บทความงานวิจัย

รายละเอียดของผลงาน ส่วนที่เป็นสิ่งใหม่ มีความเป็นนวัตกรรม (Innovation Invention Description)

การคิดค้นนี้เกี่ยวกับ การทำให้พืชสะสมสาร 2AP ได้ถูกค้น พบในข้าวขาวดอกมะลิ 105 โดยเทคนิค mapbased cloning ซึ่งมีความซับซ้อนและใช้เวลาในการค้นหามาก สารพันธุกรรมที่ทำ ให้เกิดพืชที่มีการสะสมสารหอมดังกล่าว ได้พบว่ายีนที่สร้างโปรตีน ซึ่งควบคุมความหอมในข้าว, เรียกว่า Os2AP (Oryza sativa 2-acetyl-1-pyrroline) ซึ่งเป็นสมาชิกใน amino aldehyde dehydrogenase(AMADH) ในข้าวหอม ยีนนี้เกิดการขาดหายไป หรือเพิ่มขึ้นของกรดนิวคลีอิค (insertion/deletion) การศึกษา RNA interference แสดงให้เห็นว่าการทำลาย transcription ของยีน Os2AP ทำให้เกิดการเพิ่มระดับของ 2AP ในพืชอย่างมีนัยสำคัญ ขณะเดียวกันก็เพิ่มความหอมด้วย ในขณะ ที่ข้าวไม่หอมมียีน Os2APทำงานตามปรกติงานวิเคราะห์เส้นทาง การสังเคราะห์สาร 2AP ในข้าวพบว่ายีน Os2AP เปลี่ยนสารตั้ง ต้น 4 - aminobutanol ไปเป็นสารผลลัพธ์คือ gamma - aminobutyric acid(GABA)นั่นเอง การคิดค้นที่นำเสนอนี้ทำให้ บรรลุความวัตถุประสงค์ได้ หลายทาง เส้นทางแรกคือสร้างพืชชนิดใด ๆ ก็ได้ที่สามารถผลิต 2AP ได้ทั้ง ใน ลำต้น, ใบ และ เมล็ดในระดับที่เพิ่มมากกว่าพืช ธรรมชาติ นอกจากนี้ การคิดค้นที่นำเสนอยัง ได้สร้างวิธีการคัด เลือกพืช ที่มีลักษณะความหอม ในโครงการ markerassisted selection ได้อย่างแม่นยำ การคิดค้นที่นำเสนอนี้เกี่ยวข้องกับ การ ทำให้พืชสะสมสาร 2AP ซึ่งเป็นสาร หอมหลักของข้าวหอม ธัญพืช,ถั่วเหลืองและดอกไม้หอมหลายชนิด โดยได้รวมวิธีการและ สารพันธุกรรมที่ทำให้เกิดพืชที่มีการสะสมสารหอมดังกล่าวได้ การคิดค้นที่นำเสนอนี้ได้พัฒนาพืชที่ไม่สะสม ให้สะสมสาร 2AP ตามธรรมชาติมากขึ้นโดยการยับยั้งการ แสดงออกของยีน AMADH และ/หรือ การทำงานของโปรตีน AMADH ระดับของ โปรตีน AMADH สามารถทำให้ลดลงได้ 25, 50, หรือ 100 เปอร์เซ็นต์ เปรียบเทียบกับ พืชควบคุม การยับยั้งการแสดงออก ของยีน AMADH สามารถกระทำได้โดย: a) การแสดงออกของชิ้นส่วนยีน 2AP ในทิศทาง antisense b) โคลนบางส่วนของยีนเข้าสู่โครงสร้าง RNA interference และทำให้ เกิดการแสดงออกของโครงสร้างนี้ในพืชจำลองพันธุ์ c) การก่อกลายพันธุ์โดยหลากหลายวิธีการ ( ประกอบด้วย Targeting Induced Local Lesions IN Genomes (TILLING) และ การก่อกลายพันธุ์แบบ tDNA insertionตามด้วยการคัดเลือกด้วย PCR เพื่อหาความแปรปรวนลักษณะ ความหอม

