การวิจัยด้านเกษตรกรรม (Agrigenomics research) เติบโตตามการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การเพิ่มขึ้นของปริมาณประชากร ซึ่งเป็นผลมาจากการขยายตัวของเมือง ส่งผลต่อความสามารถของเกษตรกรในการตอบสนองความต้องการอาหารของโลก เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ จำเป็นที่จะต้องมีพ่อแม่พันธุ์ทางเกษตรกรรมที่ดี โดยการอาศัยข้อมูลด้านจีโนม ซึ่งจะช่วยให้เกษตรกรใช้ทรัพยากรสิ่งแวดล้อมน้อยลง และพัฒนาปศุสัตว์ สัตว์ปีก รวมถึงพืชผลที่ให้มีผลผลิตสูงขึ้น โดยใช้ยาปฏิชีวนะและยาฆ่าแมลงน้อยลงด้วยเช่นกัน สิ่งสำคัญก็คือข้อมูลเกี่ยวกับจีโนไทป์ทางการเกษตรจะต้องมีความถูกต้อง แม่นยำ และเชื่อถือได้ รวมถึงเครื่องหมาย (markers) ที่จะถูกนำไปประยุกต์ใช้กับงานต่างๆ ดังนี้

Genomic selection (GS):
     Genomic selection มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงลักษณะเชิงปริมาณในประชากรขนาดใหญ่ที่ผ่านการใช้เครื่องหมายโมเลกุล (Molecular markers) ของจีโนมทั้งหมด เพื่อทำนายจีโนมและรวบรวมข้อมูลเครื่องหมายทางพันธุกรรม (Genetic markers) เข้ากับข้อมูลฟีโนไทป์ (Phenotype) และความสัมพันธ์ทางสายเลือด (Pedigree data) เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการทำนายผลการผสมพันธุ์และค่าจีโนไทป์ (Genotype)

รูปที่1 กระบวนการที่เกี่ยวข้องในการศึกษา Genomic selection

Marker-assisted selection (MAS) และ marker-assisted breeding (MAB):
     Marker-assisted selection (MAS) เป็นการใช้ลักษณะทางกายภาพ (Morphological), biochemical หรือ DNA markers มาช่วยในการคัดเลือกในทางอ้อมของลักษณะ (traits) เป้าหมายและการผสมข้ามสายพันธุ์ที่มีลักษณะโดดเด่นซึ่งเป็นที่ต้องการในพืช หรือสัตว์

       Marker-assisted breeding (MAB) เป็นการผสมพันธุ์โดยการคัดเลือกลักษณะเป้าหมาย ซึ่งจะมุ่งไปที่การใช้ specific molecular markers โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น Restriction fragment length polymorphism (RFLP), Amplified fragment length polymorphism (AFLP), Random amplified polymorphic DNA (RAPD), Microsatellites หรือ Simple sequence repeat (SSR) และ single nucleotide polymorphism (SNP) markers ร่วมกับการทำ genetic linkage mapping กับข้อมูลของ genome ทำให้ง่ายต่อการคัดเลือกและบ่งชี้ลักษณะที่ต้องการบนพื้นฐานการวิเคราะห์ข้อมูลด้านจีโนไทป์ จะสังเกตได้ว่า MAS และ MAB ช่วยให้เราสามารถเลือกลักษณะที่ต้องการในระหว่างการผสมพันธุ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยที่ลักษณะที่น่าสนใจจะถูกเลือกตามเครื่องหมายที่เชื่อมโยงกับลักษณะนั้น แทนที่จะขึ้นอยู่กับลักษณะที่ต้องการพียงอย่างเดียว

Parentage:
     การทดสอบความเป็นพ่อแม่โดยอาศัยข้อมูล DNA ซึ่งเป็นเครื่องมือที่จะช่วยให้ผู้เพาะพันธุ์สามารถคัดเลือกสายพันธุ์ที่ได้รับการยอมรับได้อย่างมั่นใจ ส่วนใหญ่จะใช้ในการตรวจสอบและคัดเลือกสายพันธุ์ในสัตว์ เพื่อให้ทราบว่าการสืบเชื้อสายจากบรรพบุรุษมีความถูกต้อง และสามารถใช้เพื่อติดตามความก้าวหน้าทางพันธุกรรมได้อย่างรวดเร็ว รวมถึงการยืนยันความเป็นบิดา มารดา และอาจใช้ตัดสินได้ว่าสัตว์มียีนที่ตรวจพบมีความบกพร่องหรือไม่ เพื่อหลีกเลี่ยงลักษณะด้อย และลักษณะที่ก่อให้เกิดข้อบกพร่องของรุ่นลูกหลานในอนาคต

