Tanaman sial seperti rami, rumput kuda, dan cheatgrass telah masuk ke tanaman dan padang rumput di seluruh dunia. Dengan kehadiran mereka yang tumbuh cepat dan produktif, gulma sering menyebabkan tanaman tumbuh tinggi dan kurus, menyebabkan hasil panen yang buruk. rumput kuda, contohnya, telah terbukti mengurangi hasil kedelai sebesar 83 persen.
Herbisida dapat membantu mengatasi masalah tersebut, tetapi resistensi yang berkembang terhadap bahan kimia membuat pengelolaan gulma semakin sulit.
Ian Heap adalah ilmuwan gulma yang menjalankan weedscience.org, sebuah situs web yang melacak resistensi herbisida di seluruh dunia. Lebih dari 400 ilmuwan memberikan data Heap tentang gulma yang menjadi kebal terhadap herbisida.
“Petani kehabisan pilihan, ” kata Heap,
Itulah sebabnya beberapa ilmuwan mulai berpikir lebih kecil. mikroskopis, bahkan.
Dalam sepuluh tahun terakhir, beberapa lusin ilmuwan telah beralih ke genomik untuk memahami mengapa beberapa gulma telah mengembangkan resistensi herbisida atau menjadi lebih invasif.
Dalam sepuluh tahun terakhir, beberapa lusin ilmuwan telah beralih ke genomik untuk memahami mengapa beberapa gulma telah mengembangkan resistensi herbisida atau menjadi lebih invasif. Waktu genomik dalam sorotan sebagian besar disebabkan oleh gebrakan media seputar The Human Genome Project, upaya internasional besar-besaran yang ditujukan untuk membuka rahasia DNA manusia. Tetapi tanaman memiliki genom, juga.
Sederhananya, genom adalah cetak biru untuk garis keturunan suatu organisme - sifat-sifat yang diturunkan dari induk ke keturunannya. Biasanya dikodekan dalam DNA. Menggunakan teknik sekuensing DNA yang berbeda, beberapa telah sebagian atau seluruhnya memetakan berbagai genom gulma tanaman. Dan sementara upaya yang mahal tidak dapat memberikan jawaban langsung atas masalah yang dihadapi petani di lapangan, ini dapat memberikan data untuk membuat herbisida yang lebih efektif di masa mendatang.
Waterhemp adalah salah satu gulma yang menyebabkan masalah yang cukup besar bagi petani Midwestern. Berasal dari daerah rawa di Illinois dan Missouri, yang tinggi, gulma tegak dengan bunga yang tidak mencolok telah menemukan rumah baru di ladang kedelai dan jagung di wilayah tersebut. Dua puluh tahun yang lalu, kebanyakan orang di Illinois “belum pernah mendengar tentang rami, ” kata Patrick Tranel, seorang ilmuwan gulma tanaman dari University of Illinois di Urbana-Champaign. "Sekarang, itu gulma terburuk.”
Waterhemp menghasilkan jutaan biji dan berkecambah beberapa kali dalam satu musim tanam. Ini telah memberinya keragaman genetik yang luar biasa. Ia memiliki kemampuan cepat dan licik untuk beradaptasi dengan lingkungannya, dan bahkan telah mengembangkan ketahanan terhadap bahan aktif – glifosat – dalam Roundup herbisida Monsanto. “Anda tidak bisa menyemprot ladang Anda sekali saja dan menyelesaikan masalah rami. Lain kali hujan akan turun lagi, ” kata Tranel.
Tangkapan layar dari weedscience.org.
Kembali pada tahun 2009, Laboratorium Tranel secara acak mengurutkan genom waterhemp untuk mencari gen yang mungkin terlibat dalam resistensi herbisida – itu berarti mereka hanya mengurutkan sebagian genom, daripada semuanya. Pemetaan seluruh genom (dan) terlalu mahal, tetapi pendekatan senapan memberikan wawasan yang cukup tentang susunan genetik rami untuk menguji mutasi spesifik yang meniadakan efek glifosat dan herbisida lainnya. Meskipun Tranel ingin memetakan seluruh genom rami, kurangnya dana yang tersedia dan teknik sekuensing DNA yang terjangkau membuatnya sulit untuk dilakukan.
Resistensi glifosat tidak unik untuk rami; hampir 30 spesies gulma di seluruh dunia tidak lagi menanggapi Roundup. Meskipun hanya beberapa gulma yang menyebabkan kerusakan serius bagi petani, memahami gen mana yang bertanggung jawab atas adaptasi evolusioner ini sangat penting untuk pengelolaan gulma di masa depan.
