทางโภชนาการของข้าว" โดยอธิบายถึงโรคต่างๆ ที่พบมากในประชากรของประเทศไทย ทั้งโรคติดต่อและโรคไม่ติดต่อ โรคเรื้อรังและโรคไม่เรื้อรัง เช่น โรคหัวใจ โรคเบาหวาน โรคมะเร็ง และไตวาย เป็นต้น บางโรคเกิดจากการถ่ายทอดทางพันธุกรรม และบางโรคเกิดการสุขลักษณะในการรับประทานอาหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรคอ้วนและโรคเบาหวาน ปัจจุบันพบอุบัติการณ์การเกิดโรคเบาหวานในประเทศไทยในประชากรอายุตั้งแต่ 15 ปีขึ้นไป และโรคนี้ยังเป็นภาวะที่ก่อให้เกิดอีกหลายๆ โรคตามมา ที่ผ่านมา นักวิจัยได้พัฒนายาที่ใช้ในการรักษาผู้ป่วย แต่ในแง่ของนักโภชนาการจำเป็นต้องให้คำแนะนำเกี่ยวกับผลกระทบอาหารและสารอาหารต่อสุขภาพ

 

            ทั้งนี้ รศ.ดร.รัชนี คงคาฉุยฉาย ได้กล่าวถึงประเด็นพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับอาหาร ซึ่งอาหารที่มีความปลอดภัยและมีคุณค่าทางโภชนาการเหมาะสมตามความต้องการและตามวัย จะส่งเสริมให้ประชากรมีสุขภาวะที่ดี โดยเฉพาะประเด็นเรื่องข้าวปลอดภัย โดยได้อธิบายถึงการพัฒนาข้าวให้เป็นยา เนื่องจากข้าวมีความสำคัญ ดังนี้ 1) ข้าวเป็นอาหารหลักของประชากรโลกมากกว่าร้อยละ 50 2) ข้าวเป็นแหล่งของพลังงานและให้พลังงานมากกว่าร้อยละ 50 และ 3) ข้าวเป็นแหล่งที่ดีของสารอาหารชนิดต่างๆ เช่น โปรตีน กรดอะมิโน วิตามิน และเกลือแร่ชนิดต่างๆ และเป็นแหล่งที่ดีของสารต้านอนุมูลอิสระชนิดต่างๆ โดยเฉพาะข้าวที่มีสีเข้ม สำหรับพันธุ์ข้าวที่มีโภชนาการสูง มีข้อเด่นในเรื่องของคุณค่าทางโภชนาการ มีเสน่ห์ชวนรับประทาน เช่น นุ่ม หอม อร่อย มีผลผลิตและความต้านทานต่อโรคแมลงในระดับที่เกษตรกรพอใจและสามารถปลูกในสภาพอินทรีย์ และมีผลผลิตสูง และอยู่ในรูปแบบที่ผู้บริโภคนิยม เช่น ข้าวขัดหรือข้าวกล้อง ในข้าวพื้นเมืองหลายพันธุ์ มีคุณสมบัติในการต่อต้านมะเร็งได้ดี เช่น ข้าวเหนียวก่ำใหญ่ ข้าวเจ้ามะลิดำ ข้าวเจ้าแดง ข้าวเหนียวก่ำเปลือกขาว ข้าวเหนียวแสนสบาย ข้าวเหนียวสันปลาหลาด เนื่องจากข้าวกลุ่มนี้มี วิตามินอี (แกมมาโทโคไทรอีนอล) ซึ่งเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ ช่วยยับยั้งสารอนุมูลอิสระที่เข้าไปทำลายเซลล์ของร่างกาย ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการตายของเซลล์มะเร็งชนิดต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยป้องกันการเกิดโรคกระจกตาเสื่อมในผู้สูงอายุ

 

            จากความสำคัญของข้าวจึงทำให้เกิดการพัฒนาพันธุ์ข้าวในอุดมคติ ที่เป็นแหล่งที่ดีของสารต่างๆ เช่น ธาตุเหล็ก โฟเลต เบต้าแคโรทีน ดัชนีน้ำตาลต่ำ-ปานกลาง และสารต้านอนุมูลอิสระสูง จากการเปรียบเทียบ พบว่า ข้าวพื้นเมืองไทยบางสายพันธุ์มีสารต้านอนุมูลอิสระสูงกว่าผลไม้ต่างประเทศบางชนิด

            งานวิจัยทางด้านข้าวที่ศึกษาค่าดัชนีน้ำตาลและมวลน้ำตาล (glycemic index, glycaemic index) หรือ GI ค่านี้เป็นหน่วยวัดผลของคาร์โบไฮเดรตต่อระดับน้ำตาลในเลือด โดยคาร์โบไฮเดรตที่แตกตัวอย่างรวดเร็วในระหว่างการย่อยอาหารให้กลูโคสเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตอย่างรวดเร็ว เรียกว่ามีค่า GI สูง ส่วนคาร์โบไฮเดรตที่แตกตัวอย่างช้าๆ ค่อยๆ ให้กลูโคสเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตอย่างสม่ำเสมอ เรียกว่ามีค่า GI ต่ำ สำหรับคนส่วนมากอาหารที่มีค่า GI ต่ำมีประโยชน์ต่อสุขภาพอย่างยิ่ง จากการศึกษา พบว่า ข้าวที่มีดัชนีน้ำตาลและมวลน้ำตาลต่ำสามารถช่วยลดความเสี่ยงและความรุนแรงของโรคเบาหวานได้ และยังช่วยลดน้ำหนักเพราะทำให้ระดับความอิ่มนานขึ้น และมีงานวิจัยเปรียบเทียบปริมาณแป้งในข้าวขัดสีและข้าวกล้อง พบว่า ข้าวกล้องจะมีปริมาณแป้งน้อยกว่าข้าวขัด สำหรับงานวิจัยเกี่ยวกับสารแอนโทไซยานินที่เป็นสารประกอบในกลุ่มฟลาโวนอยด์ (Flavonoids) ซึ่งเป็นสารประกอบไกลโคไซด์ที่จัดอยู่ในกลุ่มของสารประกอบฟีนอลิก พบว่า สารแอนโทไซยานินเป็นสารที่มีประโยชน์ต่อร่างกาย ทำหน้าที่เป็นสารอนุมูลอิสระ ช่วยการหมุนเวียนของกระแสโลหิต ป้องกันการเกิดโรคมะเร็ง โรคเบาหวาน โรคหลอดเลือด โรคหัวใจ ลดไขมันอุดตันในเส้นเลือด และช่วยชะลอการเสื่อมของเซลล์ร่างกาย โดยสารประเภทนี้มีรายงานว่าพบในข้าวที่มีรงควัตถุสีดำจนถึงสีม่วงเข้ม นอกจากนี้ มีงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับสารกาบา (GABA - Gamma Amino Butyric Acid) ซึ่งเป็นสารอาหารที่เกิดขึ้นในส่วนของจมูกข้าวและเกิดขึ้นในภาวะที่ข้าวกำลังงอก กาบามีบทบาทที่สำคัญต่อระบบประสาท ระบบเผาผลาญและช่วยกระตุ้นฮอร์โมนที่สร้างการเจริญเติบโตของเซลล์ใหม่ให้กับร่างกาย การรับประทานข้าวที่มีสารกาบาจะช่วยในการควบคุมน้ำหนัก และควบคุมระดับน้ำตาลในเส้นเลือด กระตุ้นฮอร์โมนที่ช่วยสร้างการเจริญเติบโตของเซลล์ใหม่ให้กับร่างกาย ช่วยชะลอการเสื่อมของเซลล์ป้องกันการเกิดริ้วรอยที่เกิดจากวัย ควบคุมระดับคอเลสเตอรอลช่วยป้องกันการเกิดโรคหัวใจความดันโลหิตสูงช่วยในการรักษาและป้องกันโรคอัลไซเมอร์พาร์กินสันและโรคที่เกี่ยวกับระบบประสาท และช่วยผ่อนคลายความตึงเครียด ทำให้มีอารมณ์ดี และช่วยในการนอนหลับ

 

            นอกจากผู้ผลิตจะผลิตข้าวพร้อมรับประทานแล้ว ข้าวสามารถนำไปแปรรูปเป็นแป้งได้ นอกจากนั้น             ยังสามารถนำไปทำเป็นน้ำมันรำข้าวเพื่อเพิ่มคุณค่าทางอาหารและเพิ่มราคาขาย น้ำมันรำข้าวสามารถลดการเป็นเบาหวานได้ ซึ่งมีงานวิจัยจากต่างประเทศที่ทดสอบในเรื่องนี้ และพบว่าน้ำมันรำข้าวสามารถลดน้ำตาลในเลือดของผู้ป่วยที่เป็นเบาหวานได้ และยังช่วยผู้ป่วยที่มีโรคเกี่ยวกับความดันโลหิต ภาวะไขมันในเลือดสูง และภาวะน้ำตาลในเลือดสูงให้ดีขึ้น มีงานวิจัยร่วมระหว่าง รศ.ดร.อภิชาติ วรรณวิจิตร ผู้อำนวยการหน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว และคณะ กับ รศ.ดร.รัชนี คงคาฉุยฉาย ที่ได้พัฒนาน้ำมันรำข้าวจากรำข้าวสินเหล็กและข้าวไรซ์เบอรี่ และได้ทดสอบในหนูซึ่งทำให้เป็นเบาหวานโดยการฉีดยาที่ทำลายเซลล์ตับอ่อนเพื่อไม่ให้ผลิตอินซูลิน หลังจากทำให้เป็นเบาหวานแล้ว ได้ให้ยาแก้เบาหวานปกติร่วมกับการให้น้ำมันรำข้าวเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม ผลปรากฏว่า น้ำมันรำข้าวช่วยในเรื่องของการดูดซึมน้ำตาลเข้าไปใช้ในร่างกายได้ดีขึ้น ทำให้หนูในกลุ่มที่ทำให้เป็นเบาหวานมีระดับน้ำตาลในเลือดลดลง เมื่อสังเกตม้าม ไต พบว่ามีลักษณะเหมือนหนูในกลุ่มปกติ หากหนูที่เป็นเบาหวานแล้วไม่ได้รับการรักษาจะพบว่าม้ามจะถูกทำลาย และมีภาวะไตเสื่อม

