25 ปีแห่งจีโนมข้าวและการปรับปรุงพันธุ์ข้าวสมัยใหม่ในประเทศไทย

Turning point

จุดเปลี่ยนของการปรับปรุงพันธุ์ข้าวไทย

ประวัติการปรับปรุงพันธุ์ข้าวของประเทศไทยเป็นเรื่องราวของการสั่งสมองค์ความรู้ ความพยายามของนักวิจัย และการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อรักษาคุณภาพข้าวไทยควบคู่ไปกับการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตมาอย่างต่อเนื่อง จากยุคที่นักปรับปรุงพันธุ์อาศัยการสังเกตลักษณะภายนอกของต้นข้าว การคัดเลือกต้นที่มีลักษณะดี และการทดสอบลูกผสมในแปลงทดลอง สู่ยุคที่สามารถใช้ข้อมูลระดับดีเอ็นเอเพื่อค้นหายีน ตรวจสอบองค์ประกอบทางพันธุกรรม และคัดเลือกต้นข้าวที่มียีนเป้าหมายได้อย่างแม่นยำมากขึ้น

การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญเกิดขึ้นเมื่อการศึกษาจีโนมข้าวก้าวหน้าขึ้นในระดับนานาชาติ และประเทศไทยเริ่มเข้าร่วมความร่วมมือด้านการถอดรหัสพันธุกรรมข้าวอย่างจริงจังในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษ 1990 โดยในปี พ.ศ. 2542 คณะนักวิจัยไทยนำโดย ศ.ดร. อภิชาติ วรรณวิจิตร ได้เข้าร่วมโครงการ International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) เพื่อศึกษาลำดับดีเอ็นเอของโครโมโซมข้าว โดยมีส่วนร่วมในการศึกษาจีโนมข้าวโครโมโซมที่ 9 ซึ่งในเวลานั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถในการทนต่อน้ำท่วมฉับพลัน และสนับสนุนการวิจัยในระดับนานาชาติที่เชื่อมโยงกับการศึกษาลักษณะสำคัญของข้าว รวมถึงความหอมของข้าว

หากนับจากจุดเริ่มต้นของการเข้าร่วมโครงการดังกล่าวจนถึงปี พ.ศ. 2567 ซึ่งเป็นปีที่มีการนำเสนอผลงานเรื่อง 25 Years of Rice Genomic and Molecular Breeding in Thailand ในการประชุมนานาชาติ Rice for the Future ครั้งที่ 3 จึงนับเป็นช่วงเวลา 25 ปีแห่งการเปลี่ยนผ่านทางวิชาการที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาพันธุ์ข้าวไทย

อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จตลอดระยะเวลาดังกล่าวไม่ได้เกิดจากเทคโนโลยีใดเทคโนโลยีหนึ่งเพียงอย่างเดียว หากเกิดจากการเชื่อมโยงความรู้ด้านพันธุศาสตร์ พันธุศาสตร์ระดับโมเลกุล เทคโนโลยีจีโนม การปรับปรุงพันธุ์พืช การทดสอบในแปลง และความร่วมมือระหว่างสถาบันวิจัยกับหน่วยงานที่ทำงานใกล้ชิดกับเกษตรกร เรื่องราวของ 25 ปีนี้จึงไม่ใช่เพียงประวัติของการค้นพบยีนหรือการสร้างพันธุ์ข้าวใหม่ แต่เป็นประวัติของการสร้างขีดความสามารถทางวิทยาศาสตร์ของประเทศไทย เพื่อเปลี่ยนความรู้ทางพันธุกรรมให้เป็นเทคโนโลยีที่สามารถนำไปใช้แก้ปัญหาการผลิตข้าวได้จริง

01 · The beginning

จุดเริ่มต้นของการวิจัยจีโนมข้าวไทย: การเข้าร่วมเวทีวิทยาศาสตร์นานาชาติ

ในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษ 1990 การถอดรหัสจีโนมพืชเริ่มกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำความเข้าใจพื้นฐานทางพันธุกรรมของพืชเศรษฐกิจ ข้าวได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เพราะเป็นพืชอาหารสำคัญของประชากรโลก และมีความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการกับธัญพืชชนิดอื่น จึงสามารถใช้เป็นพืชต้นแบบสำหรับศึกษาพันธุกรรมของพืชวงศ์หญ้าได้ โครงการ International Rice Genome Sequencing Project หรือ IRGSP ก่อตั้งขึ้นอย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2541 โดยเป็นความร่วมมือของนักวิจัยจากหลายประเทศ มีเป้าหมายในการถอดรหัสจีโนมข้าวอย่างมีคุณภาพสูงและเปิดให้ชุมชนวิทยาศาสตร์นำข้อมูลไปใช้ประโยชน์ร่วมกัน

ในปี พ.ศ. 2542 นักวิจัยไทยได้เข้าร่วมโครงการดังกล่าว โดยมุ่งศึกษาบริเวณของโครโมโซมที่มีความสำคัญต่อการปรับปรุงพันธุ์ข้าว ความร่วมมือนี้มีความหมายมากกว่าการได้รับข้อมูลพันธุกรรมจากต่างประเทศ เพราะเป็นโอกาสให้ประเทศไทยพัฒนาทักษะการวิจัยระดับโมเลกุล เรียนรู้มาตรฐานการทำงานระดับนานาชาติ และสร้างเครือข่ายนักวิจัยที่สามารถนำความรู้จากจีโนมไปประยุกต์ใช้กับพันธุ์ข้าวไทย

