Saat dia berjalan di antara lautan daun hijau, kuning dan oranye dari kebun pohon kastanye, dengan hati-hati mengumpulkan duri kastanye dari pohon, Sara Fitzsimmons, direktur restorasi untuk American Chestnut Foundation, sadar dia tidak akan ada untuk melihat buah penuh dari jerih payahnya. Siklus hidup pohon terlalu panjang untuk itu.
Selama hampir dua dekade, Fitzsimmons telah bekerja untuk menghidupkan kembali kastanye Amerika (Castanea dentata) , spesies dasar yang pernah mendominasi hutan Timur Amerika Serikat dan Ontario selatan, Kanada. Tetapi lebih dari seabad yang lalu, pohon-pohon terkena hawar kastanye, patogen invasif yang secara tidak sengaja diperkenalkan oleh spesies pohon impor Asia, yang digunakan terutama untuk tanaman hias dan di kebun. Pohon kastanye Amerika, yang rentan terhadap penyakit jamur, dihancurkan oleh hawar, meninggalkan hutan yang penuh dengan pohon tumbang atau batang dengan cabang mati yang gundul. Sekarang, 84 persen pohon kastanye di Amerika tetap kecil dan tidak bisa berbuah.
Pada satu titik, ada antara tiga dan lima miliar pohon kastanye Amerika. Saat ini, paling banyak ada 435 juta yang masih hidup. Organisasi seperti American Chestnut Foundation sedang bekerja untuk mengembangkan pohon kastanye baru yang tahan penyakit untuk memperkenalkan kembali dan membantu menghidupkan kembali populasi. Garis waktu? “Kita perlu waktu antara 150 hingga 200 tahun untuk membuat dampak ekologis dengan jutaan bibit di lanskap,” kata Fitzsimmons.
Sebelum hawar, pohon kastanye Amerika tidak hanya penting bagi ekosistem, tetapi juga bagi manusia dan cara hidup mereka. Ketika pohon kastanye berlimpah, petani dapat mengandalkan kacang mereka sebagai sumber nutrisi untuk babi atau kalkun mereka. Mereka juga sering mencari kacang untuk dimakan sebagai makanan mereka sendiri atau bahkan diperdagangkan. Kayu dari pohon terbukti kokoh untuk struktur bangunan, dan digunakan untuk sirap, balok dan lantai di rumah, serta untuk ikatan kereta api dan tiang telegraf atau telepon.
“Kayunya sangat tahan busuk, kami memiliki banyak kegunaan untuk itu. Ini sangat bagus dalam penyerapan karbon, yang penting saat ini dengan perubahan iklim. Ini adalah habitat yang sangat bagus untuk satwa liar. Dan orang-orang biasa memanen chestnut sepanjang tahun ini,” kata William Powell, direktur American Chestnut Research and Restoration Project di State University of New York College of Environmental Science and Forestry (SUNY-ESF).
chestnut matang. Foto oleh karnavalfoto, Shutterstock.
Dan, tentu saja, mereka bagus untuk dipanggang. “Anda mendengar lagu itu, 'chestnuts roasting [di] api terbuka,'” kata Powell, merujuk pada lagu Natal klasik yang ditulis pada tahun 1945 oleh Robert Wells dan Mel Tormé. “Itu chestnut Amerika. Jadi semuanya hilang.”
Jalan-jalan kota dulunya dipenuhi dengan gerobak yang menyajikan suguhan liburan yang manis dan lezat. Meskipun hubungan chestnut dengan liburan dapat ditelusuri ke Eropa abad keenam belas, chestnut yang tumbuh di Amerika Utara dikenal memiliki rasa yang lebih kaya, lebih manis dan sangat cocok sebagai makanan hangat selama bulan-bulan musim dingin. Itu semua berubah ketika hawar mengurangi jumlah kastanye Amerika menjadi hampir tidak ada. Sekarang, setiap pemanggangan kastanye di atas api terbuka kemungkinan besar merupakan hasil impor, karena AS bertanggung jawab atas kurang dari satu persen dari total produksi dunia tanaman tersebut.
Membiakkan Chestnut Amerika yang Lebih Baik
Meskipun kehilangan besar-besaran, pohon kastanye secara teknis tidak punah. Faktanya, mereka bahkan tidak termasuk dalam daftar yang terancam punah. Cendawan hawar tidak dapat menyerang sistem akar pohon karena adanya mikroorganisme di dalam tanah yang berfungsi sebagai pelindung. Ini menghasilkan kemampuan unik bagi pohon kastanye Amerika untuk bertahan hidup di akarnya.
