สล็อตแตกง่าย นักวิจัยค้นพบวิธีสร้างพืชที่มีความต้านทานภัยแล้งที่เพิ่มขึ้นโดยไม่ต้องลงโทษการเจริญเติบโต

สล็อตแตกง่าย ความแห้งแล้งที่รุนแรงเป็นหนึ่งในผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่มีการรับรู้อยู่แล้ว ในปีนี้ ปริมาณน้ำฝนที่ลดลงและอุณหภูมิที่ร้อนผิดปกติในยุโรปเหนือและตะวันออก ทำให้พืชธัญพืชและมันฝรั่งและพืชสวนอื่นๆ สูญเสียไปเป็นจำนวนมาก ผู้เชี่ยวชาญเตือนมานานแล้วว่าเพื่อให้มั่นใจในความมั่นคงด้านอาหาร จึงจำเป็นต้องใช้พันธุ์พืชที่ให้ผลผลิตในภาวะแห้งแล้ง 

ตอนนี้ทีมวิจัยที่นำโดยนักวิจัยจากศูนย์วิจัย

ด้านพันธุกรรมทางการเกษตร (CRAG) Ana Caño-Delgado ได้พืชที่มีความทนทานต่อความแห้งแล้งเพิ่มขึ้นโดยการปรับเปลี่ยนสัญญาณของฮอร์โมนสเตียรอยด์ในพืชที่เรียกว่า brassinosteroids การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Communicationsเป็นคนแรกที่ค้นพบกลยุทธ์ในการเพิ่มความต้านทานความเครียดจากน้ำโดยไม่ส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชโดยรวม

ตัวรับและเซลล์ต่าง ๆ สำหรับหน้าที่ต่างกัน

Ana Caño-Delgado ได้ศึกษาวิธีที่สเตียรอยด์ของพืช – บราสซิโนสเตียรอยด์ – ควบคุมการพัฒนาและการเจริญเติบโตของพืชในโรงงานต้นแบบ Arabidopsis thalianaมานานกว่า 15 ปี เป็นที่ทราบกันว่า phytohormones เหล่านี้จับกับตัวรับเยื่อหุ้มเซลล์ต่างๆ ทำให้เกิดการส่งสัญญาณเรียงซ้อนในเซลล์ซึ่งจะส่งผลให้เกิดผลกระทบ เช่น การยืดตัวหรือการแบ่งตัวของเซลล์ ตั้งแต่ปี 2016 และต้องขอบคุณโครงการที่ได้รับทุนจาก European Research Council (ERC) ห้องปฏิบัติการของเธอจึงใช้ความรู้นี้เพื่อค้นหากลยุทธ์ที่ช่วยต้านทานความแห้งแล้งให้กับพืช โดยการปรับเปลี่ยนนักวิจัยการส่งสัญญาณของ brassinosteroid ได้บรรลุถึงพืช arabidosis ที่มีความทนทานต่อความแห้งแล้งที่เพิ่มขึ้น แต่เนื่องจากการกระทำที่ซับซ้อนของฮอร์โมนเหล่านี้ต่อการเจริญเติบโตของพืช พืชเหล่านี้จึงมีขนาดเล็กกว่ากลุ่มควบคุมที่เกี่ยวข้องมาก

ในงานที่ตีพิมพ์ในNature Communications ในตอนนี้ นักวิจัยได้ศึกษาการต้านทานต่อความแห้งแล้งและการเจริญเติบโตในพืช Arabidopsis thalianaที่มีการกลายพันธุ์ในตัวรับสารบราสซิโนสเตียรอยด์ที่แตกต่างกัน จากการศึกษาอย่างละเอียดนี้ นักวิจัยได้ค้นพบว่าพืชที่แสดงตัวรับบราสซิโนสเตียรอยด์ BRL3 มากเกินไปในเนื้อเยื่อหลอดเลือดมีความทนทานต่อการขาดน้ำมากกว่าพืชควบคุม และไม่เหมือนกับการกลายพันธุ์อื่น ๆ พืชเหล่านี้ไม่มีข้อบกพร่องในการพัฒนา และการเติบโต “ เราได้ค้นพบว่าการปรับเปลี่ยนการส่งสัญญาณของบราสซิโนสเตียรอยด์เฉพาะในระบบหลอดเลือด ทำให้เราสามารถได้รับพืชที่ทนแล้งได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโต ” คาโน-เดลกาโดอธิบาย

