การสืบหายีนที่มีความสำคัญและการพัฒนาพันธ์ข้าว

เพื่อเพิ่มผลผลิตและคุณภาพ อันนำไปสู่การผลิตข้าวที่ยั่งยืนของประเทศ และเพิ่มศักยภาพการแข่งขันในตลาดโลก   การสร้างพันธ์ข้าวให้มีคุณลักษณะที่ดีเลิศทั้งในทางปริมาณและคุณภาพนั้น นักปรับปรุงพันธุ์ไม่เพียงแต่จะต้องคำนึงถึงลักษณะที่ให้ได้ผลผลิตคุณภาพสูง แต่ยังต้องคำนึงการป้องกันการสูญเสียผลผลิตที่เกิดจากการทำลายเชื้อโรคและแมลง และการเกิดสภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม ในการเจริญเติบโต เช่น น้ำท่วม ฝนแล้ง ดินเค็ม ดินกรด

ศูนย์ฯยังเป็นหน่วยปฏิบัติการฯ ศึกษาการวางตำแหน่งยีนของลักษณะที่สำคัญทางเศรษฐกิจ จำนวน 16 ลักษณะ โดยการใช้วิธีการวางตำแหน่งยีนที่ซ้อนเลื่อมกันอย่างต่อเนื่อง (intergrated linkage maps) และใช้ยีนจาก 12 ประชากร ซึ่งยีนดังกล่าว หน่วยปฏิบัติการฯ ใช้เป็นเป้าหมายในการปรับปรุงพันธุ์ทั้งข้าวนาน้ำฝนและนาชลประทาน สำหรับข้าวนาน้ำฝนนั้นเป้าหมาย คือการปรับปรุงพันธุ์เพื่อให้ได้พันธุ์ข้าวหอมมะลิ 105 และ กข 6 ที่มีคุณภาพหุงต้มและความหอมเหมือนพันธุ์เดิม แต่มีคุณสมบัติตามต้องการ เช่น มีความต้านทานโรคแมลงดีขึ้น ทนต่อสภาพเครียดอันเกิดจากสภาพแวดล้อมมากขึ้น กลยุทธ์นี้ทำให้เกิดการรวบยอดยีน (gene pyramid) ที่ดีไว้ด้วยกัน ในข้าวทั้งสองพันธุ์ นอกจากนั้นยังมีเป้าหมายในการเพิ่มศักยภาพในการให้ผลผลิตขึ้นอีกด้วย สำหรับนาชลประทานเน้นที่การเพิ่มผลผลิตและมูลค่าของผลผลิต เช่น เพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ ปริมาณอะไมโลส เป็นต้น กลยุทธ์นี้ทำให้เกิดการใช้ประโยชน์ของการหายีนจากการกลายพันธุ์ เพื่อสร้างพันธ์ข้าวในอุดมคติ นับเป็นความพยายามครั้งแรกในประเทศไทยที่ใช้กลยุทธ์ดังกล่าว เพื่อให้ได้พันธุ์ข้าวที่ดี

การศึกษาทางด้านโครงสร้างของยีน (Structural genomics)

จากการที่หน่วยปฏิบัติการฯ ร่วมมือกับโครงการหาลำดับเบสจีโนมข้าว ( International Rice Genome Sequencing Project : IRGSP ) โดยรับผิดชอบในการหาลำดับเบสโครโมโซม 9 ค้นพบลำดับเบสจีโนมข้าวอย่างสมบูรณ์ การค้นพบดังกล่าว ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสายพันธุ์ข้าวชนิดใหม่ออกสู่เกษตรกร แต่ยังทำให้ได้ผลผลิตเพิ่มขึ้น รวมทั้งได้พันธุ์ข้าวในอุดมคติที่มีคุณลักษณะดีเลิศเพื่อการบริโภคที่ยั่งยืนทั่วโลกในอีกหนึ่งศตวรรษ การเข้าร่วมในโครงการดังกล่าวไม่เพียงแต่เป็นความ
ภาคภูมิใจของประเทศ แต่ยังเป็นอีกก้าวหน้าหนึ่งที่จะไปสู่ยุคจีโนมข้าว

การค้นพบยีน (Gene discovery)