การสนับสนุนทุนตั้งต้นจากสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี สะท้อนให้เห็นถึงวิสัยทัศน์ในการวางรากฐานงานวิจัยพันธุกรรมข้าวเพื่อประโยชน์ในระยะยาวของประเทศ ดังนั้น การเข้าร่วม IRGSP จึงเป็นหมุดหมายสำคัญของการยกระดับงานวิจัยข้าวไทยจากการศึกษาพันธุกรรมในระดับลักษณะปรากฏ ไปสู่การมีส่วนร่วมในกระบวนการสร้างองค์ความรู้ด้านจีโนม ซึ่งเป็นพื้นฐานของการปรับปรุงพันธุ์สมัยใหม่ในเวลาต่อมา

02 · From genome to gene

จากการถอดรหัสจีโนมสู่การค้นหายีน: เมื่อความรู้ระดับดีเอ็นเอเริ่มตอบโจทย์การปรับปรุงพันธุ์

ในปี พ.ศ. 2545 วงการวิทยาศาสตร์โลกได้ก้าวหน้าอย่างสำคัญ เมื่อมีการเผยแพร่ลำดับจีโนมข้าวฉบับร่างจากหลายกลุ่มวิจัย ขณะที่ IRGSP ประกาศลำดับจีโนมข้าวคุณภาพสูงฉบับร่างในเดือนธันวาคมปีเดียวกัน และตีพิมพ์ผลงานลำดับจีโนมข้าวที่มีคุณภาพสมบูรณ์ยิ่งขึ้นในปี พ.ศ. 2548 โดยครอบคลุมประมาณร้อยละ 95 ของจีโนมขนาด 389 ล้านคู่เบสในข้าวพันธุ์ Nipponbare (Nature) ความสำเร็จนี้ทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาตำแหน่งของยีนและเครื่องหมายพันธุกรรมได้อย่างเป็นระบบมากขึ้น เปิดโอกาสให้การค้นหายีนที่ควบคุมลักษณะสำคัญทางการเกษตรมีความแม่นยำสูงขึ้น ตลอดจนช่วยพัฒนาเครื่องมือที่ใช้ติดตามยีนในกระบวนการปรับปรุงพันธุ์

สำหรับประเทศไทย ประเด็นที่มีความสำคัญอย่างยิ่งคือการศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับความหอมของข้าว ซึ่งเป็นคุณลักษณะเด่นของข้าวหอมมะลิไทย งานวิจัยของนักวิจัยไทยนำไปสู่การศึกษายีน Os2AP ซึ่งสัมพันธ์กับการสร้างสาร 2-acetyl-1-pyrroline หรือ 2AP อันเป็นสาระสำคัญที่ทำให้ข้าวมีกลิ่นหอมเฉพาะตัว การค้นพบและการใช้ประโยชน์จากองค์ความรู้ดังกล่าวสะท้อนให้เห็นว่า ลักษณะซึ่งเคยประเมินจากประสาทสัมผัสหรือการทดสอบคุณภาพเมล็ด สามารถศึกษาลึกลงไปถึงพื้นฐานทางพันธุกรรมได้ โดยข้อมูลระดับดีเอ็นเอช่วยให้การตรวจสอบและติดตามลักษณะความหอมในการปรับปรุงพันธุ์ทำได้เป็นระบบมากขึ้น

การวิจัยยีนความหอมของข้าวไทยโดยหน่วยค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว นำไปสู่การได้รับสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา USPTO, U.S. Cl. 800-285 (US 7,319,181 B2) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปรับการแสดงออกของยีน Os2AP และระดับสาร 2AP โดยสิทธิบัตรได้รับการอนุมัติในปี พ.ศ. 2551 (สวทช.)

ความสำเร็จด้านยีนความหอมจึงมีความหมายสองระดับ ระดับแรกคือการเพิ่มความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพื้นฐานของคุณภาพข้าวไทย และระดับที่สองคือการแสดงให้เห็นว่าประเทศไทยสามารถสร้างองค์ความรู้เฉพาะที่เชื่อมโยงกับเอกลักษณ์ของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร และพัฒนาองค์ความรู้นั้นไปสู่การคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญาได้ สิ่งที่สำคัญไม่แพ้การค้นพบยีน คือการนำข้อมูลนั้นไปสร้างเครื่องหมายโมเลกุลที่สามารถตรวจสอบยีนเป้าหมายได้จริง เพราะการปรับปรุงพันธุ์จะเกิดประโยชน์ในวงกว้างได้ก็ต่อเมื่อองค์ความรู้ถูกแปลงเป็นเครื่องมือที่นักปรับปรุงพันธุ์สามารถใช้คัดเลือกต้นข้าวในประชากรจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ

03 · Marker-Assisted Selection

Marker-Assisted Selection: การเปลี่ยนข้อมูลพันธุกรรมให้เป็นเครื่องมือปรับปรุงพันธุ์

หนึ่งในพัฒนาการสำคัญที่สุดในรอบ 25 ปี คือการนำเทคโนโลยีเครื่องหมายโมเลกุลมาใช้ในการคัดเลือกพันธุ์ หรือ Marker-Assisted Selection (MAS)

การปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิมต้องอาศัยการประเมินลักษณะของต้นข้าวจากการเจริญเติบโตและผลผลิตในแปลงทดลอง ซึ่งอาจได้รับอิทธิพลจากสภาพแวดล้อม ฤดูกาล และปฏิสัมพันธ์ระหว่างพันธุกรรมกับสิ่งแวดล้อม การคัดเลือกจึงต้องใช้เวลาและการทดสอบซ้ำหลายครั้ง โดยเฉพาะลักษณะที่ประเมินได้ยาก เช่น ความทนทานต่อสภาพน้ำท่วมบางช่วง ความต้านทานต่อโรค หรือองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่ควบคุมคุณภาพเมล็ด

