Exploring the molecular interactions of sugarcane microbiome for sugarcane yield improvement

        อ้อยเป็นพืชเศรษฐกิจที่มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมนํ้าตาลทรายและอุตสาหกรรมต่อเนื่อง เช่น อุตสาหกรรมการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม การผลิตเอทานอล และพลาสติกชีวภาพ ดังนั้นการปลูกอ้อยโรงงานนอกจากจะเป็นแหล่งรายได้ให้เกษตรกรแล้วยังก่อให้เกิดการจ้างงานในภาคอุตสาหกรรม แต่อย่างไรก็ตามผลผลิตอ้อยต่อพื้นที่ของประเทศไทยอยู่ในเกณฑ์ตํ่า สาเหตุหนึ่งที่ผลผลิตอ้อยเฉลี่ยต่อไร่ตํ่า เนื่องจากพื้นที่ที่ใช้ปลูกอ้อยส่วนใหญ่ขาดความอุดมสมบูรณ์ จากการปลูกพืชเชิงเดี่ยว การเผาอ้อย เผาใบอ้อย การใช้สารเคมี ส่งผลต่อระบบนิเวศน์และความอุดมสมบูรณ์ทางชีวภาพลดลง ทำให้เกิดปัญหาดินเสื่อมโทรม ทำให้ต้นอ้อยอ่อนแอ เป็นโรคและผลผลิตลดลงในที่สุด  ดังนั้นแนวทางการผลิตอ้อยที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ที่สามารถแก้ปัญหาเรื่องธาตุอาหารอ้อย โรค และแมลงศัตรูอ้อย เพื่อเพิ่มคุณภาพและผลผลิตอ้อย และลดต้นทุนในการผลิตของเกษตรกร จึงเป็นแนวทางที่จะส่งเสริมการทำไร่อ้อยแบบเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน แม้ว่าในปัจจุบันมีการใช้จุลินทรีย์เชิงเดี่ยว เป็นชีวภัณฑ์ในการควบคุมศัตรูอ้อย และใช้ปุ๋ยชีวภาพ ในการส่งเสริมการเจริญของอ้อย แต่การใช้จุลินทรีย์เชิงเดี่ยว จะให้ประโยชน์ในด้านใดด้านหนึ่งเท่านั้น และบางครั้งจุลินทรีย์ดังกล่าวไม่สามารถเข้ากันได้กับจุลินทรีย์ท้องถิ่น และไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับคุณสมบัติของดิน เช่น pH, อุณหภูมิ, และสารอาหารในดิน  จุลินทรีย์ที่นำมาใช้ก็จะมีอัตราการอยู่รอดต่ำในแปลงเกษตรกรรม ส่งผลให้ได้ผลผลิตที่ไม่แน่นอนหรือใช้ไม่ได้ผลในแปลงเกษตรกรรม

          ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการหาลำดับเบส (Sequencing Technology) ทำให้ในปัจจุบันมีงานวิจัยที่แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของกลุ่มจุลินทรีย์และพืช (plant microbiome) เพิ่มมากขึ้น และแสดงให้เห็นว่ากลุ่มจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่กับพืชโดยเฉพาะกลุ่มจุลินทรีย์ที่บริเวณรากและในรากพืช มีบทบาทสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดลักษณะของพืช เช่นช่วยสนับสนุนให้พืชดูดซึมอาหารได้ดีขึ้น ช่วยให้พืชทนต่อสภาวะเครียด ต้านต่อเชื้อก่อโรค และต้านแมลงได้ ดังนั้นความเข้าใจเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชและจุลินทรีย์ รวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์ด้วยกันเอง จะเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการนำกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงดินและส่งเสริมการเจริญของพืชในด้านต่างๆ มาประยุกต์ใช้ และองค์ความรู้นี้สามารถต่อยอดสู่การพัฒนาการสังเคราะห์กลุ่มจุลินทรีย์ที่มีความแม่นยำในการกำหนดลักษณะของพืช (more precise direction) ที่นำมาสู่การเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร การควบคุมโรค แบบลดการใช้เคมีเกษตร เป็นการทำการเกษตรที่ปลอดภัยอย่างยั่งยืนได้

        งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ในระดับโมเลกุลระหว่างอ้อยและกลุ่มจุลินทรีย์สังเคราะห์ ( Synthetic microbial community) ที่มีคุณสมบัติในการส่งเสริมการเจริญของอ้อยในระยะแตกกอ เนื่องจากกลุ่มจุลินทรีย์สังเคราะห์มีความซับซ้อนน้อย สามารถควบคุมได้ มีความเสถียรที่สามารถทำการทดลองซ้ำได้ จึงเป็นเครื่องมือที่สำคัญที่ใช้ในการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีผลต่อลักษณะของพืช โดยจะทำการศึกษาการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับกลไกการควบคุมความสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์ด้วยกันเองภายในกลุ่มจุลินทรีย์และความสัมพันธ์ของกลุ่มจุลินทรีย์กับการกำหนดลักษณะและการตอบสนองของพืชในระดับยีนที่เกี่ยวข้องกับการส่งเสริมการเจริญเติบโตของอ้อยโดยใช้เทคนิคทรานสคริปโตมิกส์ (transcriptomics) ซึ่งองค์ความรู้ที่ได้จะนำมาต่อยอดสู่การพัฒนาการสังเคราะห์กลุ่มจุลินทรีย์ที่มีความแม่นยำในการกำหนดลักษณะของอ้อยเพื่อการทำเกษตรแบบแม่นยำ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมต่อไป