โดย…ดร.นิพนธ์ เอี่ยมสุภาษิต

     เมื่อนึกถึงอาหารที่มีอยู่ทั่วโลก และลองสุ่มตัวอย่างอาหารที่ยอดนิยมของโลก จะพบว่ามีข้าวเป็นส่วนผสมที่สำคัญตั้งแต่ jollof (อาหารแอฟริกัน)ถึง arroz con camarones (อาหารเม็กซิกัน) และ jambalaya (อาหารของรัฐหลุยส์เซียน่า)ถึง biryani (อาหารอินเดีย) จะมีข้าวเป็นจุดเด่น อันที่จริง ข้าวเป็นพืชที่มีการผลิตกันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเพื่อการบริโภคโดยตรง มีพันธุ์ข้าวจำนวนนับไม่ถ้วนที่มีคุณสมบัติพิเศษปลูกได้ในหลาย ๆ พื้นที่การปรับปรุงพันธุ์พืชโดยเฉพาะข้าว ทำให้มีการขยายพื้นที่เพาะปลูกไปทั่วโลก ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่นักวิจัยมักจะให้ความสนใจในความก้าวหน้าของผลผลิตของข้าวเป็นการเฉพาะ

    จำนวนประชากรที่ขยายตัวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ทำให้ระบบอาหารที่เปราะบางอยู่แล้วเป็นสิ่งที่น่ากลัวมากขึ้น ดังนั้นการป้องกันการผลิตข้าวจึงเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่ง และพันธุ์ข้าวสมัยใหม่ที่พัฒนาขึ้นขากการปรับปรุงพันธุ์ จะอาศัยไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบเพื่อให้ได้ผลผลิตสูง แต่การผลิตไนโตรเจนสังเคราะห์มีค่าใช้จ่ายสูง คิดเป็นเกือบร้อยละ40 ของต้นทุนพลังงานทั้งหมดในการผลิตข้าว

    ยิ่งไปกว่านั้น การปรับปรุงผลผลิตข้าวโดยวิธีการปรับปรุงพันธุ์แบบเดิมเริ่มถึงทางตัน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีชีวภาพเป็นทางเลือกที่สามารถสร้างกลไกที่มีแนวโน้มว่าจะก้าวข้ามทางตันนั้นได้ เมื่อต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากก๊าซเรือนกระจกและจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงจำเป็นต้องลดการปลดปล่อยคาร์บอนของระบบการเกษตรในขณะที่ต้องการผลผลิตเพิ่มขึ้น

    งานขนาดใหญ่นี้เพิ่งถูกศึกษาโดย Zhang et al ตามที่ตีพิมพ์ในวารสารNature ซึ่งนักวิจัยสามารถเพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพการใช้ไนโตรเจนในการทดลองภาคสนามได้พร้อมกัน คิดเป็นร้อยละ33 และร้อยละ46 ตามลำดับโดยการแสดงออกที่มากขึ้นของยีนข้าวพื้นเมืองยีนเดียว

    การเพิ่มการแสดงออกของยีน OSA1 ของยีนข้าว ซึ่งเป็นmembrane-localized proton pump (เป็นปั๊มโปรตีนเมมเบรนที่สร้างไล่ระดับโปรตอนตลอดเยื่อหุ้มชีวภาพ)ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่าง เช่น การดูดซึมไนโตรเจนในรากและค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพอย่างน่าทึ่ง พืชที่มีการแสดงออกของ OSA1 มากขึ้นสามารถสะสมไนโตรเจนในรูปของแอมโมเนียจากนาข้าวและคาร์บอนจากบรรยากาศผ่านทางปากใบได้ดีขึ้น โดยรวมแล้ว วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพนี้ให้ผลผลิตข้าวเพิ่มมากขึ้นและการใช้ไนโตรเจนอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในสภาพแวดล้อมของแปลงทดสอบที่ทำในหลายพื้นที่

    ผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นนี้ เป็นผลมาจากการแสดงออกของยีนข้าวพื้นเมืองยีนเดียว ความกังวลของผู้บริโภคเกี่ยวกับการใช้ยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่นหวังว่าจะสามารถบรรเทาได้ด้วยวิธีการนี้ ซึ่งไม่มีการถ่ายฝากยีนใหม่ เพียงแต่ปรับเปลี่ยนมาใช้ยีนข้าวพื้นเมือง

     การศึกษาของZhang et al. เป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้นในการเพิ่มผลผลิตข้าวอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ลดปริมาณไนโตรเจนที่จำเป็น การเพิ่มผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศควบคู่ไปกับการเพิ่มจำนวนประชากรทำให้เกิดความต้องการเร่งด่วนสำหรับนวัตกรรมที่สามารถตอบสนองความต้องการในการเพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิตทางการเกษตร Zhang et al. ประสบความสำเร็จอย่างปาฏิหาริย์ในการศึกษาที่น่าตื่นเต้นของพวกเขา

    การปรับเทคโนโลยีนี้โดยไม่ใช้ยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่น และ ถ่ายฝากให้กับพันธุ์ข้าวที่นิยมใช้ในการเพาะปลูกอย่างกว้างขวางมีความจำเป็นก่อนที่ผู้ปลูกจะได้รับประโยชน์จากนวัตกรรมนี้

    ครับ เป็นที่น่ายินดีที่จะได้มีพันธุ์ข้าวที่ให้ผลผลิตสูงและลดการใช้ปุ๋ยไนโตรเจน จากการปรับเปลี่ยนด้วยยีนจากข้าวพื้นเมืองเพียงยีนเดียว รอชมครับ

      อ่านเพิ่มเติมได้ที่ https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2021/11/more-for-less-biotech-approach-increases-rice-yields-with-fewer-nitrogen-inputs/