Peneliti Penn State Sally Mackenzie tidak benar-benar bermaksud menakut-nakuti kedelai. Tapi itulah yang dia lakukan saat membungkam gen MSH1 tanaman. Meskipun tanaman tumbuh dalam kondisi sempurna, mereka tiba-tiba merasakan bahwa mereka menghadapi berbagai tekanan sekaligus – kekeringan, dingin dan panas yang ekstrim, tingkat cahaya yang tinggi dan banyak lagi. Tumbuhan bereaksi dengan memperkuat respons gen untuk mengatasi tekanan. Kemudian, ketika Mackenzie menyilangkan tanaman tersebut dengan stok asli, keturunannya “mengingat” stres tanaman induk dan tumbuh lebih kuat, tangguh, dan produktif. Penemuan ini memiliki implikasi penting untuk membiakkan tanaman yang disiapkan untuk iklim ekstrem.
Satu Dekade dalam Pembuatan
Mackenzie baru menemukan gen MSH1 sekitar satu dekade lalu. Itu adalah sesuatu yang dimiliki semua tanaman, tetapi pada saat itu, dia tidak menyadari pentingnya hal itu.
"Baru-baru ini, secara kebetulan, kami menemukan bahwa setelah kami mengganti gen MSH1, tanaman memiliki 'memori' stres itu - dan yang saya maksud dengan memori adalah fitur pertumbuhannya sangat berbeda dari tanaman yang kami mulai," katanya. “Dan itu akan mengingat stres dari generasi ke generasi, selama kita tidak membuat persilangan dan mempertahankannya dalam garis keturunan yang sama.”
Tanaman yang “mendeteksi” stres setelah gen MSH1 dibungkam dapat menyesuaikan pertumbuhannya dan mengubah konfigurasi akar, membatasi biomassa di atas tanah, menunda waktu pembungaan, dan mengubah responsnya terhadap rangsangan lingkungan. Tanggapan tersebut "diingat", lapor para peneliti, dan diwariskan dalam pembiakan selektif selama beberapa generasi.
Sebagai bagian dari penelitian terbaru mereka, tanaman yang berasal dari persilangan dengan tanaman kedelai "memori" ditanam dalam skala besar dalam empat kondisi lapangan berbeda di empat lokasi yang terpisah jauh di Nebraska. Mereka lebih kuat, hasil lebih tinggi dan lebih baik beradaptasi dengan lingkungan mereka daripada tanaman kedelai biasa.
“Artinya,” kata Mackenzie, “adalah kita dapat mengambil varietas tanaman terbaik kita dan mungkin mendapatkan lebih banyak darinya dan membuatnya lebih tangguh dengan manipulasi yang cukup mudah,” katanya. “Kami melihat peningkatan yang signifikan dalam kinerja hasil dan pertumbuhan, yang tidak terduga karena kami tidak memperkenalkan gen baru. Kami baru saja mengubah cara mereka diekspresikan. Dan tiba-tiba, kami mengalami peningkatan hasil kedelai sebesar 13-14 persen.”
Mackenzie menyarankan bahwa semua tanaman memiliki kapasitas ini, dan bahwa "kondisi yang kami gambarkan kemungkinan besar menjadi bagian penting dari bagaimana tanaman mentransmisikan memori lingkungannya ke prasyarat keturunan." Timnya memilih untuk bekerja dengan kedelai karena merupakan legum yang paling banyak ditanam di dunia, dan kedua setelah rumput dalam hal kepentingan ekonomi. Tapi mereka juga sudah mulai bekerja dengan tanaman lain.
Mengapa kami peduli?
Pekerjaan ini memiliki implikasi yang signifikan untuk pemuliaan tanaman. Tidak seperti Organisme yang Dimodifikasi Secara Genetik, materi genetik baru tidak dimasukkan ke dalam tanaman. Sebaliknya, teknik ini bersifat "epigenetik" yang melibatkan ekspresi gen yang ada.
Ini juga memiliki implikasi yang signifikan terhadap kemampuan kita menanam makanan di iklim yang mungkin menjadi lebih keras di masa depan. Kita mungkin dapat membiakkan lebih banyak rumput, biji-bijian, dan kacang-kacangan yang toleran terhadap panas dan kekeringan. Faktanya, Mackenzie telah melakukan penelitian ini dalam upaya meningkatkan ketahanan pangan di seluruh planet ini.
Di tempat-tempat seperti Suriah dan Lebanon yang sangat terpukul oleh perubahan iklim dan perang sehingga mereka tidak dapat menghasilkan makanan sendiri, ini akan menjadi sangat penting, katanya.
“Jika Anda mulai menjumlahkan negara-negara yang benar-benar tidak aman pangan, itu menakutkan,” kata Mackenzie. “Karena jika mereka tidak bisa memberi makan rakyatnya sendiri, siapa yang akan melakukannya? Tidak masuk akal untuk berpikir bahwa kita dapat meningkatkan produksi pangan kita di benua ini untuk mengelola semua itu. Dengan satu atau lain cara, kita harus menemukan cara untuk menghasilkan makanan di lingkungan yang bandel dan sulit itu.”
Pantau terus! Saya akan mencari contoh penggunaan teknik ini untuk kepentingan penggembala di masa mendatang.
Kisah ini diambil dari dua siaran pers Penn State: Tanaman mewariskan 'memori' stres ke keturunan tertentu, membuat mereka lebih tangguh t dan Kedelai 'Menakut-nakuti' ke mode defensif menghasilkan tanaman yang lebih baik satu generasi kemudian.