แต่ MAS ช่วยเพิ่มข้อมูลอีกชั้นหนึ่งให้แก่นักปรับปรุงพันธุ์ กล่าวคือ นอกจากการพิจารณาว่าต้นข้าวมีลักษณะดีหรือไม่แล้ว ยังสามารถตรวจสอบได้ว่าต้นข้าวนั้นมีเครื่องหมายดีเอ็นเอที่เชื่อมโยงกับยีนหรือตำแหน่งพันธุกรรมเป้าหมายหรือไม่ ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงสามารถคัดเลือกต้นข้าวที่มียีนเป้าหมายตั้งแต่ระยะต้นของการพัฒนา และติดตามการถ่ายทอดยีนในรุ่นลูกได้โดยไม่ต้องรอให้ลักษณะทุกอย่างแสดงออกอย่างสมบูรณ์เสมอไป อย่างไรก็ตาม MAS ไม่ได้ทดแทนการทดสอบภาคสนามทั้งหมด เพราะยังจำเป็นต้องประเมินผลผลิต คุณภาพเมล็ด ความคงตัวของลักษณะ และความเหมาะสมกับพื้นที่ปลูกจริง

สำหรับประเทศไทย การใช้ MAS พัฒนาจากการประยุกต์เครื่องหมายโมเลกุลเพื่อติดตามลักษณะเฉพาะ ไปสู่การใช้เครื่องมือดังกล่าวในโครงการปรับปรุงพันธุ์ที่มีเป้าหมายหลากหลาย ทั้งการเพิ่มผลผลิต การรักษาคุณภาพข้าวหอม การต้านทานโรคและแมลง การทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม และการพัฒนาข้าวที่มีคุณค่าทางโภชนาการ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2543 เป็นต้นมา งานวิจัยจีโนมข้าวนำไปสู่การค้นพบยีนที่สัมพันธ์กับลักษณะสำคัญหลายประการ ตลอดจนการพัฒนาเครื่องหมายโมเลกุลเพื่อนำไปใช้ในการปรับปรุงพันธุ์

ในแง่ของพัฒนาการทางวิชาการ จุดเปลี่ยนที่แท้จริงจึงไม่ใช่เพียงการมีเครื่องมือวิเคราะห์ดีเอ็นเอ แต่เป็นการสร้างระบบวิจัยที่เชื่อมโยงตั้งแต่การค้นหายีน การพัฒนาเครื่องหมาย การออกแบบการผสมพันธุ์ การคัดเลือกประชากร ไปจนถึงการทดสอบและรับรองพันธุ์ เมื่อระบบดังกล่าวดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีโมเลกุลจึงค่อย ๆ เปลี่ยนจากเครื่องมือเฉพาะทางในห้องปฏิบัติการให้กลายเป็นองค์ประกอบหนึ่งของกระบวนการปรับปรุงพันธุ์ข้าวสมัยใหม่

04 · Varieties

จากองค์ความรู้สู่พันธุ์ข้าว: การปรับปรุงพันธุ์เพื่อแก้ปัญหาจริงของเกษตรกร

ความสำเร็จของงานวิจัยจีโนมจะมีความหมายอย่างสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อองค์ความรู้ถูกนำไปใช้พัฒนาพันธุ์ที่ตอบโจทย์ความต้องการของเกษตรกร ผู้บริโภค และระบบการผลิตข้าวของประเทศ ผลงานที่แสดงให้เห็นแนวทางการประยุกต์ MAS กับพันธุ์ข้าวหลายกลุ่ม โดยมีเป้าหมายแตกต่างกันไปตามสภาพแวดล้อมและปัญหาการผลิตในแต่ละพื้นที่ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

ข้าว กข51 เป็นตัวอย่างสำคัญของการปรับปรุงพันธุ์ข้าวที่มีพื้นฐานจากข้าวขาวดอกมะลิ 105 เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับมือกับปัญหาน้ำท่วมฉับพลันในระบบนาน้ำฝน กข51 เป็นพันธุ์ปรับปรุงพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 พันธุ์แรกที่ประสบความสำเร็จจากการใช้ MAS เพื่อปรับปรุงพันธุ์ข้าวขาวดอกมะลิ 105 ให้มียีน Sub1 นำไปใช้ตอบโจทย์ปัญหาน้ำท่วมในพื้นที่นาน้ำฝน พันธุ์ กข51 มีคุณสมบัติทางการเกษตรและคุณภาพผลผลิตใกล้เคียงกับข้าวขาวดอกมะลิ 105 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คุณภาพหุงต้ม

ความสำคัญของแนวทางนี้อยู่ที่การพยายามรักษาคุณลักษณะพื้นฐานของพันธุ์ข้าวที่มีคุณค่าทางการค้าไว้ พร้อมกับเพิ่มลักษณะที่ช่วยให้ข้าวสามารถปรับตัวต่อความเสี่ยงในแปลงนาได้ดีขึ้น หลักการดังกล่าวเป็นหัวใจสำคัญของการปรับปรุงพันธุ์โดยใช้เครื่องหมายโมเลกุล กล่าวคือ ไม่จำเป็นต้องเลือกระหว่างคุณภาพข้าวกับความสามารถในการปรับตัวเสมอไป แต่สามารถออกแบบการผสมพันธุ์เพื่อพยายามรวมคุณลักษณะที่ต้องการไว้ในพันธุ์เดียวกัน

ธัญสิรินเป็นตัวอย่างของพันธุ์ข้าวเหนียวไวต่อช่วงแสง ที่พัฒนาเพื่อตอบสนองต่อปัญหาโรคไหม้ในพื้นที่นาน้ำฝนที่ผลิตข้าวเหนียว ซึ่งสามารถสร้างความเสียหายต่อผลผลิตและความมั่นคงในการผลิตข้าวได้อย่างรุนแรง พันธุ์ข้าวนี้เป็นการพัฒนาพันธุ์ข้าวเหนียว กข6 ให้ต้านทานต่อโรคไหม้โดยการใช้ MAS ผนวกยีนต้านทานแบบกว้างบนโครโมโซมที่ 1 จากข้าวพันธุ์เจ้าหอมนิล โดยยังคงคุณสมบัติหุงต้มของ กข6 ไว้ เป็นพันธุ์แรกที่ประสบความสำเร็จในการนำไปใช้แก้ปัญหาการระบาดของโรคไหม้อย่างกว้างขวาง ต้นมีความแข็งแรง ต้านทานต่อการหักล้ม และคุณภาพการหุงต้มดี และได้รับพระราชทานชื่อ "ธัญสิริน" เมื่อวันที่ 1 ธันวาคม พ.ศ. 2553

