การใช้ประโยชน์จากรูปแบบอีพิเจเนติกในการปรับปรุงพันธุ์พืช

ลำดับของยีนที่ส่งต่อไปยังเซลล์ลูกสาวหรือลูกหลานไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่กำหนดลักษณะของเซลล์และสิ่งมีชีวิต การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสารพันธุกรรมที่ไม่เปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอที่อยู่เบื้องล่างยังมีบทบาทในการควบคุมว่ายีนใดทำงานอยู่หรือไม่ทำงาน เมทิลเลชันเป็นเครื่องหมายอีพีเจเนติกอย่างหนึ่ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มกลุ่มเคมีขนาดเล็กลงในเบสจำเพาะในดีเอ็นเอ บทบาทของการถ่ายทอดความแปรปรวนของอีพีเจเนติกในมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ 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

การทดลองเพิ่มเติมซึ่งวางเครื่องวัดอุณหภูมิไว้ในรังกลางแจ้ง สารกำจัดศัตรูพืชที่แนะนำมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อความสามารถของผึ้งในการควบคุมอุณหภูมิภายในรัง

“เมื่ออุณหภูมิลดลง ผึ้งจะล็อคปีกของมันและทำให้กล้ามเนื้อของพวกมันสั่นเพื่อสร้างความร้อน” ครอลล์กล่าว “แต่สิ่งที่เราพบก็คือ ในอาณานิคมควบคุม แม้ว่าอุณหภูมิจะผันผวนอย่างกว้างขวาง พวกมันสามารถรักษาอุณหภูมิในอาณานิคมให้คงที่ได้ภายในสองสามองศา แต่ผึ้งที่สัมผัสได้ พวกมันสูญเสียความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิไปอย่างมาก”

นอกเหนือจากการขัดขวางความสามารถของผึ้งในการให้ความร้อนโดยตรงหรือทำให้รังเย็นลง การทดลองยังเผยให้เห็นว่าการสัมผัสสารกำจัดศัตรูพืชส่งผลกระทบต่อความสามารถของผึ้งในการสร้างฝาแว็กซ์ที่เป็นฉนวนเหนืออาณานิคม

“อาณานิคมควบคุมของเราเกือบทั้งหมดสร้างฝาครอบนั้นขึ้นมา” ครอลล์กล่าว “และดูเหมือนว่าจะถูกกำจัดให้หมดสิ้นในอาณานิคมที่สัมผัสกับสารกำจัดศัตรูพืช ดังนั้นพวกเขาจึงสูญเสียความสามารถนี้ในการปรับโครงสร้างการทำงานของรังนี้”

ในอนาคต แครลล์กล่าวว่ามีคำถามเพิ่มเติมจากการศึกษานี้ซึ่งเขาหวังว่าจะได้รับคำตอบ

“งานนี้ โดยเฉพาะเรื่องการควบคุมอุณหภูมิ ทำให้เกิดคำถามชุดใหม่ ไม่ใช่แค่ว่าผลกระทบโดยตรงของยาฆ่าแมลงคืออะไร แต่ยาฆ่าแมลงเหล่านั้นบั่นทอนความสามารถของอาณานิคมในการรับมือกับแรงกดดันอื่นๆ ได้อย่างไร” เขากล่าว “งานนี้ชี้ให้เห็นว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เราอาจคาดหวังว่าผลกระทบของสารกำจัดศัตรูพืชจะแย่ลง ดังนั้นมันจึงเปลี่ยนทั้งวิธีที่เราดำเนินการในการทดสอบสารเคมีทางการเกษตรโดยทั่วไป แต่ชี้ไปที่คำถามเฉพาะว่าเราอาจเห็นว่าแข็งแกร่งกว่าหรือไม่ ลดลงในสภาพแวดล้อมบางอย่าง”

เมื่อนำมารวมกัน Crall เชื่อว่าผลการวิจัยชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในการควบคุมสารนีออนนิโคตินอยด์และยาฆ่าแมลงอื่นๆ ที่อาจส่งผลกระทบต่อผึ้งที่เข้มงวดยิ่งขึ้น

“ฉันคิดว่าเราอยู่ในจุดที่เราควรกังวลอย่างมากเกี่ยวกับวิธีที่เรากำลังเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมกำลังตัดราคาและทำลายประชากรแมลงที่มีความสำคัญไม่เพียงต่อการทำงานของทุกระบบนิเวศเท่านั้น…แต่นั่นก็ สำคัญมากสำหรับการผลิตอาหาร” เขากล่าว “ระบบอาหารของเรากำลังพึ่งพาแมลงผสมเกสรมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป วันนี้ประมาณหนึ่งในสามของพืชอาหารต้องพึ่งพาแมลงผสมเกสร และนั่นก็เพิ่มขึ้นเท่านั้น จนถึงตอนนี้ เรามีของกำนัลจากธรรมชาติมากมายจากการผสมเกสรซึ่งทำงานทั้งหมดนี้เพื่อเรา และตอนนี้เราเริ่มตระหนักว่าสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น ดังนั้นฉันคิดว่าเราควรกังวลเรื่องนี้มาก”

Credit : westerncawx.net altamiraweb.info undertheradarspringfield.org implementaciontecnologicaw.com minghui2000.org ruisoares.org mythguide.org milstawestern.com harikrishnaexport.org editionslmauguin.com