 

            จากการศึกษาที่ผ่านมา ทำให้ทราบว่าข้าวไทยมีศักยภาพที่จะพัฒนาไปเป็นอาหารเสริมสุขภาพที่มีแนวโน้มเติบโตสูง และช่วยเพิ่มมูลค่าข้าวได้ ความท้าทายในการเพิ่มมูลค่าให้ข้าวไทย คือ การสร้างความเข้าใจให้แก่เกษตรกรถึงการเพิ่มมูลค่าข้าวเป็นยาหรืออาหารเพื่อสุขภาพ การปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้ได้ผลผลิตมากเพียงพอต่อความต้องการนำไปใช้ในทางการแพทย์ รวมทั้งการปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีคุณภาพ เป็นที่ยอมรับของผู้บริโภค มีต้นทุนการผลิตต่ำและจำหน่ายได้ในราคาสูง นอกจากนั้น ข้าวแต่ละสายพันธุ์มีคุณลักษณะและคุณประโยชน์แตกต่างกัน ดังนั้น ควรรับประทานข้าวที่เหมาะสมกับความต้องการของร่างกายร่วมกับการรับประทานอาหารให้ครบทั้ง 5 หมู่

 

 

นางสาวประจงเวท สาตมาลี  สถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหาร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บรรยายในหัวข้อ "สมบัติด้านต่างๆ ของข้าว" โดยอธิบายว่าสมบัติของข้าวแบ่งเป็น 3 แบบ ได้แก่ 1) สมบัติทางเคมี คือ องค์ประกอบต่างๆ ของข้าว เช่น
แอมิโลส ไขมัน โปรตีน เป็นต้น 2) สมบัติทางเคมีกายภาพ เช่น สมบัติทางความหนืด สมบัติทางความร้อน และ 3) สมบัติทางการบริโภค เช่น เนื้อสัมผัส สมบัติการหุงต้ม

           

            การรับประทานข้าวหุงสุกและข้าวนึ่ง ส่วนใหญ่การบริโภคข้าวหุงสุกมักจะขึ้นอยู่กับความชอบของผู้บริโภค โดยผู้บริโภคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ นิยมข้าวที่มีความนุ่ม ผู้บริโภคญี่ปุ่นนิยมข้าวที่มีความเหนียวนุ่ม และผู้บริโภคประเทศทางด้านตะวันออกของทวีปเอเชีย และแอฟริกานิยมข้าวที่มีความร่วน แข็ง สำหรับข้าวนึ่ง มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับเนื้อสัมผัสให้มีความแข็งมากขึ้น ปรับคุณภาพสี และปรับคุณภาพทางโภชนาการ การผลิตข้าวนึ่งต้องทำการแช่เมล็ดข้าวเปลือก เพื่อเพิ่มความชื้นในเมล็ดก่อนนึ่ง ซึ่งวิตามินและเกลือแร่บางส่วนละลายน้ำ แล้วแทรกเข้าไปภายในเมล็ดและคงอยู่ในเมล็ดถึงแม้ผิวนอกถูกขัดออกไป ในปัจจุบัน ระบบการทำข้าวนึ่งสามารถลดเวลาลง โดยแช่ข้าวเปลือกในน้ำร้อนและนึ่งในระบบเพิ่มความดัน ทำให้ข้าวนึ่งคุณภาพดีขึ้น ไม่มีกลิ่น และควบคุมความเข้มของสีตามความต้องการของตลาดผู้ซื้อ คนไทยไม่นิยมบริโภคข้าวนึ่ง การผลิตข้าวนึ่ง จึงมุ่งเน้นเฉพาะเพื่อการส่งออก ผู้บริโภคที่นิยมข้าวนึ่ง ได้แก่ อินเดีย ปากีสถาน ตะวันออกกลางและแอฟริกา ข้าวที่เหมาะสมสำหรับผลิตข้าวนึ่งควรเป็นข้าวเจ้าที่มีปริมาณแอมิโลสสูง (มากกว่า 25%) วิธีเช่นเดียวกับการบริโภคข้าวขาว คือ นำเมล็ดมาหุงต้ม และบริโภคกับอาหารหรือกับข้าวอื่นๆ หรืออาจนำมาทำข้าวปรุงรส สำหรับปัจจัยที่มีผลต่อข้าวนึ่ง ได้แก่ ปริมาณแอมิโลส  ความอ่อนแก่ของเมล็ด ความหนาของเปลือกหุ้มเมล็ด และปริมาณโปรตีน ความต้องการความพิเศษของข้าวสำหรับผู้ประกอบการโดยทั่วไป เมล็ดข้าวที่ดีควรมีลักษณะยาว และเรียว มีปริมาณแอมิโลส สูง ความอ่อนแก่ของเมล็ดควรมีเท่ากัน และส่วนใหญ่ผู้ประกอบการมักจะเลือกข้าวที่มีระยะการปลูก 4 เดือน และต้องมีสมบัติทางความหนืดเฉพาะ ซึ่งสมบัติทางความหนืดมีความสำคัญในการนำข้าวไปแปรรูป เช่น การนำไปแปรรูปเป็นเส้นก๋วยเตี๋ยว

           

            การเปลี่ยนแปลงของข้าวเก่าสังเกตจากการจับตัวกันของโปรตีน ข้าวที่ไม่ผ่านการเก็บ จะมีโปรตีน oryzenin หุ้มเมล็ดสตาร์ช ทำให้ดูดซับน้ำได้ช้า แต่ถ้าเก็บไว้นานโปรตีนจะจับตัวกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์ขึ้น เป็นผลให้มวลโมเลกุลเพิ่มขึ้น และทำให้การละลายน้ำลดลง เป็นผลทำให้โปรตีนหลุดออกจากผิวเมล็ดสตาร์ช จึงทำให้ความสมารถในการพองตัว และดูดน้ำของเม็ดสตาร์ชเพิ่มสูงขึ้น

a) โปรตีนเกิดโครงสร้างร่างแหสามมิติคลุมเม็ดสตาร์ชไว้เหมือนรังผึ้ง

b) โครงสร้างร่างแหของโปรตีนเกิดขึ้นไม่สมบูรณ์และเกิดในพื้นที่สีดำของสตาร์ช


 

          ปัจจุบัน ข้าวที่พร้อมรับประทานกำลังเป็นที่นิยมเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากสะดวก รวดเร็ว และเหมาะกับประชากรที่อาศัยอยู่ในสังคมเมือง ข้าวชนิดนี้มีบรรจุภัณฑ์หลายชนิด เช่น กระป๋อง ถุงบรรจุแบบอ่อนตัว ถ้วยหรือถาดทนความร้อน เป็นต้น ในอุตสาหกรรมการผลิตข้าวชนิดนี้มักเลือกข้าวที่มีค่า Solid loss ต่ำ มีการยืดตัวสูง และมีความหนืดสูงสุด และความหนืดสุดท้ายสูง แต่ปัญหาที่พบในข้าวประเภทนี้ คือ ข้าวขาวจะดูดซับน้ำได้มากกว่าข้าวกล้องจึงเกิดปัญหาการจับตัวเป็นก้อน โดยทั่วไปจึงแก้ปัญหาโดยการเติมไขมัน นอกจากข้าวพร้อมรับประทานแล้ว ยังสามารถนำข้าวมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์อย่างอื่นได้อีก เช่น ขนมขบเคี้ยว โดยแบ่งได้ตามการผลิตได้ดังนี้

  • การทอด
  • การใช้ความดัน
  • เอกทรูชั่น (Extrusion)
  • Japanese style rice snack

 

            การเลือกใช้ข้าวแตกต่างกันออกไปตามกระบวนการผลิต สำหรับการเอกทรูชั่นควรใช้ข้าวที่มีแอมิโลสสูง การผลิตข้าวแบบญี่ปุ่นนิยมใช้ข้าวที่มีแอมิโลสต่ำหรือข้าวเหนียว เพราะพองตัวและมีเนื้อสัมผัสที่เป็นที่ยอมรับมากกว่า ส่วนปัจจัยที่มีผลต่อผลิตภัณฑ์ขนมขบเคี้ยว ได้แก่ องค์ประกอบทางเคมี โดยเส้นใยจะขัดขวางการพองตัวของผลิตภัณฑ์ และแอมิโลส จะให้ผลิตภัณฑ์ที่มีเนื้อแข็งกระด่าง สำหรับสมบัติทางความหนืด ค่าความหนืดสุดท้ายจะมีผลต่อการพองตัวของขนม เป็นต้น

 

 

 

ดร. ศิวเรศ อารีกิจ ภาควิชาพืชไร่นา ม.เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน บรรยายในหัวข้อ Volatile compounds ในเมล็ดข้าว กระบวนการสังเคราะห์สารหอม 2AP และความหลากหลายทางพันธุกรรมของยีนควบคุมความหอม

            Volatile compounds หรือสารระเหยที่พบในข้าวมีหลายชนิด ได้แก่ hexanal  limonene  1-pentanol  2AP  hexanol  benzaldehyde  octanal  n-octanol และ benzyl alcohol เอกลักษณ์ของกลิ่นข้าวที่เราชิมในข้าวนั้น เกิดจากสารระเหยหลายๆ ชนิดที่มีปริมาณมากน้อยแตกต่างกัน หนึ่งในนั้นก็คือ 2AP (2-acetyl-1-pyrroline) ที่พบในข้าวหอม  เอกลักษณ์กลิ่นจะเหมือนข้าวโพดคั่ว หรือในเอเชียจะเรียกว่ากลิ่นใบเตย สาร 2AP เป็นสารหลักที่ทำให้เราแยกได้ว่าเป็นข้าวหอมหรือไม่หอม ส่วนสารอื่นๆ ที่มีจะทำให้ได้เอกลักษณ์ของกลิ่นแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่น สาร hexanal ให้กลิ่นเขียวเหมือนกลิ่นหญ้า สาร hexanol ให้กลิ่นสมุนไพร สาร octanal ให้กลิ่นส้ม สาร n-octanol ให้กลิ่นผลไม้และดอกไม้ เป็นต้น

