Bagaimana keragaman genom tanaman utama menceritakan kisah evolusinya dalam berita kopi harian beragampengetahuan – Beragampengetahuan

Pada 27 Maret 2024, sebuah penelitian dipublikasikan di jurnal ilmiah Alam mengumumkan bahwa genom tebu akhirnya telah dipecahkan. Ini merupakan pencapaian luar biasa mengingat kompleksitas genom tebu. Kasus padi, yang merupakan genom tanaman pertama yang diurutkan lebih dari 20 tahun yang lalu, bersifat “sederhana:” 12 kromosom, masing-masing memiliki dua salinan identik, sehingga menghasilkan total 400 juta pasangan basa (Mb) (pasangan basa nitrogen terletak pada dua kromosom) . untai DNA komplementer).

Tebu jauh lebih kompleks: Tebu adalah tanaman poliploid, mengandung lebih banyak salinan setiap kromosom dibandingkan tanaman biasa. Ia memiliki kromosom 10 kali lebih banyak daripada beras, setiap kromosom lebih panjang, sehingga menghasilkan genom berukuran 20 kali lipat. Untuk memecahkan kode tersebut, tim peneliti CIRAD mendapatkan ide untuk menggunakan sorgum sebagai model, karena sorgum merupakan kerabat dekat dalam famili yang sama (Graminaceae atau rumput) dengan genom redundansi yang jauh lebih sedikit.

Tapi mengapa repot-repot mempelajari genom tanaman dan varietasnya yang berbeda? Faktanya, keanekaragaman yang dikandungnya menunjukkan bagaimana mereka berevolusi, karena para petani memilihnya di lingkungan yang berbeda dan untuk tujuan yang berbeda. Misalnya saja, padi telah berevolusi melalui mutasi dan hibridisasi alami antara berbagai bentuk yang terjadi di seluruh Himalaya, yang dipilih setiap tahun selama proses domestikasi yang dimulai 10.000 tahun yang lalu. Hal ini menghasilkan jumlah varietas yang cukup untuk menjamin produksi di berbagai lingkungan.

Tebu, pada bagiannya, berasal dari pulau-pulau di Asia Tenggara. Ini adalah hasil percampuran genetik yang lebih luas, penggabungan beberapa spesies terkait. Hal ini memungkinkannya menggabungkan ketahanan terhadap berbagai penyakit dan vitalitas tanaman yang tak tertandingi, menjadikannya tanaman penghasil biomassa paling efisien. Tanaman ini sangat toleran terhadap percampuran genetik sehingga semua jenis hibrida dapat diciptakan, bahkan hibrida, dengan menggabungkan spesies tanaman yang berbeda.

Memahami bagaimana tanaman beradaptasi di masa lalu membantu merencanakan dan mempercepat adaptasi tanaman di masa depan.

Empat puluh tahun penelitian genom tanaman

Alasan inilah yang mendorong CIRAD mendirikan laboratorium untuk menganalisis genom spesies tropis pada tahun 1986. Laboratorium ini kemudian menjadi régional de genotypage (kawasan platform genotipe regional). Kelompoknya membuat peta genetik pertama, dan kemudian, berkat struktur genotipe nasional, khususnya Génoscope, dan berkat berbagai kolaborasi internasional, mereka menjadi berita di tahun 2010 dengan menempatkan beberapa tanaman tropis di antara model biologis teratas – kakao, pisang dan jeruk misalnya.

Daftarnya bertambah panjang dalam beberapa tahun terakhir, dengan kopi Arabika, vanila, dan tentu saja tebu. Kemajuan saat ini sedang dicapai pada kelapa, karet, kelapa sawit, ubi, kacang tanah dan sorgum, serta fonio, yang memperluas jangkauan genom tanaman asli.