หน่วยปฏิบัติการฯ กำลังดำเนินงานวิจัยในการค้นหาตำแหน่งยีนของลักษณะที่สำคัญทางเศรษฐกิจ จำนวน 16 ลักษณะ โดยใช้ยีนที่ควบคุมลักษณะทางปริมาณ 2 ยีนคือ ยีนทนต่อน้ำท่วมและยีนที่เกี่ยวข้องกับความหอม เป็นต้นแบบในการศึกษา และได้สร้างห้องสมุดชิ้นส่วนขนาดใหญ่จีโนม (BAC library) สำหรับข้าวหอมมะลิ 105 และ FR 13 A เพื่อทำแผนที่จีโนมทางกายภาพ (physical mapping) และหาลำดับเบสขนาดใหญ่ ในขณะนี้ประสบความสำเร็จในการหายีนและกำลังอยู่ในระหว่างการสืบค้นหน้าที่ของยีนดังกล่าว นอกจากนั้นยังมีเป้าหมายในการสืบหายีนอื่น ๆ ทั้งที่เกี่ยวข้องกับความต้านทาน พัฒนาการ การตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม รวมทั้งโภชนาการ

ชีวสารสนเทศ (Rice Gene Thresher)

การสร้างฐานข้อมูลลำดับเบสขนาดใหญ่เรียกว่า Rice Gene Thresher (http://rice.kps.ku.ac.th) เป็นแหล่งรวบรวมฐานข้อมูลข้าวสาธารณะเพื่อให้นักปรับปรุงพันธุ์ข้าวและผู้สนใจ สามารถสืบค้นหาข้อมูลได้ อันจะก่อให้เกิดประโยชน์อย่างสูงสุด ฐานข้อมูลดังกล่าวประกอบด้วยลำดับเบสของมวลสารพันธุกรรมของข้าวทั้งสายพันธุ์จาโปนิกาและอินดิกา โดยประกอบด้วยแผนที่พันธุกรรมของข้าวโมเลกุลเครื่องหมาย EST ลำดับเบสดีเอ็นเอ การทำนายบทบาทหน้าที่ และการทำงานของยีนต่างๆ  รวมถึงโครงสร้างของโปรตีนซึ่งจะนำไปสู่ความเข้าใจในการแสดงออกของยีนและโปรตีนได้ดียิ่งขึ้น

การศึกษาทางด้านการค้นหาหน้าที่ยีน (Functional genomics)

เนื่องจากประมาณ 60% Open reading frame ของจีโนมข้าวที่ยังไม่ทราบหน้าที่ ด้วยเหตุนี้จึงมีความจำเป็นที่จะต้องค้นหาหน้าที่ของยีน (functional genomics) ซึ่งโดยทั่วไปมักจะใช้วิธีการ 2 วิธี คือ เทคนิคทรานสเจนิกส์ (transgenics) การแสดงออกที่มากเกิน (overexpression) หรือการยับยั้งของอาร์เอ็นเอในยีนที่สนใจ (RNA interference) และเทคนิคที่เรียกว่า TILLING (targeting induced local lesions in genomes) ซึ่งหน่วยปฏิบัติการฯ ได้ใช้เทคนิคนี้ในการชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ทั้งจีโนมโดยใช้รังสี Fast neutron ขนาดปริมาณรังสี 13 Gy ข้าวเจ้าหอมนิลจำนวน 200,000 ต้นได้ถูกชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์โดยวิธีดังกล่าว และทำการคัดเลือกต้นกลายพันธุ์ เพื่อนำไปสู่การหาหน้าที่ของยีนข้าว

 การปรับปรุงพันธุ์ข้าวอณูวิธี (Molecular Breeding)

การปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีศักยภาพสูงขึ้นจำเป็นต้องใช้องค์ความรู้ด้านลำดับเบสจีโนมที่เกี่ยวข้องโดยการใช้เทคนิคที่เรียกว่าโมเลกุลเครื่องหมาย (Marker-Assisted Selection MAS) เพื่อปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้มีคุณภาพที่ดีและผลผลิตสูง ตัวอย่างของพันธุ์ข้าวที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาโดยใช้เทคนิคดังกล่าว คือข้าวหอมมะลิไตรลักษณ์ ที่ประกอบด้วยลักษณะ 3 ประการ คือ ทนทานต่อน้ำท่วม ต้านทานโรคขอบใบแห้ง ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล