บทดความโดย วัชระ เพ็ชรล้วน watchara.phe@ku.th

“ข้าว” เป็นหนึ่งในพืชที่มีความสำคัญอย่างมากต่อเศรษฐกิจ และความมั่นคงทางอาหาร (food security) โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศไทยที่บริโภคข้าวเป็นอาหารหลัก แต่ในปัจจุบันการเพาะปลูกข้าวต้องเผชิญหน้ากับปัญหาภัยแล้ง ทำให้แคลนน้ำในการทำการเกษตร

ที่ผ่านมามีงานวิจัยหลายชิ้นชี้ให้เห็นว่า การลดจำนวนปากใบในพืชสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำ (water use efficiency; WUE) ซึ่งทำให้พืชใช้น้ำในการเพาะปลูกน้อยลง โดยที่ไม่ส่งผลกระทบต่อการสร้างอาหารของพืช (photosynthesis) และทำให้ทนต่อการขาดน้ำได้นานยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม ในงานวิจัยเกี่ยวกับปากใบส่วนใหญ่มีพื้นฐานจาก Arabidopsis thaliana ซึ่งเป็นพืชโมเดล ทำให้องค์ความรู้เกี่ยวกับปากใบในข้าว (Oryza sativa) ยังคงเป็นที่ต้องการ

ในงานวิจัยชิ้นนี้ เป็นการศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างความหนาแน่นปากใบ (stomatal density) และพันธุกรรมในพันธุ์ข้าวไทย โดยมีจุดประสงค์เพื่อค้นหายีนที่เชื่อมโยงหรือควบคุมลักษณะความหนาแน่นปากใบ

โดยการศึกษาจะใช้วิธีการ Genome-wide association studies (GWAS) ซึ่งเป็นการนำข้อมูลความหนาแน่นของปากใบ มาวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูล SNP markers ที่ได้จาก whole genome sequence ของพันธุ์ข้าวไทยจำนวน 235 พันธุ์ จากการศึกษา ทีมวิจัยพบว่า มี SNP marker จำนวน 5 ตำแหน่ง ที่เชื่อมโยงกับลักษณะความหนาแน่นปากใบ อยู่บนโครโมโซมที่ 2, 3, 9 และ 12 อย่างไรก็ตามผลที่ได้เป็นเพียงบริเวณบน DNA ช่วงกว้างๆ ยังไม่สามารถระบุถึงยีนเป้าหมายได้

ทีมวิจัยจึงทำการศึกษาต่อ เพื่อค้นหายีนเป้าหมาย และท้ายที่สุดก็สามารถค้นพบยีนที่มีความเชื่อมโยงกับความหนาแน่นของปากใบอย่างมีนัยสำคัญ คือยีน LOC_Os02g43170 (B-BOX zinc finger family protein) ซึ่งยังไม่เคยมีการรายงานมาก่อนว่ายีนนี้มีความเกี่ยวข้องกับลักษณะปากใบ

ต่อมาทีมวิจัยจึงทำการยืนยันว่ายีนดังกล่าวเกี่ยวข้องกับลักษณะปากใบ โดยวิธีการ gene knock out เพื่อให้ยีนเป้าหมายไม่ทำงาน ผลที่เกิดขึ้นคือความหนาแน่นปากใบลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับข้าวปกติ ซึ่งชี้ให้เห็นว่า LOC_Os02g43170 มีความเชื่อมโยงกับจำนวนปากใบหรือความหนาแน่นปากใบนั่นเอง

การศึกษานี้จะนำไปสู่การพัฒนาและปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้สามารถต้านทานต่อสภาพอากาศแปรปรวนหรือ “ภาวะโลกรวน” (climate change) ที่เราเผชิญหน้าอยู่ในปัจจุบัน

Candidate genes affecting stomatal density in rice (Oryza sativa L.) identified by genome‐wide association

Watchara Phetluan a b, Samart Wanchana c, Wanchana Aesomnuk c, Julian Adams d, Mutiara K. Pitaloka e, Vinitchan Ruanjaichon c, Apichart Vanavichit e f, Theerayut Toojinda c, Julie E. Gray d, Siwaret Arikit e f

DOI: 10.1016/j.plantsci.2023.111624