Transcript Document 7894598

บปรุงพันธุ ์พืชให้ตา้ นทานต่อโรคแล
Breeding for Pest Resistance
Breeding for Pest Resistance
่ านทานโรคและแมล
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
Host vs. Nonhost Resistance
Nonhost resistance
(Fristensky, online)
พืชส่วนใหญ่จะต้านทานต่อ
ศ ัตรู พช
ื ส่วนใหญ่
โดยการเข้าทาลายของศ ัตรู พช
ื ถือเป็ นข้อยกเว้น พืช
่ ใช่พช
ทีไม่
ื อาศ ัย (nonhosts) จะไม่ถูกทาลายโดย
้ ๆ และมีความต้านทานทีเรี
่ ยกว่า
ศ ัตรู พช
ื ชนิ ดนัน
nonhost resistance
(Fristensky, online)
Breeding for Pest Resistance
่ านทานโรคและแมล
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
Host vs. Nonhost Resistance
้ ๆ สามารถ
ศ ัตรู พช
ื ชนิ ดนัน
้ แต่มพ
เข้าทาลายพืชชนิ ดนี ได้
ี ช
ื บาง
่ านทานต่อศ ัตรู พช
้ บางครง้ั
พันธุ ์/genotypes ทีต้
ื
นี
Resistance
เรียกว่า true resistance
Host resistance
(Bellotti et al., online)
Whitefly susceptible
Breeding for Pest Resistance
่ านทานโรคและแม
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
Host Resistance
ความต้านทานของพืขอาศ ัย หมายถึง
่
ลักษณะทางพันธุกรรมของพืชอาศ ัยทีลด
ผลกระทบจากการเข้าทาลายของศ ัตรู พช
ื
Biffen (1905) การต้านทานโรคของพืช
ควบคุมโดยยีน
ผสมระหว่างป่ านพันธุ ์ต่าง ๆ
แสดงให้เห็นว่า การต้านทานโรคของ
่ การแยกต ัวตาม
พืชควบคุมโดยยีน ซึงมี
Henry (1920)
Breeding for Pest Resistance
่ านทานโรคและแม
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
Breeding for Pest Resistance
่ านทานโรคและแม
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
หลักการ*
การนาพันธุ ์ต้านทานมาใช้ใน
การควบคุมโรคพืช
ไส้เดือนฝอย
และแมลงเป็ นการควบคุมศ ัตรู พช
ื
โดย
ชีววิธท
ี ส
ี่ าคญ
ั
* การพัฒนาสายพันธุ ์ต้านทาน
จะต้องคานึ งถึงความ ปรวนแปรทาง
้ ชและศ ัตรู พช
พันธุกรรมของทังพื
ื
Breeding for Pest Resistance
่ านทานโรคและแม
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
หลักการ
่ านทานโรค
* การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือต้
่ อเนื่ อง มี
และแมลงเป็ นกระบวนการทีต่
การนายีนต้านทานโรค/แมลงใหม่ ๆ มา
ใช้อย่างสม่าเสมอ
ชนิ ดของการต้านทาน
การต้านทานแบบ
แนวตัง้ (Vertical resistance) มี
1.
