การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม คือ การปรับปรุงพันธุ์พืชอย่างหนึ่งโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพและเทคนิคทางพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) โดยการโคลนยืน (gene cloning) และการส่งถ่ายยืน (gene transformation) เข้าสู่พืช เพื่อให้พืชมีคุณลักษณะตามที่เราต้องการ เช่น พืชที่มีความต้านทานต่อโรคและแมลง ตัวอย่างของพืชคือ ฝ้ายที่ต้านทางต่อหนอนเจาะสมอฝ้าย และมะละกอที่ต้านทานต่อไวรัส เป็นต้น พืชที่สามารถผลิตสารสำคัญเพื่อเพิ่มคุณค่าทางอาหาร เช่น ข้าวที่ผลิตเบต้าแคโรทีนได้ ทำให้มีวิตามินเอสูง เมล็ดข้าวจะมีสีเหลืองทอง (golden rice) พืชที่เพิ่มคุณค่าทางเศรษฐกิจ เช่น การสร้างดอกกุหลาบสีน้ำเงิน (blue rose) การยืดอายุการเก็บรักษาผลิตผลของพืช เช่น มะเขือเทศสุกช้า และดอกไม้ที่เหี่ยวช้า เป็นต้น ขั้นตอนสำคัญในการสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรมคือ การโคลนยืน และการส่งถ่ายยีนสู่พืช

การโคลนยีน (gene cloning) คือ การตัดต่อยีนที่เราสนใจ (gene of interest) แล้วเชื่อมต่อเข้ากับพาหะ (vector) จะได้ดีเอ็นเอสายผสม (recombinant DNA) จากนั้นนำเข้าสู่เซลล์ให้อาศัย (host) เพื่อให้เซลล์ให้อาศัยเป็นตัวเพิ่มปริมาณยีนที่เราสนใจ โดยเมื่อเซลล์ให้อาศัยดังกล่าวมีการแบ่งตัว ดีเอ็นเอสายผสมก็จะเพิ่มปริมาณตามไปด้วย กระบวนการโคลนยีนแบ่งเป็น 5 ขั้นตอนดังต่อไปนี้

1.การเตรียมชิ้นดีเอ็นเอ ที่มียีนที่เราสนใจมีหลายวิธี เช่น การใช้เอ็นไซม์ตัดจำเพาะ (restriction enzyme) การใช้วิธีถอดรหัสผันกลับ (reverse transcription) และการสังเคราะห์โดยวิธีการทางเคมี เป็นต้น

2.การเลือกพาหะ (vector) สำหรับนำดีเอ็นเอเข้าสู่เซลล์ให้อาศัย พาหะที่นิยมใช้ เช่น พลาสมิด (plasmid) พลาสมิดที่ใช้ในงานด้านพันธุวิศวกรรมจะต้องมีลำดับนิวคลีโอไทด์ที่สามารถตัดได้โดยเอ็นไซม์ตัดจำเพาะหลายๆ ชนิด (polycloning site) มีคุณสมบัติต้านยาปฏิชีวนะมากกว่า 1 ชนิด เช่น กานามัยซิน แอมพิซิลิน และมีความสามารถในการเพิ่มจำนวน (replicate)

3.การเชื่อมต่อดีเอ็นเอ เข้ากับพาหะเพื่อให้ได้ดีเอ็นเอสายผสม เอ็นไซม์ที่ใช้ในการเชื่อมต่อคือ ดีเอ็นเอไลเกส (DNA ligase)

4.การนำดีเอ็นเอสายผสมเข้าสู่เซลล์ให้อาศัย มีหลายวิธี เช่น ทรานสฟอร์เมชั่น (transformation) อิเล็กโทรพอเรชั่น 
(electroporation) เป็นต้น

5.การตรวจสอบเซลล์ให้อาศัยที่มีดีเอ็นเอสายผสมมีหลายวิธี เช่น blue/white bacterial colony screening, Southern Blotting และ Northern Blotting เป็นต้น

การส่งถ่ายยีนสู่พืช (Plant Gene Transformation)

การส่งถ่ายยีนสู่พืช คือ กระบวนการส่งถ่ายยีนที่เราสนใจเข้าสู่พืช ซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็นยีนจากพืชเสมอไป อาจเป็นยีนจากสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันก็ได้ เช่น อาจเป็นยีนจากแบคทีเรียหรือเชื้อรา ผลที่ได้คือ การสอดแทรกของยีนเข้าไปในดีเอ็นเอของพืช ซึ่งการสอดแทรกนี้ต้องมีความเสถียร โดยสามารถผ่านขั้นตอนการแบ่งเซลล์แบบไมโทซีส (mitosis) และไมโอซีส 
(meiosis) ซึ่งพืชที่ได้รับยีนเรียกว่าพืชดัดแปรพันธุกรรม (Transgenic Plants) ขั้นตอนในการส่งถ่ายยีนสู่พืชมีดังนี้

1.ศึกษาการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อที่เราต้องการส่งถ่ายยีนสู่พืชนั้น โดยการชักนำให้เนื้อเยื่อพืชเกิดกลุ่มเซลล์หรือแคลลัส (callus) และสามารถชักนำให้แคลลัสเจริญเป็นต้นใหม่ได้

2.คัดเลือกวิธีการส่งถ่ายยีนสู่พืช เช่น โดยการใช้ Agrobacterium หรือใช้ Microprojectile Bombardment (Gene Gun) ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมกับพืชนั้น

3.ทำการส่งถ่ายยีนสู่พืช หากใช้ Agrobacterium ในการส่งถ่ายยีน ทำการ co-cultivation คือ การบ่มเนื้อเยื่อพืชร่วมกับ Agrobacterium ซึ่งเป็นพาหะในการส่งถ่ายยีน หากใช้วิธี Microprojectile Bombardment ใช้เครื่องยิง (Gene Gun) ในการยิงกระสุนจะเคลือบด้วยยีนหรือดีเอ็นเอที่ต้องการส่งถ่าย โดยใช้แก๊สฮีเลียมเป็นแรงดันยิงกระสุนดังกล่าวเข้าสู่เนื้อเยื่อพืช

4.คัดเลือกเซลล์หรือเนื้อเยื่อพืชที่ผ่านการส่งถ่ายยีน โดยอาศัยคุณสมบัติการต้านทานยาปฏิชีวนะ (antibiotic resistance) จากพลาสมิดซึ่งเป็นพาหะในการส่งถ่ายยีนนั้น เนื้อเยื่อที่ได้รับยีนจะมีคุณสมบัติต้านทานยาปฏิชีวนะชนิดนั้นๆ ได้

5.ตรวจสอบผลการส่งถ่ายยีนโดยวิธี GUS-assay หาก reporter gene ที่ใช้เป็นยีน gus เมื่อทำปฏิกิริยากับสารละลาย X-gluc เนื้อเยื่อพืชที่ได้รับยีนจะมีสีฟ้าหรือสีน้ำเงินปรากฏขึ้น

6.ตรวจสอบผลการส่งถ่ายยีน โดยเทคนิค PCR (Polymerase Chain Reaction) วิธีนี้จะสามารถตรวจสอบผล
การส่งถ่ายยีนได้ในระดับดีเอ็นเอ โดยพืชที่ผ่านการส่งถ่ายยีนจะมีแถบ (band) ดีเอ็นเอแตกต่างจากพืชปกติ (control)

มนฑิณี กมลธรรม

ฝ่ายเทคโนโลยีการเกษตร

สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.)