+66 2 5646700 Ext 71441 | noc.th@nstda.or.th
National Omics Center
ศูนย์โอมิกส์แห่งชาติ
National Omics Center
ศูนย์โอมิกส์แห่งชาติ
สกุลไม้ถั่ว
Bruguiera
สกุลไม้โปรง
Ceriops
สกุลโกงกาง
Rhizophora
การเปรียบเทียบจีโนมพืชป่าชายเลน
พืชป่าชายเลน เป็นพืชกลุ่มที่สามารถปรับตัวเข้าสภาพสิ่งแวดล้อมชายฝั่งทะเล เนื่องจากป่าชายเลนขึ้นอยู่ในเขตน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งเป็นพื้นที่รอยต่อระหว่างแผ่นดินและทะเลที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมอย่างมาก โดยปัจจัยสิ่งแวดล้อมที่มีบทบาทสำคัญได้แก่ ภูมิประเทศชายฝั่ง เป็นบริเวณชายฝั่งทะเลที่มีสภาพเป็นดินเลนและที่ราบกว้าง มีน้ำทะเลท่วมถึงอย่างสม่ำเสมอ การขึ้นลงของน้ำทะเลซึ่งมีผลกับความเค็มของน้ำและดิน, ภูมิอากาศ โดยปัจจัยเกี่ยวกับภูมิอากาศที่สำคัญ ได้แก่ แสง อุณหภูมิ ปริมาณน้ำฝน และกระแสลม คลื่นและกระแสน้ำ พันธุ์ไม้จึงเป็นต้องมีการปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมเพื่อให้อยู่รอดและแพร่กระจายพันธุ์ได้อย่างต่อเนื่อง
โดยมีการปรับตัวดัวเช่น ต่อมขับเกลือ (salt glands) พบทั่วไปในส่วนของใบ ทำหน้าที่ควบคุมความเข้มข้นของเกลือในพืช, เซลล์ผิวใบมีผนังหนา เป็นแผ่นมัน ป้องกันการระเหยของน้ำ, ลักษณะใบอวบน้ำ (succulent leaves) ช่วยเก็บกักรักษาปริมาณน้ำ, ลำต้นมีช่องอากาศ (lentical) ช่วยในการแลกเปลี่ยนก๊าซ, ระบบราก พันธุ์ไม้ทุกชนิดในป่าชายเลนมีการพัฒนาระบบรากที่แตกต่างกันไป เช่น ระบบรากค้ำจุน (stlis roots) เพื่อให้ต้นไม้สามารถยึดเกาะในดินที่อ่อนนุ่มได้ดี รากแบบพูพอน (buttress roots) หรือ รากอากาศ (aerial roots) เพื่อสามารถปรับตัวในสภาวะรากถูกน้ำท่วมและขาดอากาศในดิน พืชป่าชายเลนบางชนิดมีผลงอกตั้งแต่ที่อยู่บนต้น ซึ่งมักเรียกว่า “ฝัก” เช่น โกงกาง พังกาหัวสุม โปรง เล็บมือนาง แสม เพื่อให้สามารถตั้งตัวได้เร็ว สามารถทนอยู่ได้ในสภาวะที่มีระดับความเข้มข้นของเกลือโซเดียมคลอไรด์ได้ในระดับสูง และต้นอ่อนหรือผลแก่มีความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบาลอยน้ำได้ ทำให้ประชากรสามารถกระจายตัวขยายพื้นที่ตามแนวชายฝั่งได้
ในประเทศไทยพบพันธุ์ไม้ป่าชายเลนทั้งหมด 81 ชนิด แบ่งเป็น 1) พันธุ์ไม้ป่าชายเลนที่แท้จริง (true mangrove) จำนวน 34 ชนิด ขึ้นเฉพาะบริเวณที่เป็นน้ำเค็มหรือน้ำกร่อย เช่น พันธุ์ไม้ในวงศ์แสม (Acanthaceae/วงศ์ย่อย Avicennioideae) โกงกาง (Rhizophoraceae) ลำพู (Lythraceae) เหงือกปลาหมอ (Acanthaceae/ วงศ์ย่อย Acanthoideae) โดยพันธุ์ไม้เด่นและเป็นชนิดที่สำคัญในป่าชายเลนของประเทศไทยส่วนใหญ่จะอยู่ในวงศ์ Rhizophoraceae โดยเฉพาะไม้สกุลโกงกาง ไม้โปรง และไม้ถั่ว วงศ์ Lythraceae ได้แก่ ไม้สกุลลำพู-ลำแพน และวงศ์ Acanthaceae ได้แก่ ไม้สกุลแสม นอกจากนี้ยังพบไม้พุ่ม เฟิร์น และพืชจำพวกปาล์ม และ 2) พันธุ์ไม้ป่าชายเลนที่ปรับตัวเข้ากับสภาพความเค็ม (mangrove associated species) เพื่อให้ขึ้นอยู่ได้ในที่ซึ่งมีน้ำทะเลท่วมถึง เช่น ตีนเป็ดทะเล ปรง ปอทะเล เตยทะเล หูกวาง หยีน้ำ หลุมพอทะเล และจิกทะเล
