Krisis Pangan Akibat Iklim, Genetika Tanaman Buatan Jadi Solusinya

Afkar Aristoteles Mukhaer - Jumat, 12 Agustus 2022 | 15:00 WIB

AP Photo/David Goldman

Krisis iklim membuat manusia berada di krisis pangan. Penelitian terbaru menawarkan sirkuit genetika sintetis tanaman agar bisa beradaptasi.

Nationalgeographic.co.id—Krisis iklim yang kita hadapi membuat produksi pangan global makin terancam. Bencana seperti banjir, kekeringan, dan gelombang panas yang ekstrem menjadi penghambat tanaman. Tak sedikit para petani rugi besar karena gagal panen yang disebabkan bencana-bencana itu.

Para ilmuwan pun harus mengakali bagaimana tanaman bisa mampu beradaptasi dengan krisis iklim. Penelitian terbaru membuka cara dengan membuat sirkuit genetika sintetis, sebelum pada akhirnya umat manusia diambang kelaparan global.

"Sirkuit genetik sintetis kami akan memungkinkan kita untuk membangun sistem akar yang sangat spesifik atau struktur daun yang spesifik untuk melihat apa yang optimal untuk kondisi lingkungan yang menantang yang kita tahu akan datang," kata Jennifer Brophy, penulis utama makalah yang merupakan asisten profesor bioteknologi di Stanford University, AS.

"Kami membuat rekayasa tanaman jauh lebih cepat," lanjutnya, dikutip dari laman kabar Stanford University. Dia dan rekan-rekannya melaporkan penelitiannya di jurnal Science, 11 Agustus 2022. Makalah itu bertajuk Synthetic genetic circuits as a means of reprogramming plant roots.

Borphy dan tim merancang cara agar tanaman bisa tumbuh lebih efisien dan efektif. Rancangan itu dilakukan lewat serangkaian sirkuit genetik sintetis untuk mengontrol keputusan yang dibuat oleh berbagai jenis sel tumbuhan.

Cara ini membuat rancangan tanaman jadi lebih mampu mengumpulkan air dan nutrisi dari tanah. Hal ini menyediakan kerangka kerja tumbuhan untuk dirancang, diuji, dan sirkuit genetika sintetisnya ditingkatkan untuk diterapkan pada tanaman lainnya.

Para peneliti menjelaskan, varietas tanaman yang dimodifikasi secara genetik saat ini menggunakan sistem yang relatif sederhana dan tidak tepat. Akibatnya, semua sel tamanan itu mengekspresikan gen diperlukan untuk mencegah gangguan seperti hama.

“Kami memiliki varietas tanaman modern yang telah kehilangan kemampuannya untuk merespons di mana nutrisi tanah berada,” kata salah satu penulis makalah José Dinneny, profesor biologi di School of Humanities and Sciences, Stanford University.

Dengan membuat DNA sintetis, para peneliti bisa mencapai kontrol skala halus untuk perilaku tanaman. Pada dasarnya, jelas mereka, seperti kode komputer dengan gerbang logika yang memandu proses pengambilan keputusan.

Jennifer Brophy/Stanford University

Sirkuit genetik sintetik yang dirancang untuk memperbaiki ekspresi gen di akar tanaman dapat digunakan untuk mengubah cara mereka tumbuh.

Gerbang logika itu kemudian menentukan jenis sel mana yang mengekspresikan gen tertentu. Lewat cara ini, jumlah cabang dan sistem akar bisa disesuaikan tanpa mengubah tanaman itu sendiri.

Tingkat kedalaman dan bentuk sistem akar tanaman punya pengaruh untuk menarik sumber daya yang berbeda dari tanah secara efisien. Sistem akar yang dangkal dengan banyak cabang, bisa menyerap fosfor lebih baik, sedangkan yang lebih dalam dan bercabang di bagian bawah bisa mengumpulkan air dan nitrogen.

“Jenis gerbang logika yang sama yang mengontrol percabangan akar dapat digunakan untuk, katakanlah, membuat sirkuit yang memperhitungkan konsentrasi nitrogen dan fosfor di dalam tanah, dan kemudian menghasilkan output yang optimal untuk kondisi tersebut," lanjut Dinneny.

Brophy telah merancang lebih dari 1.000 sirkuit potensial untuk dapat memanipulasi ekspresi gen pada tanaman. Dia mengujinya pada daun tanaman tembakau, mengetahui apakah bisa membuat sel-sel daun membuat protein yang bercahaya di gelap seperti ubur-ubur.

Di antara yang diuji, ada 188 desain yang berhasil, kemudian diunggah ke penyimpanan data DNA sintetis untuk ilmuwan lain mengembangkan.

Pada penelitian ini, mereka menggunakan salah satu sirkuit membuat gerbang logika yang akan memodifikasi ekspresi gen perkembangan tertentu pada jenis sel akar Arabidopsis thaliana. Memang, tanaman ini adalah adalah sampel yang tepat untuk studi terkait tanaman.

Dengan menggunakan sirkuti genetik sintetis seperti ini, para peneliti dapat menumbuhkan dan menguji berbagai desain akar supaya menciptakan tanaman yang paling efisien untuk keadaan berbeda. Bisa juga, di masa depan, tanaman seperti punya kemampuan untuk mengoptimalkan diri, meski lingkungannya sulit.

Kini, Brophy dan rekan-rekannya menyelidiki kemungkinan menggunakan sirkuit genetik untuk manipulasi struktur akar sorgum. Jika berhasil, tanaman yang biasanya dapat disuling menjadi biofuel, dapat membantu menyerap air ketika berfotosintesis dengan lebih efisien.

“Perubahan iklim mengubah kondisi pertanian tempat kami menanam tanaman yang kami andalkan untuk makanan, bahan bakar, serat, dan bahan baku obat-obatan,” kata Brophy.

“Jika kami tidak dapat memproduksi tanaman tersebut dalam skala besar, kami akan menghadapi banyak masalah. Pekerjaan ini untuk membantu memastikan bahwa kami akan memiliki varietas tanaman yang dapat kami tanam, bahkan jika kondisi lingkungan tempat kami menanamnya menjadi kurang menguntungkan.”