Biotechnology Research Progress in Plant Breeding for Disease Resistance of Department of Agriculture
DOI:
https://doi.org/10.14456/thaidoa-agres.2025.18Keywords:
disease resistance, marker-assisted selection, genomic selection, genetic modification, genome editingAbstract
The infestation and outbreak of plant diseases, such as viruses, bacteria, and fungi, is one of many causes that reduces the quantity and quality of agricultural products and poses a threat to food security. Plant breeding for disease resistance is one of the essential methods to minimize crop losses and sustain high productivity. This review gives a brief overview of the biotechnology used to develop plant disease-resistant crop varieties, including marker-assisted selection, genomic selection, genetic modification, and genome editing. These modern biotechnologies offer more precise, efficient, and faster procedures in producing disease-resistant varieties. However, each technology has its own advantage and limitation. Thus, the selection of biotechnology for use in the experiment must be based on various aspects, including plant types, regulations, laboratory readiness, and knowledge. Furthermore, this review also discusses research conducted by the Department of Agriculture on improving disease-resistant plant varieties using biotechnology to facilitate selection and development of resistant varieties in economic crops of Thailand.
References
กองแผนงานและวิชาการ. 2567. งบประมาณด้านการวิจัยและนวัตกรรมและการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กรมวิชาการเกษตร ที่ได้รับจัดสรรงบประมาณจากกองทุนส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม ประจำปี 2568. 413 หน้า.
คณะกรรมการเทคนิคด้านความปลอดภัยทางชีวภาพ. 2554. แนวทางปฏิบัติเพื่อความปลอดภัยทางชีวภาพสำหรับการดำเนินงานด้านเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่หรือพันธุวิศวกรรม. สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ. กรุงเทพฯ. 194 หน้า.
คณะกรรมการเทคนิคด้านความปลอดภัยทางชีวภาพ. 2559. แนวทางปฏิบัติเพื่อความปลอดภัยทางชีวภาพสำหรับการดำเนินงานด้านเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่. สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแหงชาติ. กรุงเทพฯ. 232 หน้า.
คณะทำงานโครงการการพัฒนาการผลิตหน่อพันธุ์ปลอดโรคเหี่ยวจากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและการสร้างแปลงต้นแบบการผลิตสับปะรดปลอดโรคเหี่ยวแบบบูรณาการ. 2559. แนวทางการแก้ไขปัญหาโรคเหี่ยวแบบบูรณาการ. กรมวิชาการเกษตร. กรุงเทพฯ. 36 หน้า.
จีราพร แก่นทรัพย์ สมศักดิ์ ศรีสมบุญ และจุลภาค คุ้นวงศ์. 2554. การคัดเลือกถั่วเหลืองพันธุ์ถั่วเหลืองต้านทานโรคราสนิม (Phakopsora pachyrhizi, T. P. Syd.) โดยใช้เครื่องหมายโมเลกุล. วารสารวิชาการเกษตร. (29)1: 2-11.
จีราพร แก่นทรัพย์ สุวลักษณ์ อะมะวัลย์ ประพิศ วองเทียม อรุโณทัย ซาววา สุภาวดี ง้อเหรียญ ดนัย นาคประเสริฐ และจิณณจาร์ หาญเศรษฐสุข. 2563. การใช้เครื่องหมายโมเลกุลในการคัดเลือกพันธุ์มันสำปะหลังต้านทานโรคใบด่าง Cassava Mosaic Disease. วารสารวิชาการเกษตร. 38(1): 68-79.
จีราพร แก่นทรัพย์ มัลลิกา นวลแก้ว อมรรัชฏ์ คิดใจเดียว สุภาวดี ง้อเหรียญ รังสิมันตุ์ ธีระวงศ์ภิญโญ และภรณี สว่างศรี. 2566. การพัฒนาเครื่องหมายดีเอ็นเอสนิปในยีน E3 ubiquitin-protein ligase MBR1 และยีน pathogenesis-related protein PR-4-like ที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานโรคเน่าในสับปะรด. หน้า 1-9. ใน: Proceeding การประชุมวิชาการระดับชาติ ครั้งที่ 20. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน.
