Kekurangan Nutrisi Bikin Tanaman Rye Kurangi Pencampuran Gen

KEKURANGAN nutrisi ternyata dapat memperlambat proses pencampuran gen dalam tanaman gandum rye (Secale cereale). Temuan ini diungkap tim ilmuwan Jerman dari Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research yang menganalisis lebih dari 3.000 inti serbuk sari tanaman tersebut.

Penelitian yang dipimpin ahli genetika tanaman, Steven Dreissig, menunjukkan stres lingkungan, khususnya kekurangan unsur hara, dapat memengaruhi cara tanaman mencampur gen selama pembentukan serbuk sari. Proses ini, yang dikenal sebagai recombination atau pertukaran DNA antara kromosom, merupakan kunci dalam menciptakan variasi genetik baru pada tanaman.

Rye di Lahan Miskin Nutrisi

Eksperimen dilakukan di lahan bersejarah “Eternal Rye” di Halle, Jerman, yang telah ditanami gandum rye sejak 1878 dengan kondisi tanah berbeda: sebagian diberi pupuk penuh, sebagian lagi tetap miskin nutrisi.

Hasilnya menunjukkan bahwa tanaman rye yang tumbuh di tanah miskin nutrisi memiliki lebih sedikit titik pertukaran DNA (crossover) dalam serbuk sarinya. Meski pola umum di kromosom tetap sama, aktivitas rendah di bagian tengah dan tinggi di ujung, frekuensi pencampuran gen secara keseluruhan menurun.

Menariknya, varietas rye lama dan liar lebih sensitif terhadap stres dibanding varietas modern. Hal ini menunjukkan bahwa proses pemuliaan tanaman modern telah memengaruhi cara tanaman bereaksi terhadap tekanan lingkungan.

Tidak Ada “Tombol Utama” dalam Rekombinasi Gen

Tim peneliti menemukan bahwa laju rekombinasi tidak dikontrol satu gen tunggal, melainkan oleh banyak wilayah DNA kecil yang bekerja bersama. Mereka mengidentifikasi lebih dari 40 alel yang berperan, termasuk gen MUS81 dan SHOC1 yang diketahui terlibat dalam proses pertukaran DNA pada tanaman lain.

“Dalam penelitian kami, kami menunjukkan bahwa tingkat rekombinasi tidak dikendalikan oleh satu saklar utama, melainkan oleh banyak wilayah genetik kecil yang bekerja secara bersamaan,” ujar Dreissig.

Dampak bagi Evolusi dan Pemuliaan Tanaman

Penurunan pertukaran DNA di bawah tekanan nutrisi bisa menjadi mekanisme alami bagi tanaman untuk mempertahankan kombinasi gen yang sudah ada, alih-alih menciptakan variasi baru. Dalam jangka panjang, hal ini bisa membantu tanaman bertahan di lingkungan miskin nutrisi, namun juga membatasi potensi adaptasi terhadap perubahan iklim.

Temuan ini penting bagi program pemuliaan tanaman tahan stres, karena membuka peluang untuk memilih gen yang menjaga kestabilan rekombinasi meskipun dalam kondisi sulit seperti kekurangan pupuk atau kekeringan.

Dengan memanfaatkan teknologi analisis inti serbuk sari tunggal (single-pollen-nuclei genotyping), para ilmuwan kini memiliki cara baru untuk mengamati langsung bagaimana gen tanaman bereaksi terhadap tekanan lingkungan tanpa harus menunggu generasi berikutnya tumbuh.

Penelitian ini menegaskan bahkan di tingkat mikroskopis, lingkungan memainkan peran besar dalam mengarahkan evolusi genetik tanaman pangan dunia. (Earth/Z-2)