ลักษณะต้านทานหรือไม่
่ ัดเจน
ต้านทานทีช
* การต้านทานแบบจาเพาะ (Specific
พืชมีการต้านทาน
จาเพาะต่อศ ัตรู ชนิ ดหนึ่ งหรือ สาย
resistance)
ชนิ ดของการต้านทาน
* การต้านทานโดยยีน
1 คู ่ หรือน้อยคู ่
(Monogenic or oligogenic
resistance)
คุณภาพ
เป็ นลักษณะ
่
* การต้านทานทีควบคุ
มโดย
ยีนหลัก
ควบคุมโดยยีน
คู เ่ ดียวหรือน้อยคู ่ ส่วนมาก เป็ น
(Major gene resistance)
ชนิ ดของการต้านทาน
Vertical – “All or None”
ชนิ ดของการต้านทาน
1. การต้านทานแบบแนวตง้ั (Vertical resistance)
ข้อดีและ
ข้อเสี
ข้อยดี
1. คัดเลือกง่ าย
2. นามาใช้ปร ับปรุง
พันธุ ์พืชได้สะดวก
ชนิ ดของการต้านทา
1. การต้านทานแบบแนวตง้ั (Vertical resistance)
ข้อดีและ
ข้อข้
เสีอยเสีย
1. มักมีอายุจากัด ต้องค้นหา
ยีนต้านทาน
ใหม่ ๆ จาก
แหล่งรวบรวมพันธุ ์พืช
แหล่งกาเนิ ดของพืช หรือใช้การ
ชนิ ดของการต้านทาน
2.
การต้านทานแบบแนวนอน (Horizontal resistance)
สามารถต้านทานศ ัตรูได้หลายสายพันธุ ์
แต่อ ัตราการต้านทานอาจไม่สูงเหมือน
แบบแนวตง้ั
* การต้านทานแบบไม่จาเพาะ (Non-
ต้านทานทุกสายพันธุ ์
มากบ้างน้อยบ้าง
specific resistance)
ชนิ ดของการต้านทาน
2.
การต้านทานแบบแนวนอน (Horizontal resistan
่
* การต้านทานแบบทัวไป
(General resistance) มัก
ไม่ปรากฏวิธก
ี าร
ต้านทานที่
ช ัดเจน แต่ทาให้โรคพัฒนาช้าลง เช่น ผลิต
สปอร ์น้อยลง
แตกต่างจากการ
่ ปฏิก ิรย
ต้านทานแบบแนวตง้ั ซึงมี
ิ าตอบโต้โรค
่ งเกตได้ ช ัดเจน เช่น เกิดจุดเซลล ์ตาย
ทีสั
ชนิ ดของการต้านทาน
2.
การต้านทานแบบแนวนอน (Horizontal resistan
่
* การต้านทานทีควบคุ
มโดยยีนหลายคู ่
(Multigenic or polygenic
resistance)
เป็ นลักษณะปริมาณ
ชนิ ดของการต้านทาน
Horizontal Resistance – Graded with Rank Order
ชนิ ดของการต้านทาน
ข้อดีและข้อเสีย
ข้อดี
• คงความต้านทานเป็ น
เวลานาน
ข้อเสีย
• ปร ับปรุงพันธุ ์ยาก
พันธุศาสตร ์ของปฏิก ิรย
ิ าระห
ศึกษาความสัมพันธ ์ทางพันธุศาสตร ์
ระหว่างฝ้ายกับโรคราสนิ ม
“สาหร ับยีนต้านทานแต่ละยีนในพืช จะ
่ าหนดว่า
มียน
ี ในโรคพืชทีก
้
โรคพืชนันจะสามารถเข้
าทาลายพืช
(virulent) หรือไม่ (avirulent)”
Flor
web.ku.ac.th/agri
พันธุศาสตร ์ของปฏิก ิรย
ิ าระห
1. Gene-for-Gene Hypothesis
(ยีนต่อยีน)
ยีนต้านทานแต่ละยีน = แม่กญ
ุ แจ เป็ นยีน
เด่นคอยป้ องกันโรค โรคพืชจะเข้าทาลาย
่ ลูกกุญแจสาหร ับแม่กญ
ได้กต
็ อ
่ เมือมี
ุ แจแต่
ชอพืชไม่มแ
ละดอก พื
หรื
ี ม่กโรคพื
ญ
ุ แจชลู กกุญแจ
AABBcc นด้อยทีท
่ าให้เกิดโรค
เป็ นตัวแทนของยี
aabbCC
aabbcc
พันธุศาสตร ์ของปฏิก ิรย
ิ าระหว