ข้าวหอมมีหลากหลายพันธุ์และมีกลิ่นหอมต่างกัน มียีนสร้างสาร 2AP เป็นสารหลักและ มีสารอื่นนอกจาก2AP ทำให้หอมต่างกันไป ผลการศึกษา metabolome พบว่าสามารถจัดกลุ่มข้าวหอมได้โดยการศึกษาองค์ประกอบของสารระเหยที่ให้กลิ่นต่างๆ เหล่านี้ เช่น พันธุ์ขาวดอกมะลิ105  กข6  กข33 ซึ่งได้รับการพัฒนามาจากขาวดอกมะลิ105 สามารถจัดอยู่ในกลุ่มเดียวกัน เนื่องจากมี metabolome หรือกลุ่มของสารระเหยใกล้เคียงกัน แยกจากกลุมข้าวบาสมาติ ที่มีข้าวน้อยเหลืองจากประเทศลาวรวมอยู่ด้วย นอกจากนั้นการศึกษา metabolome ยังชี้ให้เห็นว่า ระยะเวลาการเก็บข้าวนั้นส่งผลต่อ metabolites ต่างๆ อีกด้วย โดยจะเห็นได้จากกรณีของข้าวขาวดอกมะลิ105 และ ปทุมธานี1 ซึ่งแบ่งแยกออกจากกันอย่างชัดเจนหลังเก็บเกี่ยวใหม่ๆ แต่หลังจากเก็บข้าวไว้นาน 1 ปี จะไม่สามารถแยกสายพันธุ์ออกจากกันอย่างชัดเจนได้ โดยสารระเหยที่เป็นองค์ประกอบของกลิ่นอาจจะมีการระเหยออกไปในระหว่างการเก็บ เหลือเพียงสารหลักที่มีในข้าวหอมคือ 2-acetyl-1-pyrroline เป็นสารเคมีที่มีโครงสร้างแบบวงแหวน มีกลิ่นหอมคล้ายกลิ่นใบเตยหรือกลิ่นข้าวโพดคั่ว

เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปอยู่แล้วว่า สิ่งแวดล้อมส่งผลต่อความหอมของข้าว โดยมีการศึกษาแล้วว่าปริมาณน้ำและเกลือในดินมีอิทธิพลต่อการผลิตสารหอม 2AP พบว่าข้าวที่ปลูกในพื้นที่ที่ดินขาดน้ำนั้น สามารถผลิตสาร 2AP ได้มากกว่าพื้นที่ที่มีน้ำ เช่นเดียวกับข้าวที่ปลูกในบริเวณพื้นที่ที่ดินเค็ม พบว่ามีสาร 2AP สูงกว่าพื้นที่ที่ดินไม่เค็ม เมื่อศึกษาการกระบวนการผลิตสาร 2AP โดยการติดฉลากโมเลกุล พบว่า กรดอะมิโนโพรลีน (proline) นั้นเป็นสารตั้งต้นโดยใช้อะตอมไนโตรเจนเพื่อสร้าง 2AP เมื่อพืชอยู่ในสภาพเครียดโดยมีสาเหตุจากสิ่งแวดล้อม พืชจะมีการสร้างโพรลีนเพิ่มมากขึ้น ทำให้มีการสร้างสาร 2AP เพิ่มขึ้นตามไปด้วย

ยีนที่ควบคุมความหอม คือ Os2AP (BADH2) เป็นยีนที่มีหน้าที่ควบคุมการสังเคราะห์สารหอม 2AP ถูกค้นพบและโคลนด้วยการทำ positional cloning และพบว่าเป็นการเกิด 8-basepair deletion ที่บริเวณ exon7 ซึ่งในกระบวนการสร้างความหอมนั้น ยีน Os2AP สร้างเอนไซม์ amino enzyme dehydrogenase (AMADH) ทำหน้าที่เปลี่ยนสารตั้งต้น 4-aminobutannal ไปเป็น GABA ในข้าวไม่หอม แต่ในข้าวหอมพบว่าการเกิด 8-basepair deletion ทำให้การทำงานของเอนไซม์ Os2AP เปลี่ยนไปไม่สามารถเปลี่ยน  4-aminobutannal เป็น GABA  ได้ และ 4-aminobutannal จะถูกเปลี่ยนรูปไป และกลายเป็นสารหอม 2AP ในที่สุด ซึ่งกระบวนการนี้สามารถพบได้ในข้าวหอมทั่วไปรมถึงข้าวขาวดอกมะลิ105 การศึกษาวิวัฒนาการของยีนความหอมและลักษณะกลิ่นหอมในข้าว พบว่าลักษณะนี้ถูกควบคุมด้วยยีน single recessive ซึ่งต้นกำเนิดของยีนหอมที่เป็นแบบ 8-basepair deletion มีแนวโน้มได้รับมาจากกลุ่มข้าวจาปอนิกา การศึกษาความหลากหลายของการกลายแบบต่างๆที่พบในยีนความหอมนั้นมีหลาหลายรูปแบบ ตัวอย่างเช่น แบบ 7-basepair deletion   แบบ 2-basepair deletion และแบบ 1-basepair insertion ที่พบในข้าว tropical japonica   แบบ G-T SNP และแบบ 1-basepair insertion พบในข้าวป่า และแบบ 3-basepair insertion ที่พบในข้าวหอมพม่าเป็นต้น

นอกจากในข้าวแล้ว สารหอม 2AP นี้ยังสามารถพบได้ในพืชชนิดอื่นๆ ตัวอย่างเช่น มะพร้าว ถั่ว เผือก มัน ส้ม และฟัก เป็นต้น โดยที่สามารถค้นพบยีนที่สร้างความหอมแล้วในพืชหลายชนิด จะเห็นว่าสารหอมนี้สามารถพบได้ในพืชหลากหลายชนิดทั้งที่เป็นพืชใบเลี้ยงคู่และใบเลี้ยงเดี่ยว แสดงให้เห็นว่ากระบวนการสร้างสารหอมนี้เกิดขึ้นมานานแล้วในกระบวนการวิวัฒนาการของพืช

 

 

คุณเอกวัฒน์ ไชยชุมภู ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว บรรยายในหัวข้อ Rice cooking & eating quality: starch biosynthesis, natural variation, genetic improvement and association mapping

คุณภาพของข้าว หมายรวมถึงหลายองค์ประกอบ ได้แก่ คุณภาพการขัดสี รูปร่างและลักษณะเมล็ด  คุณภาพหุงต้มและรับประทาน และ คุณค่าทางโภชนาการ  คุณสมบัติหลักทางสรีรเคมีที่เป็นสิ่งบ่งชี้ในส่วนของคุณภาพหุงต้มและรับประทานมี 3 องค์ประกอบ ได้แก่

  • ปริมาณอไมโลส (amylose content) เป็นสิ่งบ่งชี้เนื้อสัมผัสของข้าว ถ้าปริมาณอไมโลสสูงจะได้ข้าวหุงขึ้นหม้อและร่วน ข้าวสุกแห้งและแข็งเมื่อเย็น ถ้าปริมาณอไมโลสต่ำเมื่อหุงแล้วจะนุ่มเหนียวและไม่ขึ้นหม้อ ข้าวที่มีปริมาณอไมโลสอยู่ในช่วง 10-20% ถือว่าเป็นข้าวอไมโลสต่ำ 20-25% ถือว่าเป็นข้าว อไมโลสปานกลาง และเกินกว่า 25% ถือว่าเป็นข้าวอไมโลสสูง ข้าวที่มีปริมาณอไมโลสปานกลางเป็นที่นิยมในพื้นที่ปลูกข้าวมากที่สุดของโลก ยกเว้นพื้นที่ที่นิยมปลูกข้าวจาปอนิกาที่มีอไมโลสต่ำ กระบวนการในการสังเคราะห์อไมโลส มียีน Waxy หรือ Wx Gene พบว่าการเกิด 23bp duplicationใน exon 2 ของยีนนี้ แยกข้าวเจ้าและข้าวเหนียวออกจากกันได้ การเกิด duplication ทำให้ข้าวเหนียวไม่สังเคราะห์อะไมโลสได้ 
  • อุณหภูมิแป้งสุก (gelatinization temperature) เป็นสิ่งบ่งชี้ระยะเวลาที่ใช้ในการทำให้ข้าวสุก ข้าวที่มีอุณหภูมิแป้งสุกสูงเมื่อหุงสุกแล้วจะนุ่มเกินไปและเมื่อหุงต่อไปเมล็ดจะเละและไม่เป็นตัว ข้าวที่มีอุณหภูมิแป้งสุกต่ำกว่า 70 °C ถือว่าเป็นข้าวอุณหภูมิแป้งสุกต่ำ ข้าวในกลุ่มจาปอนิกาส่วนใหญ่จะอยู่ในกลุ่มนี้ ข้าวที่มีอุณหภูมิแป้งสุก 70-74 °C ถือว่าเป็นข้าวอุณหภูมิแป้งสุกปานกลาง ข้าวในกลุ่มอินดิกาส่วนใหญ่จะอยู่ในกลุ่มนี้ ข้าวที่มีอุณหภูมิแป้งสุกสูงกว่า 74 °C ถือว่าเป็นข้าวอุณหภูมิแป้งสุกสูง ต้องการน้ำและระยะเวลาหุงต้มนานกว่าข้าวอุณหภูมิแป้งสุกต่ำ ยีนที่ควบคุมลักษณะนี้คือยีนที่ควบคุมโครงสร้างของ อไมโลเพคติน SSIIa การทดลองเบื้องต้นสามารถทดสอบค่าการสลายตัวในด่างโดยการใส่เมล็ดข้าวขัด ลงไปในสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซค์ 7 %
  • ความคงตัวของเจลแป้งสุก (gel consistency) เป็นสิ่งบ่งชี้ถึงเนื้อสัมผัสของข้าวเช่นกัน ทดสอบได้โดยการต้มแป้งแล้วดึงสายเจลแป้ง ถ้าได้ความยาว 27-35 มิลลิเมตรถือว่าเป็นข้าวแข็งซึ่งจะมีความเหนียวน้อยแสดงให้เห็นว่าเป็นข้าวที่มีอไมโลสสูง ความยาว 36-40 มิลลิเมตรถือว่าเป็นข้าวค่อนข้างแข็ง ความยาว 41-60 มิลลิเมตรถือว่าเป็นข้าวแข็งปานกลาง ความยาว 60-100 มิลลิเมตรถือว่าเป็นข้าวนิ่มซึ่งเป็นลักษณะที่คนส่วนใหญ่ชอบรับประทาน