Untuk tanaman yang kultivarnya mudah dihibridisasi, hal ini memungkinkan untuk mengidentifikasi secara tepat rangkaian yang terkait dengan sifat-sifat agronomi penting – baik di lapangan atau dalam kaitannya dengan pengolahan dan konsumsi. Langkah selanjutnya adalah memprioritaskan mereka dalam campuran yang dibuat oleh para pemulia – mereka yang menciptakan varietas baru – sebelum menyortir keturunannya dalam kondisi pertumbuhan.

Untuk spesies lain, pencampuran membutuhkan waktu lebih lama dan lebih acak. Terkadang hal ini ditekankan oleh kombinasi yang luar biasa dan hampir ajaib. Para ilmuwan telah mampu menyoroti hibrida menakjubkan yang telah diidentifikasi oleh manusia yang penuh perhatian: pisang pencuci mulut, pisang raja, jeruk, lemon, jeruk bali, jeruk nipis, dan kopi arabika.

Kakao, yang dipopulerkan lebih dari 5.000 tahun yang lalu

Dengan mengambil contoh kakao, telah dibuktikan bahwa keanekaragaman genomnya dapat dipelajari berdasarkan genom modern dan DNA purba yang ditemukan dalam pecahan tembikar pra-Columbus.

Kakao berasal dari Amazon dan disebarkan oleh manusia sejak awal, mungkin lebih dari 5.000 tahun yang lalu, hingga ke Pantai Pasifik dan Amerika Tengah. Banyak percampuran yang terjadi antara populasi dengan asal genetik yang sangat jauh, sehingga memungkinkan kakao beradaptasi dengan lingkungan baru tersebut.

Bagi penggemar coklat, campuran tersebut juga memungkinkan pengembangan sifat aromatik baru, seperti yang sekarang ditemukan pada biji coklat yang diproduksi oleh varietas Criollo dan Nacional.

Pisang dan jeruk, buah hibridisasi

Sedangkan untuk pisang, hasil genetik menunjukkan bahwa domestikasinya dimulai di wilayah New Guinea, berdasarkan persilangan antara kelompok Bankii, schizocarpa dan mungkin kelompok zebra dari spesies ini. Musa akuminata.

Varietas awal ini kemudian diangkut ke berbagai wilayah di Asia Tenggara dan dihibridisasi dengan subspesies lokal lain dari genus tersebut. Musamengarah pada diversifikasi dan penciptaan varietas berbeda yang kita kenal sekarang, yang melibatkan hingga tujuh kontributor leluhur.

Sedangkan untuk spesies jeruk, keragaman genomnya menunjukkan bahwa sebagian besar spesies yang ditanam di zaman modern adalah hasil dari empat spesies pendiri. Misalnya: jeruk nipis (Jeruk latifolia) merupakan hasil hibridisasi alami antara lemon dan jeruk nipis Mediterania, dan berkerabat dengan empat spesies nenek moyang.

Genomik telah menjelaskan bagaimana sel reproduksi (gamet) diproduksi dalam konteks genom yang kompleks dan dapat membantu membuka jalan bagi pembiakan batang bawah yang tahan penyakit.

Kopi Adaptogenik

Terakhir, kopi Arabika juga merupakan hasil hibridisasi yang paling tidak mungkin terjadi. Ini menggabungkan genom dari dua spesies berbeda (kopi canephora Dan C.eugenioides), tapi ini hanya terjadi sekali.

Hibrida baru ini muncul sekitar 500.000 tahun yang lalu di Ethiopia, dan orang-orang Arab mengadopsinya untuk produksi kopi pada abad ke-14 atau setelahnya. Ia menawarkan banyak khasiat karena keanekaragaman masing-masing tumbuhan, tetapi semua tumbuhan yang diturunkan darinya hampir identik.

Sejak saat itu, adaptasi lanjutan, mencari peristiwa langka lainnya yang dapat memperluas keragaman tersebut melalui invasi dari sumber lain, menjadi prioritas. Perhatian kini terfokus pada bentuk-bentuk lokal di Ethiopia dan Yaman.

