การจัดกลุ่มหัวข้องานวิจัยข้าวเพื่อปรับปรุงระบบการสังเคราะห์แสงภายใต้สภาวะโลกร้อน

จากรายงานสรุปสถานะภาพงานวิจัยและการระดมความคิดจากนักวิชาการน่าจะมีการจัดกลุ่มหัวข้อวิจัยเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้

กลุ่มงานวิจัย 1 photoinhibition-proof rice : การปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีระบบการสังเคราะห์แสงที่ทนทานต่อสภาวะ photoinhibition/ photooxidation ภายใต้สภาวะโลกร้อน

กรอบโครงการควรประกอบด้วย

1.1 พัฒนาฐานพันธุกรรมประชากรข้าวพันธุ์กลายขนาดใหญ่ โดยการอาบรังสี เพื่อค้นหาพันธุ์ข้าวที่ทนทานต่อสภาวะ photoinhibition และ photorespiration

1.2 พัฒนาเทคนิคในการคัดกรองข้าวที่ทนทานต่อสภาวะ photoinhibition/ photorespiration ในสภาวะเครียดต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูง, ขาดน้ำ, น้ำท่วม

1.3 ค้นหายีนที่เกี่ยวข้องในแบบ Reverse และ Forward Screening ต่อลักษณะความทนทานต่อสภาวะ photoinhibition ภายใต้สภาวะโลกร้อน

1.4 การปรับปรุงพันธุ์ข้าวนาปรังที่มีผลผลิตสูงให้ทนทานต่อสภาวะ photoinhibition ภายใต้สภาวะโลกร้อน โดยใช้พันธุ์กลายข้างต้น

กลุ่มงานวิจัย 2 photorespiration-proof rice : การปรับปรุงพันธุ์ข้าวที่ลดทอน photorespiration ภายใต้สภาวะโลกร้อน

2.1 พัฒนาเทคนิคการคัดกรองข้าวพันธุ์กลายที่ลดทอน photorespiration ในสภาวะที่มี enriched O2 เปรียบเทียบกับ ambient O2 และ low O2

2.2 ประเมินความดีเด่นด้าน photorespiration และ photoinhibition ของข้าวพันธุ์กลาย เพื่อนำไปสู่การค้นหายีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าว

2.3 การปรับปรุงพันธุ์ข้าวนาปรังที่มีผลผลิตสูง ที่ลดทอน photorespiration โดยใช้ข้าวพันธุ์กลายที่คัดเลือกได้

กลุ่มงานวิจัย 3 C4-like rice : การปรับปรุงพันธุ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงคล้ายC4

ด้าน Re-engineering C3 to C4 rice พบว่าเป็นงานวิจัยที่ลงทุนสูงที่สุดขณะนี้ เป็นโครงการที่มีเงินลงทุนขนาดใหญ่มาก แต่มีความก้าวหน้าในระยะเริ่มต้นเท่านั้น ซึ่งทำให้พบสิ่งที่ยังไม่ทราบอีกมากมาย ประเด็นที่สำคัญคือ การเปลี่ยนข้าวจาก C3 เป็น C4 ต้องใช้ GM technology เท่านั้น เนื่องจากไม่มี C4 ตามธรรมชาติ ทั้งในข้าวป่าและข้าวปลูก ดังนั้นจึงควรมีการเลือกศึกษาในส่วนข้าวกลายพันธุ์และพืชต้นแบบอื่นที่ใกล้เคียงกับข้าว เพื่อกระตุ้นให้เกิดการศึกษาพื้นฐานให้มากที่สุด

3.1 การคัดกรองฐานพันธุกรรมทั้งข้าวปลูกและข้าวป่า และประชากรข้าวพันธุ์กลายขนาดใหญ่

เพื่อค้นหาข้าวที่มีความหนาแน่นของเส้นใบ (vein density) ที่หนาแน่น เส้นใบของพืช C4 มีความถี่กว่า C3 มาก อันเนื่องมาจากสัดส่วนของ bundle sheath (BS) ต่อ mesophyll (MS) ที่ใกล้เคียงกัน ในขณะที่ข้าว C3 ส่วนของ MS จะมีสัดส่วนสูงกว่า BS และวางตัวเรียงลำดับกัน โครงสร้างแบบนี้ทำให้ leaf vein ข้าว C3 วางตัวกันห่างๆ ทำให้ประสิทธิภาพในการส่งผ่านระหว่าง Sink-Source ต่ำกว่าพืช C4

3.2 ทำการคัดกรองข้าวกลายพันธุ์ที่มี CO2 composation point ต่ำลงโดยใช้ Low- CO2 chamber microscopy ด้วย เพื่อค้นหา candidate gene และข้าวที่มีอัตราการสังเคราะห์แสงสูงภายใต้สภาวะกดดันต่างๆ

3.3. พืช C3-C4 intermediate ในข้าวป่าและพืชต้นแบบ

ค้นหาปัจจัยที่ควบคุมการเกิดขึ้นของลักษณะ Kranz anatomy ประเทศไทยจึงควรหาพืชต้นแบบที่ใกล้เคียงกับข้าว เช่น ข้าวฟ่าง (sorghum millet หรือ หญ้าข้าวนก) ที่มีความแปรปรวนทาง Kranz anatomy เพื่อพัฒนานักวิจัยของไทยให้เป็นกลุ่มก้อนใหม่ที่น่าสนใจ

3.4 ค้นหาพืชต้นแบบที่ใกล้เคียงกับข้าวที่ไม่มี Kranz anatomy แต่มีอัตราการสังเคราะห์แสงสูงแบบ C4 โดยร่วมศึกษากับห้องปฏิบัติการในต่างประเทศ เช่นที่ University of Washington (Prof. Edwards) ที่ค้นพบพืชในสกุล Chenopodium

จากการประเมินขีดความสามารถของนักวิจัยด้านข้าวในปัจจุบัน ยังไม่มีการศึกษาเพื่อปรับปรุงระบบการสังเคราะห์แสงภายใต้สภาวะโลกร้อนแต่อย่างใด ดังนั้นแผนที่นำทางการพัฒนางานวิจัยต้องเป็นคู่ขนานระหว่างการพัฒนานักวิจัยและการให้ทุนวิจัยที่เป็นไปได้ เพื่อเสริมสร้างความต้านทานของข้าวภายใต้สภาวะ ที่เกิด photoinhibition/ photooxidation

เนื่องจากเป็นโครงการที่ต้องลงทุนมหาศาลและบางส่วนต้องใช้เทคนิคของ GMO จำนวนมาก จึงสมควรทำงานวิจัยกับต่างประเทศเพื่อการเรียนรู้ไปกับวิทยาการใหม่ๆ โดยจัดทุน Ph.D. เพื่อสร้างนักวิจัยไทยร่วมกับห้องปฏิบัติการที่กำลังดำเนินงานวิจัยด้านนี้อยู่ ในขณะเดียวกันให้ทุน Post-doctoral กับ Ph.D. คนไทย ให้ไปทำงานร่วมกับห้องปฏิบัติการในต่างประเทศเพื่อเรียนรู้วิทยาการใหม่ๆ