Para ilmuwan mungkin telah menemukan cara baru untuk mendorong pertumbuhan tanaman dalam kondisi pertanian yang menurun:dengan melihat ke akarnya.
Sebuah studi baru yang dilakukan oleh University of California di Riverside mengungkapkan bahwa protein - kinase reseptor perbungaan dan akar apeks, ” atau IRK, singkatnya - di akar tanaman mengirimkan sinyal ke sel lain yang mempengaruhi apakah akar tumbuh atau tidak.
“Akar adalah jenis organ yang menarik, tapi kami tidak mengerti banyak tentang bagaimana akar tumbuh, ” kata Jaimie Van Norman, penulis utama studi dan asisten profesor ilmu tanaman di University of California Riverside, "Banyak dari itu karena mereka tidak terlihat."
Tumbuhan tidak memiliki "otak" dalam pengertian tradisional, tapi entah bagaimana mereka mampu membuat keputusan tentang kapan dan bagaimana mereka tumbuh. Van Norman tertarik dengan cara yang terjadi, dan melihat IRK, pertama kali ditemukan pada awal 2000-an oleh sebuah tim di Jepang, sebagai peluang yang menarik.
“Saya secara khusus mencari jenis protein ini, ” kata VanNorman. “Saya tertarik pada bagaimana sel berbicara satu sama lain pada tumbuhan [karena] mereka tidak memiliki sistem saraf.”
Van Norman dan tim penelitinya pertama-tama menempelkan penanda fluoresen hijau ke IRK untuk menentukan di mana penanda itu ditemukan di sel tanaman. Tidak seperti banyak protein lainnya, yang ditempatkan baik di dalam maupun di luar sel, hanya bagian luar sel akar yang menyala dengan penanda IRK.
“Protein hanya ada di satu sisi sel, ” kata VanNorman. “Ini menunjukkan protein diposisikan untuk menerima informasi secara khusus dari arah itu. [Dalam hal ini] itu menunjukkan bahwa informasi itu datang dari luar.”
Begitu mereka tahu di mana IRK berada, tim mengedit genom beberapa tanaman untuk "mematikan" protein dan menghentikannya mengirim sinyal ke sel lain. Kemudian, mereka menyaksikan akar muda dari dua kelompok sampel tumbuh di cawan petri. Sel-sel di akar tanpa IRK berkembang biak lebih cepat dan menumbuhkan akar yang lebih besar daripada rekan-rekan mereka yang aktif IRK.
“Kami pikir tugasnya adalah menekan pembelahan sel, ” kata VanNorman. “Saat hilang, sel-sel ini membelah secara tidak teratur.”
Para peneliti mempelajari IRK pada kerabat mustard, tetapi mereka mengatakan bahwa gen yang mengkode protein juga ada pada tanaman lain (walaupun Van Norman mengakui bahwa mereka tidak melihat “tanaman leluhur” seperti lumut).
Para ilmuwan belum bisa mengatakan dengan tepat bagaimana IRK berfungsi di luar lab — misalnya, Van Norman mengatakan mereka belum tahu apa yang menghidupkan atau mematikan IRK - tetapi penelitian menunjukkan bahwa IRK merespons kondisi lingkungan untuk memutuskan apakah akar harus tumbuh.
“Tanaman tidak bisa begitu saja meninggalkan lingkungan — mereka harus puas dengan apa yang ada di sana, Van Norman menjelaskan. “Pertumbuhan dan lingkungan terkait erat sehingga tanaman dapat menghentikan pertumbuhannya di lingkungan yang negatif, seperti musim dingin di Maine.”
Lanjut, Van Norman berharap untuk memahami apakah akar yang lebih besar bertahan dari stres dengan lebih baik.
“Saat kita bermutasi IRK, akar menjadi lebih lebar, ” kata VanNorman. “Kami bertanya-tanya apakah akar itu lebih mampu menyerap air dan nutrisi — lebih besar lebih baik, atau apakah ada keseimbangan jika Anda memiliki sel ekstra itu, apakah itu membuat Anda kurang pandai melakukan pekerjaan root?
Jika IRK berhasil dimodulasi, Van Norman mengatakan petani dapat mengontrol apakah akar tumbuh lebih besar untuk tanaman yang berpotensi lebih produktif, atau lebih kecil untuk mencegah gulma atau menghentikan pertumbuhan tanaman sampai badai besar berlalu.
"Secara umum, studi tentang akar dan bagaimana mereka mengontrol pertumbuhan dalam kondisi lingkungan yang berbeda akan mengarah pada perbaikan tanaman yang dramatis, ” kata VanNorman. “Lingkungan tanah semakin rusak. Lahan pertanian menurun kualitasnya. Semakin asin, itu semakin kekurangan nutrisi. Kita harus memahami bagaimana akar tumbuh sehingga kita dapat mendorong produktivitas di atas tanah di masa depan pertanian.”
