สารบัญ
ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS) นวัตกรรมวัคซีนพืช
ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์นวัตกรรมวัคซีนพืชเน้นที่การป้องกันมากกว่าการรักษาซึ่งเป็นหัวใจหลักของการนำนวัตกรรมวัคซีนพืชไปใช้อย่างสม่ำเสมอเพื่อกระตุ้นให้พืชสร้างระบบภูมิคุ้มกันตัวเองต่อสภาวะที่ทำให้พืชเกิดความเครียดหรือเมื่อเจอศัตรูพืช โดยทั่วไปพืชมีการป้องกันตัวเองพืชตามธรรมชาติอยู่แล้ว การที่พืชจะสร้างภูมิคุ้มกันได้ต้องมีระดับความเสียหายค่อนข้างมากแล้ว เพราะต้องรอให้มีการสร้างกรดซาลิไซลิค (SA) ในปริมาณมากพอที่จะกระตุ้นได้ และภูมิต้านทานที่เกิดขึ้นก็จะเกิดขึ้นเฉพาะพืชต้นนั้นไม่สามารถจะควบคุมหรือป้องกันพืชทั้งแปลงได้ ดังนี้การระบาดก็จะยังเกิดขึ้นตลอดเวลา การให้ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS) ในปริมาณเพียงเล็กน้อยกระตุ้นจะช่วยให้สามารถป้องกันโรคพืชก่อนเกิดความเสียหายและยังสามารถควบคุมและป้องกันโรคจากเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา และเชื้อไวรัสได้
ระบบป้องกันตัวเองของพืชตามธรรมชาติ (Systemic Acquired Resistance; SAR)
เป็นระบบป้องกันตัวเองของพืชตามธรรมชาติ ซึ่งจะถูกกระตุ้นเมื่อเชื้อโรค ทั้งเชื้อรา แบคทีเรีย และไวรัส ที่เข้าทำลายพืชทำให้เกิดบาดแผล พืชจะเกิดการการตอบสนองอย่างฉับพลัน Hypersensitive Response (HR) และหลั่งสาร SA ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นสัญญาณ (SAR Signal) ส่งไปยังเซลล์ต่างๆทั่วทั้งต้นพืช กระตุ้นให้ยีนต้านทานโรค Pathogenesis-related gens (PR-Genes) สร้างโปรตีนต้านทานโรคตัวหนึ่งขึ้นมา Pathogenesis-related proteins (PR-Proteins) ที่ทำหน้าที่เป็นสารควบคุมและฆ่าเชื้อโรคหลายๆชนิด ทำให้พืชมีภูมิต้านทานโรคและสามารถรักษาโรคและป้องกันการเกิดโรคที่มีสาเหตุมาจากเชื้อรา แบคทีเรียและไวรัสได้ ก่อนที่เชื้อโรคจะลุกลามไปทั่วทั้งลำต้น
เมื่อพืชได้รับไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS)
พืชจะสร้างกลไกการกระตุ้นภูมิต้านทานโรคพืช เป็นวิธีที่ใกล้เคียงเลียนแบบธรรมชาติมากที่สุด จากงานวิจัยค้นพบว่า พืชสร้างขึ้นกรดซาลิไซลิค (Salicylic acid; SA) หลังจากการติดเชื้อซึ่งจะเป็นสารเคมีสำคัญในการกระตุ้นการสร้างโปรตีนที่เป็นภูมิต้านทานโรค (PR-proteins) ขึ้นมาป้องกันตนเอง โปรตีนที่เป็นภูมิต้านทานโรคเหล่านี้เป็นแบบที่ไม่เฉพาะเจาะจงกับเชื้อโรคใดๆ ดังนั้นพืชจึงสามารถต้านทานโรคที่เกิดได้ทั้งจากแบคทีเรีย รา และไวรัส อย่างไรก็ตามโปรตีนที่เป็นภูมิต้านทานโรคเหล่านี้จะมีอายุไม่ยาวนัก ประมาณ 15-30 วันก็จะหมดไป จึงจำเป็นต้องกระตุ้น COS ให้พืชอย่างสม่ำเสมอ
