การพัฒนาแหนเพื่อเป็นพืชน้ำต้นแบบในการวิจัยพื้นฐานและการนำไปประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยีชีวภาพ

Abstract

แหน (duckweeds) เป็นพืชดอกที่มีขนาดเล็กที่สุด เจริญเติบโตได้ดีในแหล่งน้ำนิ่ง และสามารถ นำมาใช้ประโยชน์ได้มากมายเนื่องจากเจริญเติบโตได้ไว มีปริมาณโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตสูง แต่การศึกษาทางชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพของแหนในประเทศไทยมีอยู่ในวงจำกัด ดังนั้นงานวิจัยชิ้นนี้ จึงทำการศึกษาและพัฒนาแหนเป็นพืชน้ำต้นแบบ โดยจำแนกสายพันธุ์แหนที่พบในบริเวณแหล่งน้ำในมหาวิทยาลัยบูรพาโดย วิธีการทางอณูชีววิทยา น้ำเข้ามาเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ พัฒนาวิธีการเหนี่ยวนำให้แหนออกดอก และพัฒนาวิธีการแปลงสภาพเพื่อปรับเปลี่ยนพันธุกรรมแหน จากผลการวิจัยบ่งชี้ว่าแหนที่พบมี 3 สายพันธุ์ ได้แก่ แหนใหญ่ (Spirodela polyrhiza) แหนเล็ก (Lemna aequinoctialis) และไข่น้ำ (Wolffia globosa) โดยแหนใหญ่สามารถถูกท้าให้ออกดอกได้ 33.45% เมื่อเหนี่ยวนำด้วยกรดซาลิไซลิก (salicylic acid) ความเข้มข้น 3 µM ที่ความเข้มแสง 100 µmol.m-2 .s-1 โดยให้แสงตลอด 24 ชั่วโมง เป็นระยะเวลา 24 วัน นอกจากนี้ แหนเล็กสามารถถูกชักนำให้เกิดแคลลัส (callus) ได้ 100% เมื่อได้รับสาร 2,4-D ความเข้มข้น 3 µM ภายในระยะเวลา 20 วัน อย่างไรก็ตามผลการศึกษาพบว่าทั้งสองวิธีนั้นยุ่งยากและใช้เวลานานในการดัดแปลงพันธุกรรมแหน ดังนั้นวิธีที่เหมาะสมคือการเหนี่ยวนำให้แหนใหญ่สร้างทิวเรียน (turion) ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใช้ สะสมอาหารในสภาวะที่ไม่เหมาะสม โดยเลี้ยงแหนใหญ่ในน้ำกลั่นปราศจากเชื่อ 14 วัน จากนั้นนำไปผ่านกระบวนการแทรกซึมโดยอะโกรแบคทีเรีย (agroinfiltration) ที่มีไบนารีเวคเตอร์ pB7WG ด้วยการนำเอาอากาศออกเป็นระยะเวลา 5 นาที และเลี้ยงร่วมกันในอาหารที่เติมซูโครสและสาร acetosyringone เป็นเวลา 3 วัน แล้วนำไปเลี้ยงต่อในอาหารที่มียาปฏิชีวนะ ceftriaxone ความเข้มข้น 250 mg/L และสารปราบวัชพืช glufosinate ความเข้มข้น 0.01 mM เพื่อคัดเลือกแหนใหญ่ดัดแปลงพันธุกรรม เป็นระยะเวลา 14 วัน โดย วิธีการดังกล่าวจะทำให้ได้แหนใหญ่ที่ต้านทานสารปราบวัชพืช glufosinate 94.10% และมีจีโนไทป์ตรงกับลักษณะการต้านทาน 80% เมื่อนำแหนใหญ่แปลงพันธุ์ (transgenic giant duckweeds) ไปส่องดูใต้กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์จะพบการแสดงออกโปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงสีฟ้าแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการแปลงสภาพแหนใหญ่ด้วยวิธีดังกล่าว อย่างไรก็ตามเมื่อนำแหนใหญ่แปลงพันธุ์ดังกล่าวมาเพาะเลี้ยงต่อในห้องปฏิบัติการเป็นระยะเวลา 20 วัน พบว่าแหนใหญ่แปลงพันธุ์สูญเสียความสามารถในการต้านทานยาปราบวัชพืช แสดงให้เห็นว่าแหนใหญ่ที่ถูกแปลงสภาพนั้นไม่มีความเสถียรทางพันธุกรรม ดังนั้นการพัฒนาขั้นต่อไปคือการท้าให้การแปลงสภาพมีความเสถียรเพื่อให้ได้แหนดัดแปลงพันธุกรรมที่สามารถน้าไปใช้ประโยชน์ได้ง่าย