Gelombang inovasi berikutnya dalam ilmu tanaman mungkin tidak datang dari persilangan tanaman atau memprogram ulang gen mereka, tetapi dengan mengubah mikroba yang hidup di dalamnya, pada dan di sekitar mereka.
Ya, tumbuhan memiliki mikrobioma, juga, dan miliaran pejalan kaki kecil itu dapat membantu mereka tumbuh dan melawan patogen yang menyerang. Para peneliti mencoba memahami komunitas mikroba ini dan menyesuaikannya untuk membantu tanaman menjadi lebih tahan terhadap kekeringan, panas dan infeksi. Ketika penyakit tanaman menyebar karena globalisasi dan perubahan iklim, tanaman tahan penyakit dengan mikrobioma yang diperkaya mungkin menjadi penting untuk memastikan pasokan makanan yang stabil untuk populasi manusia yang terus bertambah.
“Saya pikir masa depan adalah tentang melengkapi tanaman dengan bahan alami, mikrobioma produktif dan membawa seluruh komunitas dalam keseimbangan, ” kata Tomislav Cernava, seorang ahli mikrobiologi di Universitas Teknologi Graz di Austria.
Mikroba yang berasosiasi dengan tanaman telah menjadi bidang penelitian yang subur selama beberapa dekade. Peneliti tanaman telah mengidentifikasi mikrobioma di tanah, yang dapat membantu tanaman memperoleh nutrisi seperti nitrogen dan jamur terkait akar yang dapat membantu tanaman berkomunikasi satu sama lain. Tetapi penelitian terbaru juga telah mengintip ke dalam biji untuk mempelajari lebih lanjut tentang mikroba yang berkerumun di sana.
Cernava dan timnya menggambarkan mikrobioma benih padi dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan pada bulan Januari di Tumbuhan Alam . Timnya tidak hanya mencari mikrobioma di mana pun ia dapat menemukannya, meskipun—ia mencoba memecahkan teka-teki.
Ilmuwan China telah menemukan bahwa beberapa tanaman padi di pesisir provinsi Zhejiang gagal karena infeksi oleh bakteri yang disebut Burkholderia plantarii , sementara yang lain kebal. Tanaman seharusnya identik; mereka telah tumbuh dari kultivar yang sama, atau regangan, benih dan kembar genetik.
Pada pemeriksaan lebih dekat, Cernava menemukan bahwa tanaman yang rentan terhadap infeksi memiliki mikrobioma benih yang berbeda. Secara khusus, tanaman yang rentan memiliki jumlah kelompok bakteri yang lebih rendah yang disebut Sphingomonas , yang mencegah bakteri patogen dengan memproduksi asam yang menghentikan penyerang membuat tropolon, bahan kimia yang menghambat pertumbuhan tanaman padi.
Kekebalan dari infeksi dapat ditransfer ke tanaman yang rentan dengan menambahkan lebih banyak Sphingomonas ke mikrobioma mereka atau dengan menambahkan asam pelindung langsung ke tanaman yang rentan.
Langkah terakhir itulah yang menarik perhatian beberapa peneliti:Mentransfer kekebalan dengan mengubah mikrobioma, terutama di alam liar, telah menjadi target yang sulit untuk dicapai. “Ini adalah salah satu dari sedikit kasus di mana ia benar-benar bekerja di lapangan, ” kata Sheng-Yang He, seorang ahli biologi tanaman di Duke University yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
Para peneliti sebelumnya telah mengamati kekebalan protektif dari bakteri dan mengisolasi spesies yang bertanggung jawab. Tetapi ketika tiba saatnya untuk menggunakan bakteri sebagai intervensi dalam sistem yang lebih rumit dengan bakteri liar dan tanaman liar, sering tidak berhasil, kata Dia, mungkin karena kondisi lingkungan, atau komunitas mikroba penduduk, berbeda.
Setiap spesies hanya satu bagian dari komunitas mikrobioma yang jauh lebih besar, yang dapat mempengaruhi bagaimana ia berinteraksi dengan tanaman, menurut Matt Agler, seorang peneliti mikrobioma tanaman di Universitas Friedrich Schiller Jena di Jerman.
Memahami bagaimana komunitas mikroba bekerja bersama sangat penting bagi para peneliti dan petani yang berharap dapat memanfaatkan mikrobioma, kata Agler. Sementara spesies individu mungkin ditemukan memiliki efek tertentu, ada banyak ancaman yang bisa dihadapi tanaman, dan mikroba yang berbeda dapat membantu tanaman dalam skenario yang berbeda. “Anda tidak pernah tahu apa yang akan terjadi di musim tanam ini, ” tambah Agler.
Jika peneliti dapat menemukan cara untuk menavigasi kompleksitas ini, mikrobioma bisa menjadi lahan subur untuk berbagai intervensi untuk menopang pasokan makanan. Itu bisa menjadi sangat penting. Meskipun manusia telah secara selektif membiakkan tanaman untuk menghasilkan karakteristik yang lebih diinginkan untuk 10, 000 tahun, intervensi hari ini sebagian besar terjadi di laboratorium melalui teknik rekayasa genetika yang menghadapi tentangan oleh sejumlah besar orang Amerika. Dalam survei Pew Research Center 2016, 39 persen responden percaya transgenik lebih buruk bagi kesehatan mereka daripada makanan lain, terlepas dari kenyataan bahwa sebagian besar ilmuwan setuju bahwa mereka aman.
Penyesuaian terhadap mikrobioma tanaman mungkin merupakan pendekatan yang jauh lebih kontroversial, kata peneliti. “Lupakan rekayasa genetika, ” kata Duke's He. “Jika kita dapat mentransplantasikan komunitas [mikroba] semacam itu ke tanaman yang biasanya tidak memiliki komunitas itu, bukankah itu luar biasa?”
Sudah ada beberapa perusahaan yang memanfaatkan kekuatan mikroba untuk petani, menjual bakteri dan jamur sebagai pestisida organik atau benih yang dilapisi bakteri bermanfaat untuk memberi nutrisi.
Tapi sejak Sphingomonas bakteri sebenarnya hidup di dalam biji padi, kekebalan yang diberikannya dapat diturunkan dari generasi ke generasi tanaman padi. Mengubah mikrobioma interior mungkin lebih seperti satu kali, tindakan pencegahan, daripada obat yang harus digunakan terus-menerus.
Cernava berpikir bahwa pekerjaan timnya suatu hari nanti akan tersedia secara komersial untuk membantu melindungi tanaman padi, dan ia berharap alam dapat terus menginspirasi inovasi-inovasi baru di bidang pertanian.
“Saya pikir ke depan, " dia berkata, “Kita harus mencoba belajar dari alam.”