กลไกเมื่อพืชได้รับ COS แล้วจะสร้างภูมิต้านทานขึ้นมาด้วยการ
- กระตุ้น (Stimulant หรือ Elicitor) สารที่สามารถกระตุ้นให้เกิดปฎิกิริยาตอบสนองในพืช
- เหนี่ยวนำ (Precursor)
โดยพืชจะสร้างโมเลกุลสาร 2 ชนิด คือ ซาลิไซลิค แอซิด (Salicylic acid-SA), จัสโมนิค แอซิด (Jasmonic acid-JA) และเอธิลีน (Ethylene-EA) แสดงดังรูปที่ 1
รูปที่ 1. แสดงกลไกเมื่อพืชได้รับ COS แล้วจะสร้างภูมิต้านทาน
กลไกของ COS ต่อระบบภูมิคุ้มกันของพืช
- Signal perception การรับรู้สัญญาณ
- Signal transduction การส่งสัญญาณ
- COS response genes and proteins
- COS สร้างสาร SA การตอบสนองต่อยีน (PR-Genes) และโปรตีน (PR-Proteins)
- Defense-related secondary metabolites accumulation การป้องกันตัวเองเกี่ยวข้องกับเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ
นอกจากนี้ COS ยังกระตุ้นให้เกิด Abscisic acid (ABA) ABA หมายถึงฮอร์โมนพืชที่ทำหน้าที่ยับยั้งการเจริญเติบโต ส่งเสริมการพักตัวและช่วยให้พืชทนต่อสภาวะเครียด ข้อควรระวัง ABA ละลายน้ำได้น้อยมาก เป็นสารประกอบการสลายตัวของแสงจ้าและควรเก็บไว้ในที่มืด เมื่อเตรียมสารละลายการทำงานควรได้รับการปกป้องจากแสง จากงานวิจัย COS ยังกระตุ้นให้เกิด ออกซิน (Auxin) ไซโทไคนิน (Cytokinin)
ข้อดีของการใช้ COS เป็นวัคซีนพืช
- ระบบป้องกันตัวเองของพืชตามธรรมชาติ Systemic Acquired Resistance (SAR) โดยหลั่งสาร SA กระตุ้นให้พืชสร้าง PR genes และ PR-proteins
- กระตุ้นให้พืชมีภูมิต้านทาน (Induced systemic resistance: ISR) โดยหลั่งสาร JA และ ET
- จากระบบระบบภูมิต้านทานของพืช พืชจะสร้างสารประเภททุติยภูมิ (Secondary metabolites) แบ่งเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่
- เทอปินอยส์ (terpenoids)
- ฟีโนลิกส์ (phenolics)
- อัลคาลอยส์ (alkaloids) ทำให้เกิดผลดีในด้านต่างๆ
- ทำให้พืชมีความแข็งแรง มีความทนทานต่อการเข้าทำลายของโรคและแมลง
- ช่วยส่งเสริมให้พืชผลิตสารในการยับยั้งการเจริญเติบโตของไวรัส เชื้อรา และแบคทีเรีย
- ช่วยให้พืชมีความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม เช่น ร้อนจัด หนาวจัด หรือขาดนํ้า
- ทำให้ได้สารกลุ่มฟีโนลิกส์ (phenolic compounds) มากขึ้น ซึ่งมีประโยชน์ในการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ (antioxidant)
- ทำให้เกิดการสังเคราะห์แสงที่มากขึ้น จากการมีปริมาณของคาโรตินอยส์ที่เพิ่มมากขึ้น
- เพิ่มเกราะป้องกันให้พืช (plant shield)
- ทำให้ผิวของผักและผลไม้ต่างๆ มีความหนา และแข็งแรงมากขึ้น ทำให้หนอน และแมลง กัดแทะได้ยากขึ้น
ที่มา
Carbohydrate Polymers, 82 (2010) 1–8.