หลังจากนั้น นักวิจัยของ CRAG ร่วมกับนักวิจัยจากยุโรป สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่นได้วิเคราะห์สารเมตาโบไลต์ในพืชดัดแปลงพันธุกรรม และแสดงให้เห็นว่าพืชอาราบิดอปซิสที่แสดงออกถึงตัวรับ BRL3 มากเกินไปจะผลิตสาร osmeoprotective metabolite (น้ำตาลและโพรลีน) ในส่วนทางอากาศและในราก ภายใต้สภาวะชลประทานปกติ เมื่อพืชเหล่านี้เผชิญกับสภาวะแห้งแล้ง สารป้องกันเหล่านี้จะสะสมตัวอย่างรวดเร็วในราก ปกป้องไม่ให้แห้ง ดังนั้น การแสดงออกของ BRL3 จึงเตรียมพืชให้พร้อมตอบสนองต่อสถานการณ์การขาดแคลนน้ำ ซึ่งเป็นกลไกที่เรียกว่าการรองพื้นซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับผลของวัคซีนในร่างกายมนุษย์ ซึ่งช่วยเตรียมร่างกายให้พร้อมตอบสนองต่อเชื้อโรคในอนาคต

จากพื้นฐานสู่การวิจัยประยุกต์ วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับสายพันธุ์ที่น่าสนใจทางการเกษตร

แม้ว่าการค้นพบครั้งนี้จะทำด้วยสมุนไพรขนาดเล็กที่ใช้เป็นพืชต้นแบบ แต่Arabidopsis thalianaทีมวิจัยที่นำโดยCaño-Delgado กำลังทำงานเกี่ยวกับการใช้กลยุทธ์นี้ในพืชที่มีความสนใจทางการเกษตรโดยเฉพาะใน ซีเรียล

ความแห้งแล้งเป็นปัญหาที่สำคัญที่สุดประการหนึ่ง

ของการเกษตรในปัจจุบัน จนถึงปัจจุบัน ความพยายามทางเทคโนโลยีชีวภาพในการผลิตพืชที่ทนต่อความแห้งแล้งมากขึ้นยังไม่ประสบความสำเร็จมากนัก เนื่องจากเมื่อเทียบกับการต้านทานความแห้งแล้งที่เพิ่มขึ้น การเจริญเติบโตและผลผลิตของพืชก็ลดลงอยู่เสมอ ดูเหมือนว่าในที่สุดเราก็พบกลยุทธ์ที่สามารถนำไปใช้ได้ และเราต้องการที่จะสำรวจมันต่อไป” คาโญ-เดลกาโดสรุป

เกี่ยวกับผู้เขียนและเงินทุน :

การศึกษาดำเนินการโดยนักวิจัยของ CRAG

 Norma Fàbregas, Fidel Lozano-Elena, David Blasco-Escamez, Mariana Bustamente, Jose Luis Riechmann และ Ana I. Cano-Delgado Planck สถาบันสรีรวิทยาพืชโมเลกุล (เยอรมนี), Cristina Martinez-Andujar, Alfonso Albacete และ Francisco Perez Alfocea จาก CEBAS-CSIC (Murcia, Spain), Sonia Osorio จาก University of Malaga-CSIC (Malaga, Spain) จาก Utsunomiya University (ประเทศญี่ปุ่น), Takao Yokota จาก Teyko University (ประเทศญี่ปุ่น) และ Ana Conesa จากมหาวิทยาลัย แห่งฟลอริดา (สหรัฐอเมริกา)

ผลงานที่ทำในห้องปฏิบัติการของ Caño-Delgado ได้รับการสนับสนุนทางการเงินจากสภาวิจัยแห่งยุโรป (ERC-2015-CoG-GA683163) จากกระทรวงเศรษฐกิจ อุตสาหกรรม และการแข่งขันของสเปน จากรัฐบาลคาตาลัน จากกองทุนเพื่อการพัฒนาภูมิภาคยุโรป และ จาก EMBO

การค้าเมล็ดพันธุ์ภายในภูมิภาคได้รับการส่งเสริมภายหลังการนำฉลากเมล็ดพันธุ์และใบรับรองไปใช้โดยบริษัทเมล็ดพันธุ์สำหรับสินค้าขนาดใหญ่ที่ข้ามพรมแดน การย้ายครั้งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อกระตุ้นการค้าระดับภูมิภาคผ่านการปรับปรุงพันธุ์เมล็ดพันธุ์ทั่วทั้งภูมิภาค

ฉลากและใบรับรองเมล็ดพันธุ์ COMESA จะใช้โดยประเทศสมาชิกเพื่อระบุเมล็ดพันธุ์ในตลาดที่เป็นไปตามระเบียบข้อบังคับการค้าเมล็ดพันธุ์ COMESA ของปี 2014 การพัฒนานี้สอดคล้องกับแผนการประสานและดำเนินการเมล็ดพันธุ์ COMESA (COMSHIP) ที่ให้กรอบการทำงานสำหรับ 21 ประเทศสมาชิก COMESA เพื่อการค้า อำนวยความสะดวกในอุตสาหกรรมเมล็ดพันธุ์ และสนับสนุนบริษัทเมล็ดพันธุ์ในท้องถิ่น สล็อตแตกง่าย