เซ็กซี่บาคาร่า ในการค้นพบยีนกลายพันธุ์ที่ “เปิด” ยีนอีกตัวหนึ่งที่รับผิดชอบต่อเม็ดสีแดงที่บางครั้งพบในข้าวโพด นักวิจัยได้ไขปริศนาที่มีอายุเกือบ 6 ทศวรรษด้วยการค้นพบที่อาจส่งผลต่อการขยายพันธุ์พืชในอนาคต
จุดสุดยอดของการทำงานมากกว่า 20 ปี ความพยายามเริ่มต้นขึ้นเมื่อในปี 1997 Surinder Chopra ศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์ข้าวโพดที่ Penn State
ได้รับเมล็ดข้าวโพดสายพันธุ์กลายพันธุ์ ในเวลานั้น
Chopra เป็นนักวิชาการดุษฎีบัณฑิตที่ Iowa State University และเขาได้นำงานวิจัยนี้ติดตัวไปด้วยเมื่อเขาเข้าร่วมคณะ Penn State ในปี 2000
ความลึกลับนี้เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของยีนที่เกิดขึ้นเองซึ่งทำให้เม็ดสีแดงปรากฏขึ้นในเนื้อเยื่อของต้นข้าวโพดหลายชนิด เช่น เมล็ด ซัง พู่ ไหม และแม้แต่ก้าน เป็นเวลาสองสามชั่วอายุคนและหายไปในลูกหลานที่ตามมา อาจดูเหมือนความกังวลเล็กน้อยสำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด แต่เนื่องจากพันธุศาสตร์ข้าวโพดได้รับการศึกษาเป็นระบบแบบจำลองมานานแล้ว คำถามนี้จึงมีนัยสำคัญต่อชีววิทยาพืช
“ในข้าวโพด ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์เม็ดสีได้ถูกนำมาใช้ในการศึกษาทางพันธุกรรมมานานกว่าศตวรรษแล้ว โดยการสร้างเม็ดสีในข้าวโพดเป็นลักษณะที่ค่อนข้างง่าย ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นเครื่องหมายสำหรับการวิจัยทางพันธุกรรม” Chopra กล่าว “ต้นข้าวโพดกลายพันธุ์ถูกระบุในปี 1960 โดยดร. ชาร์ลส์ เบิร์นแฮม (มหาวิทยาลัยมินนิโซตา) และเมล็ดพันธุ์นั้นได้มอบให้แก่นักเรียนคนหนึ่งของเขา ดีเร็ก สไตล์ส เราได้รับเมล็ดพันธุ์จาก Styles ในปี 1997 และเราได้รับความไว้วางใจให้ดำเนินการวิจัยต่อไป”
Chopra เป็นผู้นำในความพยายามที่จะแนะนำยีนจากข้าวโพดกลายพันธุ์ ขนานนามว่า Ufo1 — Unstable factor for orange1 — ในสายพันธุ์ข้าวโพดสายพันธุ์ต่างๆ เพื่อทำการศึกษา ตั้งแต่เขามาที่ Penn State กลุ่มวิจัยของ Chopra ใน College of Agricultural Sciences ได้เติบโตและย้อนรอยการปลูกพืชข้าวโพดทั้งที่ Penn State Agronomy Farm และในเรือนกระจกในวิทยาเขต ในช่วง 3 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยซึ่งเพิ่งเผยแพร่ผลการค้นพบของพวกเขาในThe Plant Cellได้ปลูกพืชที่ผสมข้ามพันธุ์มากกว่า 4,000 ต้นเพื่อทำแผนที่ว่าสาเหตุของ Ufo1 ตั้งอยู่ในจีโนม
การใช้เนื้อเยื่อจากพืชลูกผสมเหล่านั้น และใช้เทคนิคการหาลำดับอาร์เอ็นเอและเครื่องมือโคลนยีนควบคู่ไปกับการจัดลำดับยุคหน้า การทำแผนที่ทางพันธุกรรม และความสามารถในการวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งนักพันธุศาสตร์พืชไม่สามารถหาได้จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยได้เปิดโปงผู้กระทำผิดใน อีกครั้ง ความลึกลับของข้าวโพดสีแดงในเม็ดสีแดง พวกเขาพบยูเอฟโอ1 ซึ่งมีอยู่ในข้าวโพด ข้าวฟ่าง ข้าว และลูกเดือยหางจิ้งจอกเท่านั้น
แต่ยีนกลายพันธุ์ของ Ufo1 ไม่ได้ทำให้เม็ดสีแดงปรากฏในข้าวโพด ซึ่งเกิดจากยีนที่เรียกว่า pericarp color1 หรือ p1 นักวิจัยพบว่ายีน Ufo1 นั้นถูกควบคุมโดย transposon – “ยีนกระโดด” – ซึ่งอยู่ใกล้กับยีน Ufo1 Transposons เป็นลำดับของ DNA ที่ย้ายจากตำแหน่งหนึ่งในจีโนมไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง และสามารถมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนที่จำเป็นในบริเวณใกล้เคียง
เมื่อเปิดทรานสโปซอนนี้ ยีน Ufo1 จะถูกเปิดด้วย ซึ่งกระตุ้นยีน p1 เพื่อส่งสัญญาณให้พืชผลิตเม็ดสีแดง แต่เมื่อ transposon ถูกปิด ยีน Ufo1 จะเงียบและทางเดินของเม็ดสีที่ควบคุมโดย p1 ก็เช่นกัน นั่นคือเหตุผลหลักที่ทำให้ยีน Ufo1 ไม่สามารถระบุได้เป็นเวลานาน และความลึกลับยังคงมีอยู่ ตามข้อมูลของ Chopra
