นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการปรับปรุงรสชาติและคุณค่าทางโภชนาการของสตรอว์เบอร์รีโดยไม่เปลี่ยนแปลงกระบวนการเจริญเติบโต

ปรับปรุงคุณภาพผลไม้ในขณะที่ยังคงรักษาสภาพปกติไว้การเจริญเติบโตของพืชการรักษาสมดุลเป็นความท้าทายสำคัญในด้านการเกษตรมาโดยตลอด งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าการบรรลุสมดุลนี้อาจง่ายกว่าที่เคยคิดไว้ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าการเพิ่มกิจกรรมของ "ยีนทำความสะอาด" ที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ สามารถปรับปรุงทั้งคุณค่าทางโภชนาการและคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสของผลไม้ได้พร้อมกัน โดยการเพิ่มการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับ tRNA ทีมวิจัยได้เพิ่มระดับของแอนโทไซยานินและเทอร์เพนอยด์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีอิทธิพลต่อสี กลิ่น และคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของผลไม้ การปรับปรุงเหล่านี้ไม่มีผลกระทบที่วัดได้ต่อการเจริญเติบโตของพืช ขนาดผลไม้ หรือปริมาณน้ำตาล ผลลัพธ์เผยให้เห็นบทบาทที่ไม่คาดคิดของยีนที่มักเกี่ยวข้องกับหน้าที่พื้นฐานของเซลล์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ายีนเหล่านี้ยังสามารถมีอิทธิพลต่อลักษณะทางเมตาบอลิซึมที่สำคัญของผลไม้ได้อีกด้วย
แอนโทไซยานินและเทอร์พีนอยด์มีบทบาทสำคัญต่อสี รสชาติ กลิ่น และคุณค่าทางโภชนาการโดยรวมของผลไม้ อย่างไรก็ตาม การพยายามเพิ่มปริมาณสารประกอบเหล่านี้มักนำไปสู่ผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากกระบวนการผลิตสารเหล่านี้มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับฮอร์โมนพืช ตัวอย่างเช่น ไซโตไคนินควบคุมทั้งการเจริญเติบโตและการเผาผลาญสารทุติยภูมิของพืช ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงระดับของไซโตไคนินจึงสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและลักษณะการเจริญเติบโตของพืชได้
ยีนกลุ่มหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับไซโตไคนินซึ่งไม่ค่อยเป็นที่รู้จัก—ยีนประเภท tRNA-type isopentenyl transferase—ได้รับความสนใจค่อนข้างน้อย เชื่อกันว่ายีนเหล่านี้ทำหน้าที่ตามปกติของเซลล์มากกว่าที่จะควบคุมลักษณะของพืชอย่างแข็งขัน ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่ายีนเหล่านี้สามารถปรับปรุงคุณภาพของผลไม้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืชได้หรือไม่ จึงควรค่าแก่การศึกษาเพิ่มเติม
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกษตรหนานจิงและมหาวิทยาลัยคอนเนตทิคัตได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร *Horticultural Research* โดยศึกษาความเป็นไปได้นี้โดยใช้สตรอว์เบอร์รีป่าเป็นตัวอย่าง พวกเขาเน้นไปที่ยีนควบคุมการทำงานพื้นฐานที่ชื่อว่า FveIPT2 โดยการดัดแปลงพันธุกรรมของพืชเพื่อเพิ่มระดับการแสดงออกของยีนนี้ พวกเขาพบว่าคุณภาพของผลไม้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
พืชดัดแปลงพันธุกรรมแสดงระดับแอนโทไซยานินและเทอร์พีนอยด์ในผลสุกที่สูงกว่าพืชสายพันธุ์ปกติอย่างมีนัยสำคัญ แต่ไม่พบความแตกต่างในด้านการเจริญเติบโต ขนาดผล หรือปริมาณน้ำตาล การค้นพบนี้ท้าทายความเชื่อที่มีมานานว่ายีนควบคุมการทำงานพื้นฐานของพืชมีบทบาทเพียงเล็กน้อย และเน้นย้ำถึงศักยภาพอันมหาศาลของยีนเหล่านี้ในการปรับปรุงพืชผลทางการเกษตร
ยีน FveIPT2 มีส่วนเกี่ยวข้องกับการดัดแปลง tRNA และสัมพันธ์กับการสังเคราะห์ซิส-ซีเอติน (ไซโตไคนินชนิดหนึ่ง) แตกต่างจากยีนที่เกี่ยวข้องกับไซโตไคนินอื่นๆ ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อการเจริญเติบโตของพืช การเพิ่มขึ้นของกิจกรรม FveIPT2 ทำให้ระดับไซโตไคนินโดยรวมเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การเจริญเติบโตของพืชเป็นไปตามปกติโดยไม่มีความผิดปกติใดๆ ที่เห็นได้ชัด การออกดอกและติดผลเป็นไปตามที่คาดไว้ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในน้ำหนัก รูปร่าง หรือความหวานของผลไม้
