จ โนมข าว (Rice Genome)

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Size: px
Start display at page:

Download "จ โนมข าว (Rice Genome)"

Transcription

1 จ โนมข าว (Rice Genome) พ นศ กด เมฆว ฒนากาญจน ส าน กว จ ยและพ ฒนาข าว

2 จ โนมข าว (Rice Genome) ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) การจ ดหมวดหม และโครงสร างของจ โนม (Organization and structure of genome) การว เคราะห จ โนม (Genome analysis)

3 จ โนมข าว (Rice Genome) International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) โครงสร างของจ โนมข าว (Structural genomics) หน าท ของจ โนม (Functional genomics)

4 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) ว ว ฒนาการของข าวปล กมาจากข าวสอง ชน ดค อ Oryza sativa L. O. glaberrima Steud.

5 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) ข าวป าจ าแนกได 5 ชน ดค อ O. rufipogon (sensu lato) O. longistaminata Chev. Et Roehr. O. barthii A. Chev. O. glumaepatula Steud. O. meridionalis Ng.

6 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) ข าวป า O. rufipogon เป นบรรพบ ร ษของ ข าวปล ก O. sativa ข าวป า O. barthii เป นบรรพบ ร ษของ ข าวอ ฟร กา O. glaberrima

7 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) Wild (O. rufipogon) Geographical differentiation Perenial Annual Weedy type Japonica Indica Cultivated (O. sativa)

8 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) ชน ดข าว 2n จ โนม แหล งท พบ Oryza sativa complex O. sativa L. 24 AA Worldwide O. nivara Shama et Shastry 24 AA Tropical and Subtropical Asia O. rufipogon Griff. 24 AA Tropical and Subtropical Asia Tropical Australia O. breviligulata A. Chev. Et Roehr. 24 AA Africa O. glaberrima Steud. 24 AA West Africa O. longistaminata A. Chev. Et Roehr. 24 AA Africa O. meridionalis Ng 24 AA Tropical Australia O. glumaepatula Steud. 24 AA South and Central America

9 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) ชน ดข าว 2n จ โนม แหล งท พบ Oryza officinalis complex O. punctata Kotschy ex Steud. 24,48 BB, BBCC Africa O. minuta J.S. Presl. Ex C.B. Presl. 48 BBCC Philippines and Papua New Guinea O. officinalis Wall ex Watt 24 CC Tropical and Subtropical Asia Tropical Australia O. rhizomatis Vaughan 24 CC Sri Lanka O. eichingeri A. Peter 24 CC South Asia and East Africa O. latifolia Desv. 48 CCDD South and Central America O. alta Swallen 48 CCDD South and Central America O. australiensis Domin. 24 EE Tropical Australia

10 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) ชน ดข าว 2n จ โนม แหล งท พบ Oryza meyeriana complex O. granulate Nees et Arn. ex Watt 24 GG South and Southeast Asia O. meyeriana (Zoll. et Mor. ex Steud.) Baill. 24 GG Southeast Asia Oryza ridleyi complex O. longiglumis Jansen 48 HHJJ Irian Jaya (Indonesia) and Papua New Guinea O. ridleyi Hook. F. 48 HHJJ South Asia Unclassified O. brachyantha A. Chev. Et Roehr. 24 FF Africa O. schiechteri Pilger 48 HHKK Papua New Guinea

11 ว ว ฒนาการของข าว (Evolution of rice) longistaminata eichingeri brachyantha ridleyi meyeriana perrieri Schlechteri

12 จ โนมข าว (Rice Genome) ความหมาย โครโมโซมหร อ ด เอ นเอของข าวท งหมดท ม ในช ดหน งๆ ซ งม ความจ าเพาะของข าวในแต ละชน ด ประกอบไปด วยโครโมโซมจ านวน 12 ช ด

13 การว เคราะห จ โนม (Genome analysis) การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว Nagao และ Takahashi (1963) ได เสนอว าข าว ม 12 linkage groups (I XII) Khush et al (1984) ได พบ 3 linkage group อย ในกล มเด ยวก น ซ งเหล อ 9 linkage group Khush et al ได ศ กษาเพ มเต มของล กษณะ marker อ กสามโครโมโซม เขาสร ปได ว าข าวม 12 linkage group

14 การว เคราะห จ โนม (Genome analysis) การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว ป 1990 Second International Rice Genetics Symposium ได ให เลขช อโครโมโซมและ linkage group Singh et al (1996) ได สร างแผนท linkage ของข าว

15 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Dr. M.S. Swaminathan และ G.S. Khush น กว จ ยของสถาบ นว จ ยข าวนานาชาต ร วมม อก บ H.I. Oka, T. Kinoshita และ Y. Futsuhara เจ าหน าท จาก Japanese Rice Genetics Information Committee ออกจดหมายข าวพ นธ ศาสตร ข าว (Rice Genetics Newsletter)