ลักษณะทั้งสามเป็นสิ่งสำคัญในการกำหนดคุณภาพข้าว โดยพบว่าแต่ละลักษณะมีความสัมพันธ์กัน ยกตัวอย่างเช่น ปริมาณอไมโลสมีความสัมพันธ์กับความคงตัวของเจลแป้งสุกเป็นอย่างมาก กล่าวคือถ้าข้าวมีปริมาณ อไมโลสสูงมักจะมีความคงตัวของเจลแป้งสุกเป็นแบบข้าวแข็ง แต่ปริมาณอไมโลสไม่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิแป้งสุกมากนัก กล่าวคือข้าวที่มีปริมาณอไมโลสสูงอาจมีอุณหภูมิแป้งสุกสูงหรือต่ำก็ได้ มีการศึกษาเครือข่ายของยีนที่ควบคุมคุณภาพหุงต้มและรับประทานพบว่ายีน Wx และ SSII เป็นยีนควบคุมหลักที่ส่งผลต่อทั้งปริมาณอไมโลส อุณหภูมิแป้งสุก และความคงตัวของเจลแป้งสุก และพบว่ายีน ISA และ SBE3 ส่งผลต่ออุณหภูมิแป้งสุก และความคงตัวของเจลแป้งสุก นอกจากนั้นยังพบยีนอื่นๆ ที่ควบคุมเฉพาะเจาะจงสำหรับคุณสมบัติเดียว เช่น SSIII-2  AGPlar  PUL  และSSI ส่งผลต่อปริมาณอไมโลส ยีน AGPiso ส่งผลต่อความคงตัวของเจลแป้งสุก ยีน SSIV-2 ส่งผลต่ออุณหภูมิแป้งสุก เป็นต้น

ในการพัฒนา SNP Markers ในยีนที่ควบคุมการสร้างและเปลี่ยนแปลงการผลิตแป้งจากข้าวไทย 15 สายพันธุ์  ได้ลำดับเบสของยีนที่ควบคุมการสร้างแป้งสอดคล้องกับการเพิ่มปริมาณชิ้นส่วนดีเอ็นเอบริเวณยีน ความจำเพาะของไพรเมอร์ ตลอดจนเทคนิคในการหาลำดับเบส ค้นพบ SNPs จำนวน 1624 SNPs ที่มีความแตกต่างในยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แป้ง ตำแหน่งของ SNPs ส่วนใหญ่เกิดบริเวณ intergenic region และ intron ซึ่งสามารถพัฒนาไปเป็น type II markers ได้  นำ SNPs ที่ได้ไปพัฒนาเป็น SNP markers ใช้ตรวจกรองจำนวน  accession สามารถแยกข้าวสานพันธุ์แฝดของขาวดอกมะลิ 105 ได้ ใช้ในการศึกษา phylogeny ของข้าว

Resistant Starch หมายถึงแป้งที่ไม่สามารถถูกย่อยได้ในลำไส้เล็ก และจะผ่านเข้าสู่ลำไส้ใหญ่มีกระบวนการหมักโดยจุลินทรีย์ และมีประโยชน์ต่อร่างกายในหลายรูปแบบ ได้แก่ มีการสร้าง butyrate   ส่งเสริมการเจริญของจุลินทรีย์ที่เป็น probiotic  ยับยั้งการเกิดมะเร็งลำไส้ เพิ่มระบบภูมิคุ้มกัน  ลดการปลดปล่อยอินซูลิน และทำให้ร่างกายได้รับแคลอรี่ลดลง จึงมีการศึกษาโดยใช้พันธุวิศวกรรมเข้ามาช่วยในการสร้าง resistant starch และทดสอบในหนูทดลองพบว่าการบริโภค resistant starch ส่งผลดีกับสุขภาพโดยรวมของหนูทดลองเมื่อเปรียบเทียบกับหนูในกลุ่มควบคุมที่ได้รับอาหารปกติ ตัวอย่างเช่น มีน้ำหนักตัวน้อยกว่าและมีระดับน้ำตาลในเลือดต่ำกว่า อย่างไรก็ตามการการบริโภค resistant starch นี้ยังเป็นเพียงการทดลองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งยังต้องมีการศึกษาต่อไปว่าจะส่งผลดีต่อมนุษย์หรือไม่ รวมทั้งคุณสมบัติของแป้งนี้จะเหมาะสมหรือไม่สำหรับการบริโภคเพื่อเป็นทางเลือกของอาหารสุขภาพในอนาคต

 

ดร.อุมาพร เอื้อวิเศษวัฒนา ห้องปฏิบัติการไมโครอะเรย์แบบครบวงจร ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ บรรยายในหัวข้อ เทคโนโลยีทางด้าน metabolomics กับการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีในข้าว

 

เทคโนโลยีทางด้านเมทาโบโลมิกส์ (metabolomics) เริ่มต้นเมื่อปี 1998 และต่อมามีการพัฒนาเทคนิคมาเรื่อยๆ ถือว่าเป็นเทคโนโลยี high-throughput สมัยใหม่ ศึกษาเกี่ยวกับสารเมทาโบไลท์ (metabolite) ต่างๆ หรือสารเคมีโมเลกุลขนาดเล็กๆ ทั้งหมดภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ในขณะใดขณะหนึ่ง ว่ามีวิถีและกลไกที่สัมพันธ์กันอย่างไร

สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันทางลักษณะทางพันธุกรรม ในความแตกต่างกันนั้นจะมีองค์ประกอบที่ควบคุมระหว่างสิ่งมี่ชีวิตแต่ละระดับที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ระดับจีโนมิกส์ ดีเอ็นเอ การแสดงออกของยีน การแสดงออกของโปรตีน จนถึงระดับสารเมทาโบไลท์ ทั้งนี้สารเมทาโบไลท์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาพแวดล้อมภายนอกที่กระทำ และมีความหลากหลายมาก ส่วนใหญ่ในการศึกษาจะพิจารณาคุณสมบัติทางเคมี คุณสมบัติทางฟิสิกส์ เช่น ความสามารถในการการละลายของสาร ระเหยของสาร และขนาดโมเลกุล เป็นต้น เพื่อช่วยในการพิจารณาเลือกเครื่องมือที่เหมาะสม

การนำเทคโนโลยีด้านเมทาโบโลมิกส์มาใช้ประโยชน์ในงานวิจัย เช่น เปรียบเทียบความแตกต่างของสิ่งมีชีวิตสองชนิด หรือ สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันต่างสภาวะ ทำให้เกิดความเข้าใจกลไกทางชีววิทยาของสิ่งมีชิวิตนั้นๆ หรือได้สารบ่งชี้ หรือค้นพบสารใหม่ เป็นต้น กรณีศึกษาในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันต่างสภาวะจะทำให้ได้สารบ่งชี้ เช่น ต้องการเปรียบเทียบคนที่เป็นมะเร็งกับคนไม่เป็นมะเร็ง (ปกติ) โดยใช้เทคโนโลยีด้านเมทาโบโลมิกส์เพื่อศึกษาดูองค์ประกอบทางเคมี ว่าสารบ่งชี้ชนิดใดที่มีความแตกต่างกันระหว่างคนที่เป็นมะเร็งกับคนปกติ กรณีศึกษาค้นหาสารใหม่สารออกฤทธิ์ที่มีประโยชน์ เช่น การกำจัดเชื้อแบคทีเรียที่ดื้อยา โดยหาสารเมทาโบไลท์จากพืชหรือเชื้ออื่นๆ ที่มีฤทธิ์ฆ่าแบคทีเรียดื้อยา เป็นต้น และประโยชน์ในการตรวจหาสารบ่งชี้ในสภาวะสามารถนำมาใช้พัฒนาการวินัจฉัย เช่น ด้านการเกษตร คือ การปรับปรุงพันธุ์พืช สัตว์ และคัดเลือกพันธุ์ ด้านการอาหาร คือ การตรวจสอบความแพ้อาหาร ตรวจสารปนเปื้อน ด้านการแพทย์และสารธารณสุข คือ การหาสารบ่งชี้ในการเกิดโรคต่าง ด้านสิ่งแวดล้อม คือ หาสารออกฤทธิ์ใหม่ๆ ที่มีฤทธิ์ในการบำบัดน้ำเสีย เป็นต้น แนวทางในการศึกษาสามารถศึกษาในรูปของ fingerprinting เป็นการบ่งบอกถึงความแตกต่างของรูปแบบ ระบุสารเมทาโบไลท์ว่ามีการเปลี่ยนแปลงมากน้อยอย่างไร และในรูปแบบของ metabolite target analysis เป็นการวิเคาระห์เจาะจงศึกษาเฉพาะสาร เช่น ศึกษาเกี่ยวกับกรดไขมัน เฉพาะสภาวะใดสภาวะหนึ่งเท่านั้น เป็นต้น

