CRISPR สามารถลดเวลาในการพัฒนาเมล็ดพันธุ์ที่ให้ผลผลิตสูงได้ 5-10 ปี

  •  
  •  
  •  
  •  

โดย…ดร.นิพนธ์ เอี่ยมสุภาษิต

      ในทศวรรษที่ผ่านมา เทคโนโลยีพืชลูกผสมมีส่วนช่วยในการเพิ่มผลผลิตของโลกได้อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตามการวางแผนและการบำรุงรักษาสายพันธุ์ที่ใช้ในการผลิตลูกผสมนั้นค่อนข้างจะซับซ้อนและใช้แรงงานค่อนข้างมาก

        ขณะนี้นักวิจัยในประเทศจีนได้พัฒนาระบบใหม่ซึ่งรวมการแก้ไขจีโนมโดยใช้ CRISPR กับวิธีการอื่น ๆ ที่สามารถผลิตเมล็ดพันธุ์ลูกผสมที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการพัฒนาแบบดั้งเดิมและลดระยะเวลาการสร้างพันธุ์ลูกผสมลงได้ 5 -10 ปี การศึกษานี้ได้ลงพิมพ์ในวารสาร Molecular Plant เมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม2563

       พันธุ์ลูกผสมเป็นที่ต้องการมากกว่าพันธุ์แท้หรือพันธุ์เดิม ๆ ในการปลูกพืช การผสมข้ามสายพันธุ์พืชที่มีความห่างไกลกันทางพันธุกรรม2 สายพันธุ์มักทำให้เกิดลูกหลานที่มีลักษณะที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสายพันธุ์พ่อแม่ ลูกหลานที่ได้มีแนวโน้มที่จะให้ผลผลิตสูงขึ้นและทนทานต่อโรคได้ดีขึ้น ซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่า heterosis หรือ hybrid vigor

       “แต่วิธีการสร้างพันธุ์ลูกผสมในปัจจุบันนั้นใช้เวลานานและยุ่งยากมาก” ChuanxiaoXieจากสถาบันวิทยาศาสตร์การเกษตรของจีน(Chinese Academy of Agricultural Sciences) กล่าว

       ตัวอย่างเช่นขั้นตอนแรกในการสร้างพันธุ์ลูกผสม คือการค้นหาหรือสร้างสายพันธุ์พ่อแม่ที่มีการกลายพันธุ์เพื่อไม่ให้ผลิตละอองเกสรที่มีชีวิต เพื่อหลีกเลี่ยงการผสมตัวเองและเพื่อให้แน่ใจว่าสายพันธุ์พ่อแม่ส่วนใหญ่ จะได้รับการผสมจากสายพันธุ์อื่น ๆ ที่แตกต่างกัน แต่รุ่นลูกหลานจะต้องมีความสามารถในการผลิตเมล็ดเพื่อให้ผสมตัวเองเพื่อขยายพันธุ์ให้มากขึ้นและใช้เป็นสายพันธุ์พ่อแม่นักวิทยาศาสตร์จะผสมข้ามระหว่างสายพันธุ์ที่เป็นหมันกับสายพันธุ์ที่มีเกสรปกติ เพื่อฟื้นฟูความเป็นหมันและสร้างเมล็ดพันธุ์ลูกผสม การสร้างวงจรการผลิตเช่นนี้มีความสำคัญในการสร้างสายการผลิตเมล็ดพันธุ์ที่มีประสิทธิภาพในแปลงปลูก

      วิธีการเช่นนี้มีความต้องการจีโนไทป์ของพืชที่เฉพาะเจาะจง และการสร้างสายพันธุ์ที่เป็นหมันและไม่เป็นหมันต้องใช้เวลาหลายปี

     “ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้เป็นสิ่งจำกัดการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์” Xieกล่าว “แต่ระบบใหม่ของเราที่ใช้ CRISPR / Cas9 สามารถพัฒนากระบวนการผลิตพันธุ์ลูกผสมอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงเพียงครั้งเดียวก็เพียงพอแล้ว”