เนื่องจากไม้วงศ์โกงกาง (Rhizophoraceae) เป็นวงศ์พืชที่ประกอบด้วยพืชป่าชายเลนจำนวนมากถึง 19 ชนิด (มากที่สุดในวงศ์พืชทั้งหมด) ใน 5 สกุล ได้แก่ Bruguiera (มีจำนวนพืชป่าชายเลน 5 ชนิด), Ceriops (มีจำนวนพืชป่าชายเลน 5 ชนิด), Rhizophora (มีจำนวนพืชป่าชายเลน 6 ชนิด), Kandelia (มีจำนวนพืชป่าชายเลน 2 ชนิด) และ Excoecaria (มีจำนวนพืชป่าชายเลน 1 ชนิด) ดังนั้นในโครงการวิจัยนี้ทีมวิจัยจึงมุ่งเน้นการวิเคราะห์จีโนมและความหลากหลายทางพันธุกรรมของพืชป่าชายเลนที่แท้จริง (True Mangrove) ในวงศ์โกงกาง (Rhizophoraceae) จำนวน 10 ชนิด ได้แก่ โกงกางใบเล็ก (Rhizophora apiculata), โกงกางใบใหญ่ (Rhizophora mucronata), โปรงแดง (Ceriops tagal), โปรงขาว (Ceriops decandra), โปรงหมู (Ceriops zippeliana), ถั่วขาว (Bruguiera cylindrica), ถั่วดำ (Bruguiera parviflora), พังกาหัวสุมดอกขาว (Bruguiera sexangula), พังกาหัวสุมดอกแดง (Bruguiera gymnorhiza) และ พังกา-ถั่วขาว (Bruguiera hainesii)
ทีมวิจัยได้ทำการสร้างจีโนมอ้างอิงของพืชในวงศ์โกงกาง ได้แก่ สกุลไม้ถั่ว (Bruguiera) Bruguiera parviflora (Pootakham et al., 2022a), Bruguiera cylindrica, Bruguiera gymnorhiza, Bruguiera hainesii (Shearman et al., 2022), Bruguiera sexangular (Pootakham et al., 2022b) สกุลไม้โปรง Ceriops tagal (Pootakham et al., 2022c), Ceriops decandra และ Ceriops zippeliana (Pootakham et al., 2022d) และ สกุลไม้โกงกาง (Ruang-areerate et al., 2022) Rhizophora apiculata และ Rhizophora mucronata และทำการ ระบุตำแหน่งยีนและระบุหน้าที่ของยีนในจีโนม (Genome Annotation) แล้วทำการวิเคราะห์กลุ่มยีน Orthologous genes ของพืชในวงศ์ Rhizophoraceae (ได้แก่ สกุล Ceriops, Bruguiera และ Rhizophora) แสดงให้เห็นว่าพืชวงศ์นี้มีบรรพบุรุษร่วมกันเมื่อ 49 ล้านปีก่อน และการวิเคราะห์จีโนมพืชในสกุลโปรง ได้แก่ โปรงแดง (Ceriops tagal) โปรงขาว (C. decandra) โปรงหมู (C. zippeliana) โดยนำยีน orthologous gene ทั้งสามสปีชีส์มาวิเคราะห์อัตราการกลายพันธุ์เทียบกับอายุของฟอสซิล พบว่าโปรงขาวและโปรงหมูมีความสัมพันธ์ทางพันธุศาสตร์อย่างใกล้ชิด โดยมีบรรพบุรุษร่วมกันเมื่อ 6 ล้านปีก่อน และทั้งสองสปีชีส์มีบรรพบุรุษร่วมกับโปรงแดงเมื่อประมาณ 10 ล้านปีก่อน (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 แผนผังแสดงความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการของพืชวงศ์ไม้โกงกาง ได้แก่ Ceriops decandra, Ceriops tagal, Ceriops zippeliana, Rhizophora apiculate, Bruguiera cylindrica, Bruguiera gymnorhiza, และ subgenome ของ Bruguiera hainesii ทั้งที่มีบรรพบุรุษมาจาก B. cylindrica (B. hainesii-SubC) และ B. gymnorhiza (B. hainesii-SubG) ด้วย Maximum-likelihood และได้แสดง Divergence times (million years ago) ด้วยอักษรดำที่ tree node (ปรับปรุงจาก Pootakham et al., 2022a, 2022b, 2022c และ Shearman et al., 2023)
โครงสร้างพันธุศาสตร์ประชากร
การกระจายตัวของประชากรพืชป่าชายเลนขึ้นอยู่กับลักษณะทางชีววิทยาของพืชชนิดนั้นๆ เช่น ขนาดดอกไม้ ที่กำหนดวิธีการผสมเกสร หรือชนิดของสัตว์ที่ช่วยผสมเกสร ลักษณะของผลฝักที่บางชนิดมีน้ำหนักเบาสามารถลอยน้ำได้ดี ทำให้ฝักของไม้ป่าชายเลนถูกพัดพากระจายไปสู่ที่ต่างๆ ได้อย่างกว้างขวาง นอกจากนั้นคลื่นบริเวณชายฝั่งยังมีความสำคัญในแง่การกัดเซาะดินชายฝั่งทำให้เกิดการพังทลายและการตกตะกอน ทำให้มีผลต่อการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของพื้นที่ป่าชายเลนได้
โดยโครงสร้างภูมิประเทศของประเทศไทยมีความน่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากภาคใต้ของประเทศไทยมีแนวเทือกเขาตะนาวศรี แนวเทือกเขาภูเก็ต และแนวเทือกเขานครศรีธรรมราช ที่เป็นแนวกั้นธรรมชาติระหว่างพื้นที่ชายฝั่งทะเลอันดามัน และชายฝั่งทะเลอ่าวไทย ซึ่งมีผลโดยตรงต่อการกระจายตัวของเกสรดอกไม้ เมล็ด และประชากรของพืชป่าชายเลน การศึกษาโครงสร้างพันธุศาสตร์ประชากรของพืชป่าชายเลน ทำให้ทราบถึงลักษณะการแบ่งประชากรย่อย ที่มาหรือแหล่งกำเนิดของบรรพบุรุษของประชากรย่อยในพืชชนิดนั้นๆ ซึ่งข้อมูลเหล่านี้มีความจำเป็นในเชิงการอนุรักษ์ป่าไม้ เพื่อให้ลักษณะของประชากรย่อยทางพันธุศาสตร์ยังคงเหมือนเดิม ไม่ถูกรบกวนโดยกิจกรรมการปลูกป่าทดแทน
