สล็อตแตกง่าย ยีนข้าวโพดที่ระบุได้จากการทดลองอายุ 118 ปีที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์สามารถเพิ่มผลผลิตของลูกผสมชั้นยอดในปัจจุบันได้โดยไม่ต้องมีปัจจัยการผลิตเพิ่มเติม ยีนที่ระบุในการศึกษา Plant Biotechnology Journal ล่าสุด ควบคุมชิ้นส่วนสำคัญของการชราภาพหรือการตายตามฤดูกาลในข้าวโพด เมื่อปิดยีนแล้ว ลูกผสมที่ปลูกในไร่จะให้ผลผลิต
โดยเฉลี่ย 4.6 บุชเชลต่อเอเคอร์โดยเฉลี่ยมากกว่าพืชมาตรฐาน
ย้อนหลังไปถึงปี พ.ศ. 2439 การทดลองในรัฐอิลลินอยส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อทดสอบว่าองค์ประกอบของเมล็ดข้าวโพดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการคัดเลือกโดยประดิษฐ์หรือไม่ ซึ่งเป็นแนวคิดที่ค่อนข้างใหม่ที่นำเสนอโดยชาร์ลส์ ดาร์วินเมื่อ 37 ปีก่อนเท่านั้น การเลือกสายข้าวโพดที่มีโปรตีนสูงและต่ำซ้ำหลายครั้งมีผลตามที่ตั้งใจไว้ภายในประมาณ 10 รุ่น เมื่อการคัดเลือกคุณสมบัติยังคงดำเนินต่อไป การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมก็สังเกตเห็นได้ชัดเจน
“สิ่งหนึ่งที่สังเกตเห็นได้ตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1930 คือสายโปรตีนต่ำยังคงเป็นสีเขียวได้นานกว่าสายโปรตีนสูง มันชัดเจนมาก” สตีเฟน มูส ศาสตราจารย์ในภาควิชาพืชศาสตร์แห่งรัฐอิลลินอยส์และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว
การรักษาสีเขียวให้นานขึ้นในฤดูกาลอาจหมายถึงผลผลิตที่มากขึ้น พืชยังคงสังเคราะห์แสงและให้พลังงานแก่การพัฒนาธัญพืชต่อไป แต่จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครรู้จักยีนเฉพาะที่รับผิดชอบต่อลักษณะสีเขียวของข้าวโพด
Anne Sylvester ผู้อำนวยการโครงการของ National Science Foundation ซึ่งให้ทุนสนับสนุนการวิจัยนี้ กล่าวว่า “ลักษณะสีเขียวที่คงอยู่เปรียบเสมือน ‘น้ำพุแห่งความเยาว์วัย’ สำหรับพืช เพราะมันช่วยยืดอายุการสังเคราะห์แสงและเพิ่มผลผลิต “นี่เป็นการค้นพบขั้นพื้นฐานที่ยอดเยี่ยมพร้อมผลกระทบในทางปฏิบัติ”
การค้นพบยีนนี้เกิดขึ้นได้จากความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนที่ยาวนานนับทศวรรษระหว่างรัฐอิลลินอยส์และคอร์เทวา เกษตรศาสตร์ ผู้ทำงานร่วมกันของ Moose และ Illinois เริ่มแรกให้นักวิทยาศาสตร์ Corteva เข้าถึงประชากรที่ได้มาจากการทดลองโปรตีนข้าวโพดในระยะยาวโดยมีความแตกต่างในลักษณะที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม นักวิทยาศาสตร์ของ Corteva ได้ทำแผนที่ลักษณะที่พักสีเขียวกับยีนเฉพาะ NAC7 และพัฒนาต้นข้าวโพดที่มีการแสดงออกต่ำสำหรับลักษณะนี้ เช่นเดียวกับพ่อแม่ที่มีโปรตีนต่ำ พืชเหล่านี้คงสีเขียวได้นานขึ้น พวกเขาทดสอบพืชเหล่านี้ในโรงเรือนและทุ่งนาทั่วประเทศในช่วงสองฤดูกาล