“เราสามารถจำกัดให้แคบลงเหลือเพียงยีนเดียวจากยีนหลายพันตัวที่แสดงออกอย่างผิดปกติในการกลายพันธุ์ของ Ufo1 เทียบกับพืชป่า” เขากล่าว “มันเป็นการค้นพบที่เพิ่มขึ้น แต่ก็ยังเป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่ก้าวกระโดดเพราะน่าจะเป็นประโยชน์ต่อผู้เพาะพันธุ์พืช”
ยังไม่ชัดเจนว่า Ufo1 มีปฏิสัมพันธ์กับยีน p1
อย่างไร ความสำคัญในอนาคตของการค้นพบนี้น่าจะเกี่ยวข้องกับเม็ดสีแดงน้อยกว่าที่ยีน Ufo1 กลายพันธุ์ควบคุมในต้นข้าวโพด Chopra เชื่อว่าอาจเป็น “ตัวควบคุมหลัก” ซึ่งเมื่อแสดงออกมากเกินไปจะส่งสัญญาณให้โรงงานทราบว่าอยู่ภายใต้ความเครียดแม้ในกรณีที่ไม่มีความเครียด ที่น่าสนใจ Chopra ชี้ให้เห็นในพืช Ufo1 น้ำตาลสะสมมากเกินไปในใบและเนื้อหาของ Maysin ยาฆ่าแมลงตามธรรมชาติที่ทำโดยต้นข้าวโพดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในไหม
“การเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งที่ควบคุมกฎระเบียบของยีน Ufo1 ปกติหรือที่ไม่กลายพันธุ์จะทำให้เราเข้าใกล้กระบวนการผสมพันธุ์ที่สมจริงมากขึ้น ซึ่งเราสามารถปรับแต่งการแสดงออกของยีนเพื่อให้ได้ปริมาณ Maysin ที่สูงขึ้นหรือปริมาณน้ำตาลที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะมีความสำคัญในการเพาะปลูก ป้องกันแมลงศัตรูพืชและการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพตามลำดับ” โชปรากล่าว
“และเนื่องจากมันส่งผลกระทบอย่างชัดเจนต่อการทำงานของเครื่องจักรเซลลูลาร์ เราจึงสามารถเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิถีโมเลกุลพื้นฐานที่ปกติจะเกิดขึ้นระหว่างความเครียดกับพืช” เขากล่าว “การทำความเข้าใจความเครียดของพืชที่เกิดจากความร้อน ความเย็น และน้ำเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ”
ES: ภาคเอกชนในยุโรปจะมีส่วนร่วมในโครงการนี้อย่างไร และจะมีส่วนร่วมอย่างไร?
RKL: European Seed Association เป็นพันธมิตรเต็มรูปแบบใน CropBooster-P ซึ่งรับประกันความเชื่อมโยงระหว่างโครงการของเรากับภาคเมล็ดพันธุ์เอกชน นอกจากนี้ กลุ่มผู้มีส่วนได้ส่วนเสียของเราจะรวมถึงตัวแทนจากอุตสาหกรรม และสุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด เราจะจัดเวิร์กช็อปจำนวนมาก เช่น Business Expert Focus Groups และ Communication Workshop with Industry ซึ่งอุตสาหกรรมเมล็ดพันธุ์จะได้รับเชิญให้เข้าร่วมด้วย ดังนั้น ฉันคิดว่า CropBooster-P มีโอกาสมากมายสำหรับอุตสาหกรรมที่จะเข้าร่วม และฉันคาดหวังความร่วมมือที่มีผลกับอุตสาหกรรมเมล็ดพันธุ์ในปีต่อๆ ไป
พันธมิตรโครงการ
โครงการ CropBooster-P นำโดย Wageningen University & Research และดำเนินการโดยกลุ่มพันธมิตร 18 รายและพันธมิตรที่เกี่ยวข้อง โดยร่วมมือกับกลุ่มผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่จะเป็นตัวแทนของสถาบันการศึกษา อุตสาหกรรม ผู้บริโภค องค์กรพัฒนาเอกชน และผู้กำหนดนโยบาย พันธมิตรโครงการได้แก่: Stichting Wageningen Research, VIB, Wageningen University, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Europese Organisatie voor Wetenschappelijk Plantenonderzoek EPSO, Heinrich-Heine-Universiät Duesseldorf, The University of Nottingham, Julius Kühn-Institut fünstüt de la Nationale Center, Recherche Scientifique, มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน, Institut National de la Recherche Agronomique INRA, European Technology Platform “Plants for the Future”, Lancaster University, University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca,
หมายเหตุบรรณาธิการ: René Klein Lankhorst เป็นผู้พัฒนาโครงการที่ Wageningen University & Research ในเนเธอร์แลนด์ และผู้ประสานงานโครงการ CropBooster-P เซ็กซี่บาคาร่า
