Karena perubahan iklim diperkirakan akan menyebabkan lebih seringnya periode kekeringan, para peneliti semakin berupaya membuat penemuan yang dapat membantu tanaman beradaptasi terhadap tekanan air yang berkepanjangan.
Para peneliti dari Boyce Thompson Institute dan Cornell University telah menyelesaikan studi pertama yang memberikan gambaran komprehensif tentang perubahan ekspresi gen sebagai respons terhadap tekanan air pada buah—tomat, Solanum lycopersicum—mengidentifikasi gen yang dapat membantu pemulia tanaman mengembangkan buah yang mampu mengatasi masalah tersebut. kondisi kekeringan.
Diterbitkan pada edisi Desember Fisiologi Tumbuhan, pekerjaan ini dipimpin oleh tim peneliti Carmen Catalá, asisten profesor di BTI dan Senior Research Associate di School of Integrative Plant Science (SIPS) di Cornell. Peneliti yang berkolaborasi termasuk Jocelyn Rose, seorang profesor di SIPS, dan profesor BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei dan Lukas Mueller, yang juga merupakan asisten profesor di SIPS
“Kami mengidentifikasi sejumlah gen yang terlibat dalam respons stres air pada buah tomat,” kata Catalá. “Kami sekarang dapat mulai menyeleksi kandidat gen yang dapat membantu para pemulia mengembangkan buah yang dapat beradaptasi dengan kondisi kekeringan, dan tidak hanya tomat tetapi juga anggur, apel, dan buah berdaging secara umum. Ini adalah potensi penerapan data ini dalam jangka panjang.”
Para peneliti mengamati ekspresi gen pada daun tomat dan enam organ buah (pericarp, plasenta, septum, columella, jelly dan biji) pada dua titik waktu yang berbeda (buah tumbuh dan matang) dan dalam empat kondisi tekanan air yang berbeda (tidak ada, ringan, sedang dan sedang). kuat).
Para peneliti menemukan bahwa setiap jaringan organ buah berubah secara unik seiring berjalannya waktu.
“Kurang dari 1% gen yang terekspresikan dan terpengaruh oleh tekanan air dimiliki oleh keenam jaringan buah, dan lebih dari 50% gen yang terpengaruh adalah spesifik pada satu jaringan,” kata Catala.
Berbeda dengan dampak negatif kekeringan yang memicu gangguan fisiologis dan hilangnya buah, terdapat beberapa dampak positif yang terkait dengan kekeringan—setidaknya kekeringan ringan.
Misalnya, para peneliti menemukan bahwa stres air meningkatkan jumlah likopen dalam buah matang. Lycopene adalah antioksidan yang telah terbukti memiliki manfaat kesehatan. Buah yang mengalami stres air juga memiliki tingkat biosintesis pati yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan tomat yang lebih manis.
Para peneliti juga menemukan bahwa mereka dapat “melatih” tomat agar lebih tahan terhadap kekeringan air di masa depan.
“Saat kami menabur benih dari tanaman yang diberi perlakuan, kami menemukan bahwa bibit dari tomat yang mengalami stres menunjukkan peningkatan pemulihan dari tekanan air dibandingkan dengan bibit dari tomat yang dikontrol,” kata Philippe Nicolas, ilmuwan pascadoktoral di laboratorium Catalá dan penulis pertama makalah tersebut.
Nicolas mengatakan mereka mengidentifikasi beberapa gen yang ekspresinya disebabkan oleh tekanan air pada benih dewasa, yang dapat memainkan peran penting dalam memberikan toleransi terhadap tekanan air pada tanaman generasi berikutnya.
Penelitian ini menantang dalam beberapa hal karena para peneliti mengamati buah-buahan. Sebagian besar penelitian mengenai respon tanaman terhadap cekaman kekeringan meneliti akar dan daun bibit karena relatif mudah untuk dipelajari.
“Relatif mudah untuk menyebabkan stres pada bibit, namun jika Anda terlalu menekan tanaman maka tanaman tidak akan berbunga dan menghasilkan buah,” kata Catalá. “Selain itu, jika Anda ingin mempelajari buah, Anda harus menanam tanaman dewasa, yang membutuhkan lebih banyak waktu, ruang, dan sumber daya secara keseluruhan.”