Share:
Facebook
Twitter
อ้างอิง
Wirulda Pootakham, Chutima Sonthirod, Chaiwat Naktang, Wasitthee Kongkachana, Duangjai Sangsrakru, Sonicha U-thoomporn, Chatree Maknual, Wijarn Meepol, Waratthaya Promchoo, Pasin Maprasop, Nawin Phormsin, Sithichoke Tangphatsornruang. 2022. A chromosome-scale reference genome assembly of yellow mangrove (Bruguiera parviflora) reveals a whole genome duplication event associated with the Rhizophoraceae lineage. Molecular Ecology Resources, 00, 1– 15. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13587
Wirulda Pootakham, Chaiwat Naktang, Chutima Sonthirod, Wasitthee Kongkachana, Thippawan Yoocha, Nukoon Jomchai, Chatree Maknual, Pranom Chumriang, Tamanai Pravinvongvuthi, Sithichoke Tangphatsornruang. 2022. De Novo Reference Assembly of the Upriver Orange Mangrove (Bruguiera sexangula) Genome. Genome Biology and Evolution, Volume 14, Issue 2, February 2022, evac025, https://doi.org/10.1093/gbe/evac025
Wirulda Pootakham, Chaiwat Naktang, Chutima Sonthirod, Wasitthee Kongkachana, Nattapol Narong, Duangjai Sangsrakru, Chatree Maknual, Darunee Jiumjamrassil, Pranom Chumriang, Sithichoke Tangphatsornruang. 2022. Chromosome-level genome assembly of the Indian mangrove (Ceriops tagal) revealed a genome-wide duplication event predating the divergence of Rhizophoraceae mangrove species. The Plant Genome, 00, e20217. https://doi.org/10.1002/tpg2.20217
Wirulda Pootakham, Chutima Sonthirod, Chaiwat Naktang, Wasitthee Kongkachana, Sonicha U-thoomporn, Phakamas Phetchawang, Chatree Maknual, Darunee Jiumjamrassil, Tamanai Pravinvongvuthi, Sithichoke Tangphatsornruang. 2022. A de novo reference assembly of the yellow mangrove Ceriops zippeliana genome, G3 Genes|Genomes|Genetics, jkac025, https://doi.org/10.1093/g3journal/jkac025
Jeremy R. Shearman, Chaiwat Naktang, Chutima Sonthirod, Wasitthee Kongkachana, Sonicha U-thoomporn, Nukoon Jomchai, Chatree Maknual, Suchart Yamprasai, Waratthaya Promchoo, Panthita Ruang-areerate, Wirulda Pootakham, Sithichoke Tangphatsornruang. 2022. Assembly of a hybrid mangrove, Bruguiera hainesii, and its two ancestral contributors, Bruguiera cylindrica and Bruguiera gymnorhiza. Genomics, Volume 114, Issue 3: https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2022.110382.
Panthita Ruang-areerate, Chaiwat Naktang, Wasitthee Kongkachana, Duangjai Sangsrakru, Nattapol Narong, Chatree Maknual, Tamanai Pravinvongvuthi, Waratthaya Promchoo, Suchart Yamprasai, Sithichoke Tangphatsornruang, Wirulda Pootakham. 2022. Assessment of the Genetic Diversity and Population Structure of Rhizophora apiculata Blume (Rhizophoraceae) in Thailand. Biology 11, no. 10: 1449. https://doi.org/10.3390/biology11101449