Sumber daya berharga untuk perbaikan genetik

Semua peristiwa yang tidak terduga dan spesifik pada setiap tanaman ini sangat bermanfaat namun sangat sulit untuk direproduksi. Tidak mungkin mengeksplorasi variasi yang menciptakan dan mempertahankan keragaman yang diperlukan untuk adaptasi sampai kita memahami semua detailnya. Bentuk-bentuk tertentu, beberapa sangat langka, merupakan sumber karakter unik yang bisa menjadi sangat penting di masa depan.

CIRAD, bekerja sama dengan INRAE ​​​​dan IRD dan bekerja sama dengan jaringan penelitian internasional dan lembaga swasta, melestarikan dan memelihara koleksi sumber daya genetik, dalam bentuk benih, sel terliofilisasi atau pohon utuh, di Montpellier, Corsica, Guadeloupe, Guyana Perancis dan Reuni.

Kegiatan ini mahal namun merupakan investasi yang diperlukan untuk masa depan. Dengan memobilisasi keragaman yang ada, bekerja sama dengan pemain lain – mulai dari petani hingga pusat penelitian – kami mempersiapkan varietas untuk masa depan.

Keanekaragaman genetik, yang merupakan faktor kunci dalam tindakan di masa depan, telah menjadi isu global. Jika kita mengetahui cara mengungkap rangkaian tertentu yang memberikan potensi biologis, kita dapat memanipulasi transmisinya ke keturunannya. Bahkan dimungkinkan untuk menulis ulang mereka melalui penyuntingan genom, untuk mentransfer karakteristik biologis yang diinginkan ke ras yang ada tanpa harus melakukan perkawinan silang.

Asalkan ada pengetahuan bioteknologi, metode perbaikan genetik ini tampaknya tidak terbatas, terutama dengan memfasilitasi pencampuran. Akibatnya, isu seputar pilihan sosial dan kekayaan intelektual kini muncul di bidang pengetahuan yang saat ini menjadi bahan kontroversi besar.

Menyebarkan pengetahuan

Yang pertama dan terpenting, eksplorasi keanekaragaman genom ini adalah sebagai respons terhadap tantangan lingkungan akibat perubahan iklim, yang memerlukan percepatan kegiatan untuk mengadaptasi tanaman pada konteks tertentu – wilayah pertumbuhan yang berbeda, kontras, dan berubah dengan cepat – melalui interaksi yang erat dengan produsen.

Namun, hal ini juga memecahkan masalah sosial: Penting untuk memastikan akses terhadap informasi, memungkinkan masyarakat untuk menyerapnya, menyesuaikan tanaman mereka dan terus memberi makan diri mereka sendiri dengan cara yang berkelanjutan. Oleh karena itu, kami berupaya memperluas akses terhadap data dan alat analisis menggunakan platform bioinformatika yang berisi database genom spesifik tanaman. Dan kami membantu membangun keahlian yang lebih adil dengan memberikan pelatihan tentang alat genomik komparatif dan fungsional serta penggunaannya kepada ilmuwan junior di Perancis dan mitra kami.

Catatan:

• Daily Coffee News tidak berpartisipasi dalam konten bersponsor apa pun. Segala pernyataan atau pendapat yang diungkapkan adalah milik penulis dan tidak mencerminkan pandangan Daily Coffee News atau manajemennya.
• Artikel ini diterbitkan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons – Atribusi/NoDerivatives. Baca teks aslinya di sini.
• Cirad memberikan pendanaan sebagai anggota The Conversation FR.
• Pernyataan pengungkapan: Jean Christophe Glaszmann telah menerima dana dari ANR, Uni Eropa dan CGIAR. Claire Billot telah menerima dana dari ANR (Prancis), Uni Eropa, CGIAR dan CORAF (Afrika). Claire Lanaud telah menerima dana dari Badan Penelitian Nasional Perancis (ANR), Agropolis Foundation, MUSE (Montpellier University of Excellence) dan produsen coklat swasta seperti Valrhona, yang peduli terhadap keragaman sumber daya genetik kakao.