ขั้นตอนในการศึกษา มี 3 ขั้นตอนหลัก ได้แก่

  1. การคัดเลือกกลุ่มตัวอย่างหรือโจทย์วิจัยที่ต้องศึกษา ซึ่งมีความสำคัญมากต้องอาศัยหลักชีววิทยาว่าจะศึกษาชนิดของสารเมทาโบไลท์ ในสภาวะใด
  2. เลือกเครื่องมือวิเคราะห์เคมีที่เหมาะสม จะต้องใช้หลายเทคนิคร่วมกันในการวิเคราะห์มี 2 เทคนิค ได้แก่

2.1 Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy

2.2 Mass spectroscopy (MS) ซึ่งเทคนิคการวิเคราะห์สามารถระบุสารทางเคมี แยกชิ้นของสาร สามารถแตกมวล ทำนายโครงสร้างสารได้ โดยการแยกความแตกต่างของสารได้นั้นต้องมีสารมาตรฐานเปรียบเทียบ

  1. การวิเคราะห์ข้อมูลแปลผล สร้างองค์ความรู้ใหม่ โดยนำเครื่องมือทางสถิติมาช่วยวิเคราะห์ทางกายภาพ เป็นการดูรูปร่างแยกความแตกต่างกัน สรุปผล แปรผล ว่าเมทาโบไลท์ที่พบมีผลอย่างไรต่อการศึกษาและวิเคราะห์กระบวนการสร้างต่อไป

ยกตัวอย่างงานวิจัยที่ทำเกี่ยวกับข้าว โดยใช้ในการศึกษาความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ในข้าว ข้าว 3 สายพันธุ์ ได้แก่ KDML105 (อ่อนแอ่)  IL7 (ต้านทาน)  IL308 (ต้านทานมากและมียีน terpene synthase) ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการทดลอง ได้แก่ ระยะเวลาของวันที่ให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลเข้าทำลาย การให้หรือไม่ให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล สายพันธุ์ข้าวที่ใช้ทดสอบ มีวิธีการศึกษาโดยการเปรียบเทียบทั้ง 3 สายพันธุ์ เพื่อให้ทราบยีนที่ควบคุมความต้านทาน ออกแบบการทดลองโดยข้าว 3 สายพันธุ์ แบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล และกลุ่มไม่ให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล (กลุ่มควบคุม) ที่ระยะเวลาต่างกัน คือ วันที่ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, และ 8 วัน ศึกษาดูองค์ประกอบทางเคมี และกายภาพว่ามีความแตกต่างกันอย่างไร พบว่าข้าวแต่ละสายพันธุ์ในสภาวะกลุ่มไม่ให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลสามารถเจริญเติบโตดี ส่วนในสภาวะกลุ่มให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล พบว่าในวันที่ 8 พันธุ์ KDML105 แสดงอาการอ่อนแอ สายพันธุ์ IL7แตกกอน้อยกว่า IL308 ขณะที่ลักษณะทางการภาพของข้าวทั้ง 3 สายพันธุ์มีความแตกต่างกัน จึงสนใจเกี่ยวกับเมตาโบลิซึมภายในว่าแตกต่างกันอย่างไร โดยนำเทคนิค non-target ศึกษาองค์รวมโดยใช้เทคนิค MS ชนิด GC-MS analysis ศึกษากรดไขมัน จากการสกัดน้ำมันแยกผ่าน gas chromatography พบว่ามีกรดไขมันทั้งหมด 14 ชนิด ตั้งแต่ C12-C26 แบ่งเป็นกรดไขมันอิ่มตัว 10 ชนิด และกรดไขมันไม่อิ่มตัว 4 ชนิด ซึ่งไม่ทราบหน้าที่ชัดเจน จึงนำมาวิเคราะห์ทางสถิติ พบว่าวันที่ 4 ถึง วันที่ 8 ข้าวสายพันธุ์ IL7 และ IL308 มีกรดไขมัน linolenic (C18:2) เกี่ยวข้องกับ octadecanoid pathway ส่วนกรดไขมันอื่นที่พบ สมมุติฐานว่าจะนำไปสร้างกรดไขมันสายยาวหรือ wax ที่ผิว จากการวิเคราะห์องค์รวมโดยใช้เทคนิค H-NMR analysis พบว่าการแยกกลุ่มพันธุ์ข้าวต้านทานกับไม่ต้านทานใน 2 วันแรก หากนำสถิติมาช่วยในการวิเคราะห์พบการแยกใน 3 วันแรก กับ 4 วันหลัง (วันที่ 4 และ วันที่ 8 ) และภายในวันหลังพบความแตกต่างของรูปแบบเมทาโบไลท์ระหว่างพันธุ์ KDML105 กับสายพันธุ์ IL308 ในวันที่ 8 สามารถแยกกลุ่มสายพันธุ์อ่อนแอ่กับต้านทานออกจากกัน ขณะที่ IL7กับ IL308 มีรูปแบบของเมทาโบไลท์เหมือนกัน สารเมทาโบไลท์ที่พบสามารถบ่งชี้ได้ 30 ชนิด เมื่อนำเครื่องมือสถิติมาช่วยวิเคราะห์พบว่า วันที่ 1-3 ในช่วงที่เป็นการตอบสนองเบื้องต้น มีกรดอะมิโน 3 ชนิด ได้แก่ asparagine  glutamate และ glutamine ในทั้ง 3 สายพันธุ์ เรียกได้ว่าเป็นการตอบสนองหลัก (common response) ส่วนวันที่ 3-8 พบกรดอะมิโน phenylalanine  tryptophan และ betaline แตกต่างกันในพันธุ์อ่อนแอ เมื่อให้เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล  โดยสายพันธุ์ต้านทานมีระดับเมทาโบไลท์เพิ่มขึ้นตั้งแต่ วันที่ 3 บ่งบอกได้ว่าสายพันธุ์ต้านทานมีการตอบสนองของสารเมทาโบไลท์ได้เร็วกว่าสายพันธุ์อ่อนแอ อาจจะเป็นสารที่มีความสำคัญต่อความต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล เมื่อพิจารณาพบว่า วันที่ 8 มีสารเมทาโบไลท์ 2 ชนิด ได้แก่ aspartate และ uracil โดยในวันที่ 8 ของพันธุ์ KDML105 มีระดับ aspartate เพิ่มขึ้น แต่ระดับ uracil ไม่เพิ่มขึ้น ขณะสายพันธุ์ IL308 ระดับ aspartate ไม่เพิ่มขึ้น แต่ระดับ uracil เพิ่มขึ้น จึงได้ศึกษาดูองค์ประกอบรวมโดยใช้เทคนิค MS ชนิด UPLC-QToF-MS analysis พบว่ามีความแตกต่างกันตั้งแต่วันที่ 1 โดยสายพันธุ์ IL308 มีรูปแบบแตกต่างจาก 2 สายพันธุ์ จึงทำการบ่งชี้ไอออนที่พบ พบว่าคือสาร schaftoside (C26H28O14) และทำการแผนที่ลงไปในกระบวนการสังเคราะห์  พบว่ามีสาร 4 ชนิด ที่มีความสัมพันธ์กัน ได้แก่ tryptophan phenylalanine  schaftoside และ iso-schaftoside เมื่อทราบเมทาโบไลท์ที่มีความสำคัญกับความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลดังกล่าว จึงจะมุ่งสู่การศึกษากระบวนการต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น octadecanoid pathway และ phenylpropanoid pathway ต่อไป

 

ดร.สุรพงษ์ สาคะรัง สถาบันวิจัยข้าวนานาชาติ บรรยายในหัวข้อ ประสบการณ์การคัดเลือกพันธุ์ข้าวและการนำไปใช้ประโยชน์

การผลิตข้าวในประเทศไทย ปี 2557-2558 สามารถผลิตข้าวเปลือกได้ประมาณ 33 ล้านตัน ส่งออกข้าวสารประมาณ 10 ล้านตัน ส่งไปยังตลาดแอฟริกา ประมาณ 2 ล้านตันข้าวสาร ซึ่งเป็นตลาดรองรับขนาดใหญ่ของไทย โดยความต้องการของตลาดภายในประเทศ ส่วนใหญ่ต้องการ ข้าวหอม อไมโลสต่ำ เช่นเดียวกับข้าวขาวหอมมะลิ และข้าวขาว อไมโลสปานกลาง (20-22 %)เป็นต้น ขณะที่ตลาดส่งออกมีความต้องการข้าวหอมปานกลาง และอไมโลสปานกลาง ทั้งนี้ต้นทุนในการผลิตของประเทศไทยค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับอิเดียที่มีค่าแรงต่ำกว่าและมีกำลังการผลิตสูง จึงทำให้มีการแข่งขันกันของตลาดการส่งออกของไทยเกิดขึ้น

ก่อนจะเริ่มต้นโครงการปรับปรุงพันธุ์ นักปรับปรุงพันธุ์ควรทราบและเข้าใจเกี่ยวกับพันธุ์พ่อแม่เป็นอย่างดี กำหนดวัตถุประสงค์ของงานว่าต้องการสิ่งใด เริ่มต้นจากการเลือกวิธีการผสมพันธุ์ข้าวมี 2 แบบ คือ 1.คู่ผสมเดี่ยว (single cross) ส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่ที่ไม่มีปัญหา 2.คู่ผสมซับซ้อน (multiple cross) เช่น 3-way cross   double cross   backcross และ diallelic cross เป็นการผสมที่ใช้หลายพันธุ์พ่อแม่ เพราะต้องรวมหลายลักษณะโดยคู่ผสมเดี่ยวไม่สามารถทำได้ อีกอย่างหนึ่งคือ สามารถสร้าง genetic variability เพื่อเพิ่มโอกาสการคัดเลือกต้นดีๆ เลือกวิธีการในการคัดเลือกพันธุ์ข้าว ได้แก่ bulk breeding   backcross breeding   pedigree breeding   single seed decent และ doubled haploid breeding