ข้าวโพดไม่เพียงแต่เติบโตได้ดีโดยไม่มี NAC7 เท่านั้น แต่ผลผลิตเพิ่มขึ้นเกือบ 5 บุชเชลต่อเอเคอร์เมื่อเทียบกับลูกผสมทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลผลิตภาคสนามมาโดยไม่ต้องใส่ปุ๋ยไนโตรเจนเกินกว่าที่เกษตรกรมักใช้
Jun Zhang นักวิทยาศาสตร์ด้านการวิจัยของ Corteva Agriscience และผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า “การร่วมมือกับมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ทำให้เรามีโอกาสใช้เทคโนโลยีชั้นแนวหน้ากับการศึกษาวิจัยด้านพันธุศาสตร์พืชที่ดำเนินมายาวนานที่สุดงานหนึ่ง” “ข้อมูลเชิงลึกที่เราได้รับจากความสัมพันธ์นี้สามารถส่งผลให้มีบุชเชลมากขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุนการผลิต ซึ่งอาจเพิ่มทั้งผลกำไรและผลผลิตสำหรับเกษตรกร”
จากนั้นทีมของ Moose ได้จัดลำดับยีน NAC7
ในสายพันธุ์ข้าวโพดที่มีโปรตีนสูงและต่ำ และสามารถทราบได้ว่ายีนดังกล่าวอำนวยความสะดวกในการชราภาพอย่างไร และเหตุใดจึงหยุดทำงานในข้าวโพดที่มีโปรตีนต่ำ
“เราสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าการกลายพันธุ์คืออะไร ดูเหมือนว่าจะเกิดขึ้นในช่วง 100 ปีที่ผ่านมาของการทดลองนี้ และโชคดีที่ได้รับการเก็บรักษาไว้เพื่อให้เราได้รับประโยชน์จากการทดลองนี้ในตอนนี้” มูสกล่าว
เขาไม่สามารถบอกได้แน่ชัดว่าการกลายพันธุ์เกิดขึ้นเมื่อใด เพราะในปี ค.ศ. 1920 คณาจารย์ด้านพืชศาสตร์ได้โยนเมล็ดพันธุ์ดั้งเดิมออกจากปี พ.ศ. 2439
“พวกเขาไม่มีทางรู้ได้เลยว่าวันหนึ่งเราสามารถระบุยีนที่ควบคุมลักษณะเฉพาะเหล่านี้ได้ แต่เราตรวจสอบข้าวโพดชนิดอื่นแล้วไม่พบการกลายพันธุ์นี้” มูสกล่าว
ศักยภาพในอนาคตสำหรับนวัตกรรมนี้อาจรวมถึงเมล็ดพันธุ์ที่จำหน่ายในเชิงพาณิชย์โดยไม่มีหรือลดการแสดงออกของ NAC7 ทำให้เกษตรกรมีทางเลือกในการเพิ่มผลผลิตโดยไม่ต้องใส่ปุ๋ยเพิ่มเติม
มูสเน้นว่าความก้าวหน้าจะเกิดขึ้นไม่ได้หากทั้งคู่ไม่มาที่โต๊ะ
“มีประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมเมล็ดพันธุ์และสังคมในการทำการทดลองระยะยาวเหล่านี้ ผู้คนถามฉันว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยถึงสนใจที่จะทำวิจัยเกี่ยวกับข้าวโพดในขณะที่บริษัทต่างๆ กำลังทำมันอยู่” เขากล่าว “ใช่แล้ว และพวกเขาสามารถทำสิ่งต่าง ๆ ในระดับที่ใหญ่ขึ้นและเร็วขึ้นได้ แต่มักจะไม่ลงทุนในการศึกษาที่ผลตอบแทนอาจใช้เวลาหลายสิบปี”
ที่มา: มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ สล็อตแตกง่าย
