เทคโนโลยีฐานสำหรับการใช้ข้อมูลความหลากหลายทางพันธุกรรมในการปรับปรุงพันธุ์ข้าว (ปีที่ 2)

บทคัดย่อ

เทคโนโลยีการหาลำดับเบสแบบ high-throughput ที่เรียกว่า next generation sequencing (NGS) ทำให้การเชื่อมโยงระหว่างความหลากหลายทางพันธุกรรมกับลักษณะที่สนใจทำได้สะดวกและรวดเร็วขึ้น ในงานวิจัยนี้จึงใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี NGS ในการระบุ quantitative trait loci (QTL) และพัฒนาเครื่องหมายพันธุกรรมสำหรับใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ โดยมุ่งเน้นศึกษาลักษณะทนเค็มของข้าวด้วยเทคนิค bulk segregant analysis (BSA) ในการวิเคราะห์ segregating population ของคู่ผสมระหว่างข้าวพันธุ์พื้นเมืองไทยทนเค็มกับข้าวพันธุ์มาตรฐานไม่ทนเค็ม และร่วมกับการวิเคราะห์ transcriptome แบบลำดับเวลา สำหรับการระบุ quantitative trait loci (QTL) ด้วยเทคนิค BSA ได้สร้างประชากร F2 ของคู่ผสม ข้าวพันธุ์เจ้าขาว ? IR29 ไว้ก่อนหน้านี้ และงานวิจัยนี้ได้ใช้ QTLseqr ซึ่งเป็น R package สำหรับการวิเคราะห์ลำดับเบสร่วมกับค่าฟีโนไทป์ที่บ่งบอกถึงความสามารถในการทนเค็มเมื่อปลูกแบบไฮโดรโพนิกส์ ได้แก่ relative water content (RWC) พบบริเวณที่มีค่า ? (SNP- index) ต่างจากค่าเฉลี่ยอยู่ที่โครโมโซมที่ 2 บริเวณ 8.7-17 Mb, โครโมโซมที่ 6 บริเวณ 26.7-29.4 Mb และโครโมโซมที่ 12 บริเวณ 14.38-14.39 Mb และค่า cell membrane stability (CMS) พบบริเวณที่มีค่า ? (SNP- index) ต่างจากค่าเฉลี่ยอยู่ที่โครโมโซมที่ 3 บริเวณ 28.4-29.1 Mb และวิเคราะห์ร่วมกับค่าฟีโนไทป์ที่บ่งบอกถึงความสามารถในการทนเค็มเมื่อปลูกในดิน ได้แก่ ค่า CMS พบบริเวณที่มีค่า ? (SNP- index) ต่างจากค่าเฉลี่ยอยู่ที่โครโมโซมที่ 1 บริเวณ 38.4-38.8 Mb และโครโมโซมที่ 3 บริเวณ 26.1-26.7 Mb และค่า tiller number พบบริเวณที่มีค่า ? (SNP- index) ต่างจากค่าเฉลี่ยอยู่ที่โครโมโซมที่ 1 บริเวณ 38.3-38.9 Mb จากนั้นนำตำแหน่งของ SNPs ที่ได้จากลักษณะการตอบสนองต่อความเค็มมาใช้ในการออกแบบไพรเมอร์เพื่อทำ PCR ตรวจสอบความสามารถของเครื่องหมายพันธุกรรมในการเชื่อมโยงถึงลักษณะการตอบสนองต่อความเค็มซึ่งได้เครื่องหมายพันธุกรรม 5 ตำแหน่งที่มีความสัมพันธ์กับลักษณะของการตอบสนองต่อความเค็มในระบบไฮโดรโพนิกส์จากค่า RWC และ CMS ซึ่งอยู่บนโครโมโซมที่ 2, 6, 12, 3 และ 1 โครโมโซมละ 1 ตำแหน่ง และได้เครื่องหมายพันธุกรรม 1 ตำแหน่งที่มีความสัมพันธ์กับลักษณะของการตอบสนองต่อความเค็มในดินจากค่า CMS ซึ่งอยู่บนโครโมโซมที่ 1 ซึ่งจะสามารถนำไปใช้ในการคัดเลือกข้าวที่ได้จากการผสมพันธุ์ระหว่างข้าวพันธุ์เจ้าขาวกับข้าวที่มีฐานพันธุกรรมของพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 ที่มีลักษณะดีได้ต่อไป การวิเคราะห์ทรานสคริปโทมแบบลำดับเวลาเป็นวิธีการหนึ่งสำหรับการค้นหายีนที่เกี่ยวข้องกับลักษณะที่ควบคุมด้วยยีนจำนวนมากในกรณีที่มีพืชพันธุ์ดีเพียงพันธุ์เดียวโดยไม่ต้องสร้างประชากรเพื่อค้นหา QTL ที่เกี่ยวข้อง วิธีการนี้ทำโดยนำข้อมูลทรานสคริปโทมที่ถูกกระตุ้นให้มีการแสดงออกในช่วงเวลาต่าง ๆ ที่คาดว่ามีความเกี่ยวข้องกับลักษณะที่สนใจมาสร้าง co-expression network โดยอาศัยตัววัดต่าง ๆ ได้แก่ degree, closeness, clustering coefficient และ betweenness ยีนที่มีการเชื่อมต่อกับยีนอื่นเป็นจำนวนมากจะแสดงถึงความสำคัญของยีนเหล่านั้นที่มีต่อลักษณะดังกล่าว การวิเคราะห์ในวิธีการนี้จะช่วยประหยัดเวลาและงบประมาณในการค้นหายีนสำคัญต่าง ๆ ได้ จากการศึกษาในครั้งนี้ พบว่ายีน OsPTR2 เป็นยีนหนึ่งที่คาดว่าเกี่ยวข้องกับความทนเค็มจึงทำการตรวจสอบกับ Arabidopsis mutant line ที่มี mutation บริเวณยีน AtPTR2 จำนวน 2 ตำแหน่งที่ไม่ขึ้นแก่กันพบว่า mutant ทั้งสองสายพันธุ์มีการเปลี่ยนแปลงการเจริญของรากเมื่อได้รับความเค็มแตกต่างกับ WT อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ซึ่งสนับสนุนว่า AtPTR2 มีความเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อความเค็ม ซึ่งสนับสนุนบทบาทของ OsPTR2 ว่ามีความเกี่ยวข้องกับการทนเค็ม

คำสำคัญ