การปรับปรุงพันธุ์ข้าวของประเทศไทยแบ่งตามนิเวศน์ ได้แก่ 1.นาน้ำฝน (70%) 2.นาชลประทาน(30%) และ 3.อื่นๆ เช่น พื้นที่สูง ข้าวลูกผสม ที่ต้องใช้พันธุกรรมแตกต่างจากนาน้ำฝนและนาชลประทาน นักปรับปรุงพันธุ์สามารถจัดลำดับลักษณะที่ต้องการ เช่น นาน้ำฝน ลักษณะที่ต้องการ เช่น ผลผลิต (10-15%) เมล็ดยาวเรียวมากกว่า 7.00 มิลลิเมตร ความหอม ต้านใบไหม้และขอบใบแห้ง เพลี้ยกระโดด ความสูง (110-120 เซ็นติเมตร) วันออกดอกไวต่อช่วงแสง ลักษณะรอง เช่นไม่ล้มง่าย ต้านทานแล้ง ดินเค็ม ลักษณะที่ควรจะมี ความอ่อนนุ่ม ต้านทานเมล็ดด่าง ส่วนนาชลประทาน ลักษณะที่ต้องการ เช่น ผลผลิต (10-15%) เมล็ดยาวเรียว 7 มิลลิเมตร หอมปานกลาง ต้านทานโรคและแมลงที่สำคัญ ความสูง 95-110 ซม.อายุ 100-120 วัน ลักษณะรอง ผลผลิตข้าวเต็มเมล็ด 60-65% อ่อนนุ่มหลังหุง ไม่ล้มง่าย ลักษณะที่ควรจะมี ปรับได้ดีกับสภาพน้ำน้อย สามารถงอกใต้น้ำระบบหว่านข้าวแห้ง วิธีคัดเลือกลักษณะที่ต้องการ การจัดการแปลงทดลองให้ดี ให้เหมาะเพื่อการแสดงออกของลักษณะที่ต้องการ เช่นลักษณะทรงต้นที่ดี การแตกกอ ขนาดรวง น้ำหนักเมล็ด และขนาดเมล็ด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการคัดเลือก แต่ถ้าแปลงปลูกคัดเลือกมีสภาพสมบูรณ์เกินไป สายพันธุ์ที่เลือกมาจะไม่ให้ผลผลิตที่ดี เมื่อนำมาปลูกในแปลงนา

การวิเคราะห์ปัญหาพันธุ์ข้าวที่พบในข้าวตามนิเวศน์ต่างๆ พบว่าต้องมีการปรับปรุงพันธุ์ใด้ดีขึ้นในด้านต่างๆ ที่ประสบปัญหา เช่น นาน้ำฝน พบว่าควรปรับปรุงในด้านผลผลิตต่อไร่ ความต้านทานโรคและแมลง ความต้านทานภัยธรรมชาติ เช่นแล้ง เค็ม น้ำท่วม เช่นเดียวกับนาชลประทาน ที่ควรจะมีการปรับปรุงด้านระบบการใช้น้ำให้มีประสิทธิภาพเพิ่มเติม ส่วนด้านอื่นๆ เช่น ทนต่ออุณหภูมิต่ำและสูง เป็นต้น ตัวอย่างในการวิเคราห์ปัญหาของพันธุ์ข้าว เพื่อหาวัตถุในการปรับปรุงพันธุ์ให้ดีขึ้น ปัจจุบันชาวนานิยมปลูกข้าวพันธุ์ขาวหอมมะลิ 105 ซึ่งพบว่าข้าวพันธุ์นี้มีทั้งจุดอ่อนและจุดแข็งของพันธุ์ คือ จุดออ่น ได้แก่ ผลผลิตต่อไร่ต่ำ ไม่ต้านทานต่อโรคและแมลง ล้มง่ายหลังวันออกดอก แต่มีจุดแข็ง ได้แก่ มีการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดี และคุณภาพหุงต้มดี  สิ่งที่ต้องการในการปรับปรุง คือต้องการพันธุ์ที่มีลักษณะที่สามารถปรับปรุงให้ข้าวพันธุ์ดีนี้ดีขึ้น แก้ไขจุดอ่อนข้องข้าวพันธุ์ดี

การออกแบบและวางแผนงานที่ดี นำไปสู่การเลือกเครื่องมือและวิธีการที่เหมาะสมมาใช้ประโยชน์ในงาน ได้พันธุ์ข้าวมีลักษณะตามต้องการของนักปรับปรุงพันธุ์ที่วางไว้ และสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดี

 

 

รศ.ดร.อภิชาติ วรรณวิจิตร หน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว บรรยายในหัวข้อ "Next Generation Plant Breeding"

โดยได้กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศว่าจะส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศน์การปลูกข้าว เนื่องจากข้าวเป็นพืช C3 การปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้น้อยกว่าพืช C4 เช่น ข้าวโพด

            เป้าหมายการปรับปรุงพันธุ์ข้าวในอนาคต เน้นการเพิ่มความหอม, เพิ่มปริมาณสาร antioxidant, ลดปริมาณ Glycemic index, ให้มีการปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้, และมีคุณค่าทางยา ซึ่งจะเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับข้าว แต่ความท้าทายของ       นักปรับปรุงพันธุ์ คือ เทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์ที่มีการคัดเลือกแบบแม่นยำและสามารถคัดเลือกลักษณะที่ยากๆ ได้ (high precision and sensitive) และใช้ระยะเวลาในการปรับปรุงพันธุ์สั้นลง (shortening breeding cycles) นอกจากนี้ ยังต้องค้นหาแหล่งพันธุกรรมใหม่ที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมด้วย

 

 

 

ลักษณะเป้าหมาย (Target Traits) ที่มีลักษณะปรากฏ (phenotype) ที่ต้องการนั้น สามารถหาได้จากแหล่งพันธุกรรมที่พบตามธรรมชาติ ประชากรข้าวที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ หรือแหล่งพันธุกรรมที่ได้มีการปรับปรุงพันธุ์แล้ว และค้นหาและศึกษาบทบาทหน้าที่ของยีน โดยเทคนิค QTL mapping/positional cloning, Association analysis (GWAS), High throughout Genotyping, Genotype-by-sequencing (GBS), Functional markers, Genome editing ซึ่งจำเป็นที่ต้องมีวิธีการศึกษาและวิเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพ เพื่อให้ทราบความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะที่ปรากฏกับพันธุกรรมที่ควบคุม (Phenotype & Genotype) หลังจากนั้น นำมาพัฒนาเครื่องหมายโมเลกุลเพื่อใช้ในการคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์ข้าว (Marker-assisted selection) ให้มีลักษณะที่ต้องการต่อไป

Digital Seed Bank: Seeking Genetic Diversity

            สำนักงานพัฒนาเศรษฐกิจจากฐานชีวภาพ (องค์การมหาชน) ได้สนับสนุนโครงการ“การพัฒนาธนาคารรหัสพันธุกรรมข้าวไทย” มีวัตถุประสงค์เพื่อคัดเลือกพันธุ์ข้าวไทย ใช้เป็นตัวแทนสำหรับค้นหารหัสสารพันธุกรรม โดยเน้นที่ตำแหน่งยีน/QTL ที่ควบคุมลักษณะทางการเกษตรที่สำคัญ และนำไปสู่การพัฒนาฐานข้อมูลรหัสพันธุกรรมและ Single Nucleotide Polymorphism (SNP) marker และมีการศึกษาลักษณะปรากฏ (Phenotype) ด้วย เพื่อจะได้ทำ Association analysis และโคลนยีนต่อไป ปัจจุบันมีสายพันธุ์ข้าวที่นำมาหาลำดับพันธุกรรมเพื่อค้นหาความแปรปรวนพันธุกรรม ได้แก่ 1) ข้าวที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมสูงในประเทศไทย จำนวน 301 สายพันธุ์
2) ข้าวสายพันธุ์มาตรฐานจากกรมการข้าว จำนวน 52 สายพันธุ์ และ 3) ข้าวก่อกลายพันธุ์ของข้าวเจ้าหอมนิลที่ทราบ phenotypes จำนวน 238 สายพันธุ์ รวมสายพันธุ์ข้าวที่จะนำมาค้นหาความแปรปรวนพันธุกรรมทั้งหมด 691 สายพันธุ์ โดยในปี 2559 จะหาลำดับเบสในสายพันธุ์ข้าวเพิ่มอีก 200 สายพันธุ์ โดยใช้เทคนิค ddRAD sequencing (double-digested restriction-site associated DNA sequencing) เนื่องจาก Less costly, identify polymorphic sites, SNP discovery, Phylogenetic analysis, Fingerprinting และได้จัดกลุ่มข้าว เป็นข้าวหอม ข้าวขึ้นน้ำ ข้าวภาคใต้ ข้าวมีความต้านทานเพลี้ย ข้าวทนเค็ม ข้าวทนแล้ง ฯลฯ

 

 

            แหล่งพันธุกรรมจากธรรมชาติ มีข้อจำกัดด้าน genetic variation, limit access, limit utilization, limit genomic information แต่แหล่งพันธุกรรมที่ได้จากการชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ มีข้อดี คือ new genetic variation, unlimited access, breeding ready, random genetic variation

            ทางหน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว ได้พัฒนาประชากรข้าวเจ้าหอมนิลพันธุ์กลายจากการเหนี่ยวนำเมล็ดข้าวเจ้าหอมนิลให้เกิดการกลายพันธุ์ด้วยรังสี Fast Neutron ปัจจุบัน ได้ประชากรข้าวพันธุ์กลายที่สามารถผสมเกสรติดภายใต้สภาพอุณหภูมิต่ำ/สูง สายพันธุ์ทนทาน/อ่อนแอต่อธาตุเหล็กเป็นพิษ สายพันธุ์กลายที่มีปริมาณไฟเตทในเมล็ดต่ำ สายพันธุ์กลายที่สามารถผสมเกสรติดภายใต้สภาพดินเค็ม เป็นต้น และได้ทำการหาลำดับเบสข้าวเจ้าหอมนิลพันธุ์กลาย จำนวนกว่า 300 สายพันธุ์ เพื่อเป็น core collection แล้วทำ SNPs ได้ 44,330 ใช้เป็นฐานในการทำ association analysis และ phylogeny ต่อไป