แม้ว่าการเจริญเติบโตของพืชจะคงที่ แต่ส่วนประกอบทางเคมีของผลไม้กลับเปลี่ยนแปลงไปอย่างเห็นได้ชัด ระดับของแอนโทไซยานิน ฟลาโวนอยด์ และสารประกอบฟีนอลเพิ่มขึ้น ส่งผลให้สีแดงเข้มขึ้น การวิเคราะห์อย่างละเอียดเผยให้เห็นว่าระดับของแอนโทไซยานินเฉพาะ 9 ชนิดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงสารประกอบที่ได้จากไซยานิดินและเพลาร์โกนิดิน ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ
ในขณะเดียวกัน ปริมาณของสารประกอบเทอร์เพนอยด์ที่ตรวจพบเกือบครึ่งหนึ่งก็เพิ่มขึ้น สารประกอบเทอร์เพนอยด์เหล่านี้ได้แก่ โมโนเทอร์เพน เซสควิเทอร์เพน และไตรเทอร์เพน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในเรื่องกลิ่นและรสชาติ
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่สีและส่วนประกอบทางโภชนาการเท่านั้น ระดับของสารประกอบอะโรมาติกที่เกี่ยวข้องกับกลิ่นดอกไม้ที่น่ารื่นรมย์ เช่น ลินาลูล เพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ระดับของสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับกลิ่นฉุนและกลิ่นยางไม้ลดลง การศึกษาการแสดงออกของยีนยืนยันว่าเส้นทางสำคัญที่รับผิดชอบในการผลิตและการขนส่งสารประกอบเหล่านี้มีความกระฉับกระเฉงมากขึ้น
โดยสรุป ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่า FveIPT2 สามารถปรับปรุงองค์ประกอบทางเคมีของผลไม้ได้อย่างเลือกสรร โดยไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฮอร์โมนตามปกติที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโต
นักวิจัยกล่าวว่า “การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่เรามักเรียกว่า 'ยีนควบคุมการทำงานพื้นฐานของเซลล์' นั้นสามารถส่งผลกระทบที่เฉพาะเจาะจงและสำคัญได้อย่างน่าประหลาดใจ โดยการกำหนดเป้าหมายไปที่ยีนประเภท tRNA แทนที่จะเป็นตัวควบคุมฮอร์โมนแบบดั้งเดิม เราสามารถปรับปรุงสี รสชาติ และองค์ประกอบทางโภชนาการของผลไม้ได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโต ในขณะที่การปรับแต่งกระบวนการเผาผลาญมักส่งผลเสียต่อการเจริญเติบโต ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าเส้นทางพื้นฐานของเซลล์สามารถส่งผลต่อคุณภาพของผลไม้ได้อย่างละเอียดอ่อน ทำให้ผู้เพาะพันธุ์พืชมีเครื่องมือใหม่ที่มีประสิทธิภาพและอ่อนโยน”
ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า FveIPT2 เป็นวิธีการที่มีศักยภาพและมีประสิทธิภาพในการปรับปรุงคุณภาพผลไม้ของสตรอว์เบอร์รีและพืชผลทางการเกษตรอื่นๆ เนื่องจากวิธีการนี้ช่วยเพิ่มปริมาณสารสีและสารหอมที่มีประโยชน์โดยไม่ลดผลผลิตหรือความแข็งแรงของพืช จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปลูกพืชผลทางการเกษตรคุณภาพสูง
โดยกว้างๆ แล้ว งานวิจัยนี้ท้าทายแนวคิดที่ว่ายีนควบคุมการทำงานพื้นฐานของเซลล์มีส่วนเกี่ยวข้องเฉพาะในกระบวนการทำงานประจำวันของเซลล์เท่านั้น โดยการระบุถึงอิทธิพลของยีนเหล่านี้ต่อกระบวนการสร้างสารทุติยภูมิ งานวิจัยนี้จึงเสนอแนวทางใหม่ในการเพิ่มผลผลิตพืชผลทางการเกษตรในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพไว้ได้
บทความนี้จัดทำโดยสถาบันวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรหนานจิง หมายเหตุ: เนื้อหาอาจต้องมีการแก้ไขเพื่อให้เหมาะสมกับรูปแบบและความยาว
สมัครรับจดหมายข่าว ScienceDaily ฟรี เพื่อรับข่าวสารอัปเดตรายวันและรายสัปดาห์ และติดตามข่าวสารล่าสุด หรือสำรวจแหล่งข่าวมากมายของเราในโปรแกรมอ่าน RSS ของคุณ:
ร่วมแสดงความคิดเห็นของคุณได้ที่ ScienceDaily—เรายินดีรับฟังทุกความคิดเห็น ทั้งเชิงบวกและเชิงลบ คุณกำลังประสบปัญหาในการใช้งานเว็บไซต์หรือไม่? มีคำถามใดๆ หรือไม่?