Dalam dua publikasi, ahli biologi Utrecht dan rekan internasional menggambarkan proses yang digunakan oleh tanaman untuk beradaptasi dengan kehangatan. Penemuan ini memberikan wawasan tentang bagaimana tanaman berfungsi secara optimal di bawah suhu tinggi yang tidak optimal. Ini juga dapat memberikan batu loncatan untuk mengendalikan pertumbuhan tanaman dan membuatnya lebih tahan terhadap pemanasan global. Para peneliti mempublikasikan hasil mereka di The Plant Journal dan Nature Communications.
Beruang kutub di padang pasir
Namun banyak spesies tanaman telah mengembangkan cara untuk mengatasi suhu yang lebih tinggi. “Tidak seperti hewan, banyak tumbuhan dapat menyesuaikan bentuk tubuhnya sebagai respons terhadap kehangatan dan faktor lingkungan lainnya,” kata peneliti Martijn van Zanten, yang berafiliasi dengan Universitas Utrecht dan berkontribusi pada kedua publikasi tersebut. “Hewan adalah cerita yang sangat berbeda. Sederhananya, jika Anda menempatkan beruang kutub di padang pasir, ia akan tetap terlihat seperti beruang kutub dengan mantel bulu yang tebal. Tetapi jika tanaman tumbuh dalam kondisi yang lebih hangat, ia akan menyesuaikan bentuk tubuhnya. Dengan cara ini, pabrik mencoba berfungsi secara optimal di bawah kondisi yang kurang menguntungkan ini.”
Dari bentuk tanaman kompak hingga terbuka
Banyak spesies tanaman dapat menyesuaikan bentuk batang dan daunnya agar lebih tahan terhadap suhu tinggi. Hal ini juga berlaku untuk selada thale (Arabidopsis thaliana), yang dianggap oleh banyak ahli biologi tanaman sebagai model tanaman favorit mereka. Dalam kondisi dingin, tanaman ini kompak dan daunnya dekat dengan tanah. Ketika suhu naik, mereka mengambil posisi yang lebih terbuka. Daun, misalnya, menjadi lebih tegak. Ini sangat mengurangi radiasi langsung dari matahari. Selain itu, tangkai daun akan meregang, memungkinkan lebih banyak angin melewati daun dan menghilangkan panas.
Peregangan yang diinginkan dan tidak diinginkan
Namun dalam tanaman dan bunga (potong), peregangan semacam ini sering tidak diinginkan. Petani ingin mengontrol perubahan ini karena peregangan dapat menghambat kualitas produk. “Tetapi pada saat yang sama, adaptasi diperlukan untuk membuat tanaman lebih tahan terhadap suhu yang lebih tinggi akibat perubahan iklim. Itu diperlukan untuk mempertahankan produksi dalam jangka panjang,” kata Van Zanten.
Membuat tanaman lebih toleran terhadap iklim
“Banyak tanaman budidaya telah kehilangan kemampuan untuk merespon dengan baik terhadap suhu yang lebih tinggi,” kata Van Zanten. “Di berbagai tanaman, itu menghilang selama proses domestikasi dan pemuliaan karena pemulia terutama berfokus pada sifat-sifat lain.”
Dengan perubahan iklim yang menaikkan suhu, Van Zanten mengatakan ada kebutuhan yang meningkat untuk membuat tanaman lebih toleran terhadap iklim. “Ini membutuhkan pengetahuan tentang bagaimana tanaman mengatasi suhu yang lebih tinggi. Bagaimana mereka mengubah sinyal suhu yang mereka terima menjadi adaptasi pertumbuhan? Meneliti mekanisme molekuler dimana tanaman beradaptasi dengan suhu suboptimal, memungkinkan alat untuk menyesuaikan arsitektur tanaman melalui pemuliaan.”
Mekanisme molekuler mengaktifkan postur panas
Tanaman selada thale yang tidak lagi beradaptasi dengan suhu yang lebih tinggi muncul dapat memperoleh kembali kemampuan itu ketika terkena bahan kimia tertentu. Hal ini ditemukan oleh tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Van Zanten. Tim menguji sejumlah besar zat pada mutan thale cress yang tidak lagi beradaptasi dengan suhu tinggi. Mereka menemukan molekul yang dapat 'menyalakan' adaptasi terhadap suhu tinggi pada tanaman muda, bahkan pada suhu rendah.