Neal Stewart menyadari hal ini sejak awal, dan ketika horseweed tahan glifosat sampai ke Tennessee pada tahun 2002, minatnya terusik. Pada tahun 2005, laboratorium ilmuwan tanaman di University of Tennessee mulai mengkode genom horseweed. Selama bertahun-tahun, sebagian besar dana Stewart berasal dari Monsanto bersama dengan Departemen Pertanian AS (USDA) dan Dewan Promosi Kedelai Tennessee.
Horseweed akan menjadi gulma tanaman pertama yang seluruh genomnya diurutkan, dengan Stewart berharap untuk mempublikasikan hasilnya akhir tahun ini.
Petani menggunakan Roundup di jutaan hektar lahan pertanian di seluruh Amerika Serikat dan dunia, jangkauannya jauh melebihi herbisida lain yang sering digunakan. Meskipun lab Stewart mendorong pekerjaan itu, ilmuwan di mana-mana, termasuk di Monsanto, akan memiliki akses ke informasi genetik saat dirilis ke publik.
“Dengan mempelajari mekanisme resistensi, kami berharap dapat memahami kelemahan semacam ini demi keuntungan petani, ” kata Doug Sammons, seorang ahli kimia di Monsanto yang telah bermitra dengan Stewart selama sepuluh tahun terakhir. Informasi genomik horseweed kemungkinan akan membantu menentukan metode terbaik untuk mengelola gulma daripada hanya penemuan herbisida baru.
Meskipun pemetaan genom gulma membantu para ilmuwan mempelajari lebih lanjut tentang resistensi herbisida, tidak semua gulma adalah kandidat yang baik untuk pengurutan. Beberapa, seperti rumput curang, memiliki sejumlah besar gen dalam genomnya, membuatnya terlalu mahal untuk memetakan mengingat teknologi saat ini.
'Jagung, manusia, dan cheatgrass semuanya memiliki genom dengan ukuran yang kira-kira sama, ' kata Craig Coleman, seorang ilmuwan gulma di Universitas Brigham Young. "Jadi ini sangat kompleks."
"Jagung, manusia, dan cheatgrass semuanya memiliki genom dengan ukuran yang kira-kira sama, ” kata Craig Coleman, seorang ilmuwan gulma di Universitas Brigham Young di Provo, Utah yang telah mempelajari gulma selama lebih dari sepuluh tahun. "Jadi ini sangat kompleks."
Gulma rangeland merusak kekacauan tertentu di negara bagian barat seperti Idaho, Utah, nevada, Colorado, Arizona dan New Mexico, dan merupakan sumber bahan bakar utama untuk kebakaran rangeland. Tetap, mengurutkan genom cheatgrass "tidak pernah terlintas dalam pikiran saya" kata Coleman.
Sebagai gantinya, Coleman dan kolaboratornya di USDA Forest Service telah memetakan genom jamur yang mereka sebut “The Black Fingers of Death, ” untuk benang hitam patogen yang menelan dan menghancurkan biji cheatgrass, tetapi tidak mempengaruhi tanaman lain. Informasi genetik jamur telah membantu para ilmuwan mengidentifikasi gen tertentu yang mungkin menghasilkan racun pembunuh benih.
Tapi genomik bukanlah pil ajaib. Bahkan jika kita mengetahui informasi genetik tentang setiap gulma yang kita ketahui sekarang, itu tidak akan menyelesaikan masalah. Adaptif secara alami, gulma baru seperti rami akan muncul. Petani harus menggunakan sumber daya seperti situs web Heap, kemajuan genetik dan teknik pengelolaan gulma tradisional seperti pengolahan tanah dan bahkan penyiangan dengan tangan untuk memerangi hama.
Untuk sekarang, para ilmuwan sangat menantikan harga yang lebih murah, meningkatkan teknologi pengurutan DNA untuk membantu proyek mereka lebih lanjut.
“USDA jelas tertarik pada genomik gulma, ” kata David Horvath, seorang ilmuwan tanaman penelitian dengan organisasi. Di radarnya ada teknologi dari Pacific Biosystems dan Oxford Nanopore Technology, kedua perusahaan yang memproduksi teknologi yang dapat membuat pekerjaan pengurutan lebih mudah dan akurat.
Sementara itu, petani dibiarkan dengan herbisida saat ini.
Gulma adalah tumbuhan liar, mereka bukan tanaman laboratorium, ” kata Horvath. Jadi "mereka hanya lebih sulit untuk diajak bekerja sama."
Mimpi? Pekerjaan yang dilakukan oleh labnya dan ilmuwan lain akan membantu perusahaan kimia mengembangkan herbisida yang menargetkan gen tertentu, mirip dengan pengembangan obat desainer di industri farmasi.
“Itu harapan kami dalam jangka panjang, ” kata Horvath.
(Kredit Foto:Pengguna Flickr Robb Hannawacker/CC2.0)