Tetapi versi pohon kastanye saat ini tidak ada artinya dibandingkan dengan pohon-pohon tua yang menjulang tinggi, yang dulunya mencapai ketinggian 80 hingga 100 kaki dengan diameter batang yang tumbuh sekitar 10 kaki. "Masalahnya adalah 84 persen dari mereka hanya berdiameter satu inci setinggi dada," kata Fitzsimmons. “Dan tingginya hanya sekitar 15 kaki. Mereka tidak melayani jasa dan ekosistem yang seharusnya dilakukan oleh spesies tersebut. Jadi kami menyebutnya punah secara fungsional.”
Seorang pria dikerdilkan oleh kastanye Amerika besar yang masih hidup di Kentucky. Foto milik American Chestnut Foundation.
Dalam misinya untuk memulihkan kastanye Amerika dengan menciptakan pohon tahan penyakit, yayasan menggunakan sistem yang menggabungkan teknik pemuliaan dan bioteknologi. Salah satu metode yang digunakan oleh American Chestnut Foundation dikenal sebagai pemuliaan silang balik. Untuk metode ini, para ilmuwan memilih dan memindahkan karakteristik yang diinginkan dari satu varietas ke varietas lainnya. Tujuannya adalah untuk mengisolasi gen tahan hawar dari spesies lain dan memasukkannya ke dalam susunan genetik untuk pohon kastanye Amerika. Leila Pinchot, ahli ekologi penelitian untuk Dinas Kehutanan AS yang mengkhususkan diri dalam memperkenalkan kembali pohon kastanye ke dalam hutan, menjelaskan pembiakan silang balik sebagai “pendekatan untuk menggabungkan gen ketahanan dari kastanye Cina dengan kastanye Amerika karena yang kita inginkan adalah pohon yang terlihat bagus. dan bertingkah seperti orang Amerika.”
Pinchot menjelaskan bahwa metode ini, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian ahli genetika Jared Westbrook untuk American Chestnut Foundation, ternyata bukan solusi dalam kasus pohon kastanye. Tujuan dari pemuliaan silang balik adalah untuk mengisolasi dua atau tiga gen, tetapi dalam kasus kastanye, “ada begitu banyak gen untuk ketahanan dalam kastanye Cina, sehingga tidak mungkin untuk menggabungkannya dengan kastanye Amerika dan menghasilkan pohon. itu kebanyakan orang Amerika, tetapi masih menggabungkan gen untuk sistem dari Cina,” kata Pinchot. Meski begitu, pohon-pohon yang disilangkan memiliki toleransi penyakit yang lebih tinggi daripada pohon liar, dan masih ditanam di hutan untuk menambah populasi pohon untuk saat ini.
Membaca Gen Gandum
Pemuliaan silang balik bukan satu-satunya harapan pohon. Di laboratorium Powell di SUNY-ESF, dia baru-baru ini menggunakan rekayasa genetika untuk mengembangkan pohon tahan hawar dengan menggabungkan satu untai DNA gandum dengan DNA kastanye Amerika. Powell, yang telah mengerjakan proyek tersebut selama lebih dari 30 tahun, mengisolasi gen dari gandum, menargetkannya karena kemampuannya untuk mengatasi jamur hawar. “Hal yang menyenangkan tentang gen ini adalah ia melawan bagaimana jamur menyerang pohon,” katanya.
Powell menjelaskan bahwa ketika hawar menginfeksi pohon, ia mulai membuat asam dan enzim yang bekerja dalam asam tersebut. Asam utama yang dihasilkannya, yang dikenal sebagai asam oksalat, adalah racun yang membunuh sel-sel tumbuhan. Jamur kemudian memakan sel-sel mati itu, membentuk struktur yang disebut kanker yang akhirnya mengikat pohon dan membunuh segala sesuatu di atas titik infeksi. “Apa yang akan dilakukan gen [gandum] ini sebenarnya adalah membuat enzim yang mendetoksifikasi asam itu. Ini memecahnya menjadi hidrogen peroksida dan karbon dioksida, dua hal yang tetap digunakan pabrik,” kata Powell. "Jadi pada dasarnya kami mengambil senjata dari jamur." Pohon rekayasa genetika, atau transgenik, dikenal sebagai Darling 58 dan merupakan yang pertama dari jenisnya. Dan meskipun pohon-pohon baru masih dapat terinfeksi oleh penyakit hawar kastanye yang sama yang membunuh sepupu mereka lebih dari satu abad yang lalu—dan bahkan berpotensi sedikit rusak karenanya—pohon itu akan bertahan.
