การตรวจค้นจีโนมข้าวพันธุ์พื้นเมืองไทยเพื่อหายีนต้านทานโรคเชื้อราใบไหม้และปฏิกิริยาการตอบสนองของข้าวที่มียีนต้านทานต่อเชื้อราใบไหม้สายพันธุ์ในประเทศไทย

งานวิจัยมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจและค้นหายีนที่ควบคุมลักษณะความต้านทานต่อโรคไหม้ในข้าวพันธุ์พื้นเมืองไทย เพื่อศึกษาปฏิกิริยาการตอบสนองทางโรคพืชของข้าวที่มียีนต้านทานโรคไหม้ Pi9 ต่อเชื้อราโรคไหม้สายพันธุ์ต่าง ๆ ในประเทศไทย และเพื่อศึกษาปฏิกิริยาการตอบสนองทางโรคพืชของข้าวพื้นเมืองไทยที่มียีนต้านทานโรคไหม้ต่อเชื้อราโรคไหม้สายพันธุ์ต่าง ๆ ในประเทศไทย ดำเนินการตรวจค้นจีโนมข้าวพันธุ์พื้นเมืองไทยเพื่อหายีนต้านทานโรคไหม้จำนวน 10 ยีน ประกอบด้วยยีน Pi9, Pi-d2, Pi36, Pi-ta, Pib, Pi1(1), Pid3, Pi2(t), Pi54 และ Pigm(t) ในข้าวพื้นเมืองไทย รวม 201 พันธุ์ ประกอบด้วย พันธุ์ข้าวพื้นเมืองภาคเหนือ จำนวน 19 พันธุ์ พันธุ์ข้าวพื้นเมืองภาคใต้ จำนวน 38 พันธุ์ พันธุ์ข้าวพื้นเมืองภาคตะวันออกเฉียงเหนือ จำนวน 19 พันธุ์ พันธุ์ข้าวพื้นเมืองภาคใต้ จำนวน 38 พันธุ์ พันธุ์ข้าวพื้นเมืองภาคตะวันออกเฉียงเหนือ จำนวน 144 พันธุ์ (ข้าวนาสวนพื้นเมือง และข้าวขึ้นน้ำพื้นเมือง จำนวน 99 และ 45 พันธุ์ ตามลำดับ) โดยใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอที่พัฒนาตรงตำแหน่งยีน (gene specific markers) จำนวน 8 เครื่องหมาย ได้แก่ pB8-Pi9 (Pi9), NBS2-Pi9 (Pi9), Pi-d2, Pi-d3Cap1 (Pid3), Pi-d3Cap2 (Pid3), Pi-ta (Pita), Pibdom (Pib) และ Pi54indel (Pi54) และเครื่องหมายดีเอ็นเอที่ใกล้ชิดกับยีนต้านโรคไหม้ จำนวน 6 เครื่องหมาย ได้แก่ R36STS (Pi36), PM1233 [Pi1(t)], SSR140 [Pi2(t)], Pi54SSR (Pi54), Pigm(t)C5483 [Pigm(t)] และ Pigm(t)S2974 [Pigm(t)] พบว่าข้าวพื้นเมืองไทย ส่วนใหญ่มียีนต้านทานโรคไหม้ Pigm(t) โดยพบในข้าวพื้นเมืองจำนวน 198 พันธุ์ คิดเป็นร้อยละ 98.51 ของข้าวพื้นเมืองทั้งหมด รองลงมา ได้แก่ ยีนต้านทานโรคไหม้ Pid3, Pi-d2, Pi-2(t), Pi36, Pib, Pi9, Pi-ta, Pi-1(t) และ Pi54 ในพันธุ์ข้าวพื้นเมือง จำนวน 155, 137, 131, 120, 75, 57, 36 และ 10 พันธุ์ ตามลำดับ คิดเป็นร้อยละ 77.11, 68.16, 65.17, 59.70, 37.31, 28.36, 28.36, 17.91 และ 4.98 ของข้าวพื้นเมืองที่ทำการศึกษาทั้งหมด ตามลำดับและจะพบยีนต้านทานโรคไหม้ Pi1(t), Pi36, Pi9 และ Pi54 ในข้าวไร่พื้นเมืองภาคเหนือมากที่สุดคิดเป็นร้อยละ 94.74, 84.21, 52.63 และ 52.63 ของข้าวไร่พื้นเมืองภาคเหนือที่ทำการศึกษาตามลำดับ ส่วนข้าวพื้นเมืองในภาคตะวันออกเฉียงเหนือจะพบยีนต้านทานโรคไหม้ Pigm(t), Pi2(t) และ Pib มากที่สุด คิดเป็นร้อยละ 100, 84.72 และ 42.36 ของข้าวพื้นเมืองภาคตะวันออกเฉียงเหนือที่ทำการศึกษาตามลำดับ และในข้าวพื้นเมืองภาคใต้พบยีนต้านทานโรคไหม้ Pid3 และ Pigm(t) ในทุกพันธุ์ที่ทำการตรวจสอบ และพบยีนต้านทานโรคไหม้ Pi-d2 และ Pita รองลงมา คิดเป็นร้อยละ 97.37 และ 50.00 ของข้าวพื้นเมืองภาคใต้ที่ทำการศึกษาตามลำดับ จากการตรวจค้นจีโนมยีนต้านทานโรคไหม้ในข้าวพื้นเมืองไทย จำนวน 10 ยีน ในการศึกษาครั้งนี้ พบว่า ข้าวพื้นเมืองพันธุ์อีปง (Gs.3372) ซึ่งเป็นข้าวนาสวนพื้นเมืองภาคตะวันออกเฉียงเหนือมียีนต้านทานโรคไหม้มากที่สุด จำนวน 9 ยีน ได้แก่ Pi1(t), Pi2(t), Pi9, Pi36, Pi-d2, Pi-d3, Pi-ta, Pib และ Pigm (t)