ชาลินี คงสวัสดิ์ และจินตนา จันทร์เจริญฤทธิ์. 2554. สถานภาพของพืชดัดแปลงพันธุกรรมและความปลอดภัยทางชีวภาพ. วารสารวิทยาศาสตร์ มศว. 27(1): 181-195.
บรรพต ณ ป้อมเพชร. 2554. สถานภาพของประเทศไทยตามพิธีสารคาร์ตาเฮน่าว่าด้วยความปลอดภัยทางชีวภาพ. ข่าวสารเทคโนโลยีชีวภาพ. 3(1): 10-13.
ปริเชษฐ์ ตั้งกาญจนภาสน กาญจนา วาระวิชะนี Annelies Haegeman Monica Höfte และ Kris De Jonghe. 2567. วิวัฒนาการของเชื้อ columnea latent viroid (CLVd) ในพืชอาศัยโดยการศึกษา quasi-species population. วารสารวิชาการเกษตร. 42(3): 272-286.
มัลลิกา แก้ววิเศษ อัจฉราพรรณ ใจเจริญ จีราพร แก่นทรัพย์ สุวลักษณ์ อะมะวัลย์ สุภาวดี ง้อเหรียญ วิภาวี ชั้นโรจน์ วานิช คำพานิช, กฤตยา เพชรผึ้ง, ประพิศ วองเทียม และปิยรัตน์ ธรรมกิจวัฒน์. 2565. การค้นหาและพัฒนาเครื่องหมายสนิปส์ใหม่เพื่อร่นระยะเวลาการปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลังให้มีไซยาไนด์ต่ำ ต้านทานโรครากปมและโรคใบด่างมันสำปะหลัง. หน้า 1–15. ใน: ผลงานวิจัยดีเด่น กรมวิชาการเกษตร ประจำปี 2564. กระทรวงเกษตรและสหกรณ์.
มัลลิกา นวลแก้ว สุภาวดี ง้อเหรียญ จีราพร แก่นทรัพย์ และพงศกร สรรค์วิทยากุล. 2568. การปรับปรุงพันธุ์สับปะรดเพื่อเพิ่มขีดความสามารถการแข่งขันในตลาดโลก. รายงานโครงการวิจัยฉบับสมบูรณ์. กรมวิชาการเกษตร. 112 หน้า.
สมศักดิ์ ศรีสมบุญ มณฑา นันทพันธ์ จุลภาค คุ้นวงศ์ ฉัฐพร คุ้นวงศ์ อาภาณี โภคประเสริฐ สิทธิ์ แดงประดับ วิระศักดิ์ เทพจันทร์ ให้พร กิตติกูล ศุภชัย แก้วมีชัย ธนิต โสภโณดร เทวา เมาลานนท์ และอลงกรณ์ กรณ์ทอง. 2548. การใช้ DNA Marker ในการศึกษาตำแหน่งยีนต้านทานโรคราสนิมถั่วเหลือง. หน้า 101-110. ใน: ผลงานวิจัยเพื่อพิจารณาเป็นผลงานวิจัยดีเด่นประจำปี 2547 และผลงานวิจัยโครงการวิจัยระดับดีที่ได้รับการสนับสนุนจากกองทุนสนับสนุนงานวิจัยด้านการเกษตรประจำปี 2547. กรมวิชาการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์.
อุดมศักดิ์ เลิศสุชาตวนิช และบัญชา ชิณศรี. 2555. การสำรวจและประเมินความเสียหายจากโรครากปมของมันสำปะหลัง. หน้า 391-395. ใน: เรื่องเต็มการประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 50. สาขาพืช. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
Akano, A.O., A.G.O. Dixon, C. Mba, E. Barrera and M. Fregene. 2002. Genetic mapping of a dominant gene conferring resistance to cassava mosaic disease. Theoretical and Applied Genetics. 105(4): 521-525.
Bernardo, R. and J. Yu. 2007. Prospects for genomewide selection for quantitative traits in maize. Crop Science. 47(3): 1082–1090.
Bevan, M.W. and M.D. Chilton. 1982. Multiple transcripts of T-DNA detected in nopaline crown gall tumors. Journal of Molecular and Applied Genetics. 1(6): 539-546.