ความสำคัญ/ภูมิหลังของนวัตกรรม (Background)

          สารประกอบ 2-acetyl-1-pyrroline (2AP) หรือสารหอม“popcorn-like” ได้ถูกค้นพบว่า เป็นสารหอม หลักของข้าวหอมทุกสายพันธุ์,ขนมปังที่ผลิตจากี่ ข้าว สาลีและข้าวไรย์ 2AP เป็นองค์ประกอบหลักของความหอมของข้าวหลายสายพันธุ์ ที่ี่ น่าประหลาดใจ   คื่ อ สารหอมของข้าวยังพบได้ในใบเตย, ดอกชมนาด, wet millet, ข้าวโพดคั่ว, Bacillus cereus  และ เชื้อราสารหอม 2AP มีส่วนประกอบวงแหวน pyrr-oline เหมือนกับกรดอะมิโน proline ต่อมาได้มีการค้นพบสารพันธุ กรรมที่ี่ควบ คุมการแสดงออกของยีนที่ส่งผลให้มีการสะสมสาร 2AP เพิ่มขึ้น (Vanavichit et al, 2004) อย่างไรก็ตามยังไม่มีคำอธิบาย ที่ชัดเจนถึงกระบวนการสังเคราะห์สาร 2APที่แท้จริงในสิ่ง มีชีวิตว่าเกิดขึ้นได้อย่างไรทั้งระดับโมเลกุล และชีวเคมี ดังนั้นจึงมีความจำเป็น ที่จะต้อง จำแนกยีน ที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับ การสังเคราะห์2APและ เปิดช่องให้มีวิธีการที่จะเพิ่ม ระดับ สาร 2APในพืชเพื่อ เพิ่มระดับความหอมในพืชต่อไป

ตลาดของผลงานและโอกาสทางการตลาด การนำไปใช้ประโยชน์ (Market Potential/Applications)

การปรับปรุงพันธุ์ข้าวหอมเป็นกิจกรรมเป้าหมาย ในหลายประเทศที่มีการผลิต ข้าวเนื่องจากราคาข้าวหอมในตลาดโลกสูงมาก การค้นพบลำดับเบสที่เปลี่ยนไป ของยีน ความหอมและ การควบคุมการสร้างสารหอม 2AP ช่วยเป็น พื้นฐานใน การจดสิทธิบัตร แล้วในหลายประเทศอีกทั้งยังเป็นการป้องกันสิทธิไม่ให้มีการทำ GMO ในข้าวในเชิงการ ค้าได้อีกด้วยนับเป็นวิธีการปกป้องตลาดข้าวหอมมะลิไทยที่ถูกต้องตามกฎหมายสากล การรับรองการจดสิทธิบัตรที่ประเทศ สหรัฐอเมริกา (US 7, 319, 181, B2) Transgenic rice plants with reduced expression of Os2AP enhance the expression of 2-acetyl -1- pyrroline ได้มีการยื่นจดสิทธิบัตรใน จีน, อังกฤษ, ฝรั่งเศส, เวียดนาม และ ฟิลิปปินส์ แล้ว

ประโยชน์/ข้อได้เปรียบ/ข้อดีของผลงานนวัตกรรม (Benefits)

