เว็บสล็อต การใช้ประโยชน์จากรูปแบบอีพิเจเนติกในการปรับปรุงพันธุ์พืช

เว็บสล็อต ลำดับของยีนที่ส่งต่อไปยังเซลล์ลูกสาวหรือลูกหลานไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่กำหนดลักษณะของเซลล์และสิ่งมีชีวิต การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสารพันธุกรรมที่ไม่เปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอที่อยู่เบื้องล่างยังมีบทบาทในการควบคุมว่ายีนใดทำงานอยู่หรือไม่ทำงาน เมทิลเลชั่นเป็นเครื่องหมายอีพีเจเนติกอย่างหนึ่ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มกลุ่มเคมีขนาดเล็กไปยังเบสจำเพาะในดีเอ็นเอ บทบาทของการถ่ายทอดความ

แปรปรวนของอีพีเจเนติกในมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ อย่างไรก็ตาม มีตัวอย่างหลายตัวอย่างของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในพืช

การปรับตัวด้วยอีพีเจเนติกส์

นักชีววิทยาพืชที่มหาวิทยาลัยซูริกได้แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของอีพีเจเนติกตามธรรมชาติในเครสหูหนู (Arabidopsis thaliana) ขึ้นอยู่กับการเลือก ทีมงานของ Ueli Grossniklaus ที่ Department of Plant and Microbial Biology ยังแสดงให้เห็นว่าลักษณะที่เลือกใหม่ ซึ่งมีความสำคัญต่อการกระจายเมล็ดพันธุ์ จะถูกส่งต่ออย่างน้อยสองถึงสามชั่วอายุคนแม้จะไม่มีการคัดเลือกก็ตาม “การแปรผันของ Epigenetic จึงมีส่วนช่วยให้พืชสามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมได้อย่างรวดเร็วโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงลำดับในจีโนม” Grossniklaus อธิบาย

การคัดเลือกพืชที่มีการกระจายเมล็ดอย่างมีประสิทธิภาพ

ในการทดลอง นักชีววิทยาพืชได้จำลองสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว พวกเขาเลือกประชากร Arabidopsis มากกว่าห้าชั่วอายุคนตามระยะการแพร่กระจายของเมล็ด เฉพาะเมล็ดพันธุ์ที่แพร่กระจายไปยังที่ห่างไกลจากต้นแม่เท่านั้นที่ถูกนำมาใช้สำหรับคนรุ่นต่อ ๆ ไป จากนั้นนักวิจัยได้นำเมล็ดพันธุ์ของประชากรอิสระสามกลุ่มที่มีการกระจายเมล็ดพันธุ์ที่มีประสิทธิภาพและเติบโตร่วมกับเมล็ดพันธุ์ของประชากรดั้งเดิมที่ไม่ได้คัดเลือก แต่คราวนี้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีแรงกดดันในการคัดเลือก ประชากรพืชได้รับการตรวจสอบในเชิงลึกหลังจากผ่านไปสองชั่วอายุคน

การวิเคราะห์กิจกรรมทางพันธุกรรม จีโนม และอีพิจีโนม

“เราสามารถแสดงให้เห็นว่าในพืชที่เลือก ลักษณะสองประการที่มีความสำคัญต่อการกระจายเมล็ดมีความแตกต่างกันเมื่อเทียบกับประชากรเดิม พืชออกดอกในภายหลังและมีจำนวนกิ่งมากขึ้น” กรอสนิกลอสกล่าว การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่สามารถสืบย้อนไปถึงการกลายพันธุ์ในจีโนมของพืชได้ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยพบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญใน epigenome: สถานะของ methylation ถูกเปลี่ยนแปลงที่ประมาณ 50,000 เบสใน DNA นอกจากนี้ยังพบความแตกต่างในการทำงานของยีนที่ควบคุมการออกดอกเป็นต้น

โอกาสใหม่ในการขยายพันธุ์พืชผล

แม้ภายใต้สภาวะแวดล้อมปกติโดยไม่มีการเลือก คุณลักษณะใหม่ยังคงได้รับการบำรุงรักษาอย่างน้อยสองถึงสามชั่วอายุคน “เช่นเดียวกับความผันแปรทางพันธุกรรม ความแปรผันของอีพีเจเนติกขึ้นอยู่กับการคัดเลือกและมีส่วนทำให้เกิดความหลากหลายของลักษณะพืช เนื่องจากพื้นฐานทางพันธุกรรมของพืชผลมักมีจำกัด ดังนั้น epigenetics จึงสามารถนำมาใช้เพื่อขยายวัสดุสำหรับการปรับปรุงพันธุ์พืชได้” กรอสนิกลอสเน้น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมในหลายภูมิภาคของโลกภายในระยะเวลาอันสั้น พันธุ์พืชที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

