ลักษณะโครงสร้างประชากรกลุ่มจุลินทรีย์ที่อยู่ร่วมกับรากข้าวและความสัมพันธ์ต่อกระบวนการผลิตก๊าซเรือนกระจก

บทคัดย่อ

หนึ่งในกิจกรรมหลักที่เป็นแหล่งผลิตก๊าซเรือนกระจกคือการเกษตรกรรม ซึ่งมีการผลิตก๊าซ CO2 ที่มาจากกระบวนการเมตาบอลิซึมของพืชและมีเทนจากการขังน้ำในนาทำให้เกิดเป็นสภาวะไร้ออกซิเจน โครงการวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของประชากรแบคทีเรียที่อาศัยในดินเพื่ออธิบายกลไกของการอาศัยอยู่ร่วมกันของข้าวและจุลินทรีย์และผลกระทบต่อการผลิตมีเทนที่ถูกปลดปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมด้วยเทคนิคทาง metagenomics โดยทำการศึกษาในข้าว 2 พันธุ์คือ กข43 (RD43) และไรซ์เบอร์รี่ (RB) ปลดปล่อยก๊าซมีเทนสูงและต่ำ ในระยะการเติบโตของข้าวทั้ง 4 ระยะ คือระยะแตกกอ ระยะยืดปล้อง ระยะออกดอกและระยะเก็บเกี่ยว และใช้ตัวอย่างดิน Root-associated soil และ Root proximity soil ผลการวิเคราะห์พบว่ามีประชากรทั้งสิ้น 4 กลุ่ม ได้แก่ Firmicutes, Actinobacteria, Acidobacteria, Bacteriodeta ที่มีหน้าที่ในการย่อยสลายคาร์โบไฮเดรตและสารอินทรีย์เป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กลงที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ และสามารถผลิต carbohydrate-active enzymes (CAZymes) โดยความถี่ทั้ง 4 กลุ่มนี้สูงในข้าวที่อยู่ในระยะต้นกล้าและแตกกอและมีความถี่ลดลงในระยะออกดอก อย่างไรก็ตามความแตกต่างของประชากรทั้ง 4 กลุ่มนี้ก็ถูกกำหนดจากพันธุ์ข้าวและตำแหน่งที่อยู่อาศัยร่วมกับรากข้าว เช่น Firmicutes พบมากในตัวอย่างข้าว กข43 ส่วน Actinobacteria พบมากในข้าวไรซ์เบอร์รี่ และในส่วนของ Root proximity soil ก็พบ Firmicutes และ Actinobacteria ในความถี่ที่สูงในขณะที่ Root-associated soil นั้นพบ Acidobacteria สูงซึ่งก็สอดคล้องกับหน้าที่ของ Acidobacteria ซึ่งเป็น Secondary degrader ที่แตกต่างจาก Firmicutes, Actinobacteria, Bacteriodeta ที่เป็น primary degrader ในดิน ในส่วนของแบคทีเรีย Proteobacteria, Chloroflexi, Planctomycota, Verrucomicrobiota, Desulfobacterota ที่มีกระบวนการ metabolism สามารถเปลี่ยนสารโมเลกุลที่มีขนาดเล็กหรือมีความสามารถในการตรึงธาตุอาหารที่มีอยู่ในดินหรืออากาศเป็นสารอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งเสริมสภาวะการอยู่ร่วมกันระหว่างพืชและแบคทีเรีย รวมไปถึงการเพิ่มอัตราการอยู่รอดที่สูงขึ้นของแบคทีเรียเมื่ออาศัยอยู่ในสภาวะที่มีความกดดันจากธรรมชาติ ในส่วนของ Archae bacteria ที่มีสมาชิก methanogens จากการวิเคราะห์ด้วย miseq sequencing และ RT-PCR ก็ได้ผลที่สอดคล้องกันว่ากลุ่ม Methanosarcinales ที่ใช้สารประกอบ acetate ในการผลิตมีเทนมีความถี่ประชากรสูงสุด รองลงมาคือกลุ่ม Methanomicrobialesซึ่งอาจแสดงว่า substrate หลักในการผลิตมีเทนในนาข้าวคือ acetic acid โดยกลุ่ม Methanosarcinalesนั้นมีความถี่ประชากรสูงในตัวอย่างดิน Root proximity soil จากไรซ์เบอร์รี่ที่ระยะออกดอกและออกรวง ซึ่งผลจากงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของการอยู่ร่วมกันของข้าวและแบคทีเรียที่ถูกควบคุมด้วยระยะการเติบโตของพืช สารอาหารและสิ่งแวดล้อม

คำสำคัญ