Clemson University เปิดเผยว่านักวิจัยค้นพบยีนที่ทำให้เกิดการ senescence ของเซลล์ในข้าวโพด จะทำให้สามารถปรับปรุงพันธุ์ให้เพาะปลูกได้ยาวนานขึ้นและได้ผลผลิตมากขึ้นเพื่อเลี้ยงประชากรโลกในอนาคต

sencescence (การชราภาพ) คือการตายของเซลล์หรืออวัยวะที่เกิดขึ้นทุกส่วนของร่างกายทั้งในสัตว์และในพืช แม้กระทั่งในร่างกายมนุษย์เองเราก็ฆ่าเซลล์ที่เราไม่ต้องการ สำหรับในพืชเมื่อฤดูกาลเปลี่ยนแปลงเข้าสู่ฤดูใบไม้ร่วง พืชรู้ว่าจะต้องมีการประหยัดพลังงานโดยการสละใบหรือกำจัดใบของตัวเองทิ้งไป ผลก็คือใบพืชจะตายหลังจากที่มีการเปลี่ยนสีใบเกิดขึ้น พลังงานจะถูกดึงออกมาจากใบเข้ามาเก็บที่ลำต้นและราก เพื่อใช้ในการสร้างใบใหม่อีกครั้งเมื่อเข้าสู่ฤดูใบไม้ผลิ

การทำความเข้าใจกลไกของการแก่ในพืชอาหารโดยเฉพาะข้าวโพด อาจจะทำให้มีประโยชน์ต่อความมั่นคงทางอาหารของโลก ถ้ามนุษย์สามารถชะลอการแก่ของพืชได้เราก็จะมีพืชที่มีสีเขียวตลอด (stay green) เป็นระยะเวลาที่นานขึ้น ได้ผลผลิตมากขึ้นเพื่อหล่อเลี้ยงประชากรโลกที่หิวโหวในอนาคต นั่นคือเป้าหมายการวิจัยของผู้ช่วยศาสตราจารย์ Rajan Sekhon นักพันธุศาสตร์พืชแห่ง College of Science, Clemson University

"บางครั้งนักปรับปรุงพันธุ์พืชทำการคัดเลือกพืชโดยที่มีอายุมากแล้ว และไม่ได้คำถึงถึง การแก่ในระดับโมเลกุลว่าเป็นอย่างไร" Sekhon กล่าว ซึ่งพืช stay green นี้ถ้าทำสำเร็จจะทำให้มีสีเขียวได้นานขึ้น ส่งผลให้มีผลผลิตมากขึ้น สามารถปรับตัวให้อยู่กับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้ เช่น ความแห้งแล้ง ความร้อน เป็นต้น

การแก่หรือ sencescence เป็นลักษณะที่มีความซับซ้อนซึ่งได้รับผลกระทบมาจากปัจจัยต่างๆ ทั้งภายในและภายนอกต้นพืช รวมทั้งมีการควบคุมโดยยีนที่ทำงานร่วมกันเป็นจำนวนมาก ดังนั้นการที่จะควบคุมมันได้ Sekhon ได้ใช้วิธีที่เรียกว่า systems genetics approach

Sekhon ได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมตามธรรมชาติของข้าวโพด กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของข้าวโพดที่แตกต่างกัน แล้วใช้ DNA fingerprint เพื่อเชื่อมโยงกับระหว่างยีนหรือ genotype กับ phenotype (การแก่) จนได้คำตอบว่ามียีนที่น่าจะเกี่ยวข้องประมาณ 64 ยีน

โดยได้ปลูกพืชที่มีสีเขียวตลอดและไม่มีสีเขียวตลอดเพื่อดูการแสดงออกของยีนมากกว่า 40,000 ยีนในระหว่างที่เกิด sencescence อย่างไรก็ตามในการทดลอง พบว่ามีการเกิดผลบวกเทียม และผลลบเทียม ขึ้นทำให้พลาดยีนเป้าหมายไป ดังนั้นทีมงานของเขาได้ใช้วิธี streams genetics approach เพื่อจำแนกยีนเป้าหมายจนในที่สุดบีบแคบลงเหลือเพียง 14 ยีน

ยีนที่คาดว่าเกี่ยวข้องกับ sencescence ในข้าวโพดพบว่าเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับผนังเซลล์พืช และกระบวนการทางชีวเคมีอื่นๆ เช่น proteolysis, sugar signaling, sugar transport ตัวอย่างเช่น ยีน mir3 (ยีนต้านแมลง) ซึ่งสร้างเอนไซม์ cysteine protease นั้นเมื่อทำการ knockout ยีนนี้ในพืชทดลอง Arabidopsis แล้วพบว่าใบพืชสามารถชะลอการ sencescence ได้

การวิจัยยังค้นพบว่าน้ำตาลมีบทบาทเป็นตัวกำหนดการ sencescence โดยเมื่อน้ำตาลเพิ่มสะสมมากขึ้นในใบพืช (ใบสังเคราะห์ด้วยแสงสร้างน้ำตาลหรืออาหารให้พืชแต่ไม่ถูกนำออกจากใบ) น้ำตาลจะเป็นโมเลกุลเริ่มต้นในการส่งสัณญาณเริ่มต้นการ sencescence ยีนที่ค้นพบในการวิจัยครั้งนี้ดูเหมือนจะทำหน้าที่แบบเดียวกันในพืชอาหารชนิดอื่น เช่น ข้าว ข้าวสาลี และข้าวฟ่าง

ซึ่งเป้าหมายขั้นต่อไปของ Sekhon ก็คือสร้างปรับปรุงพันธุ์ให้ได้ stay green plant โดยใช้การชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์และการตัดต่อยีน

แหล่งข่าว Clemson University

บทความวิจัย http://www.plantcell.org/content/early/2019/06/25/tpc.18.00930