พืชในวงศ์มะเขือ (Solanaceae) ที่มีความสำคัญทางการเกษตร เช่น พริก มะเขือ มะเขือเทศ มันฝรั่ง และยาสูบ เป็นต้น เป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญ ที่ใช้เป็นแหล่งอาหารและประโยชน์ทางยา การปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อเป็นประโยชน์ต่อผู้บริโภค เกษตรกร และอุตสาหกรรมอาหาร เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาที่สำคัญ ได้แก่ การเพิ่มของประชากรโลกอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ปัญหาโรคและแมลง และการเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของอาหาร นักวิจัยได้นำเทคโนโลยีการแก้ไขจีโนม (genome editing) มาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อช่วยในการแก้ปัญหาดังกล่าว ทำให้งานวิจัยด้านการปรับปรุงพันธุ์พืชมีความก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว

พืชในวงศ์มะเขือ (Solanaceae) ที่มีความสำคัญทางการเกษตร เช่น พริก มะเขือ มะเขือเทศ มันฝรั่ง และยาสูบ เป็นต้น เป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญ ที่ใช้เป็นแหล่งอาหารและประโยชน์ทางยา การปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อเป็นประโยชน์ต่อผู้บริโภค เกษตรกร และอุตสาหกรรมอาหาร เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาที่สำคัญ ได้แก่ การเพิ่มของประชากรโลกอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ปัญหาโรคและแมลง และการเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของอาหาร นักวิจัยได้นำเทคโนโลยีการแก้ไขจีโนม (genome editing) มาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อช่วยในการแก้ปัญหาดังกล่าว ทำให้งานวิจัยด้านการปรับปรุงพันธุ์พืชมีความก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว

เทคนิคการแก้ไขจีโนมสามารถเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอได้อย่างจำเพาะที่บริเวณตำแหน่งเป้าหมายในจีโนม จึงเรียกเทคนิคนี้ว่าเป็นการกลายพันธุ์ที่ตำแหน่งเป้าหมาย (targeted mutagenesis) ซึ่งใช้ในแบคทีเรีย ยีสต์ และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมมาเป็นเวลาหลายปีที่ผ่านมา เทคนิคนี้ได้นำมาใช้อย่างแพร่หลายในพืชเมื่อไม่นานมานี้ ตัวอย่างการใช้เทคโนโลยีการแก้ไขจีโนมชนิด CRISPR/Cas9 ในพืชวงศ์ Solanaceae มีดังนี้

การศึกษาการสุกของผลมะเขือเทศโดยใช้ CRISPR/Cas9 ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ของ long non-coding RNA 1459 (lncRNA1459) ในมะเขือเทศ พบว่า loss-function mutants ของ lncRNA1459 ทำให้มะเขือเทศสุกช้าลง และมีการผลิตเอธิลีนและการสะสมของไลโคปีนลดลง และยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์เอธีลีนและแคโรทีนอยด์มีการแสดงออกลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ การใช้ CRISPR/Cas9 ทำให้เกิดการกลายพันธุ์โดยการ knock out ยีนสร้าง transcription factors ที่สำคัญ ทำให้เข้าใจหน้าที่ของ transcription factors ที่ควบคุมการสุกของผลมะเขือเทศ

การใช้เทคนิค CRISPR/Cas9 ในการแก้ไขจีโนมในมะเขือเทศ โดยทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในยีนสร้างเอนไซม์ glutamate decarboxylase (GAD) ในการสังเคราะห์ GABA (g-aminobutyric acid) ซึ่งมีประโยชน์ต่อสุขภาพของมนุษย์ ทำให้สร้างมะเขือเทศที่มี GABA สูง 7-15 เท่า ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงพันธุ์มะเขือเทศให้มีสาร GABA สูงทำได้รวดเร็วขึ้น

การสร้าง haploid ในมะเขือเทศ โดยการใช้ CRISPR/Cas9 ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในยีน CENH3 ซึ่งสร้างโปรตีนฮีสโทน H3 variant ทำให้สร้างมะเขือเทศ haploids ได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงพันธุ์พืชในการสร้าง double haploids ต่อไป

การทำให้มะเขือเทศมีผลสีชมพูโดยใช้ระบบ CRISPR/Cas9 ไปทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในยีน SIMYB12 ซึ่งสร้าง R2R3-MYB transcription factor ในมะเขือเทศผลสีแดง ทำให้ได้มะเขือเทศที่มีผลสีชมพู

การศึกษาการสร้างสาร triterpenoids ในมะเขือเทศ โดยใช้ CRISPR/Cas9 ที่มี multiplex gRNAs สำหรับการ knock out ยีนสร้างเอนไซม์ oxidosqualene cyclase (OSC) ที่เร่งปฏิกิริยาการสร้างสาร triterpenoids ซึ่งเป็น bioactive compounds ทำให้เข้าใจหน้าที่ของยีน OSCs ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สาร lupeol ซึ่งเป็นสารในกลุ่ม triterpenoids

นอกจากนี้ ยังมีการใช้เทคนิค CRISPR/Cas9 ในพืชอื่น ๆ ได้แก่ การ knock out ยีนสร้างเอนไซม์ polyphenol oxidase (PPOs) ในมะเขือ พบการกลายพันธุ์ใน edited plantlets และคาดว่าจะมีการยังยั้งเอนไซม์ PPOs และทำให้ยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลในมะเขือได้

การใช้เทคนิคการแก้ไขจีโนมโดย knock out ยีนในมันฝรั่ง โดยการทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในยีนสร้างเอนไซม์ sterol D24 reductase gene (SSR2) ซึ่งเป็นเอนไซม์หลักในการสร้างคอเลสเตอรอลและ steroidal glycoalkaloids (SGAs) ซึ่งเป็นสารพิษที่พบสะสมในหัวมันฝรั่ง พบว่า ได้มันฝรั่งที่มียีน SSR2 กลายพันธุ์ และมีการผลิตสาร SGAs ลดลง

ที่มา: The 15^th Solanaceae conference. September 30^th – October 4^th, 2018. At Le Meridien Chiang Mai. Thailand.