Para peneliti menyebut senyawa ini 'Heatin'. Dengan memodifikasi molekul secara kimia dan kemudian mempelajari protein mana yang dapat berikatan dengan pemanasan, mereka menemukan sekelompok protein yang disebut nitrilase. Subkelompok yang diidentifikasi diketahui hanya terjadi pada kubis dan spesies terkait, termasuk selada thale.
Bersama dengan perusahaan pemuliaan tanaman, para ahli biologi menemukan bahwa memang spesies kubis merespons pemanasan. Mereka juga menemukan bahwa nitrilase diperlukan untuk adaptasi terhadap suhu tinggi, mungkin karena mereka memungkinkan produksi hormon pertumbuhan auksin yang terkenal. Para peneliti mempublikasikan penemuan ini di The Plant Journal.
Jalur baru untuk adaptasi suhu tinggi
Publikasi hasil Heatin bertepatan dengan publikasi lain, hari ini di Nature Communications. Penelitian itu dipimpin oleh para ilmuwan di institut VIB di Belgia, dengan Van Zanten juga terlibat. Tim menemukan protein yang sebelumnya tidak terdeskripsikan yang mengatur cara tanaman beradaptasi dengan lingkungan yang lebih hangat. Protein tersebut diberi nama MAP4K4/TOT3, dengan TOT berarti Target Suhu.
Hebatnya, proses yang digerakkan oleh TOT3 sebagian besar tidak tergantung pada semua jalur pensinyalan lain yang sejauh ini telah dikaitkan oleh para ahli biologi dengan adaptasi kehangatan pada tanaman. Selain itu, adaptasi TOT3 tampaknya tidak bergantung pada jumlah dan komposisi cahaya yang menyinari tanaman.
Van Zanten: “Ada banyak tumpang tindih dalam mekanisme molekuler di mana tanaman menyesuaikan pertumbuhan dengan perubahan komposisi cahaya dan suhu tinggi. Dengan TOT3, kami sekarang memiliki faktor yang dapat digunakan untuk mengontrol pertumbuhan di bawah suhu tinggi, tanpa mengganggu cara tanaman menangani cahaya.”
Aplikasi luas
“Apa yang membuatnya lebih menarik,” kata Van Zanten, “adalah bahwa TOT3 memainkan peran yang sama dalam adaptasi pertumbuhan di bawah suhu tinggi di selada thale dan gandum. Kedua spesies tersebut secara genetik cukup terpisah satu sama lain. Jadi itu menawarkan potensi besar untuk aplikasi yang luas.”
Alternatif untuk penghambat pertumbuhan
Pada akhirnya, penemuan TOT3 dan peran nitrilase dapat membantu untuk terus menumbuhkan tanaman yang cukup, bahkan ketika suhu naik karena perubahan iklim. Penemuan tersebut juga menawarkan peluang untuk mengembangkan alternatif bahan kimia yang kini sering digunakan untuk menghambat pertumbuhan tanaman. Sebagai contoh, Van Zanten menyebutkan bunga potong, yang merespon sangat kuat terhadap fluktuasi suhu. Dalam florikultura, oleh karena itu, banyak penghambat pertumbuhan digunakan untuk menjaga tanaman tetap bagus dan kompak.
“Saat Anda membeli tulip, misalnya, mereka masih memiliki batang pendek yang bagus,” kata Van Zanten. “Tetapi setelah beberapa hari di rumah Anda, mereka mulai menggantung di tepi vas. Suhu dalam ruangan yang lebih tinggi menyebabkan tanaman meregang, akhirnya membuat mereka lemas dan bengkok. Kami berharap bahwa pengetahuan baru akan berkontribusi pada pemilihan varietas bunga baru yang tidak terlalu meregang di bawah suhu tinggi. Dengan cara ini, kita dapat mengurangi penggunaan penghambat pertumbuhan yang berbahaya.”
Untuk informasi lebih lanjut:
Universitas Utrecht
www.uu.nl