การศึกษาปฏิกิริยาการตอบสนองของข้าวที่มียีนต้านทานโรคไหม้ Pi9 ต่อเชื้อสาเหตุโรคไหม้ Magnaportae grisea จำนวน 8 ไอโซเลท ที่เก็บรวบรวมมาจากพื้นที่ต่าง ๆ ในประเทศไทย ได้แก่ BAG1.4, BAG2.4, BAG3.5, BAG4.4, BAG5.4, BAG7.2, BAG8.5 และ BAG9.2 โดยศึกษาในข้าว 3 พันธุ์ ได้แก่ พันธุ์นิบปอนบาเร พันธุ์นิบปอนบาเรที่มียีน Pi9 และพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 พบว่า ข้าวพันธุ์นิบปอนบาเรที่มียีน Pi9 สามารถต้านทานต่อเชื้อราโรคไหม้ได้ทั้ง 8 ไอโซเลท จากผลการศึกษาสามารถสรุปได้ว่า เชื้อราโรคไหม้ในประเทศไทยที่ทำการศึกษาครั้งนี้ไม่สามารถเข้าทำลายข้าวจาปอนิกา พันธุ์นิปปอบบาเรที่มียีนต้านทานโรคไหม้ Pi9 ซึ่งเป็นยีนต้านทานต่อเชื้อราโรคไหม้แบบกว้างได้
การศึกษาปฏิกิริยาการตอบสนองของข้าวพื้นเมืองที่มียีนต้านทานโรคไหม้ จำนวน 28 พันธุ์ โดยใช้เชื้อ M.grisea จำนวน 10 ไอโซเลทที่เก็บรวบรวมจากท้องที่ปลูกข้าวต่าง ๆ ในประเทศไทย พบว่า ข้าวพื้นเมืองที่มียีนต้านทานโรคไหม้สามารถต้านทานโรคไหม้ในระดับสูง (R) ได้จำนวน 14 พันธุ์ ประกอบด้วยข้าวพื้นเมืองภาคเหนือ ข้าวพื้นเมืองภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และข้าวพื้นเมืองภาคใต้ จำนวน 10 พันธุ์ และ 3 พันธุ์ ตามลำดับ และข้าวพื้นเมืองที่มียีนต้านทานโรคไหม้สามารถต้านทานโรคไหม้ในระดับปานกลาง (MR) ได้จำนวน 5 พันธุ์ ซึ่งเป็นข้าวพื้นเมืองภาคเหนือทั้งหมด และไม่ต้านทาน (S) จำนวน 7 พันธุ์ ประกอบด้วยข้าวพื้นเมืองภาคใต้และข้าวพื้นเมืองภาคตะวันออกเฉียงเหนือ จำนวน 5 พันธุ์ และ 2 พันธุ์ตามลำดับ เมื่อวิเคราะห์การถดถอยเชิงเส้นพหุคูณ (multiple regression analysis) ของข้าวพื้นเมืองที่มียีนต้านทานโรคไหม้และปฏิกิริยาการตอบสนองต่อเชื้อ M.grisea พบว่า ลักษณะต้านทานโรคไหม้ที่เกิดขึ้นเป็นผลมาจากการทำงานเสริมกันของยีนต้านทานโรคไหม้หลาย ๆ ยีน โดยยีน Pi9 และ Pi54 มีอิทธิพลต่อลักษณะการต้านทานโรคไหม้มากที่สุด และเครื่องหมายดีเอ็นเอ Pi54SSR และ NBS2Pi9 มีความสัมพันธ์กับลักษณะต้านทานโรคไหม้อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ โดยมีค่า R2 เท่ากับ 20.86 และ 20.33 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ เมื่อนำข้ามูลมาจัดกลุ่มความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมของยีนต้านทานโรคไหม้โดยอาศัยค่าสัมประสิทธิ์ความเหมือนทางพันธุกรรมของ Dice พบว่า สามารถจัดกลุ่มพันธุกรรมได้ 6 กลุ่ม โดยกลุ่มพันธุ์ข้าวที่ต้านทานโรคไหม้ส่วนใหญ่จะมียีน Pi9 และ Pi54
ผลการศึกษาครั้งนี้ แสดงให้เห็นว่า ข้าวพื้นเมืองไทยเป็นแหล่งพันธุกรรมของยีนต้านทานโรคไหม้ที่สำคัญเหมาะสมที่จะนำมาใช้เป็นแหล่งพันธุกรรมในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวให้ต้านทานโรคไหม้ต่อไป ดังนั้นจึงควรอนุรักษ์ข้าวพื้นเมืองเหล่านี้เอาไว้เพื่อไม่ให้สูญหายไปจากประเทศไทย