Menanam bibit transgenik di sebuah kebun di New York. Foto milik American Chestnut Foundation.
Karena status Darling 58 sebagai tanaman rekayasa genetika, langkah selanjutnya untuk memasukkan pohon ke hutan adalah proses regulasi yang ketat melalui USDA, EPA, dan FDA. SUNY-ESF memperkenalkan petisi ke USDA pada tahun 2020, berusaha untuk menderegulasi pohon untuk menanamnya di alam liar. Proses ini, Powell berharap akan selesai sekitar tahun 2023. Sementara itu, lebih dari 2.000 Darling ditanam di ladang yang diatur ketat, dilarang berbunga atau menyebarkan serbuk sari ke alam liar. Sementara mereka menunggu peraturan yang diperlukan untuk menanam pohon di hutan, lab Powell dan American Chestnut Foundation sedang bekerja melintasi pohon Darling dengan DNA kastanye liar, berharap dapat menciptakan pohon yang lebih kuat yang akan tumbuh di seluruh negeri.
Dengan cara ini, bahkan dengan statusnya yang punah secara fungsional, pohon kastanye liar sangat penting untuk proses pemulihan kastanye Amerika. Pohon-pohon liar, menonjol di seluruh wilayah dengan iklim yang sangat berbeda—terbentang dari Georgia hingga Kanada selatan—memiliki keragaman adaptif yang memungkinkan mereka berkembang dalam ekosistemnya. “Sayang 58 adalah tiruan. Kami tidak dapat memulihkan kastanye Amerika atau spesies apa pun dengan klon,” kata Fitzsimmons. “Pohon itu tidak akan bisa bertahan di semua jenis lingkungan. Katakanlah saya mengambil pohon kastanye dari Alabama, dan saya mencoba menanamnya di Maine, setidaknya pada saat ini, pohon itu tidak akan bertahan.” Tanpa toleransi dingin yang adaptif, pohon kastanye tidak akan hidup di daerah yang dingin. Melintasi pohon Darling 58 dengan pohon kastanye liar memungkinkan keanekaragaman spesies perlu diremajakan secara nasional.
Yayasan ini bergantung pada individu yang bersemangat, atau ilmuwan warga untuk menemukan bahan kastanye Amerika liar yang dapat mereka gunakan dalam program pemuliaan dan biotek.
Dan untuk langkah selanjutnya dalam proses restorasi, ketika saatnya tiba untuk mulai memasukkan pohon tahan penyakit busuk ke dalam hutan Amerika, prosesnya tidak akan lebih mudah daripada mengembangkan pohon baru. Pinchot mencatat potensi tantangan ekologi dalam langkah selanjutnya dalam merevitalisasi spesies. “Kita perlu tahu berapa banyak cahaya yang dibutuhkan pohon untuk tumbuh, dan jenis perawatan apa yang tepat untuk kastanye untuk mendorong pertumbuhannya tanpa, sekali lagi, memberikan keunggulan kompetitif bagi spesies lain. Di situlah minat penelitian saya berada, ”katanya. Tantangan logistik seperti menanam cukup banyak bibit di pembibitan dan kemudian berhasil memindahkannya ke hutan juga menjadi perhatian utama. Seperti halnya para sukarelawan boot-on-the-ground, yang akan menjadi bagian integral dalam menanam puluhan juta pohon.
“Ini akan memakan banyak orang, banyak uang, banyak energi, banyak waktu. Anda tahu, dengan pohon, alam melakukannya jauh lebih baik. Tetapi alam tidak dapat melakukan ini sendiri, dan kami harus memberinya banyak bantuan, ”kata Fitzsimmons. “Sungguh puitis bahwa saya membantu mengerjakan proyek yang dimulai oleh nenek moyang saya 100 tahun yang lalu dan itu akan membutuhkan waktu 100 tahun lagi bagi keturunan saya untuk menyelesaikannya. Saya pikir ada sesuatu yang sangat keren tentang itu.”