      Xie และเพื่อนร่วมงานของเขาสร้าง Cas9 vector เป็นครั้งแรกโดยมีเป้าหมายที่ MS26 ซึ่งเป็นยีนที่ไม่เป็นหมันในข้าวโพด พวกเขายังเตรียมเวกเตอร์ตัวที่สองเรียกว่า MGM เวกเตอร์แรกทำงานโดยตัดส่วนของ MS26 ออกซึ่งจะทำให้ข้าวโพดเป็นหมันทางพันธุกรรม เวกเตอร์ MGM มีส่วนการทำงานสามส่วน คือ ลำดับการเข้ารหัสของยีน MS26 ที่ทำงานเพื่อคืนความไม่เป็นหมัน เอนไซม์ที่ทำให้กับละอองเกสรไม่ทำงานและเครื่องหมายสีแดงที่จะแสดงในเมล็ด

     ทีมวิจัย ถ่ายฝากเวกเตอร์ทั้งสองให้กับagrobacterium และใช้เพื่อแก้ไขต้นอ่อนข้าวโพด (maize embryos)เนื่องจากข้าวโพดเป็นdiploid หมายความว่ามันมี2 สำเนาของยีนแต่ละตัว ต้นอ่อนที่ถูกแก้ไขเหล่านี้จะมี MS26 ที่กลายพันธุ์สองชุดนอกเหนือจากสำเนาของยีน MGM เพียงชุดเดียวที่ได้รับการถ่ายฝาก

      เมื่อพืชเหล่านี้ผสมตัวเอง จะได้ลูกหลานสองประเภทที่มีอัตราส่วน 1 ต่อ 1 ตามกฎของการแบ่งตัวแบบไมโอซีส(meiosis) หนึ่งที่มี MS26 ที่กลายพันธุ์ และ MGM และหนึ่งมี MS26 ที่กลายพันธุ์ และไม่มีMGM

      ลูกหลานที่ไม่มี MGM จะเป็นหมัน ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นพ่อแม่ในการผลิตเมล็ดพันธุ์ลูกผสมได้ เนื่องจากพ่อแม่เหล่านี้ไม่มี MGM ยีนที่ได้มาจากภายลูกหลานของพวกเขา หากผสมกับพันธุ์ที่ไม่ได้ดัดแปลงพันธุกรรม จึงไม่ใช่พืชดัดแปลงพันธุกรรม

     อีกครึ่งหนึ่งของลูกหลานที่มีMGM จะไม่เป็นหมัน และมีลักษณะเช่นเดียวกับพ่อแม่ของพวกเขา พืชเหล่านี้ เรียกว่าผู้ดูแล (maintainers) สามารถผสมตัวเองเพื่อสร้างพืชที่เป็นหมันเพื่อผลิตลูกผสมและผู้ดูแลมากขึ้น

     ผู้ดูแลยังมีเครื่องหมายเรืองแสงสีแดงที่มาจากเวกเตอร์ MGM ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถแยกแยะและคัดแยกจากเมล็ดที่เป็นหมันได้อย่างง่าย

    “ระบบของเราช่วยลดทรัพยากรที่จำเป็นในการสร้างสายพันธุ์เพื่อการผลิตเมล็ดพันธุ์ลูกผสมที่มั่นคง ดังนั้นปัจจัยการผลิตและต้นทุนของเมล็ดพันธุ์จึงต่ำกว่ามาก” Xieกล่าว

     นอกจากข้าวโพดแล้วพืชสำคัญอื่น ๆ อีกหลายชนิดก็มี MS26 เช่นข้าว ธัญพืชเมล็ดเล็ก ข้าวสาลีและข้าวฟ่าง ดังนั้นวิธีการใหม่นี้สามารถนำไปใช้กับพืชอื่น ๆ ได้อย่างง่ายดายหรือแม้กระทั่งยีนที่กำหนดความไม่เป็นหมันอื่น ๆ ในพืชเขากล่าวเสริม

    “เทคโนโลยีฉลาดเราอยู่ไม่ไกลจากการนำไปใช้ขนาดใหญ่ แต่มีกระบวนการที่เราต้องดำเนินการก่อนที่จะได้รับการอนุมัติสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์” Xie ระบุ

     ครับ นับเป็นอีกหนึ่งความก้าวหน้าในการพัฒนาพันธุ์ลูกผสม ที่ใช้เทคโนโลยีชีวภาพเข้ามาช่วย ทำให้ย่นระยะเวลาในการพัฒนาได้มาก

      อ่านเพิ่มเติมได้ที่ https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-07/cp-ceo070120.php

เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