Gene-for-Gene Interaction
Elicitor
r
Receptor
(อ่อนแอ)
กลไกการต้านทาน
(อ่อนแอ)
ยีนในโรคพืช
A
a
ยีนในพืช
R
A-R
A-r
a-R
a-r
(ต้านทาน)
A = produce
(อ่molecule
อนแอ)
a = not produce molecule
พันธุศาสตร ์ของปฏิก ิรย
ิ าระหว
(Fristensky, online)
พันธุศาสตร ์ของปฏิก ิรย
ิ าระหว
2. ยีนแสดงผลอย่างอิสระ มักเกิดจากการ
่
ควบคุมหลายคู ่ เช่นการผลิตสารเคมีเพือ
Potato resistance to late blight
พันธุศาสตร ์ของปฏิก ิรย
ิ าระหว
พันธุศาสตร ์ของการต้านทานโรค
ผสมพันธุ ์ระหว่างป่ านพันธุ ์ Ottawa 770B
้
(ต้านทาน) และ Bombay (อ่อนแอ) และปลู กเชือโร
คราสนิ ม race 24
่
* มียน
ี ต้านทานซึงเ
เพียง 1 ยีน
่ ชต้านทานโร
วิธก
ี ารทีพื
1. การหนี โรค (Disease escape)
่ มโี รค
A. การปลู กพืชในแหล่งทีไม่
โรคไม่ได้ตด
ิ ไปกับพืช หรือ
แหล่ง
ใหม่มส
ี ภาพแวดล้อมไม่เหมาะสมสาหร ับโรค
B. การไม่มส
ี อน
ื่ าโรค เช่น โรคจากเชือ้
่ แมลงเฉพาะชนิ ด
ไวร ัสซึงมี
เป็ นพาหะ
่
C. การปลู กพืชในช่วงทีโรคไม่
ระบาด
D. รู ปร่างและสัณฐานของต้นพืชไม่
่ มุมใบต่า
อานวยต่อการระบาด
พันธุ ์ ทืมี
flag
(BBSRC, online)
่ ชต้านทานโร
วิธก
ี ารทีพื
่ ชป้ องกันไม่ให้เชือโรค
้
2. การป้ องก ัน การทีพื
่ ดขวางทีมี
่ อยู ่
เข้าทาลายจากสิงกี
แล้ว (pre-existing barriers)
่ องกันทางโครงสร ้าง เช่น ปริมาณ
A. สิงป้
ของ wax และ cuticle ่
โครงสร ้างผนัง
B. สิงป้ องกันทางเคมี เช่น
เซลล ์
สารประกอบฟี นอล ที่
้
Lectin
เป็ นพิษต่อเชือรา
และ
แบคทีเรีย Lectin ซึง่
่
่ ชต้านทานโร
วิธก
ี ารทีพื
่ ดขวาง) ที่
3. การต่อต้าน ความต้านทาน (สิงกี
้
งจากได้ร ับ
ถูกกระตุน
้ ให้สร ้างขึนหลั
่ อ้ (Induced
defense)
A.เชื
สิงกี
ดขวางทางโครงสร
้าง
่
่
มความ
* การสร ้าง lignin เพือเพิ
* การสร ้าง suberin
หนาของผนังเซลล ์
(Department of Biochemistry, Purdue University, online)
(Fristensky, online)
่ ชต้านทานโร
วิธก
ี ารทีพื
่
* การสร ้าง cork layer เพือกัก
บริเวณเกิดโรคไว้
น้ าและอาหาร
ไม่ให้ได้ร ับ
่ ่ลอ
่ กเชือ้
* การทาให้เซลล ์พืชทีอยู
้ มรอบเซลล ์ทีถู
่
เข้าทาลายตายอย่างรวดเร็วเพือ
ป้ องกันการ
่ ชต้านทานโร
วิธก
ี ารทีพื
การต้านทานทางชีวเคมี (Induced biochemical defenses)
* HR: มีการเกิด oxidative burst ผลิต reactive oxygen species (RO
เช่น superoxide (O ), hydrogen peroxide (H O ) ROS สามารถเป็ น
้
พิษต่อเชือโรคได้
โดยตรง และมีผลทาให้เซลล ์พืชต
H2O2 ยังเป็ น substrate ในขบวนการ oxidative polymerization
่
่
เพือเพิ
มความแข็
งแกร่งของผนังเซลล ์ ฯลฯ
B.
