ความหลากหลายทางพันธุกรรมของข้าวหอมพื้นเมืองภาคเหนือของไทย

บทคัดย่อ

ข้าวหอมเป็นข้าวที่มีคุณภาพในการรับประทานดี มีความนุ่ม มีกลิ่นหอม ทำให้ได้รับความนิยม และเป็นที่ต้องการในการบริโภคเพิ่มมากขึ้น แต่ข้าวหอมส่วนมากให้ผลผลิตและมีความทนทานต่อการเข้าทำลายของโรคและแมลงต่ำ อย่างไรก็ตามในกลุ่มข้าวพันธุ์พื้นเมืองที่สูง มีลักษณะเฉพาะทางพันธุกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ รวมไปถึงมีลักษณะทางคุณภาพที่ดี เช่น มีปริมาณธาตุอาหารที่สูงและมีกลิ่นหอม สามารถปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมท้องถิ่นได้ดี และมีความต้านทานการเข้าทำลายของโรคและแมลง นอกจากนี้ข้าวพื้นเมืองยังมีความหลากหลายทางพันธุกรรมสูงทั้งภายในประชากรและระหว่างประชากร ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินความหลากหลายของข้าวพื้นเมืองที่สูงทางภาคเหนือของประเทศไทย และศึกษาความหลากหลายของอัลลีลของยีนที่ควบคุมลักษณะความหอมในข้าวพื้นเมืองที่สูง การประเมินความหลากหลายทางพันธุกรรมของข้าวหอมพื้นเมืองที่สูง โดยประเมินลักษณะทางสัณฐานเมล็ดที่ได้จากเกษตรกร 9 ราย ที่ให้เป็นตัวแทนของข้าวหอมพื้นเมืองที่สูงจำนวน 9 ประชากร สุ่มประชากรเมล็ดละ 100 เมล็ด โดยจะเก็บข้อมูลในแต่ละประชากรดังต่อไปนี้ สีเปลือกเมล็ด สีเยื่อหุ้มเมล็ด การมีหาง น้ำหนัก 100 เมล็ด และค่าการสลายตัวในด่าง ประเมินความหลากหลายทางพันธุกรรมในระดับโมเลกุลของข้าวหอมพื้นเมืองที่สูง 9 ประชากร (บือเนอมู, BNM และพันธุ์ปรับปรุงจำนวน 5 พันธุ์ เป็นพันธุ์เปรียบเทียบ ได้แก่ขาวดอกมะลิ 105 (KDML 105), บือเนอมู มช. (BNM-CMU), ปทุมธานี 1 (PTT1), สันป่าตอง 1 (SPT1) และเจ้าเปลือกดำ (JPD) โดยปลูกและเก็บตัวอย่างใบข้าว จำนวน 5 ต้นต่อประชากร และแยกชนิดย่อย (subspecies types: indica or japonica) ด้วยการใช้ organelle markers จำนวน 3 ตำแหน่ง ผลการทดลองพบว่าข้าวหอมพื้นเมืองที่สูง บือเนอมู เป็นข้าวชนิด indica มีรูปร่างเมล็ดข้าวเปลือกอยู่ในกลุ่มที่มีรูปร่างเมล็ดใหญ่ (large type) และมีสีเยื่อหุ้มเมล็ดเป็นสีขาวทั้งหมด พบความหลากหลายในลักษณะน้ำหนัก 100 เมล็ด (2.53-3.64 กรัม) ค่าสลายตัวในระดับด่าง (ระดับ 3-6) และการมีหางของเมล็ด เมื่อศึกษาความหลากหลายในระดับโมเลกุลพบว่าข้าวพันธุ์บือเนอมูมีค่าความหลากหลายทางพันธุกรรม (h = 0.012) และค่าเฉลี่ยความหลากหลายภายในประชากรต่ำ (HS= 0.015) ถึงแม้ว่าจะมีค่าความแตกต่างระหว่างประชากรสูง (FST = 0.941) และจากการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางโมเลกุล (AMOVA) พบว่าความหลากหลายที่พบในข้าวพื้นเมืองพันธุ์ บือเนอมู เกิดจากความแตกต่างระหว่างข้าวพันธุ์บือเนอมูทั้ง 9 ประชากร จากการศึกษาโครงสร้างประชากรแสดงให้เห็นว่าข้าวที่ใช้ในการศึกษา สามารถแบ่งได้เป็น 3 กลุ่มคือ 1) กลุ่มข้าวพื้นเมืองบือเนอมู 1-6 หรือที่เกษตรกรเรียกว่า บือเนอมู 2) กลุ่มข้าวพื้นเมืองบือเนอมู 7-9 หรือที่เกษตรกรเรียกว่า บือเนอมูโพปริ๊ และบือเนอมูพะโด่ และพันธุ์เปรียบเทียบ พันธุ์เจ้าเปลือกดำ และ 3) เป็นกลุ่มของพันธุ์เปรียบเทียบ 3 สายพันธุ์ ได้แก่ บือเนอมู มช., ขาวดอกมะลิ 105 และปทุมธานี 1 การประเมินสารหอม (2-acetyl-1-pyrroline; 2AP) ในเมล็ดข้าวและการศึกษายีนความหอม BADH2 ในข้าวหอมพื้นเมืองที่สูง 9 ประชากร (บือเนอมู 1-9) และพันธุ์เปรียบเทียบ 4 พันธุ์ (บือเนอมู มช., เจ้าเปลือกดำ, ขาวดอกมะลิ 105 และ ปทุมธานี 1) โดยนำเมล็ดข้าวที่ได้จากเกษตรกรแต่ละพันธุ์ จำนวน 10 กรัมมาวิเคราะห์หาปริมาณสาร 2-acetyl-1-pyrroline (2AP) โดยวิธี Headspace - Gas chromatography (HS-GC) และทดสอบความหอมด้วยการดม (sensory test) และศึกษายีนความหอมโดยการใช้ไพร์เมอร์ที่มีความจำเพาะเจาะจงกับยีน Badh2/badh2 ซึ่งจากการทดลองพบว่าข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105, บือเนอมู มช., บือเนอมู 4 และปทุมธานี 1 มีปริมาณ 2AP ในเมล็ดสูง (มีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 4.48, 3.28, 2.96 และ 2.14 ppm, ตามลำดับ) ในขณะที่ประชากรอื่น ๆ มีปริมาณของ 2AP ในเมล็ดต่ำ อยู่ในช่วง 0.46 - 2.07 ppm สอดคล้องกับการทดสอบความหอมโดยการดม ที่พบว่าข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 ได้ระดับความหอมมาก (คะแนน 2) ในขณะที่พันธุ์บือเนอมู มช., บือเนอมู 1, บือเนอมู 4-9 ได้รับระดับความหอมปานกลาง (คะแนน 1) และข้าวพันธุ์ บือเนอมู 2, บือเนอมู 3 และ เจ้าเปลือกดำ ถูกจัดอยู่ในกลุ่มไม่หอม (คะแนน 0) จากการใช้ไพร์เมอร์ที่มีความจำเพาะเจาะจงกับยีน Badh2/badh2 พบว่าข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105, บือเนอมู มช., บือเนอมู 4 และ ปทุมธานี 1 มีการขาดหายไปของยีนแบบ badh2-E7 และการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการของ Haplotype พบว่าสามารถแบ่งข้าวที่ใช้ในการศึกษาได้เป็น 3 Haplotypes โดย Haplotype ที่ 1 จัดเป็นข้าวกลุ่มไม่หอม (มีค่าเฉลี่ยของปริมาณ 2AP เท่ากับ 1.70 ppm) และไม่พบลักษณะการขาดหายไปบนยีน BADH2, ใน Haplotype ที่ 2 ประกอบด้วยกลุ่มข้าวหอม (มีค่าเฉลี่ยของปริมาณ 2AP เท่ากับ 3.22 ppm) ที่มีการขาดหายของยีน BADH2 แบบ badh2-E7 และ Haplotype ที่ 3 คือพันธุ์เจ้าเปลือกดำ (มีค่าปริมาณ 2AP เท่ากับ 0.46 ppm) ซึ่งเป็นพันธุ์ที่ไม่พบลักษณะการขาดหายไปแบบ badh2-E7 แต่มีมีลักษณะการเกิด Single nucleotide polymorphism (SNP) ที่ตำแหน่งอื่นๆ คล้ายคลึงกับกลุ่มข้าวที่อยู่ใน Haplotype ที่ 2 สรุปได้ว่าพบความหลากหลายในลักษณะสีเปลือกเมล็ด, น้ำหนัก 100 เมล็ด, ค่าการสลายตัวในด่างและการมีหางของเมล็ด และจากการประเมินในระดับโมเลกุลพบว่าข้าวพันธุ์ บือเนอมู มีค่าความหลากหลายภายในประชากรต่ำ แต่มีค่าความแตกต่างระหว่างประชากรสูง ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการคัดเลือกในลักษณะความหอม เนื่องจากความชื่นชอบของแต่ละบุคคล การเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีล (genetic drift) เนื่องจากกระบวนการ genetic bottleneck และการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมในท้องถิ่น และยังพบว่าในกลุ่มประชากรข้าวบือเนอมูทั้ง 9 ประชากร ข้าวบือเนอมู 4 มีปริมาณ 2AP สูงที่สุด และมีการขาดหายไปของยีนแบบ badh2-E7 ที่คล้ายคลึงกับข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 และปทุมธานี 1 ที่เป็นพันธุ์ข้าวหอมที่นิยมปลูกในประเทศไทย ดังนั้นข้าวพันธุ์ บือเนอมู 4 (BNM4) สามารถนำมาใช้เป็นแหล่งพันธุกรรมสำหรับการปรับปรุงพันธุ์ข้าวหอมได้ เนื่องจากมีปริมาณสารความหอม 2AP สูง (2.96 ppm) และมีค่าสลายตัวในด่างสูง (ระดับ 5) ใกล้เคียงกับข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 โดยการปรับปรุงพันธุ์ให้เป็นสายพันธุ์บริสุทธิ์หรือพัฒนาเป็นพันธุ์สมัยใหม่ นอกจากนี้การประเมินความหลากหลายทางพันธุกรรมข้าวพื้นเมืองยังสามารถใช้เป็นตัวตัดสินใจในการเลือกแนวทางในการอนุรักษ์พันธุ์ข้าวได้

คำสำคัญ