กรณีนี้แสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงพันธุ์สมัยใหม่ต้องพิจารณามากกว่าความสามารถในการต้านทานโรคเพียงลักษณะเดียว พันธุ์ที่ดีต้องมีคุณสมบัติทางการเกษตรและคุณภาพผลผลิตที่เหมาะสมด้วย จึงจะมีโอกาสได้รับการยอมรับและนำไปใช้ได้อย่างต่อเนื่อง

หอมชลสิทธิ์เป็นพันธุ์ข้าวที่ไม่ไวต่อช่วงแสง มีศักยภาพให้ผลผลิตสูงและทนต่อสภาพน้ำท่วมฉับพลัน ได้จากการผสมพันธุ์ระหว่าง IR57514 กับพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 ใช้ MAS ในการคัดเลือกลักษณะทนต่อน้ำท่วมฉับพลัน (Sub1) และคุณภาพหุงต้ม รวมทั้งความหอมเข้าด้วยกัน พันธุ์ดังกล่าวถูกนำเมล็ดพันธุ์ไปช่วยเหลือเกษตรกรที่ได้รับผลกระทบจากน้ำท่วมในจังหวัดพิจิตร พระนครศรีอยุธยา และพัทลุง

ตัวอย่างนี้สะท้อนให้เห็นมิติทางสังคมของงานวิจัยปรับปรุงพันธุ์ เพราะเป้าหมายของการวิจัยไม่ได้จำกัดอยู่ที่การสร้างพันธุ์ใหม่หรือการตีพิมพ์ผลงานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการพัฒนาพันธุ์ที่ช่วยลดความเสี่ยงของเกษตรกรในพื้นที่ประสบภัยธรรมชาติ และเพิ่มโอกาสในการรักษาผลผลิตภายใต้สภาพแวดล้อมที่ไม่แน่นอน

ข้าวเหนียวเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบอาหารและเศรษฐกิจในภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือ การพัฒนาพันธุ์จึงต้องให้ความสำคัญทั้งคุณภาพการบริโภคและข้อจำกัดของสภาพแวดล้อม น่าน 59 เป็นตัวอย่างของการพัฒนาพันธุ์ข้าวต่อยอดจากพันธุ์ข้าวเหนียวธัญสิริน โดยใช้ MAS ในการรวมลักษณะต้นเตี้ย ความต้านทานโรคไหม้และโรคขอบใบแห้ง เข้าไว้ด้วยกัน และยังคงคุณภาพการหุงต้มและความหอมของพันธุ์ กข6 เอาไว้ น่าน 59 เป็นพันธุ์ข้าวเหนียวไวแสง ต้นเตี้ย

หอมนาคาเป็นพันธุ์ข้าวเหนียวที่ไม่ไวต่อช่วงแสง มีต้นเตี้ย ให้ผลผลิตสูง ทนน้ำท่วม และมีความต้านทานต่อโรคไหม้และโรคขอบใบแห้งในวงกว้างตามข้อมูลที่นำเสนอในเอกสาร

ทั้งสองตัวอย่างชี้ให้เห็นแนวคิดการพัฒนาพันธุ์แบบบูรณาการ โดยนำลักษณะทางพันธุกรรมหลายประการมาประกอบกัน เพื่อให้พันธุ์ข้าวตอบสนองต่อความต้องการในพื้นที่จริง ไม่ว่าจะเป็นความเสี่ยงจากโรค ความต้องการด้านคุณภาพเมล็ด หรือความจำเป็นในการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง

หอมสยามเป็นข้าวเจ้าไวต่อช่วงแสง ที่ให้ผลผลิตสูง ต้านทานการหักล้มและโรคไหม้ โดยมีคุณภาพการหุงต้มใกล้เคียงกับข้าวขาวดอกมะลิ 105 ส่วนหอมนาเลเป็นข้าวไม่ไวต่อช่วงแสง ที่มีปริมาณอะไมโลสต่ำ ทนต่อน้ำท่วมฉับพลันและคลื่นทะเล ตลอดจนต้านทานโรคขอบใบแห้งและเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล โดยข้าวทั้ง 2 พันธุ์พัฒนาโดยใช้ MAS ควบคู่ไปกับการคัดต้นแบบพันธุ์ประวัติ

กรณีของหอมนาเลยังสะท้อนความสำคัญของภูมิปัญญาการปลูกข้าวในพื้นที่ชายฝั่งภาคใต้ ซึ่งเกษตรกรต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมเฉพาะ ทั้งน้ำเค็ม คลื่นทะเล และความเสี่ยงจากโรค การพัฒนาพันธุ์ในบริบทนี้จึงต้องคำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างพันธุกรรมกับนิเวศการผลิต มากกว่าการมุ่งเพิ่มผลผลิตเฉลี่ยเพียงตัวเลขเดียว

พันธุ์ข้าวเหล่านี้แสดงให้เห็นการเปลี่ยนผ่านของการปรับปรุงพันธุ์ไทยจากการเน้นลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ไปสู่การพยายามรวมคุณลักษณะหลายด้านไว้ในพันธุ์เดียว โดยใช้เครื่องหมายโมเลกุลเป็นเครื่องมือช่วยให้การคัดเลือกมีทิศทางและความแม่นยำมากขึ้น