รูปที่ 2 การตรวจสอบพ่อแม่พันธุ์โคจากตัวอย่างเลือด

การเชื่อมโยงเครื่องหมาย (Markers) เข้ากับลักษณะ (Trait) ที่จะช่วยในการคัดเลือกด้วย Axiom Genotyping สำหรับเกษตรพันธุศาสตร์ (Agrigenomics)
     Axiom Genotyping เป็นการศึกษาด้วยเทคนิคการใช้ Microarray ที่ศึกษา SNP genotyping ที่สายมารถช่วยในการ identify, validate และ screen ลักษณะทางพันธุกรรมที่มีความซับซ้อนในพืชหรือสัตว์ ซึ่ง arrays ผ่านการทำ genotype-tested บน Axiom Genomic Database หรือ de novo markers ทำให้สามารถ customize genotyping array หรือ panel สำหรับ application ที่หลากหลาย ทำให้มั่นใจได้ว่า markers ที่สนใจตรงกับเป้าหมายตรง แม้จะเป็น custom array โดยจุดเด่นของ Axiom Genotyping มี ดังนี้

• สามารถปรับเปลี่ยน markers ตาม genotype ของ species สิ่งมีชีวิตต่างๆ รวมถึง genome size หรือจำนวน ploidy ได้โดยใช้ Axiom myDesign Genotyping Array ในรูปแบบ 96-array layout ที่ประกอบด้วย SNPs และ indels สูงสุดถึง 650,000 markers หรือ 384-array layout ที่ประกอบด้วย SNPs และ indels สูงสุดถึง 50,000 markers ซึ่ง markers ดังกล่าวจะเป็นกรรมสิทธิ์ของนักวิจัยผู้ริเริ่มและไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมในการออกแบบ
• มีความแม่นยำสูง เนื่องจากไม่มี SNPs drop off เพราะ Axiom genotyping arrays เป็นการสังเคราะห์แบบ in situ โดยใช้ photolithographic technology ซึ่งเป็นกรรมสิทธิ์ที่ออกแบบมาเพื่อให้ได้ผลคุณภาพการผลิตเหมือนกันทุกครั้ง แม้ต่างรอบและต่างชุดการผลิต
• Assay ที่มีจุดแข็งจากการออกแบบจาก genotype ที่เชื่อถือได้ ทำให้ช่วยลดต้นทุนและความซับซ้อนในการประมวลผล แล้วยังสามารถปรับ reagents และขั้นตอนการทำงานร่วมกับประสบการณ์ในการ validated SNPs จึงช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือมากที่สุด
• สามารถทำ Multi-species arrays ซึ่งทีม Bioinformatics ที่ทำหน้าที่เป็นที่ปรึกษาและออกแบบ assays จากข้อมูลสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลายใน 1 array plate ซึ่งไม่มีข้อบังคับเกี่ยวกับจำนวน markers หรือ marker ต่อ species นั้นๆ
• ในการะบวนการทำงานของเครื่อง GeneTitan เป็นแบบ fully automated workflow ตั้งแต่ต้นจนจบสำหรับ 96 และ 384-array layput โดยจะใช้เวลาไม่เกิน 2 ชั่วโมง 30 นาที ทำให้ช่วยลดระยะเวลาในการทำงาน และความผิดพลาดระหว่างการทำงาน

รูปที่ 3 Axiom workflow

ข้อมูลเกี่ยวกับ Axiom genotyping array “Click”

ข้อมูลเพิ่มเติม
ติดต่อแผนก Technical support e-mail: TAS@3nholding.com
หรือฝ่ายงาน Life Science product โทร 022748331

บทความโดย: ชุตินธร ช่วงชุณห์ส่อง
ตำแหน่ง: Senior Technical Application Specialist for Sequencing and Custom services