16 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) จดหมายข าวเล มแรกได เสนอกฎระเบ ยบการต งช อย น ในข าวโดย Dr. H.I. Oka และ G.S. Khush การจ ดประช มพ นธ ศาสตร ข าวนานาชาต คร งแรกเม อป คศ. 1985(International Rice Genetics Symposium) ซ งได จ ดประช มท สถาบ นว จ ยข าว นานาชาต ผลของการประช มได ต ง Rice Genetics Cooperative (RGC)

17 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) ป คศ.1985 International Program on Rice Biotechnology โดยม ลน ธ ร อคก เฟลเลอร ช วงแรก 5-7 ป สน บสน นงานว จ ยพ นฐานทางด าน เทคโนโลย ช วภาพข าว ช วงท สอง 7-8 ป โฟก สมาท การถ ายทอดองค ความร ทางด านเทคโนโลย ช วภาพข าวมาย งประเทศต างๆ

18 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Tool of Rice Biotechnology First cereal regenerate from protoplast First cereal transformed via protoplast, particle gun and Agrobacterium-based methods Molecular genetic map of rice (McCouch et al 1988)

19 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Molecular plant pathology (Xa21) 1977 O. longistaminata ถ นก าเน ดมาจาก Mali, Africa พบม ความต านทานอย างกว างขวางต อ BLB 1990 Xa21 locus RFLP mapped (Ronald et al 1992) Map-based cloning via BAC (Wang et al 1995) 1995 Patent field and evaluation 1997 Xa21 pyramided with other Xa R gene via PCR based MAS (Huang et al 1997, Reddy et al 1997) 1998 Xa21 transformed into elite rice varieties 2000 Commercial hybrid restorer line with Xa21

20 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Molecular plant pathology (Pi gene) Blast resistance gene

21 Avirulence genes in the rice blast fungus การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว Gene Corresponding rice cultivar POS1 POS2 POS3 POS4 AVR-M Sha-tiao-tsao K59 Kinandong M201 * AV1-CO39 CO39 * AVR-Pita ( Avr-YM) Yashiromochi AVR-MARA AVR-TSUY AVR-MINE AVR-CICA6 AVR-MedNo AVR-Ku86 Maratelli Tuyuake Minehikari CICA6 Med NoÏ Ku86 * ACE1 Irat7 AVR-PiNo4 P11, P12, S11, A12 AVR-KB AVR-Pit Pi No.4 Katy ( Avr-K59) K59 Kusabue AVR-Pik-s ( Avr-S2) Ishikarishiroke, Shin 2 AVR-Pik Kanto 51 AVR-Pik-m ( Avr-TA) Tsuyuake AVR-Piz AVR-Piz-t AVR-Pish AVR-Pii AVR-Pia AVR-Hattan3 AVR-Pib AVR-Pi34 Fukunishiki Toride 1 Shin 2 Ishikarishiroke Aichiasahi Hattan3 BL1 Chubu 32 * Cloned gene.

22 Gene Rice cultivar/line Chromosome Gene Rice cultivar/line Chromosome Pish Pia Pii Pik Pik-p Pik-m * Pita (Pi4a(t)) Pita-2 Piz Piz-t * Pib Pit Pik-s Pik-h Pik-g Pitq1 Pib2 Pitq5 Pitq6 Pi1 Pi2(t) (Piz-5) Pi3 Pi5 Pi6 Shin 2 1 Aichi-asahi 11 Ishikarishiroke 9 Kusabue 11 HR Tsuyuake 11 Pi No.1 12 Pi No.4 12 Fukunishiki 6 Toride 1 6 Tjina 2 Tjahaja 1 Shin 2 11 HR GA20 11 Teqing 6 Lemont 11 Teqing 2 Teqing 12 LAC Pai-kan-tao 9 Moroberekan 9 Apura 12 Pi7 Pi8 Pi9 Pi10 Pi11(t) (Pizh) Pi12 Pi13(t) Pi14(t) Pi15(t) Pi16 Pi17(t) Pi18 Pi19 Pi20 PiCO39(t) Pi24(t) Pi25(t) Pi25(t) Pi27(t) Pi33 Pi36(t) Pi37(t) Pi44(t) PiD1(t) PiD2(t) Moroberekan 11 Kathalath 6 Oryza minuta 6 Tongil 5 Zhaiyeqing 8 Hong-jiao-zhan 12 Mauwangu 6 Mauwangu 2 GA25 9 Aus DJ123 7 Suweon Aichiasahi 12 IR24 12 CO39 11 Zhong Gumei 2 6 Yunxi 2 1 Q14 1 IR64 8 Q61 8 St No.1 1 Moroberekan(RIL276) 11 Digu 2 Digu 6 * Cloned gene. การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว

23 Defense response (DR) genes (Liu, B. et al., 2004)

24 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Abiotic stresses-flood and drought Flood/submergence torelance research Collaborative networking: Australia, Bangladesh, India, Japan, Philippines, Thailand and USA Gene isolation, Characterization, QTL identification, MAS

25 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Abiotic stresses-flood and drought Drought tolerance research received high priority Molecular marker tagging for drought tolerance Root system, osmotic adjusment of tissue, transgenics with increasing levels of stress-inducible promoter and gene