การใช้เทคโนโลยีเครื่องหมายโมเลกุลในการพัฒนาสายพันธุ์ข้าวที่มุ่งรวมลักษณะหลายประการไว้ในพันธุ์เดียว โดยเน้นพันธุ์ที่ไม่ไวต่อช่วงแสง ให้ผลผลิตสูง และมีศักยภาพในการปรับตัวต่อสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง โดยมีชื่อพันธุ์หรือสายพันธุ์ที่ได้รับการปรับปรุงพันธุ์โดยการรวมยีนต่าง ๆ เช่น หอมจินดา2 หอมจินดา3 ไบโอเทค2 ธัญญา6601 ไบโอเทค1 หอมชลสิทธิ์2 หอมชลสิทธิ์3 หอมนาเล2 หอมสยาม3 หอมนาคา2 หอมนาคา3 และหอมนาคา4

สาระสำคัญไม่ได้อยู่ที่จำนวนสายพันธุ์ที่พัฒนา แต่อยู่ที่การแสดงความสัมพันธ์ระหว่างประวัติการผสมพันธุ์กับองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่ต้องการคัดเลือก กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักปรับปรุงพันธุ์สามารถใช้เครื่องหมายโมเลกุลติดตามยีนหรือตำแหน่งพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเป้าหมายหลายลักษณะในประชากรเดียวกัน แล้วคัดเลือกสายพันธุ์ที่มีองค์ประกอบเหมาะสมต่อการพัฒนาต่อไป

สัญลักษณ์และชื่อยีนหรือตำแหน่งพันธุกรรม เช่น badh2, Wxb, SSIIa, Sub1C, xa5, xa21, xa33, Bph3, Bph32, qBL1, qBL11, qST1a, qST1b, RK2 และ RK3 ซึ่งสะท้อนขอบเขตของลักษณะที่ใช้ในการพัฒนาพันธุ์ ไม่ว่าจะเป็นความหอม คุณภาพแป้ง ความทนทานต่อน้ำท่วม ความต้านทานโรคขอบใบแห้ง ความต้านทานแมลง และลักษณะที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของต้นข้าวต่อสภาพแวดล้อม เป็นต้น

4.6.1 การไม่ไวต่อช่วงแสง: การเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบการผลิต

การไม่ไวต่อช่วงแสงเป็นลักษณะที่ช่วยให้การออกดอกของข้าวขึ้นกับช่วงเวลาที่ปลูกและสภาพแวดล้อมมากกว่าการถูกจำกัดด้วยความยาวกลางวันในแบบของพันธุ์ไวต่อช่วงแสง ลักษณะนี้มีประโยชน์ต่อการขยายช่วงเวลาปลูก การจัดระบบการผลิตให้สอดคล้องกับน้ำและแรงงาน ตลอดจนการวางแผนเมล็ดพันธุ์และการผลิตในพื้นที่ที่มีสภาพแวดล้อมแตกต่างกัน

ในบริบทของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ความยืดหยุ่นด้านวันปลูกและวันออกดอกอาจช่วยให้เกษตรกรปรับแผนการผลิตเพื่อลดการเผชิญกับความเสี่ยงบางช่วงของฤดูกาลได้ อย่างไรก็ตาม ความไม่ไวต่อช่วงแสงไม่ได้รับประกันว่าพันธุ์จะทนแล้ง ทนน้ำท่วม หรือให้ผลผลิตสูงในทุกพื้นที่ ลักษณะดังกล่าวต้องประเมินร่วมกับอายุเก็บเกี่ยว ความต้องการน้ำ ความสามารถในการปรับตัว และปฏิสัมพันธ์ระหว่างพันธุกรรมกับสิ่งแวดล้อม

4.6.2 การรวมยีนต้านทานโรคและแมลง: ลดความเปราะบางของพันธุ์ข้าว

การติดตามยีนต้านทานโรคขอบใบแห้งและยีนต้านทานแมลงในสายพันธุ์ที่ปรากฏ แสดงถึงแนวทางการปรับปรุงพันธุ์ที่มุ่งเพิ่มความสามารถในการป้องกันความเสียหายจากศัตรูพืชผ่านองค์ประกอบทางพันธุกรรมหลายตำแหน่ง

การรวมยีนต้านทานหลายยีนหรือการทำ gene pyramiding อาจช่วยเพิ่มความครอบคลุมของการต้านทานและลดโอกาสที่เชื้อสาเหตุโรคหรือประชากรแมลงบางกลุ่มจะทำให้พันธุ์อ่อนแอลงอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของการรวมยีนต้องยืนยันด้วยการทดสอบกับเชื้อหรือประชากรศัตรูพืชที่เกี่ยวข้อง และติดตามความคงตัวของความต้านทานภายใต้สภาพการผลิตจริง

แนวทางนี้ยังมีความสำคัญต่อการจัดการต้นทุนการผลิต เพราะพันธุ์ที่มีความต้านทานเหมาะสมอาจช่วยลดความจำเป็นในการใช้สารป้องกันกำจัดศัตรูพืชบางกรณี แต่ผลลัพธ์ดังกล่าวต้องพิจารณาร่วมกับระบบการจัดการศัตรูพืชแบบผสมผสานและข้อมูลต้นทุนจากแปลงจริง

4.6.3 การผสานความต้านทานโรคเข้ากับคุณภาพเมล็ดและผลผลิต

การพัฒนาพันธุ์ข้าวที่มีคุณภาพเมล็ดดีและต้านทานโรคได้พร้อมกันเป็นโจทย์ที่ซับซ้อน เนื่องจากลักษณะทางการเกษตรและคุณภาพเมล็ดอาจถูกควบคุมโดยยีนหลายตำแหน่ง และอาจเกิดความสัมพันธ์หรือผลกระทบร่วมระหว่างลักษณะต่าง ๆ

การติดตาม badh2, Wxb และ SSIIa ร่วมกับตำแหน่งที่เกี่ยวข้องกับการต้านทานโรคและแมลง จึงสะท้อนความพยายามในการรวมคุณภาพข้าวที่ตลาดต้องการเข้ากับความสามารถในการปรับตัวและการป้องกันความเสียหายจากศัตรูพืช โดยไม่จำเป็นต้องเลือกระหว่างคุณภาพกับความทนทานเพียงด้านใดด้านหนึ่ง

