การพัฒนาฐานข้อมูล MeTRN เพื่อเป็นแหล่งข้อมูลการทำงานร่วมกันของยีนที่ส่งผลต่อลักษณะปรากฎของมันสำปะหลัง

บทคัดย่อ

มันสำปะหลังเป็นหนึ่งในพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของไทยซึ่งมีข้อจำกัดในการพัฒนาสายพันธุ์ใหม่ๆ เนื่องจากวงจรการเจริญเติบโตของมันสำปะหลังใช้เวลานาน วิธีคัดเลือกพันธุ์ และยืนยันผลผลิตแบบดั้งเดิมที่ใช้ระยะเวลายาวนานและแรงงานค่อนข้างสูง การนำความรู้การเกษตรแนวใหม่โดยใช้ข้อมูลขนาดใหญ่ (Big data) จะสามารถช่วยลดเวลาในการคัดเลือกสายพันธุ์และลูกผสมในแต่ละรุ่น ทำให้สามารถเร่งพัฒนาสายพันธุ์ใหม่ๆได้เพิ่มขึ้น จากผลงานวิจัยก่อนหน้านี้ทางกลุ่มวิจัยฯ ได้พบลักษณะการแบ่งส่วนการใช้คาร์บอนระหว่างใบและรากสะสมอาหารของมันสำปะหลังที่สัมพันธ์กับลักษณะการให้ผลผลิตในมันสำปะหลัง 2 สายพันธุ์ นำมาสู่การต่อยอดองค์ความรู้เพื่อให้ได้แนวทางในการค้นหาเครื่องหมายพันธุกรรมของสายพันธุ์ที่ให้ผลผลิตดีในชุดโครงการนี้ โดยส่วนแรกได้ทำการศึกษาลักษณะการแบ่งส่วนการใช้คาร์บอนระหว่างใบและรากสะสมอาหารตลอดช่วงการเจริญเติบโตในมันสำปะหลัง 3 สายพันธุ์ (KU50, R9 และ HN) ที่มีลักษณะการให้ผลผลิตแตกต่างกันทั้งในด้านปริมาณและคุณสมบัติของแป้ง นอกจากนี้ในส่วนที่สองได้พัฒนาฐานข้อมูลเครือข่ายควบคุมการแสดงออกของยีนในระดับทรานสคริปชันในมันสำปะหลัง เพื่อใช้ประกอบการศึกษากลไกการทำงานของยีนภายในเซลล์ที่ทำให้เกิดลักษณะปรากฎที่แตกต่างกัน และในส่วนสุดท้ายได้ทำการศึกษาการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับวิถีเมตาบอลิซึมของการสร้างแป้งและการขนส่งน้ำตาลจากใบมาสู่ราก เพื่อนำมาวิเคราะห์และเชื่อมโยงกับลักษณะปรากฎที่แตกต่างกันของมันสำปะหลังทั้ง 3 สายพันธุ์อย่างเป็นระบบ จากผลการดำเนินงานพบว่า KU50 แสดงความสามารถในการแบ่งส่วนการใช้คาร์บอนสำหรับสร้างรากสะสมอาหารสูงกว่าอีก 2 สายพันธุ์ ตั้งแต่ระยะ storage root initiation สอดคล้องกับผลการเจริญเติบโตของ KU50 ที่ให้รากสะสมอาหารมากกว่าอีก 2 สายพันธุ์ ที่อายุ 3 เดือนหลังปลูก เมื่อพิจารณารูปแบบของปริมาณแป้งและน้ำตาลซูโครสในใบระหว่างวันพบว่าสอดคล้องกันทั้ง 3 สายพันธุ์ แต่แตกต่างกันตามระยะการเจริญเติบโต ซึ่งเห็นได้ชัดที่ระยะ storage root initiation (2-3 เดือน) ว่ามีปริมาณแป้งสะสมในช่วงกลางวัน (12:00 น. และ 18:00 น.)สูง และปริมาณแป้งจะลดลงในเวลากลางคืน (24:00 น. และ 06:00 น.) ทำให้เห็นว่า rhythm ของปริมาณแป้งและน้ำตาลซูโครสระหว่างวันมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างและสะสมแป้งที่ราก จึงได้คัดเลือกยีน36 ยีน ใน 4 กลุ่ม ได้แก่ starch biosynthesis, starch degradation, transporters, และ carbon assimilation จากงานวิจัยที่ตีพิมพ์ 27 ฉบับ และได้สร้างฐานข้อมูลเครือข่ายควบคุมการแสดงออกของยีนในระดับทราสคริปชันของยีนทั้งในจีโนมมันสำปะหลัง (MeTRN) โดยครอบคลุม 99.92% ของยีนทั้งหมดในจีโนม รวม 4,812,519 ความสัมพันธ์ระหว่างยีนเป้าหมายและยีนที่ถอดรหัสได้โปรตีนควบคุม และนำมาประยุกต์ใช้เพื่อหาโปรตีนควบคุมที่ควบคุมการแสดงออกของยีนที่คัดเลือกมา 4 กลุ่มพบว่า กลุ่ม starch biosynthesis พบโปรตีนควบคุม 15-275 ยีน กลุ่ม starch degradation พบโปรตีนควบคุม 190-227 ยีน กลุ่ม transporter พบ 120-283 ยีน และกลุ่ม carbon assimilation พบ 178 - 301 ยีน จากยีนมันสำปะหลัง 36 ยีน คัดกรองเหลือ 12 ยีนที่มีระดับการแสดงออกแตกต่างกันระหว่างสายพันธุ์ เนื้อเยื่อ และระยะการเจริญเติบโตโดยใช้ข้อมูลทรานสคริปโตมของมันสำปะหลัง 2 ชุดที่มีการตีพิมพิ์ออกมา เพื่อทดสอบการแสดงออกของยีนเหล่านี้เบื้องต้นด้วย semi-quantitative RT-PCR พบว่า 5 ยีน จาก 2 กลุ่ม มีการแสดงออกที่แตกต่างกันระหว่างสายพันธุ์ เวลาระหว่างวัน และระหว่างใบและราก ได้แก่ ยีนในกลุ่ม starch biosynthesis จำนวน 3 ยีน ประกอบด้วย MeAPS1-2, MeHXK1-2 และ MeAPL3 และยีนในกลุ่ม transporter จำนวน 2 ยีน ประกอบด้วย MeTPT-2 และ MeGPT2-1 ซึ่งจะนำไปหาค่าการแสดงออกของยีนด้วยเทคนิค RT-qPCR ในตัวอย่างใบและรากที่ครอบคลุมทั้ง 3 ระยะการเจริญเติบโตเพื่อเชื่อมโยงสู่ลักษณะฟีโนไทป์ของมันสำปะหลังทั้ง 3 สายพันธุ์ในปีถัดไป (ปีที่ 2) องค์ความรู้ที่จากการศึกษานี้สามารถนำไปใช้ปรับปรุงผลผลิตแป้งของมันสำปะหลังด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการแบ่งส่วนการใช้คาร์บอนระหว่างต้นเหนือพื้นดินและรากสะสมอาหารใต้ดินในอนาคต

คำสำคัญ

ระดับความพร้อมของโครงการ