            ข้าวเป็นพืชที่มีการใช้น้ำสูงมาก ประมาณ 1,000-3,000 มม. ต่อฤดู ดังนั้น นักปรับปรุงพันธุ์ข้าวจึงต้องการพัฒนาพันธุ์ข้าวที่มีประสิทธิภาพในการใช้น้ำสูง หรือข้าวทนแล้ง โดยมีงานวิจัยที่กำลังจะเริ่มศึกษา อาทิเช่น การศึกษาผลของจำนวนปากใบของต้นข้าวต่อประสิทธิภาพการใช้น้ำ และการทนแล้งของข้าว เนื่องจากปากใบมีหน้าที่ในการควบคุมการคายน้ำของพืช โดยจะศึกษาจำนวนปากใบที่ส่งผลต่อการทนแล้งในข้าวพันธุ์กลาย  เพื่อค้นหายีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าวต่อไป นอกจากนี้ จะมีการทดสอบสมมติฐานว่า EPF genes  เป็นยีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าวหรือไม่ด้วย           เป็นการวิจัยร่วมระหว่างประเทศไทย สหราชอาณาจักร สาธารณรัฐประชาชนจีน และสถาบันวิจัยข้าวระหว่างประเทศ ประเทศฟิลิปปินส์

 

และการศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาและสรีรวิทยาของรากข้าว ที่จะทำให้ข้าวมีประสิทธิภาพในการใช้น้ำหรือมีความสามารถในการทนแล้งได้มากขึ้น จะช่วยไขปริศนาลักษณะทางลักษณะทางสัณฐานวิทยาและสรีรวิทยาของรากข้าวที่สัมพันธ์กับการทนแล้ง ตลอดจนการหาเครื่องหมายโมเลกุลเพื่อที่จะนำไปใช้ในการคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีความสามารถในการทนแล้งในอนาคตต่อไป เป็นการวิจัยร่วมระหว่างประเทศไทย สถาบันวิจัยข้าวระหว่างประเทศ ประเทศฟิลิปปินส์ และสหราชอาณาจักร

            มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ได้สนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานเพื่อใช้ในการศึกษาลักษณะฟีโนไทป์แบบ High-throughtput Phenotyping โดยนำเข้าจากบริษัท Photon System Instruments เป็น PlantScreen System Component ประกอบด้วย Chlorophyll Fluorescence Kinetic Imaging, Morphometric and RGB Analysis, Thermal Imaging, Hyperspectral Imaging, Automated Watering and Nutrient Regimes, Automated Weighing, Plant Conveyor Systems, PlantScreen Data Analyzer สามารถปลูกต้นข้าวได้ จำนวน 300 กระถาง (ขนาด 9 นิ้ว) และบ่อทดสอบการทนน้ำท่วม ซึ่งมีขนาดความลึก 5 เมตร ซึ่งในอนาคตโครงสร้างพื้นฐานดังกล่าว คนภายนอกสามารถจะใช้บริการได้ด้วย

 

 

 

ดร.ศิริพัฒน์ เรืองพยัคฆ์ ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว บรรยายในหัวข้อ "การปรับปรุงพันธุ์ข้าวแบบ Gene Pyramiding และการตรวจสอบลักษณะทางพันธุกรรมแบบ High-throughput genotyping" โดยได้กล่าวว่า ในการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิมนั้นใช้ระยะเวลาในการปรับปรุงพันธุ์นาน ค่าใช้จ่ายของการคัดเลือกลักษณะปรากฏแต่ละชนิดแตกต่างกันมาก นอกจากนั้นการรวบยอดยีนเข้าไว้ในพันธุ์เดียวกันเป็นไปได้ยาก

 

 

            หลังจากที่มีการนำเทคโนโลยี marker-assisted selection (MAS) มาช่วยในการคัดเลือก ทำให้สามารถเพิ่มความแม่นยำในการคัดเลือกมากขึ้น อีกทั้งยังช่วยลดระยะเวลาในการดำเนินการ และเป็นการประหยัดงบประมาณโดยสามารถลดจำนวนประชากรที่จะต้องใช้ในการปลูกทดสอบ ในการทำ gene pyramiding จึงมักเลือกกลุ่มยีนที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานทั้งโรคระบาดต่างๆ และต้านทานแมลง โดยงานวิจัยเรื่อง “การใช้ Gene Pyramiding ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าว” ภายใต้โครงการพัฒนาพันธุ์ข้าวหอมเพื่อการแข่งขันในตลาดโลก แหล่งทุน: สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน) ได้ดำเนินการศึกษา 2 Platform ด้วยกันคือ

 

Platform 1 พันธุ์ขาวดอกมะลิ 105

            เนื่องจากพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 ไม่ต้านทานโรคไหม้คอรวง โรคขอบใบแห้ง เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล และไม่ทนน้ำท่วมฉับพลัน จึงได้ดำเนินการ การรวบยอดยีนแบบ EDV (essentially-derived variety) ซึ่ง EDV เป็นการรวบยอดยีนผ่านขบวนการผสมกลับ backcrossing โดยอาศัยการถ่ายทอดยีน จากพันธุ์ที่มีลักษณะพิเศษ (พันธุ์ให้) ไปสู่พันธุ์ที่เราต้องการ (พันธุ์รับ) ซ้ำแล้วซ้ำอีก จนกว่าจะได้พันธุ์รับใหม่ที่มีเฉพาะลักษณะพิเศษเพิ่มเข้ามาบนฐานพันธุกรรมของพันธุ์รับซึ่งเรียกว่าเป็น near-isogenic line (NIL)    isogenic line หรือ EDV ร่วมกับการใช้เครื่องหมายโมเลกุลเข้ามาช่วยคัดเลือก วิธีนี้สามารถรักษาฐานพันธุกรรมของข้าวพันธุ์รับเอาไว้ได้มากที่สุด ในขณะที่มีชิ้นส่วนจีโนมของพันธุ์ให้ลักษณะใหม่จะสอดแทรกเข้าไปเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ขั้นตอนการทำ EDV

  1. Single QTL EDV: ถูกเพิ่มเข้าไปใน background เดิม โดยการทำ marker-assisted BC 4 ครั้ง จนถึง BC4
  2. Genotype Building: รวม QTL EDV ที่ต้องการ โดยผสมข้ามแบบ Single-cross, double-cross จนได้ heterozygosity ทุกตำแหน่งของ QTL เป้าหมาย
  3. Fixing: ผสมตัวเองพร้อมการทำ MAS ขนาดใหญ่ เพื่อ Fix homozygosity ทุก loci เป้าหมาย

 

Platform 2  ปิ่นเกษตร+4 ข้าวนาชลประทานผลผลิตสูง ต้านทานโรคไหม้ โรคขอบใบแห้ง เพลี้ยกระโดด
สีน้ำตาล น้ำท่วมฉับพลัน และมีดัชนีน้ำตาลต่ำ

การปรับปรุงข้าวพันธุ์ปิ่นเกษตร+4 มีเป้าหมายเพื่อให้ข้าวที่ได้มีลักษณะเป็นข้าวเจ้าสีขาว รูปร่างเมล็ดเรียวยาว ไม่ไวต่อช่วงแสง ให้ผลผลิตมากกว่า 1 ตัน/ไร่ มีปริมาณแอมิโลส ประมาณ 35 % และมีค่า Rapidly Available Glucose (RAG) ค่อนข้างต่ำ สำหรับพ่อ-แม่พันธุ์ ที่ใช้ ได้แก่ พันธุ์ปิ่นเกษตร#3 พันธุ์หอมชลสิทธิ์ ข้าวต้านทานโรคขอบใบแห้ง#497 พันธุ์ไรซ์เบอร์รี่ และข้าวต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล#162 วิธีการปรับปรุงพันธุ์ใช้วิธีเทคนิค Pseudo Backcrossing ซึ่งวิธีการนี้เป็นวิธีที่ลดขั้นตอน backcrossing ลงให้สั้นที่สุด สำหรับวิธีการดำเนินการวิจัย แบ่งออกเป็น 4 วิธี ดังนี้

  • การสะสม Traits จากพันธุ์ให้ใหม่ ในฐานจีโนมเดิมของพันธุ์รับปิ่นเกษตร3

      ดำเนินการสร้างประชากรลูกผสม F1 ทั้ง 4 คู่ผสม ได้แก่ ปิ่นเกษตร3/หอมชลสิทธิ์ (ทนน้ำท่วม), ปิ่นเกษตร3/ไรซ์เบอร์รี่ (ต้านทานโรคไหม้), ปิ่นเกษตร3/ข้าวต้านทานขอบใบแห้ง (Xa497) และปิ่นเกษตร3/ข้าวต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล (Bph162) และผสมกลับเข้าหาปิ่นเกษตร3 ได้ BC1F1 4 คู่ผสม

 

 

  • การ “รวบและต่อยอด” ยีน/ Traits ที่สะสมไว้ขึ้นไปเรื่อยๆ

      ขั้นตอนนี้ประกอบด้วยการเพิ่มลักษณะคู่ (ปิ่นเกษตร plus II) โดยการรวมยีนจากประชากรผสมกลับ 2 คู่ผสมเข้าด้วยกัน ได้แก่ Pseudo BC2F1 ทนน้ำท่วมและขอบใบแห้ง และ Pseudo BC2F1 ต้านทานเพลี้ยกระโดด
สีน้ำตาลและโรคไหม้หลังจากนั้นจึงรวบยอดยีนต้านทานและคุณภาพหุงต้มทุกยีนเข้าไว้ด้วยกัน โดยการสร้าง Pseudo BC3F1 ใหม่ จาก Pseudo BC2F1 ทั้ง 2 คู่ผสม