กระนั้น การมีองค์ประกอบพันธุกรรมตามเป้าหมายยังเป็นเพียงขั้นหนึ่งของกระบวนการปรับปรุงพันธุ์ ความสำเร็จขั้นสุดท้ายต้องพิจารณาจากผลผลิตจริง คุณภาพการสี คุณภาพการหุงต้ม ความหอม ความสม่ำเสมอของเมล็ด และการยอมรับของเกษตรกรกับตลาด

05 · Data infrastructure

การสร้างฐานข้อมูลจีโนมและฟีโนไทป์: โครงสร้างพื้นฐานของการปรับปรุงพันธุ์ยุคใหม่

เมื่อการใช้ข้อมูลโมเลกุลขยายตัว ความท้าทายของการวิจัยไม่ได้อยู่เพียงการค้นหายีนที่มีประโยชน์ แต่ยังรวมถึงการจัดเก็บ เชื่อมโยง และใช้ข้อมูลพันธุกรรมร่วมกับข้อมูลลักษณะปรากฏอย่างเป็นระบบ ฐานข้อมูลข้าวของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ ซึ่งรวบรวมข้อมูลพันธุกรรมและข้อมูลลักษณะปรากฏของพันธุ์ข้าวที่มีคุณสมบัติโดดเด่นด้านการส่งออก อุตสาหกรรม และโภชนาการ ตลอดจนเครื่องมือจำแนกพันธุ์และเครื่องหมายโมเลกุลสำหรับติดตามลักษณะสำคัญ เช่น ผลผลิต ลักษณะทางการเกษตร คุณภาพการหุงต้ม ความต้านทานโรคและแมลง ความทนทานต่อสภาพแวดล้อม และคุณค่าทางโภชนาการ (ฐานข้อมูลข้าว)

ฐานข้อมูลเช่นนี้มีความสำคัญในเชิงยุทธศาสตร์ เพราะช่วยลดการทำงานแบบแยกส่วน และสนับสนุนการตัดสินใจบนพื้นฐานของข้อมูลที่เชื่อมโยงกัน ตั้งแต่การเลือกพ่อแม่พันธุ์ การกำหนดลักษณะเป้าหมาย การตรวจสอบองค์ประกอบทางพันธุกรรม ไปจนถึงการประเมินว่าพันธุ์ที่พัฒนาขึ้นเหมาะกับตลาดหรือพื้นที่ผลิตใด

ในระยะต่อไป การเชื่อมโยงข้อมูลจีโนมกับข้อมูลฟีโนไทป์จากหลายพื้นที่และหลายฤดูกาลจะมีความสำคัญยิ่งขึ้น โดยเฉพาะเมื่อประเทศไทยต้องรับมือกับความแปรปรวนของสภาพอากาศและความต้องการของตลาดที่เปลี่ยนแปลงรวดเร็ว ฐานข้อมูลที่มีคุณภาพจึงไม่ใช่เพียงคลังข้อมูลสำหรับค้นคืน แต่ควรพัฒนาไปสู่โครงสร้างพื้นฐานสำหรับการวิเคราะห์ การพยากรณ์ และการออกแบบการปรับปรุงพันธุ์ให้ตรงกับความต้องการเฉพาะด้านมากขึ้น

06 · Mekong sub-region

ความร่วมมือในอนุภูมิภาคลุ่มน้ำโขง: จากการสร้างพันธุ์ข้าวไทยสู่การพัฒนาศักยภาพร่วมกัน

อีกมิติหนึ่งของประวัติศาสตร์การปรับปรุงพันธุ์ข้าวสมัยใหม่ของไทย คือการถ่ายทอดองค์ความรู้และการสร้างเครือข่ายความร่วมมือกับประเทศเพื่อนบ้าน ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติร่วมกับมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ดำเนินโครงการปรับปรุงพันธุ์ข้าวด้วยเทคโนโลยีเครื่องหมายโมเลกุลสำหรับประเทศลุ่มน้ำโขงตั้งแต่ปี พ.ศ. 2547 โดยร่วมมือกับหน่วยงานภายในประเทศไทยและหน่วยงานวิจัยของเมียนมา กัมพูชา และ สปป.ลาว ผ่านการฝึกอบรมเชิงปฏิบัติการ การดำเนินงานวิจัยร่วม และการสนับสนุนทุนการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา

โครงการดังกล่าวสะท้อนแนวคิดสำคัญว่า เทคโนโลยีปรับปรุงพันธุ์ไม่ควรจำกัดอยู่ในห้องปฏิบัติการหรือในประเทศใดประเทศหนึ่ง แต่ควรพัฒนาความสามารถของนักวิจัยและหน่วยงานในแต่ละประเทศให้สามารถนำองค์ความรู้ไปแก้ปัญหาการผลิตข้าวของตนเองได้

ผลงานร่วมที่เกิดจากโครงการนี้ ได้พัฒนาพันธุ์ข้าวสำคัญของแต่ละประเทศ โดยการใช้ MAS เช่น ซอลโทสินทูเล๊ต ซึ่งเป็นข้าวทนเค็มที่ได้รับการรับรองในเมียนมา ทูคาหอม ซึ่งมีคุณภาพข้าวในกลุ่มที่เชื่อมโยงกับความต้องการข้าวหอมคุณภาพสูงใน สปป.ลาว และ เซบั้งไฟ 2 และ เซบั้งไฟ 3 ซึ่งเป็นข้าวหอมที่มุ่งตอบโจทย์ความทนทานต่อน้ำท่วมและภัยแล้ง และได้รับการรับรองใน สปป.ลาว

