Ilmuwan Universitas California telah menemukan data genetik yang akan membantu tanaman pangan seperti tomat dan padi bertahan lebih lama, periode kekeringan yang lebih intens di planet kita yang memanas.
Selama dekade terakhir, tim peneliti berusaha membuat atlas molekuler akar tanaman, di mana tanaman pertama kali mendeteksi efek kekeringan dan ancaman lingkungan lainnya. Dengan melakukan itu, mereka menemukan gen yang dapat digunakan para ilmuwan untuk melindungi tanaman dari tekanan ini. Karya mereka, diterbitkan 20 Mei di jurnal Sel, mencapai tingkat pemahaman yang tinggi tentang fungsi akar karena menggabungkan data genetik dari berbagai sel akar tomat yang ditanam baik di dalam maupun di luar.
“Seringkali, peneliti melakukan eksperimen laboratorium dan rumah kaca, tetapi petani menanam sesuatu di lapangan, dan data ini juga melihat sampel lapangan,” kata Neelima Sinha, profesor biologi tanaman UC Davis dan rekan penulis makalah tersebut. Data tersebut menghasilkan informasi tentang gen yang memberi tahu tanaman untuk membuat tiga hal utama.
Xilem adalah pembuluh berongga seperti pipa yang mengangkut air dan nutrisi dari akar sampai ke pucuk. Tanpa transportasi di xilem, tumbuhan tidak dapat membuat makanannya sendiri melalui fotosintesis. “Xylem sangat penting untuk menopang tanaman terhadap kekeringan serta garam dan tekanan lainnya,” kata penulis utama studi Siobhan Brady, seorang profesor biologi tanaman di UC Davis.
Pada gilirannya, tanpa transportasi mineral tanaman di xilem, manusia dan hewan lain akan memiliki lebih sedikit vitamin dan nutrisi penting untuk kelangsungan hidup kita. Selain beberapa pemain khas yang dibutuhkan untuk membentuk xilem, gen baru dan mengejutkan ditemukan.
Gen kunci kedua adalah gen yang mengarahkan lapisan luar akar untuk menghasilkan lignin dan suberin. Suberin adalah zat kunci dalam gabus dan mengelilingi sel-sel tumbuhan dalam lapisan tebal, menahan air selama kekeringan. Tanaman seperti tomat dan beras memiliki suberin di akarnya. Buah apel memiliki suberin yang mengelilingi sel luarnya. Di mana pun itu terjadi, itu mencegah tanaman kehilangan air. Lignin juga membuat sel kedap air dan memberikan dukungan mekanis.
“Suberin dan lignin adalah bentuk alami perlindungan kekeringan, dan sekarang gen yang mengkodekannya di lapisan sel yang sangat spesifik ini telah diidentifikasi, senyawa ini dapat ditingkatkan,” kata rekan penulis studi Julia Bailey-Serres, seorang UC Profesor genetika di tepi sungai. “Saya senang kami telah belajar banyak tentang gen yang mengatur lapisan penghalang kelembaban ini. Sangat penting untuk dapat meningkatkan toleransi kekeringan untuk tanaman, ”katanya.
Gen yang mengkode meristem akar tanaman juga ternyata sangat mirip antara tomat, padi, dan Arabidopsis, tanaman model mirip gulma. Meristem adalah ujung tumbuh dari setiap akar, dan itu adalah sumber dari semua sel yang membentuk akar.
“Ini adalah wilayah yang akan membuat sisa akar, dan berfungsi sebagai ceruk sel induknya,” kata Bailey-Serres. “Ini menentukan sifat-sifat akar itu sendiri, seperti seberapa besar mereka dapatkan. Memiliki pengetahuan tentang itu dapat membantu kami mengembangkan sistem root yang lebih baik.”
Brady menjelaskan bahwa ketika petani tertarik pada tanaman tertentu, mereka memilih tanaman yang memiliki fitur yang mereka lihat, seperti buah yang lebih besar dan lebih menarik. Jauh lebih sulit bagi pemulia untuk memilih tanaman dengan sifat di bawah tanah yang tidak dapat mereka lihat.
"'Setengah tersembunyi' tanaman, di bawah tanah, sangat penting bagi pemulia untuk mempertimbangkan jika mereka ingin menanam tanaman dengan sukses," kata Brady. “Mampu memodifikasi meristem akar tanaman akan membantu kami merekayasa tanaman dengan sifat yang lebih diinginkan.”
Meskipun penelitian ini hanya menganalisis tiga tanaman, tim yakin temuan ini dapat diterapkan lebih luas. “Tomat dan beras dipisahkan oleh evolusi lebih dari 125 juta tahun, namun kami masih melihat kesamaan antara gen yang mengontrol karakteristik utama,” kata Bailey-Serres. “Kemungkinan kesamaan ini juga berlaku untuk tanaman lain.”