Farmers Drive Genetic Diversity of Thai Purple Rice (Oryza sativa L.) Landraces

Abstract

Purple or black rice (Oryza sativa L.) is a culturally important germplasm in Asia with a long history of cultivation in northern Thailand. Purple rice is identified by the color of the rice pericarp, which varies from purple to black with the accumulation of phenolic acids, flavonoids, and anthocyanins. In the present study, we assessed molecular variation within and between wetland purple rice landraces germplasm from northern and northeastern Thailand using 12 microsatellite loci. All purple rice varieties surveyed showed high levels of homozygosity within varieties and strong genetic differentiation among varieties, indicating the fixation of genetic differences among them. This pattern is consistent with purple rice farming practices in northern Thailand, where a small portion of harvested seed is selected and replanted based on farmers’ preferences. The reduced genetic diversity and high homozygosity observed for purple rice is also consistent with patterns expected for this inbreeding crop. Genetic differentiation among the varieties showed some degree of structuring based on their geographical origin. Taken together, these data highlight that the genetic diversity and structure of wetland purple rice landraces is shaped by farmer utilization and cultivation through local cultural practices, and that conservation should focus on ex situ conservation across its cultivation range, along with on-farm, in situ conservation based on farmers’ seed-saving practices. In situ conservation may prove especially valuable for preserving the genetic identity of local varieties and promote adaptation to local environments.

ข้าวก่ำหรือข้าวดำเป็นแหล่งพันธุกรรมที่สำคัญทางวัฒนธรรมในเอเชียด้วยมีประวัติศาสตร์อันยาวนานทางการเพาะปลูกในภาคเหนือของประเทศไทย ข้าวก่ำบ่งบอกได้จากสีของเยื่อหุ้มเมล็ดที่มีสีม่วงไปจนถึงสีดำที่มีการสะสมกรดฟีโนลิค ฟลาโวนอยด์ และแอนโทไซยานิน ในการศึกษานี้ได้ประเมินความแปรปรวนทางโมเลกุลดีเอ็นเอภายในและระหว่างแหล่งพันธุกรรมข้าวก่ำนาพื้นเมืองจากภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทยด้วยเครื่องหมายโมเลกุลไมโครแซทเทิลไลท์จำนวน 12 ตำแหน่ง ข้าวก่ำพื้นเมืองทุกพันธุ์ที่ศึกษามีระดับของความเป็นพันธุ์แท้ภายในพันธุ์สูง และมีความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างพันธุ์ที่ชัดเจน แสดงให้เห็นถึงการคงที่ของความแตกต่างทางพันธุกรรมในข้าวก่ำ ซึ่งแบบแผนดังกล่าวสอดคล้องกับระบบการเพาะปลูกข้าวก่ำในภาคเหนือของประเทศไทย ที่ว่าเมล็ดเพียงส่วนน้อยจะถูกเก็บไว้หลังจากเก็บเกี่ยวและจะถูกนำไปปลูกในฤดูถัดไปตามความชอบของเกษตรกร การลดลงของความหลากหลายทางพันธุกรรมและระดับความเป็นพันธุ์แท้ที่สูงในข้าวก่ำก็พบว่าสอดคล้องกับแบบแผนของระบบการสืบพันธุ์ที่ข้าวเป็นพืชปลูกแบบผสมตัวเอง ความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างพันธุ์แสดงให้เห็นโครงสร้างที่แบ่งแยกตามภูมิศาสตร์ที่เก็บรวบรวม เมื่อนำข้อมูลมาเชื่อมโยงกันแล้วจากการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าความหลากหลายทางพันธุกรรมและโืครงสร้างประชากรของข้าวก่ำนาพื้นเมองถูกกำหนดโดยการใช้ประโยชน์ และการเพาะปลูกของเกษตรกรผ่านการเพาะปลูกแบบดั้งเดิม งานอนรักษ์พันธุ์ุควรเน้นที่การอนุรักษ์นอกสภาพท้องถิ่นเดิมครอบคลุมพื้นที่ที่มีการเพาะปลูกข้าวก่ำ พร้อมกับกุารอนุรักษ์ในไร่นาเกษตรกรโดยอาศัยพื้นฐานวิธีการเก็บรักษาพันธุ์ของเกษตรกร การอนุรักษ์ในสภาุพท้องถิ่นเดิมแสดงให้เห็นการเก็บรักษาพันธุกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ของข้าวพื้นเมือง อีกทั้งยังเป็นการส่งเสริมการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นอีกด้วย.