Bubolz, J., P. Sleboda, A. Lehrman, S.O. Hansson, C. Johan Lagerkvist, B. Andersson, M. Lenman, S. Resjö, M. Ghislain, M.A. Zahid, N.P. Kieu and E. Andreasson. 2022. Genetically modified (GM) late blight-resistant potato and consumer attitudes before and after a field visit. GM Crops and Food. 13(1): 290-298.
Carroll, D. 2017. Genome editing: past, present, and future. The Yale Journal of Biology and Medicine. 90(4): 653-659.
Das, R.R., M.T. Vinayan, M.B. Patel, R.K. Phagna, S.B. Singh, J.P. Shahi, A. Sarma, N.S. Barua, R. Babu, K. Seetharam, J.A. Burgueño and P.H. Zaidi. 2020. Genetic gains with rapid-cycle genomic selection for combined drought and waterlogging tolerance in tropical maize (Zea mays L.). The Plant Genome. 13(3): e20035.
Davidson, S.N. 2008. Forbidden fruit: transgenic papaya in Thailand. Plant Physiology. 147(2): 487-493.
Figlan, S. and L. Mwadzingeni. 2022. Breeding tools for assessing and improving resistance and limiting mycotoxin production by Fusarium graminearum in wheat. Plants. 11(15): 1933.
Fitch, M.M.M., R.M. Manshardt, D. Gonsalves, J.L. Slightom and J.C. Sanford. 1992. Virus resistant papaya plants derived from tissues bombarded with the coat protein gene of papaya ringspot virus. Nature Biotechnology. 10(11): 1466–1472.
Fregene, M., E. Okogbenin, C. Mba, C.F. Angel, M.C. Suarez, G. Janneth, P. Chavarriaga, W. Roca, M. Bonlerbale and J. Tohme. 2001. Genome mapping in cassava improvement: challenges, achievements and opportunities. Euphytica. 120(1): 159–165.
Garner, K.L. 2021. Principles of synthetic biology. Essays in Biochemistry. 65(5): 791-811.
Gomez, M.A., Z.D. Lin, T. Moll, R.D. Chauhan, L. Hayden, K. Renninger, G. Beyene, N.J. Taylor, J.C. Carrington, B.J. Staskawicz and R.S.Bart. 2019. Simultaneous CRISPR/Cas9mediated editing of cassava eIF 4E isoforms nCBP-1 and nCBP-2 reduces cassava brown streak disease symptom severity and incidence. Plant Biotechnology Journal. 17(2): 421–434.
IPPC-report. 2019. The current status of SLCMV in Thailand. Available on: https://www.ippc. int/en/countries/thailand/pestreports/2019/03/the-current-status-of-slcmv-in-thailand/. Accessed: December 6, 2024.
Jonah, P.M., L.L. Bello, O. Lucky, A. Midau and S.M. Moruppa. 2011. Review: the importance of molecular markers in plant breeding programmes. Global Journal of Science Frontier Research. 11(5): 5-12.
Kansup, J., S. Sansanee and A. Chaicharoen. 2024. Development of tetra-primer ARMS-PCR for selection and discrimination of CMD-resistant cassava varieties used in Thailand. Thai Agricultural Research Journal. 42(2): 217–228.
Kaya, H.B. 2024. 2023. Base Editing and Prime Editing. In: A Roadmap for Plant Genome Editing. A. Ricroch, D. Eriksson, D. Miladinović, J. Sweet, K. van Laere, E. Woźniak-Gientka (eds). Springer. Available on: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-46150-7_2. Accessed: December 6, 2024.
Lemos, N.G., A.L. Braccini, R.V. Abdelnoor, M.C.N. Oliveira, K. Suenaga and N. Yamanaka. 2011. Characterization of genes Rpp2, Rpp4 and Rpp5 for resistance to soybean rust. Euphytica. 182(1): 53-64.
Li, J.F., J.E. Norville, J. Aach, M. McCormack, D. Zhang, J. Bush, G.M. Church and J. Sheen. 2013. Multiplex and homologous recombination-mediated genome editing in Arabidopsis and Nicotiana benthamiana using guide RNA and Cas9. Nature Biotechnology. 31(8): 688 - 691.
