การเริ่มต้นใหม่ 'การปฏิวัติเขียว'’ – นักวิจัยค้นพบยีนใหม่สำหรับธัญพืช

นักวิจัยจาก University of Oxford และ Chinese Academy of Sciences ได้ค้นพบยีนใหม่ที่ปรับปรุงผลผลิตและประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยของพืชธัญพืช เช่น ข้าวสาลีและข้าว.

'การปฏิวัติเขียว' ทั่วโลกในศตวรรษที่ 20, ซึ่งมีผลผลิตเมล็ดธัญพืชทั่วโลกเพิ่มขึ้นอย่างมากทุกปี, ได้รับแรงหนุนจากการพัฒนาโดยนักปรับปรุงพันธุ์พืชในทศวรรษ 1960 พันธุ์แคระที่ให้ผลผลิตสูงชนิดใหม่ที่เรียกว่าพันธุ์การปฏิวัติเขียว (GRV).

GRV แคระเหล่านี้ยังคงโดดเด่นทั่วโลกในพืชข้าวสาลีและข้าวในปัจจุบัน. เพราะพวกเขาแคระ, มีก้านสั้น, GRV ทุ่มเททรัพยากรมากกว่าต้นไม้สูงในการปลูกเมล็ดพืชแทนที่จะใช้ลำต้น, และมีความเสี่ยงน้อยกว่าที่จะสูญเสียจากความเสียหายจากลมและฝน. อย่างไรก็ตาม, การเติบโตของ GRV ทำให้เกษตรกรต้องใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนจำนวนมากในทุ่งนาของตน. ปุ๋ยเหล่านี้มีราคาแพงสำหรับเกษตรกรและก่อให้เกิดความเสียหายอย่างกว้างขวางต่อสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ. การพัฒนา GRV ใหม่ผสมผสานผลผลิตสูงเข้ากับความต้องการปุ๋ยที่ลดลงจึงเป็นเป้าหมายเกษตรกรรมยั่งยืนระดับโลกอย่างเร่งด่วน.

การศึกษาใหม่ที่สำคัญตีพิมพ์ในวารสาร ธรรมชาติ, นำโดยศาสตราจารย์ Xiangdong Fu จากสถาบันพันธุศาสตร์และชีววิทยาพัฒนาการแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน, และศาสตราจารย์นิโคลัส ฮาร์เบิร์ด จาก ภาควิชาพืชศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด, ได้รับทุนบางส่วนจาก BBSRC-Newton Rice Initiative, ได้ค้นพบยีนที่สามารถช่วยบรรลุเป้าหมายดังกล่าวได้เป็นครั้งแรก.

การเปรียบเทียบ 36 ข้าวแคระพันธุ์ต่างๆ, การศึกษาระบุตัวแปรยีนธรรมชาติแบบใหม่ที่เพิ่มอัตราการรวมไนโตรเจนจากดินของพืช. ตัวแปรของยีนที่ค้นพบจะเพิ่มปริมาณในเซลล์พืชของโปรตีนที่เรียกว่า GRF4. GRF4 เป็น 'ปัจจัยการถอดรหัสยีน' ที่กระตุ้นการทำงานของยีนอื่น ๆ ซึ่งเป็นยีนที่ส่งเสริมการดูดซึมและการดูดซึมไนโตรเจน.

ศาสตราจารย์ฮาร์เบิร์ดกล่าวว่า: 'การค้นพบตัวควบคุมหลักในการรวมตัวกันของไนโตรเจนในพืชเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นในตัวมันเอง. แต่เรารู้สึกตื่นเต้นมากยิ่งขึ้นเมื่อพบว่า GRF4 มีบทบาทที่กว้างขวางยิ่งขึ้น. พืชเจริญเติบโตโดยการประสานการเผาผลาญของสสารจากสิ่งแวดล้อม. เราค้นพบว่า GRF4 ประสานการรวมตัวของพืชของไนโตรเจนจากดินเข้ากับการรวมตัวของคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศ. ในขณะที่ผู้ประสานงานโดยรวมของการเผาผลาญของพืชเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว, เอกลักษณ์ทางโมเลกุลของพวกมันยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดก่อนหน้านี้, และการค้นพบของเราจึงเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการทำความเข้าใจว่าพืชเติบโตได้อย่างไร'

ใน GRV แคระ กิจกรรมการประสานงานการเผาผลาญที่ส่งเสริมของ GRF4 จะถูกยับยั้งโดยโปรตีนยับยั้งการเจริญเติบโตที่เรียกว่า DELLA. การยับยั้งนี้จะลดความสามารถของ GRV ในการรวมไนโตรเจนจากดิน, และเป็นเหตุผลว่าทำไมเกษตรกรจึงจำเป็นต้องใช้ปุ๋ยในปริมาณสูงเพื่อให้ได้ผลผลิต GRV สูง.

ศาสตราจารย์ฮาร์เบิร์ดกล่าวว่า: 'เราให้เหตุผลว่าการให้ทิปสมดุล GRF4-DELLA เพื่อสนับสนุน GRF4 อาจลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยในระดับสูงในการเพาะปลูก GRV. เพื่อความสุขของเรา, เราพบว่าการเพิ่มระดับ GRF4 ส่งผลให้ผลผลิตเมล็ดข้าวและข้าวสาลี GRV เพิ่มขึ้น, โดยเฉพาะในระดับปุ๋ยที่ต่ำ'

นักวิจัยกล่าวว่า GRF4 ควรกลายเป็นเป้าหมายหลักสำหรับผู้ปรับปรุงพันธุ์พืชในการเพิ่มผลผลิตพืชผลและประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ย, โดยมีเป้าหมายเพื่อให้บรรลุผลผลิตธัญพืชทั่วโลกที่จำเป็นเพิ่มขึ้นเพื่อเลี้ยงประชากรโลกที่กำลังเติบโตด้วยต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมที่ลดลง.

ศาสตราจารย์ฮาร์เบิร์ดกล่าวเสริม: 'การศึกษาครั้งนี้เป็นตัวอย่างที่สำคัญของการบรรลุวัตถุประสงค์พื้นฐานด้านพืชศาสตร์สามารถนำไปสู่แนวทางแก้ไขปัญหาความท้าทายระดับโลกได้อย่างรวดเร็ว. โดยจะค้นพบว่าพืชประสานการเจริญเติบโตและการเผาผลาญได้อย่างไร, จากนั้นแสดงให้เห็นว่าการค้นพบดังกล่าวสามารถเปิดใช้กลยุทธ์การปรับปรุงพันธุ์เพื่อความมั่นคงทางอาหารที่ยั่งยืนและการปฏิวัติเขียวครั้งใหม่ในอนาคตได้อย่างไร.

แหล่งที่มา:

http://www.ox.ac.uk/