ความสำเร็จในระดับอนุภูมิภาคแสดงให้เห็นว่าประเทศไทยสามารถมีบทบาทได้มากกว่าการพัฒนาพันธุ์ข้าวสำหรับพื้นที่ภายในประเทศ แต่ยังสามารถเป็นศูนย์กลางการสร้างองค์ความรู้ การฝึกอบรม และการพัฒนาเครือข่ายวิจัยที่ช่วยให้ประเทศเพื่อนบ้านยกระดับขีดความสามารถของตนเอง ทั้งนี้ ความสำเร็จดังกล่าวควรประเมินจากทั้งผลผลิตทางวิชาการ การพัฒนาบุคลากร การนำพันธุ์ไปใช้จริง และความสามารถของประเทศคู่ร่วมมือในการดำเนินงานปรับปรุงพันธุ์ต่อไปอย่างยั่งยืน ไม่ใช่พิจารณาเพียงจำนวนพันธุ์ที่ได้รับการพัฒนาเท่านั้น

07 · Lessons learned

บทเรียนจาก 25 ปี: ความสำเร็จเกิดจากการเชื่อมโยงวิทยาศาสตร์กับการปรับปรุงพันธุ์

เมื่อมองย้อนกลับไปตลอดระยะเวลา 25 ปี สามารถสังเคราะห์บทเรียนสำคัญได้อย่างน้อยห้าประการ

ประการแรก การลงทุนในองค์ความรู้พื้นฐานเป็นรากฐานของนวัตกรรมระยะยาว การเข้าร่วมโครงการจีโนมนานาชาติช่วยให้ไทยพัฒนาความสามารถในการทำงานวิจัยระดับโมเลกุล ซึ่งนำไปสู่การค้นหายีนและการพัฒนาเครื่องหมายที่มีความสำคัญต่อข้าวไทย

ประการที่สอง เทคโนโลยีจะเกิดคุณค่าเมื่อเชื่อมโยงกับโจทย์การผลิตจริง ตัวอย่างพันธุ์ที่ทนน้ำท่วม ต้านทานโรค หรือมีคุณภาพเมล็ดเฉพาะ แสดงให้เห็นว่าเป้าหมายของงานวิจัยควรตั้งอยู่บนปัญหาและความต้องการของเกษตรกรและตลาด

ประการที่สาม การปรับปรุงพันธุ์ต้องรักษาสมดุลระหว่างลักษณะหลายด้าน ผลผลิต คุณภาพเมล็ด ความต้านทานโรค ความสามารถในการปรับตัว และความต้องการของผู้บริโภค ล้วนเป็นองค์ประกอบที่ต้องพิจารณาร่วมกัน การเพิ่มลักษณะหนึ่งโดยสูญเสียคุณลักษณะสำคัญอื่นอาจไม่ตอบโจทย์การใช้ประโยชน์ในระยะยาว

ประการที่สี่ การทำงานร่วมกันระหว่างนักวิจัยและผู้ใช้ประโยชน์เป็นเงื่อนไขสำคัญของความสำเร็จ การทดสอบพันธุ์ในพื้นที่จริง การมีส่วนร่วมของเกษตรกร การผลิตเมล็ดพันธุ์ และความร่วมมือกับหน่วยงานด้านการเกษตร ช่วยเชื่อมโยงผลการวิจัยกับการนำไปใช้จริง

ประการสุดท้าย การพัฒนาบุคลากรและเครือข่ายความร่วมมือเป็นผลลัพธ์ที่มีคุณค่าระยะยาว การสร้างนักวิจัยที่เข้าใจทั้งพันธุศาสตร์และการปรับปรุงพันธุ์ รวมถึงการถ่ายทอดความรู้สู่ประเทศเพื่อนบ้าน เป็นการเพิ่มขีดความสามารถที่ดำรงอยู่ต่อไปได้แม้โครงการวิจัยแต่ละโครงการจะสิ้นสุดลง

08 · What's next

ก้าวต่อไป: จาก MAS สู่การปรับปรุงพันธุ์ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลจีโนม

แม้ MAS จะเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยยกระดับการปรับปรุงพันธุ์ข้าวไทย แต่การเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีจีโนมเปิดโอกาสใหม่ ๆ ที่ควรนำมาพิจารณาร่วมกัน แนวทางหนึ่งคือ การคัดเลือกจีโนม (Genomic Selection: GS) ซึ่งใช้ข้อมูลเครื่องหมายทั่วทั้งจีโนมร่วมกับข้อมูลฟีโนไทป์เพื่อสร้างแบบจำลองทำนายคุณค่าทางพันธุกรรมของสายพันธุ์ วิธีนี้มีศักยภาพสำหรับลักษณะที่ถูกควบคุมโดยยีนจำนวนมาก เช่น ผลผลิตภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน แต่ต้องอาศัยประชากรฝึกสอนที่มีคุณภาพ ข้อมูลภาคสนามที่เชื่อถือได้ และการตรวจสอบความแม่นยำของแบบจำลอง

อีกแนวทางคือ การใช้เทคโนโลยีแก้ไขจีโนม (Genome Editing) เพื่อเปลี่ยนแปลงตำแหน่งพันธุกรรมที่กำหนดไว้ โดยเฉพาะเมื่อมีความรู้เกี่ยวกับยีนและหน้าที่ของยีนอย่างเพียงพอ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ควรได้รับการพัฒนาควบคู่กับการประเมินความปลอดภัย การตรวจสอบผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ การจัดการทรัพย์สินทางปัญญา และระบบกำกับดูแลที่เกี่ยวข้อง

นอกจากนี้ การเชื่อมโยงข้อมูลจีโนมกับข้อมูลสิ่งแวดล้อม การใช้เซนเซอร์ในแปลงนา และการวิเคราะห์ข้อมูลหลายมิติ อาจช่วยให้การปรับปรุงพันธุ์มุ่งไปสู่พันธุ์ที่เหมาะสมกับนิเวศการผลิตเฉพาะพื้นที่มากขึ้น เช่น พื้นที่นาน้ำฝน พื้นที่ชลประทาน พื้นที่เสี่ยงน้ำท่วม พื้นที่แห้งแล้ง และพื้นที่ชายฝั่งที่ได้รับผลกระทบจากความเค็ม