Meuwissen, T.H.E., B.J. Hayes and M.E. Goddard. 2001. Prediction of total genetic value using genome-wide dense marker maps. Genetics. 157(4): 1819–1829.
Mojica, F.J., C. Diez-Villasenor, J. Garcia-Martinez and C. Almendros. 2009. Short motif sequences determine the targets of the prokaryotic CRISPR defence system. Microbiology. 155(3): 733–740.
Moonjuntha, P., J. Jarunate, P. Wongtiem, J. Harnsetasook, R. Boontung and S. Thongchuay. 2012. Evaluated of cassava bacterial blight (CBB) disease from cassava germplasm in Thailand. In: Global Cassava Partnership. Second Scientific Conference GCP21 – II. June 18–22. National Crops Resources Research Institute. Namulonge, Uganda.
Okogbenin, E., C.N. Egesi, B. Olasanmi, O. Ogundapo, S. Kahya, P. Hurtado, J. Marin, O. Akinbo, C. Mba, H. Gomez, C. de Vicente, S. Baiyeri, M. Uguru, F. Ewa and M. Fregene. 2012. Molecular marker analysis and validation of resistance to cassava mosaic disease in elite cassava genotypes in Nigeria. Crop Science. 52(6): 2576–2586.
Permyakova, N. and E. Deineko. 2024. Crop improvement: comparison of transgenesis and gene editing. Horticulturae. 10(1): 57.
Podevin, N., H.V. Davies, F. Hartung, F. Nogué and J.M. Casacuberta. 2013. Site-directed nucleases: a paradigm shift in predictable, knowledge-based plant breeding. Trends in Biotechnology. 31(6): 375-383.
Poland, J. and J. Rutkoski. 2016. Advances and challenges in genomic selection for disease resistance. Annual Review of Phytopathology. 54(1): 79-98.
Rajendra, V. and K. Charitha. 2024. Marker-assisted selection for crop improvement. Strategy & Application of Plant Breeding. 263-281.
Raman, R. 2017. The impact of genetically modified (GM) crops in modern agriculture: a review. GM Crops and Food. 8(4): 195-208.
Ratti, M.F., M.S. Ascunce, J.J. Landivar and E.M. Goss. 2018. Pineapple heart rot isolates from Ecuador reveal a new genotype of Phytophthora nicotianae. Plant Pathology. 67(8): 1803-1813.
Santillán, M.M.I., V. Bracuto, E. Koseoglou, M. Appiano, E. Jacobsen, R.G.F. Visser, A.A. Wolters and Y. Bai. 2020. CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of the tomato susceptibility gene PMR4 for resistance against powdery mildew. BMC Plant Biology. 20(1): 284.
Subburaj, S., T. Thulasinathan, V. Sakthivel, B. Ayyenar, R. Kambale, V.R. Rajagopalan, S. Manickam, R. Rajasekaran, G. Chellappan, K. Thiyagarajan, M. Swaminathan and R. Muthurajan. 2024. Genetic enhancement of blast and bacterial leaf blight resistance in rice variety CO 51 through marker-assisted selection. Agriculture. 14(5): 693.
Tanksley, S.D. and C.M. Rick. 1980. Isozymic gene linkage map of the tomato: Applications in genetics and breeding. Theoretical and Applied Genetics. 58(2): 161-170.
Wang, Y., X. Cheng, Q. Shan, Y. Zhang, J. Liu, C. Gao and J.L. Qiu. 2014. Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnology. 32(9): 947-951.
Wang, F., C. Wang, P. Liu, C. Lei, W. Hao, Y. Gao, Y.G. Liu and K. Zhao. 2016. Enhanced rice blast resistance by CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of the ERF transcription factor gene OsERF922. PLoS One. 11(4): e0154027.
Younis, A., M.I. Siddique, C.K. Kim and K.B. Lim. 2014. RNA interference (RNAi) induced gene silencing: A promising approach of hi-tech plant breeding. International Journal of Biological Sciences. 10(10): 1150-1158.
Zhao, Y., M.F. Mette, M. Gowda, C.F.H. Longin and J.C. Reif. 2014. Bridging the gap between marker-assisted and genomic selection of heading time and plant height in hybrid wheat. Heredity. 112(6): 638–645.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Thai Agricultural Research Journal
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Thai Agricultural Research Journal