26

27

28 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) ป คศ ได ต ง Rice Genome Research Program ข น ท เม อง Tsukuba ประเทศญ ป น สร างแผนท พ นธ กรรมข าว การเตร ยม BAC (Bacterial artificial chromosome), YAC (Yeast artificial chromosome) และ PAC (P1-derive artificial chromosome) libraries การสร างแผนท พ นธ กรรม Physical map MAS

29 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) Vector Host Insert size Lamda phage E. coli 5 25 kb Lamda cosmids E. coli kb P1 phage E. coli kb PACs E. coli kb BACs E. coli < 300 kb YACs S. cerevisiae kb

30 ความร วมม องานว จ ยข าวระหว างประเทศ การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว (International collaboration on rice research) ป คศ Rice Genome Research Program น ได พ ฒนาข นเป น Rice Genome Sequencing Project ป คศ International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) ม สมาช ก 10 ประเทศ 15 ห องปฏ บ ต การ

31 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) ป คศ International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) Chr1 ประเทศญ ป น และเกาหล Chr2 ประเทศอ งกฤษ Chr3 ประเทศสหร ฐอเมร กา Chr4 ประเทศจ น Chr5 ประเทศไต หว น Chr 6, 7, 8 ประเทศญ ป น Chr9 ประเทศไทย และแคนาดา Chr10 ประเทศสหร ฐอเมร กา Chr11 ประเทศสหร ฐอเมร กา และอ นเด ย Chr12 ประเทศฝร งเศส และบราซ ล

32 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) PAC/BAC contig (ส เข ยวด านขวา) และ Physical gap ล กศรช บร เวณ Centromere และ genetic distance (cm)

33 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) Genome size 487 Mb 57,939 coding genes 68,682 gene transcripts Clone 3,522 sequences SNP array technology 160,000 SNPs

34 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) ป คศ บร ษ ทมอนซานโต และบร ษ ทซ นเจนต า ได ร วม โครงการ IRGSP และมอบ sequencing data of genome ม PAC library 70,000 clone สามารถหาล าด บเบสได ประมาณ 112 kb ม BAC library จ านวน 105,000 STC (Sequence-tagged connector) ซ งร บผ ดชอบโดยมหาว ทยาล ย Clemson และ อ ก 55,000 STC จาก IRGSP การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว

35 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) ป คศ หาล าด บเบสของจ โนมได 42 Mb ได ประมาณ 10 % ป คศ หาล าด บเบสได 370 Mb ซ งเท าก บ 95 % ป คศ ด าเน นการได ส าเร จ

36 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) 37,544 ช น (non-transpoable-element-related proteincoding sequences) ในช นส วนด เอ นเอน เท ยบเค ยงหร อเหม อนก บพ ช Arabidopsis thaliana ได ประมาณ 71 % ล าด บเบสท ถอดรห สไปเป นโปรต นได 90 เปอร เซ นต ระยะห างของย นท พบ 9.9 kb/gene และพบย นจ านวน 57,939 ย น

37 International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) การใช ว ธ Gene knockout เพ อท จะหาหน าท การท างานของ ย นท ส มพ นธ ก บล กษณะท แสดงให เห น พบ 3,243 ย น ซ งมาจากการตรวจพ ส จน 11,487 Tos17 retrotransposon insertion site จ โนมข าวประกอบไปด วย 80,127 polymorphic site ระหว างข าว Indica และ Japonica SNP (single nucleotide polymorphism) พบในความถ % (20 เท า Arabidobsis)

38 หน าท ของจ โนม (Functional genomics) เคร องม อท ช วยในการศ กษา Functional genomic AC-DS Maize transposable elements Retrotransposons Miniature Inverted Repeat Transposable Elements (MITEs) T-DNA insertions

39 หน าท ของจ โนม (Functional genomics) ข าวท กลายพ นธ ในต าแหน ง T-DNA-tagged insertion จ านวน 30,000 สายพ นธ พบว าม 42,000 T-DNA inserts ข าวท กลายพ นธ ในต าแหน ง Tos17 retrotransposon insertion ของสายพ นธ ข าวจ านวน 30,000 สายพ นธ พบว าม Tos17s อย จ านวนมากกว า 250,000 และพบมากว า 40,000 Tos17s deletions

40 Bioinfomatics การใช ประโยชน จากข อม ลจ โนมข าว สาธารณะ โมเลก ลเคร องหมาย ค นหาย นท สนใจ การโคลนย น

41 Bioinfomatics ESTs Genetic markers Morphological Molecular Large-insert clones YACs/PACs/BACs Genome sequence Genes Gene structures Protein sequence etc Rice genome database Phenotype Germplasm Expression profile Tissue/organ Cellular/development processes Environment response Biochemical pathway Plant improvement Conventional methods Transformation Comparative approaches Phylogeny Homology Variation

42 Bioinfomatic การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ นธ ข าว

43

44

45

46 การใช เคร องหมายโมเลก ลเพ อการปร บปร งพ น

47