- แม้ว่าการทดลองนี้ กระทำในข้าวแต่ การคิดค้นก็ยัง สามารถ เชื่อมโยงไปสู่พืชชนิดอื่นๆ เช่น ธัญพืช, ถั่วเหลืองหอม, มะพร้าวน้ำหอมและไม้ดอกบางชนิด - ปริมาณของสาร 2-acetyl-1-pyrrolineในข้าวสามารถ เปลี่ยนแปลงได้ ขึ้นอยู่กับสภาพการเก็บเกี่ยวและ ประเภทของ ดินสายพันธุ์ ข้าวไม่หอม, นิพพอนบาเร, มีระดับ 2-acetyl-1-pyrroline อยู่ในช่วง 0 ถึง 0.1 ppm (ส่วนในล้านส่วน) ในทางตรงกันข้าม สายพันธุ์ข้าวขาวดอกมะลิ 105 มีปริมาณ ของ 2-acetyl-1-pyrroline อยู่ในช่วง 1 ถึง 2.5 ppm แสดง ผลการทดลอง RNA interference สำหรับยีน Os2AP พบ ว่าสามารถเพิ่มระดับของ 2-acetyl-1-pyrroline ในข้าวนิพ พอนบาเร ไปเป็น 2.5 ppm ดังนั้น การคิดค้นที่นำเสนอนี้จึง เสนอวิธีการเพิ่มระดับความหอมในพืชไม่หอมไปถึงระดับเดียว กับหรือมากกว่าในพืชหอมตามธรรมชาติ

- ใช้เป็น probe ที่ใช้ในการทำ marker-assisted selection อย่างแม่นยำ ทำให้ประหยัดเวลาทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการ คัดเลือกอีกด้วยทำให้การปรับปรุงพันธุ์ข้าวหอมให้ผลผลิต และ คุณค่าโภชนาการสูงทำได้ง่ายขึ้น

คณะผู้สร้างสรรค์ผลงานนวัตกรรม

รศ. ดร. อภิชาติ วรรณวิจิตร ตำแหน่ง ผู้อำนวยการ ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว และหน่วยปฏิบัติการค้นหา และ ใช้ประโยชน์ยีนข้าว 
Dr. Tadashi Yoshihashi Postharvest Science and Technology Division, Japan International Research Center for Agricultural Sciences, 1-1 Ohwashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8686 Japan
ดร.สมวงษ์ ตระกูลรุ่ง ตำแหน่ง ผู้อำนวยการสถาบันจีโนม ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ
ดร. ธีรยุทธ ตู้จินดา ตำแหน่ง รองผู้อำนวยการ หน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว ศูนย์พันธุวิศวกรรมและ เทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ
ดร.เกียรติทวี ชูวงศ์โกมล ตำแหน่ง อาจารย์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขต บางเขน
ดร. นลวัฒน์ บุญญาลัย ตำแหน่ง อาจารย์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขต บางเขน
นายศิวเรศ อารีกิจ ตำแหน่ง ผู้ช่วยนักวิจัย (นิสิตปริญญาเอก) ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
นาย อนุชา พลับพลา ตำแหน่ง ผู้ช่วยนักวิจัย (นิสิตปริญญาเอก) ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
นางสาว นงนาถ พ่อค้า ตำแหน่ง ผู้ช่วยนักวิจัย (นิสิตปริญญาเอก) ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
นาย ศิริพัฒน์ เรืองพยัคฆ์ ตำแหน่ง ผู้ช่วยนักวิจัย (นิสิตปริญญาเอก) ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

กิตติกรรมประกาศ
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งขาติ (สวทช) ได้หาผู้ให้ทุน สนับสนุนทุนวิจัยและ การจดสิทธิบัติยีนความหอม โครงการปริญญาเอกกาญจนา ภิเษก (คปก) ให้ฐานะที่ให้ การสนับสนุนทุนนักศึกษาปริญญาเอก 2 คนในโครงการ นี้และกองทุน วิจัยการเกษตร(สวก) ที่ให้การสนับสนุนงานวิจัยด้าน GABA กับ ยีนความหอม

References

Yajima et al., 1978; Maga, 1984; Takashi et al., 1980; Paule and Power, 1989, Buttery et al, 1982, 1983, Tanchotikul and Hsieh, 1991, Buttery et al., 1983, Vallaris Glabra Ktze, Wongpornchai et al., 2003, Seitz et al., 1993, Schieberle, 1991, Romanczyk et al., 1995, Nagsuk et al., 2003, Lorieux et al, 1996 Suprasanna et al, 1998; Suprasanna et al., 2002, Yoshihashi et al., 2002 , Vanavichit et al, 2004, Bradberry et al, 2005.