2
-
2
2
่
่ ชต้ชาต้
วิ
ธ
ก
ี
ารที
พื
นทานโรค
วิธก
ี ารทีพื
านทานโร
* การผลิตสารต่อต้านจุลน
ิ ทรีย ์
เช่น pathogenesis่
related proteins (PR-proteins) ได้แก่
chitinase ซึง
่ นส่วนประกอบของ
สามารถย่อย chitin ทีเป็
้
ผนัง
เซลล ์เชือรา
phytoalexins เป็ นสาร
่ น้ าหนักโมเลกุลตา
่ และ เป็ นพิษต่อ
ทีมี
Phytoalexins, phenolics
PAL; PR proteins
จุลน
ิ ทรีย ์
(antimicrobial compounds)
(Fristensky, online)
(Fristensky, online)
่ ชต้านทานโร
วิธก
ี ารทีพื
4. ความทนทานต่อโรค
่ ช
(Tolerance)
การทีพื
สามารถเจริญเติบโต ให้ผลผลิต
ได้ แม้วา
่ พืชจะได้ร ับ
้
เชือในระด
ับที่ ก่อผล
่ ทนทาน
รุนแรงในพันธุ ์ทีไม่
่
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือให้ต
1. แหล่งของความต้านทาน ศูนย ์หรือ
สถาบันวิจ ัยนานาชาติทเก็
ี่ บรวบรวมพันธุ ์
นักปร ับปรุงพันธุ ์ ปลู กตรวจสอบการ
่
ต้านทานโรคของพันธุ ์ทีรวบรวมไว้
.2. การประเมินโรค ใช้อ ัตราการประเมิน
เช่น
0 = ไม่มอ
ี าการ, 1ต้=นมี
่ าการเล็กน้อย, 2 =
ทีอ
มีอาการปานกลาง,ต้านทาน
ต้นที่
3 = มีอาการรุนแรง
โรค, 4 = มีอาการรุนแรงอ่อนแอ
่
การปร ับปรุงพันธุ ์พืชเพือให้ต
่
วิธก
ี ารปร ับปรุงพันธุ ์เพือให้
ตา้ นท
่ VR
1. การปร ับปรุงพันธุ ์เพือ
่ ยน
1. พันธุ ์พืชทีมี
ี
ต้านทานหลัก
นิ ยมใช้
่ สด
่ ส่
สายพันธุมากที
์ทีมี
ัสุ
นสูยงน
ดวใช้
ี ต้านทานหลัก
(prevalent races)
แต่ละยีนในการ
่
ควบคุ
ม
ศ
ัตรู
ส
ายพั
น
ธุ
์ที
มี
่
่
สายพันธุ ์ทีมีสด
ั ส่วนตา
สั
ด
ส่
ว
นสู
ง อาจพัฒนามาจาก
(minor races)
การ
คัดเลือกภายหลังการ
ถ่ายยีนต้านทาน
โดยวิธผ
ี สมกลับ
ประชากรโรคพืช
ข้อดี
ข้อดีและข้อเสียของพันธุ ์พืช
่ ยน
ทีมี
ี ต้านทานหลัก
1. การปร ับปรุงพันธุ ์และการคัดเลือก
ทาได้ง่ายและสะดวก
ข้อเสีย
่
1. อาจอ่อนแอต่อสายพันธุ ์ทีมี
่ ซึงอาจเพิ
่
่
สัดส่วนตา
ม
้
จานวนมากขึนจนกลายเป็
น
prevalent races
่
วิธก
ี ารปร ับปรุงพันธุ ์เพือให
ได้จากการนาเมล็ดพืชหลาย ๆ