 

  • การคัดพันธุ์บริสุทธิ์ (purification)

     คัดเลือกต้นที่มียีนเป้าหมายครบแบบ Homozygous โดยปลูกต้น F2 จาก 10 ครอบครัว F1 ที่ผ่านการคัดเลือก phenotype เพื่อปลูกขยายครอบครัวละ 1,200 Pseudo BC3F2 โดยทำการทยอยปลูกสัปดาห์ละ 1 ครอบครัว จากนั้นดำเนินการจีโนไทป์ต้น Pseudo BC3F2 เหล่านั้นเพื่อคัดเลือกต้นที่มียีนเป้าหมายครบ

 

  • การประเมินผลผลิตและลักษณะทางการเกษตร (ของข้าวปิ่นเกษตร+4)

ลักษณะที่ทำการเก็บข้อมูลประกอบด้วย ผลผลิต ความสูงต้น จำนวนหน่อต่อกอ จำนวนรวงต่อกอ จำนวนเมล็ดต่อรวง เปอร์เซ็นต์เมล็ดลีบ เปอร์เซ็นต์เมล็ดดี วันออกดอก และน้ำหนักเมล็ดต่อรวง

  

 

 

ลักษณะการให้ผลผลิต และลักษณะเมล็ดข้าวขัดของข้าวปิ่นเกษตร+4 สายพันธุ์ที่ถูกคัดเลือก เปรียบเทียบกับ ปิ่นเกษตร3

 

 การตรวจสอบลักษณะทางพันธุกรรมแบบ High-throughput genotyping

            โดยทั่วไปโครงการปรับปรุงพันธุ์โดยใช้เครื่องหมายโมเลกุลขนาดใหญ่มีวัตถุประสงค์เพื่อต้องการรวบยอดยีนเป้าหมายจำนวนมากเข้าไว้ในข้าวสายพันธุ์เดียว ซึ่งโครงการประเภทนี้มีระยะเวลาทำวิจัยค่อนข้างสั้น (3-5 ปี)
จึงจำเป็นต้องนำเทคโนโลยี high-throughput genotyping เข้ามาช่วย ในปี 2553-2556 มีการนำเทคโนโลยี SNP genotyping (SNPstream; Beckman coulter) เข้ามาใช้ โดย Multiplex-PCR ช่วยเพิ่มปริมาณดีเอ็นเอโดยใช้
ไพรเมอร์ 48 คู่ (96 เส้นไพรเมอร์) ในการทำปฏิกิริยาพร้อมกัน สามารถทราบผลจีโนไทป์ของตัวอย่างที่ต้องการตรวจสอบ พร้อมกัน 384 ตัวอย่าง แต่ค่าใช้จ่ายต่อ 1 ตัวอย่างดีเอ็นเอ ถูกกำหนดที่ 4 บาท X 48 คู่ไพรเมอร์ เท่ากับ 192 บาทต่อตัวอย่าง ความสำเร็จของ Multiplex-PCR ต้องอาศัยหลายๆ ปัจจัย เช่น ความจำเพาะของไพรเมอร์ melting temperature (Tm), GC content, quality/quantity ของดีเอ็นเอหรืออาจจะต้องมีการเพิ่มปริมาณแยกชุดไพรเมอร์ที่มีคุณสมบัติแบบเดียวกันก่อน จากนั้นจึงนำผลผลิตที่ได้มารวมกันเพื่อทำงานในขั้นต่อไป และในปี
|2556 - ปัจจุบัน ได้นำเทคโนโลยี QuantStudio12K มาใช้ เทคโนโลยีนี้สามารถจีโนไทป์ได้สูงสุด พร้อมกันครั้งละ 256 SNP X 12 ตัวอย่างดีเอ็นเอ =3,072 data points (ราคาต่อ array 36,500 บาท) แต่ข้อจำกัด คือ ต้องสั่ง array ขั้นต่ำ อย่างน้อย 80 array ดังนั้น การจีโนไทป์ 12 x 80 = 960 ตัวอย่าง ด้วย 256 SNP ต้องใช้งบประมาณ 2.9 ล้านบาท

 

            ปัจจุบัน เทคโนโลยี SNPline super high-throughput genotyping: LGC genomics จึงมีความสำคัญ และถูกนำมาใช้ในการจีโนไทป์ตัวอย่างดีเอ็นเอ สำหรับข้อดีของเทคโนโลยีนี้ คือ ค่าไพรเมอร์ 2,700 บาท ต่อ SNP genotype (จีโนไทป์ได้ 16,700 ตัวอย่าง) และไม่จำกัดจำนวนไพรเมอร์และตัวอย่างที่ใช้ตรวจสอบ

 

การเตรียมตัวอย่างสำหรับสกัดดีเอ็นเอแบบอัตโนมัติโดยใช้ Robot

 

 

 

 

 

 

          การประยุกต์ใช้ เทคโนโลยี SNPline super high-throughput genotyping: LGC genomics

            เทคโนโลยี SNPline super high-throughput genotyping: LGC genomics ใช้ระบบ Kraken™ software ในการช่วยประมวลผลการวิเคราะห์จีโนไทป์ ขั้นตอนมีดังนี้

  • การสกัดดีเอ็นเอ : นำดีเอ็นเอที่ได้ปริมาณ 5-50 ng (เตรียมใน PCR Plate)
  • ตั้งค่ารหัสตัวอย่างใน PCR Plate และทำการเติมไพรเมอร์ในการวิเคราะห์
  • ปิดผนึกที่ PCR Plate ให้สนิทด้วยพลาสติกใส
  • นำตัวอย่างไปบ่มในอุณหภูมิที่กำหนดไว้
  • นำเข้าเครื่องวิเคราะห์ตัวอย่าง SNP genotyping

 

 

 

  

ตัวอย่างผลการวิเคราะห์

 

 

 

 


          คุณอภิลักษณ์ มุสิกอินทร์ บริษัทยีนพลัส บรรยายในหัวข้อ
"High-throughput phenotyping: Application in plant stress response study" โดยได้บรรยายถึงความหมายของฟีโนไทป์ว่า ฟีโนไทป์ คือ ลักษณะที่ปรากฏออกมา หรือ ลักษณะที่แสดงออกมา ซึ่งเป็นได้ทั้งลักษณะที่อยู่ภายนอก ลักษณะที่แสดงออกเป็นผลมาจากยีน และสภาพแวดล้อมด้วย กล่าวคือ ลักษณะที่ปรากฏออกมา หรือ ลักษณะที่แสดงออกมา อันเป็นผลจากพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม (G×E)

 

            แต่เดิมการวัดลักษณะแสดงออก วัดจากการใช้สายตา หรือใช้เครื่องมือวัดแบบหยาบ เช่น สายวัด ไม้บรรทัด เป็นต้น ทำให้ค่าที่ได้ไม่ค่อยมีความแม่นยำเท่าที่ควร ปัจจุบัน มีการนำเทคโนโลยี High-throughput Phenotyping เข้ามาใช้เพื่อช่วยให้การวัดลักษณะฟีโนไทป์ง่าย สะดวก รวดเร็ว และมีความแม่นยำมากขึ้น โดยเทคโนโลยีดังกล่าว เรียกว่า PlantscreenTM Systems (PSI) ซึ่งใช้หลักการในการถ่ายภาพและประมวลผลจากภาพถ่าย เทคโนโลยีPlantscreenTM Systems สามารถทำการทดสอบได้ทั้งสภาพในโรงเรือน และสภาพแปลงทดสอบจริง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องมือที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมนั้นๆ

 

            ระบบของ PlantscreenTM Systems ประกอบไปด้วย

  • Chamber & Conveyer System
  • Watering & Nutrient Delivery Systems
  • Measurement Systems
  • Weighting System
  • Imaging Systems
  • Data Management
  • Storing
  • Visualizing
  • Analysis

           

 

 สำหรับเซ็นเซอร์ที่ใช้ในการจับภาพและประมวลผล แบ่งออกเป็น 4 แบบ ดังนี้

เซ็นเซอร์

วัดผล

ภาพถ่าย

RGB Imaging

Shoot Biomass, Growth Dynamic, Shoot Shape, Color index

 

Chlorophyll Fluorescence Imaging

Photosynthetic Status, Quantum Yield, Non-photochemical Quenching

 

Thermal Imaging

Surface Temperature

 

Hyperspectral Imaging

Pigment Composition, Water Content, Plant Healthy Index

 

 

            ยกตัวอย่างงานวิจัยที่ใช้เทคโนโลยี PlantscreenTM Systems ได้แก่ งานวิจัยเรื่อง “Automated integrative high-throughput phenotyping of plant shoots: a case study of the cold-tolerance of pea (Pisum sativum L.)” งานนี้ต้องการศึกษาการตอบสนองต่อ Abiotic Stress (ในสภาวะหนาว) ได้แก่ ลักษณะ reduced growth, increase in antioxidant content, reduced water content, changes in gene regulation, hormone balance, membrane composition, osmotic regulation, and photosynthetic function ในถั่ว สำหรับเซ็นเซอร์ที่นำมาใช้ในการวัดในงานนี้ ได้แก่ RGB Imaging และ Chlorophyll fluorescence Imaging จากการศึกษาพบว่า ถึงแม้จะพบว่าการสังเคราะห์แสงจะลดลงจากสภาวะหนาว แต่ยังพบว่าพื้นที่สีเขียวของใบยังคงมีค่าเพิ่มขึ้น และจากการสังเกตค่าที่ได้ในแต่ละช่วงเวลาพบว่าพฤติกรรมการสังเคราะห์แสงและค่าการเจริญเติบโตของต้นถั่วไม่มีความสัมพันธ์กัน