เป้าหมายในอนาคตจึงไม่ควรเป็นเพียงการพัฒนาพันธุ์ที่ให้ผลผลิตสูงที่สุดภายใต้เงื่อนไขหนึ่ง แต่ควรเป็นการสร้างระบบปรับปรุงพันธุ์ที่สามารถออกแบบพันธุ์ให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม ความต้องการของเกษตรกร คุณภาพที่ตลาดต้องการ และข้อจำกัดด้านทรัพยากรได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Epilogue

บทส่งท้าย: 25 ปีแห่งการวางรากฐาน และภารกิจที่ยังดำเนินต่อไป

ประวัติศาสตร์ 25 ปีของจีโนมข้าวและการปรับปรุงพันธุ์ข้าวสมัยใหม่ในประเทศไทย เป็นเรื่องราวของการเปลี่ยนผ่านจากการเข้าร่วมโครงการวิจัยระดับนานาชาติ สู่การสร้างองค์ความรู้และเครื่องมือที่สามารถนำมาใช้พัฒนาพันธุ์ข้าวของประเทศได้อย่างเป็นรูปธรรม

จากการศึกษาลำดับพันธุกรรมและการค้นหายีนความหอม ไปสู่การพัฒนาเครื่องหมายโมเลกุล การใช้ MAS ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวหอม ข้าวเหนียว และข้าวที่ต้องรับมือกับโรคหรือสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม ตลอดจนการสร้างฐานข้อมูลและเครือข่ายความร่วมมือในอนุภูมิภาคลุ่มน้ำโขง ทุกขั้นตอนล้วนแสดงให้เห็นว่าความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จะมีพลังมากขึ้นเมื่อเชื่อมโยงกับความต้องการของสังคมและระบบการผลิตจริง

สิ่งที่ประเทศไทยสั่งสมตลอดช่วงเวลานี้จึงมิใช่เพียงผลงานวิจัยหรือรายชื่อพันธุ์ข้าวใหม่ แต่รวมถึงบุคลากร องค์ความรู้ โครงสร้างพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ และความสามารถในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเพื่อแก้ปัญหาการเกษตร

ในขณะเดียวกัน ความท้าทายของอนาคตยิ่งมีความซับซ้อนขึ้น ทั้งการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ต้นทุนการผลิต ความต้องการอาหารที่มีคุณภาพและคุณค่าทางโภชนาการ ตลอดจนการแข่งขันในตลาดข้าวโลก การรักษาความสามารถในการแข่งขันของข้าวไทยจึงจำเป็นต้องอาศัยการลงทุนวิจัยอย่างต่อเนื่องและการเชื่อมโยงการปรับปรุงพันธุ์กับระบบการผลิตและตลาดอย่างเป็นระบบ

หาก 25 ปีที่ผ่านมาเป็นช่วงเวลาของการวางรากฐานจีโนมและการนำเทคโนโลยีโมเลกุลเข้าสู่การปรับปรุงพันธุ์ ภารกิจในระยะต่อไปก็คือการนำฐานความรู้ดังกล่าวไปพัฒนาระบบปรับปรุงพันธุ์ที่รวดเร็ว แม่นยำ ใช้ข้อมูลเป็นตัวขับเคลื่อน และตอบสนองต่อความต้องการที่หลากหลายได้ดียิ่งขึ้น

ความสำเร็จในอนาคตจึงไม่ควรวัดเพียงว่าเราค้นพบยีนได้มากเพียงใด หรือพัฒนาพันธุ์ใหม่ได้กี่พันธุ์ หากควรวัดด้วยว่าความรู้เหล่านั้นช่วยให้เกษตรกรมีทางเลือกที่ดีขึ้น ลดความเสี่ยงในการผลิต สร้างมูลค่าเพิ่มให้กับข้าวไทย และทำให้ประเทศไทยยังคงเป็นประเทศที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมข้าวของภูมิภาคและของโลกได้มากน้อยเพียงใด

นี่คือความหมายที่แท้จริงของ 25 ปีแห่งจีโนมข้าวไทย และเป็นจุดเริ่มต้นของภารกิจอีกบทหนึ่งในการสร้างอนาคตของข้าวไทยด้วยวิทยาศาสตร์และนวัตกรรม

References

เอกสารอ้างอิง

• International Rice Genome Sequencing Project. (2005). The map-based sequence of the rice genome. Nature, 436, 793–800. https://doi.org/10.1038/nature03895
• Sasaki, T., Matsumoto, T., Yamamoto, K., et al. (2002). The genome sequence and structure of rice chromosome 1. Nature, 420, 312–316. https://doi.org/10.1038/nature01184
• สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.). (ม.ป.ป.). จีโนมข้าว ตัวเร่งการพัฒนาพันธุ์ข้าวไทย. https://www.nstda.or.th/home/performance_post/rice-genome/
• สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.). (ม.ป.ป.). การพัฒนาพันธุ์ข้าว. จดหมายเหตุ สวทช. https://www.nstda.or.th/archives/rice-development/
• Toojinda, T. (2024). 25 Years of Rice Genomic and Molecular Breeding in Thailand. เอกสารนำเสนอในการประชุมนานาชาติ 3rd International Conference on Rice for the Future, 15 November 2024, Nonthaburi, Thailand.
• National Science and Technology Development Agency (NSTDA). (2021). BIOTEC-NSTDA introduces a new rice cultivar Hom Siam. https://www.nstda.or.th/en/news/news-years-2021/biotec-nstda-introduces-a-new-rice-cultivar-hom-siam.html