่
genotypes ซึงแต่
ละ
genotype มียน
ี ต้านทาน
่ เหมือนกัน) มาปนกัน แต่ละ
หลักแต่ละยีน (ทีไม่
่ ๆ
genotype อาจมีลก
ั ษณะทางพันธุกรรมอืน
่ น
เหมือนกันหมด แต่แตกต่างกันเฉพาะทียี
ต้านทาน (isolines) A B C D
2. Multilines
่ ๆ
หรือแต่ละ genotype อาจมีลก
ั ษณะอืน
ต่างกันด้วยก็ได้ โดยใช้อ ัตราส่วนการ
ข้อดีและข้อเสียของพันธุ ์พืช
Multilines
ข้อดี
สามารถต้านทานศ ัตรู พช
ื ได้หลายสายพันธุ ์ ถึง
สัดส่วนของสายพันธุ ์ภายในประชากรศ ัตรู พช
ื
multiline ก็น่าจะยังคงความต้านทานไว้ได้
่ นยาว
2. มีอายุการต้านทานทียื
1.
ข้อดีและข้อเสียของพันธุ ์พืช
Multilines
ข้อเสีย
1. ต้องใช้ความพยายาม เวลา และ ค่าใช้จา
่ ยสู งใ
่ ลก
่
หลาย ๆ ยีนเข้าไปยังพันธุ ์พืชทีมี
ั ษณะอืน
2. ถ้าใช้การผสมกลับในการถ่ายยีน กว่าจะได้พน
ั
่ ลก
่ ๆ ทีดี
่ กว่า และเป็ นทียอม
่
ใหม่ ๆ ทีมี
ั ษณะอืน
่
พันธุ ์ทีเราใช้
เป็ น recurrent parent
่ อาจมีลก
3. พันธุ ์ทีได้
ั ษณะต่าง ๆ ไม่สม่าเสมอ
่
วิธก
ี ารปร ับปรุงพันธุ ์เพือให
3. Pyramiding
ข้อดี
เป็ นการถ่ายยีนต้านทานหลักหลาย ๆ
1. ศ ัตรู สายพันธุ ์ใหม่ทจะท
ี่
าลายพืชได้จะต้องมี
กลไกต้
ข้
อเสียานทานยีนต้านทานทุก ๆ ยีน
1. ต้องใช้ความพยายามอย่างสู งในการถ่ายยีน
ต้านทานหลักหลาย ๆ ยีนเข้าไปใน
พันธุ ์เดียว
2. ถ้าใช้การผสมกลับในการถ่ายยีน จะมี
่
ข้อจาก ัดที่ recurrent parent ทีใช้
้
3. ความต้านทานของพันธุ ์พืชนี อาจส่
งเสริมให้
เกิดวิว ัฒนาการของศ ัตรู สายพันธุ ์ใหม่ ๆ
่
วิธก
ี ารปร ับปรุงพันธุ ์เพือให
่ HR
2. การปร ับปรุงพันธุ ์เพือ
้
การปร ับปรุงพันธุ ์สาหร ับ HR นันจะ
่
คล้ายคลึงกับการปร ับปรุงพันธุ ์เพือ
่ ๆ วิธก
่
ต หรือลักษณะปริมาณอืน
เพิมผลผลิ
ี าร
่ นต้านทาน
ปร ับปรุงคือ การเพิมยี
หลาย ๆ ยีนไว้ในพันธุ ์เดียวกัน เช่น มีการใช้วธ
ิ ี
recurrent phenotypic
สาหร ับปร ับปรุงพันธุ ์ alfafa ให้ตา้ นทาน
โรคและแมลง เป็ นวิธท
ี เหมาะส
ี่
าหร ับใช้กบ
ั พืช
selection