นักวิทยาศาสตร์บราซิลประสบความสำเร็จในการประกอบลำดับจีโนมอ้อยเชิงพาณิชย์อย่างสมบูรณ์

หลังผ่านการทำวิจัยเกือบ 20 ปี กลุ่มนักวิจัยนำโดยนักวิทยาศาสตร์บราซิลทำการประกอบลำดับจีโนมอ้อยเชิงพาณิชย์ได้เกือบสมบูรณ์ โดยองค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ (FAO) ระบุว่านักวิจัยเหล่านี้จัดเรียงยีนส์ 373,869 หรือ 99.1 เปอร์เซ็นต์ของจีโนมทั้งหมด สิ่งเหล่านี้คือพื้นฐานความก้าวหน้าของพันธุกรรมพืชอย่างอ้อย ซึ่งเป็นพืชที่มีการปลูกมากที่สุดในโลก

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์บทความในวารสาร GigaScience ผู้เขียนหลักคือ Glaucia Mendes Souza ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ประจำที่มหาวิทยาลัยถาบันเคมีเซาท์เปาโล (IQ-USP) และเป็นกรรมการอำนายการโครงการวิจัยพลังงานชีวมวล FAPESP (BIOEN-FAPESP) และ MarieAnneVan Slays ศาสตราจารย์ประจำที่มหาวิทยาลัยแห่งเดียวกันในสถาบันวิทยาศาสตร์ชีวภาพ (IB-USP) และเป็นกรรมการวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตของ FAPESP

“เป็นครั้งแรกที่ได้เห็นยีนส์อ้อยทั้งหมดหรือจำนวนมาก เพราะในโครงการวิจัยหลายกลุ่มที่ผ่านมาไม่สามารถเรียงลำดับจีโนมได้เพราะขาดเครื่องมือการประกอบที่เหมาะสม ดังนั้นจึงเป็นเพียงการประมาณค่า” Glaucia Mendes Souza กล่าว

ดังเช่นที่นักวิจัยได้อธิบายว่า มีการปรับปรุงพันธุ์อ้อยข้ามสายพันธุ์ (Saccharum officinarum และ S. spontaneum) มานานหลายพันปีแล้ว ซึ่งอ้อยพันธุ์ผสมมีจีโนมที่ซับซ้อนสูงมาก และประกอบด้วยคู่เบส 10 พันล้านคู่ใน 100 ถึง 130 โครโมโซม การเรียงลำดับจีโนมไม่ใช่เรื่องง่าย จึงจำเป็นต้องคำนวณมากมายในการประกอบชิ้นส่วนดีเอ็นเอ แต่ในขณะเดียวกับที่ต้องระวังให้โฮโมโลกัสโครโมโซมแยกกัน

ถึงแม้ว่าตอนเริ่มต้นโครงการจะมีเทคโนโนโลยีช่วยในการสร้างลำดับสายยาวก็ตาม แต่ลำดับสายยาวเหล่านี้ต้องสร้างจากชิ้นส่วนที่เล็กกว่า การประกอบจีโนมตามลำดับเหล่านี้จำเป็นต้องมีอำนาจในการคำนวณมากพอโดยใช้โปรแกรม Microsoft

ความคิดในการเรียงลำดับจีโนมทั้งหมดของอ้อยเกิดขึ้นตอนเริ่มต้นโครงการ BIOEN ในปี 2551 การนำเสนอผลงานของ Souza ในการประชุมวิชาการจัดโดย Microsoft กับ FAPESP ในปี 2557 ทำให้ David Hackerman นักวิจัยจากสถาบันวิจัย Microsoft ในลอสแองเจลิสสนใจมากกับสิ่งท้าทายในการคำนวณจากเรื่องนี้ เขาได้นำเสนอความร่วมมือกับ FAPESP และได้จัดโครงการ “การพัฒนาอัลกอริทึมในการประกอบจีโนมโพลีพลอยด์ของอ้อย” ร่วมกับ Souza ผู้เป็นนักวิจัยหลักซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากโครงการของ FAPESPในความร่วมมืองานวิจัยด้านนวัตกรรมทางเทคโนโลยี (PITE) โครงการนี้มีผู้ร่วมวิจัยอื่นๆ ด้วยอย่างเช่น Bob Davidson นักวิจัย Microsoft สาขาซีแอตเทิลที่ร่วมด้วยกับบริษัท Amazon

“ถึงแม้ว่าในบางกรณีจะพบยีนส์ 99.9% เหมือนกันก็ตาม แต่เราตรวจพบความแตกต่างด้านโปรโมเตอร์ของอ้อยที่ช่วยให้เราพิจารณาได้ว่าสายพันธุ์นี้ได้มาจากสายพันธุ์ใด S. officinarum หรือ S. spontaneum” Souza กล่าว ตัวอย่างเช่น ความสำเร็จทำให้สามารถศึกษาพันธุ์ลอกเลียน (copy) เพื่อเพิ่มน้ำตาลและไฟเบอร์ได้อย่างไร และพันธุ์ลอกเลียนใดที่เป็นประโยชน์ต่อจีโนไทป์ต่างๆ ที่โครงการคัดเลือกมาผสมอ้อยพันธุ์เพื่อให้ได้น้ำตาลและพลังงาน

เมื่อทบทวนว่างานวิจัยอ้อยเป็นปัจจัยหนึ่งที่บราซิลบรรลุผลสำเร็จมากกว่าประเทศอื่นๆ ในการผลิตพลังงานถึง 40% ของพลังงานทดแทนโดยรวมที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนต่ำ ซึ่งสิ่งนี้ยืนยันถึงความเป็นผู้นำของบราซิลและเมืองเซาท์เปาโลด้านงานวิจัยอ้อยที่เป็นพืชสำคัญของประเทศ นอกจากนี้ยังสะท้อนถึงการมองการณ์ไกล เพราะเป็นส่วนหนึ่งในชุมชนวิจัยของเซาท์เปาโลและ FAPESP ที่เกี่ยวกับสิ่งท้าทายในการเรียนรู้เกี่ยวกับจีโนมอ้อยเพื่อดึงความรู้ในการเพิ่มผลิตผลและมีประสิทธิภาพสูง.