ผลประโยชน์เหล่านี้จะจับต้องได้เฉพาะผู้บริโภคชาวยุโรปในช่วงกลางหรืออนาคตไกลเท่านั้น เนื่องจากแผนงานดังกล่าวมุ่งเน้นที่ปี 2050 อย่างไรก็ตาม ในระยะสั้นจะมีประโยชน์ที่ชัดเจนสำหรับผู้บริโภค เนื่องจากเราจะพัฒนาแผนงานด้วยความร่วมมืออย่างใกล้ชิด กับพวกเขา. ผ่านกลุ่มผู้มีส่วนได้ส่วนเสียของเราและผ่านการประชุมเชิงปฏิบัติการของเรา ผู้บริโภคชาวยุโรปจะมีเสียงที่ชัดเจนในการพัฒนาแผนงานสู่อนาคตที่ยั่งยืนยิ่งขึ้น และฉันหวังว่าจะได้ร่วมมือกับผู้บริโภค เกษตรกร และองค์กรพัฒนาเอกชนใน CropBooster-P

ES: การเพิ่มผลผลิตพืชผลในยุโรปเป็นสองเท่าภายในปี 2050 เป็นเป้าหมายที่ทะเยอทะยานมาก เป็นไปได้หรือไม่?

อาร์เคแอล: คำตอบที่ชัดเจนคือใช่ ทั้งทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคก็สามารถทำได้ แต่ฉันต้องเพิ่มทันทีว่าการบรรลุเป้าหมายนี้ไม่เพียงแต่จะขึ้นอยู่กับการพัฒนาพันธุ์พืชที่ให้ผลผลิตสูงและรองรับอนาคตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยอื่นๆ อีกมากมายที่จะเป็นตัวชี้ขาด ตัวอย่างเช่น เราจำเป็นต้องมีเจตจำนงทางการเมืองเพื่อเริ่มดำเนินการวิจัยขนาดใหญ่ของยุโรปเพื่อพัฒนาพืชผลเหล่านี้ ซึ่งจะใช้เวลาอย่างน้อย 10 ปีในงบประมาณหลายร้อยล้านยูโร หรืออาจมากกว่า 1 พันล้านยูโรด้วยซ้ำ แน่นอนว่าพืชชนิดใหม่เหล่านี้จะต้องปลูกในขนาดใหญ่ซึ่งอาจต้องมีการดัดแปลงในห่วงโซ่การผลิตอาหารทั้งหมด ตั้งแต่ผู้ผลิตเมล็ดพันธุ์ผ่านเกษตรกรและผู้ผลิตอาหารไปจนถึงผู้ใช้ปลายทาง นี่จะเป็นความท้าทายอย่างมากในการจัดระเบียบ ซึ่งต้องใช้เจตจำนงทางการเมืองจำนวนมากและความร่วมมือจากห่วงโซ่ทั้งหมดอีกครั้ง

แต่สำหรับวิทยาศาสตร์เบื้องหลัง เรารู้อยู่แล้วว่าเราสามารถพัฒนาพืชที่ให้ผลผลิตสูงเหล่านี้ได้ และกระบวนการหลักที่เราจำเป็นต้องปรับให้เหมาะสมคือการสังเคราะห์แสงของพืช ในการเกษตร ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงต่ำอย่างน่าอายเพียงโดยเฉลี่ย 0.5 – 1 เท่านั้น % ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่เข้ามาจะถูกแปลงเป็นชีวมวลพืชผล อย่างไรก็ตาม เรารู้ว่าในทางทฤษฎี การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสามารถบรรลุประสิทธิภาพได้ประมาณ 4% และโดยธรรมชาติแล้ว เราพบว่าพืชมีประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงที่สูงมากอย่างแท้จริง หากคุณพิจารณาว่ามีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างผลผลิตพืชผลกับประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง ตามมาด้วยว่าหากเราจะเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงในพืชเพาะปลูกเป็น 1 – 2% เราจะเพิ่มผลผลิตพืชเป็นสองเท่าทันที!

แน่นอนว่า ยังต้องดำเนินการอีกมาก

 เนื่องจากคุณต้องการให้พันธุ์พืชที่ให้ผลผลิตสูงเหล่านี้เป็นการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้ทรัพยากรที่หายาก เช่น น้ำและแร่ธาตุให้เกิดประโยชน์สูงสุด นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้มาถึงแล้ว ดังนั้นพืชผลในอนาคตควรมีความยืดหยุ่นและสามารถทนต่อความแห้งแล้ง ความร้อน และความเครียดจากเกลือที่เพิ่มขึ้นได้ แต่ยังมีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์มากมายที่แสดงให้เห็นว่าเราสามารถทำให้พืชผลใช้ทรัพยากรมากขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพและทนต่อสภาพอากาศได้

เมื่อนำมารวมกันแล้ว เรารู้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะพัฒนาพันธุ์พืชที่จำเป็นต่อการเพิ่มผลผลิตพืชในยุโรปเป็นสองเท่า

ES: หลายคนรู้สึกว่าเราจะสามารถเร่งการพัฒนาพันธุ์พืชใหม่ๆ ที่เตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีนวัตกรรมการเพาะพันธุ์พืช เช่น CRISPR คุณคิดอย่างไรกับเรื่องนี้? เว็บสล็อต