Apa yang terjadi di bawah tanah di ladang jagung mudah untuk diabaikan, tetapi arsitektur akar jagung dapat memainkan peran penting dalam perolehan air dan nutrisi, mempengaruhi toleransi kekeringan, efisiensi penggunaan air, dan keberlanjutan. Jika pemulia dapat mendorong akar jagung tumbuh ke bawah pada sudut yang lebih curam, tanaman berpotensi mengakses sumber daya penting lebih dalam di dalam tanah.
Langkah pertama menuju tujuan itu adalah mempelajari gen yang terlibat dalam gravitropisme, pertumbuhan akar sebagai respons terhadap gravitasi. Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di Prosiding National Academy of Sciences, ilmuwan University of Wisconsin, bekerja sama dengan para peneliti di University of Illinois. mengidentifikasi empat gen tersebut dalam jagung dan tanaman model Arabidopsis.
Ketika benih yang berkecambah diputar miring, beberapa akar tiba-tiba berbelok tajam ke arah gravitasi, sementara yang lain berbelok lebih lambat. Para peneliti menggunakan metode penglihatan mesin untuk mengamati perbedaan halus dalam gravitropisme akar pada ribuan bibit dan menggabungkan data tersebut dengan informasi genetik untuk setiap bibit. Hasilnya memetakan kemungkinan posisi gen gravitropisme dalam genom.
Peta membawa para peneliti ke lingkungan yang tepat dalam genom - wilayah beberapa ratus gen - tetapi mereka masih jauh dari mengidentifikasi gen spesifik untuk gravitropisme. Untungnya, mereka memiliki alat yang dapat membantu.
“Karena kami sebelumnya telah melakukan percobaan yang sama dengan tanaman Arabidopsis yang berkerabat jauh, kami dapat mencocokkan gen dalam wilayah genom yang relevan pada kedua spesies. Tes tindak lanjut memverifikasi identitas empat gen yang memodifikasi gravitropisme akar. Informasi baru ini dapat membantu kita memahami bagaimana gravitasi membentuk arsitektur sistem akar,” kata Edgar Spalding, profesor di Departemen Botani di University of Wisconsin dan penulis utama studi tersebut.
Matt Hudson, profesor di Departemen Ilmu Tanaman di University of Illinois dan rekan penulis studi, menambahkan, “Kami melihat sifat yang kurang diteliti pada jagung yang penting karena sejumlah alasan, terutama dalam konteks perubahan iklim. . Dan kami melakukannya dengan membuat perbedaan evolusioner antara tumbuhan menguntungkan kami.”
Jagung dan Arabidopsis, kerabat mustard kecil yang dijelaskan secara mendalam oleh ahli biologi tumbuhan, berevolusi sekitar 150 juta tahun terpisah dalam sejarah evolusi. Hudson menjelaskan bahwa meskipun kedua spesies berbagi fungsi tanaman dasar, gen yang mengendalikan mereka kemungkinan besar bercampur aduk dalam genom dari waktu ke waktu. Itu ternyata menjadi hal yang baik untuk mempersempit gen umum.
Pada spesies yang berkerabat dekat, gen cenderung berbaris kira-kira dengan urutan yang sama dalam genom (misalnya, ABCDEF). Meskipun gen yang sama mungkin ada pada spesies yang berkerabat jauh, urutan gen di wilayah yang dipetakan sifat tidak cocok (misalnya, UGRBZ). Setelah para peneliti mengidentifikasi di mana harus mencari di setiap genom, urutan gen yang tidak cocok membuat gen umum (dalam hal ini B) muncul.
“Saya pikir sangat keren bahwa kami dapat mengidentifikasi gen yang tidak akan kami temukan hanya dengan membandingkan interval genom pada spesies tanaman yang tidak berkerabat,” kata Hudson. “Kami cukup yakin mereka adalah gen yang tepat ketika mereka muncul langsung dari analisis ini, tetapi kelompok Spalding kemudian menghabiskan tujuh atau delapan tahun lagi untuk mendapatkan data biologis yang solid untuk memverifikasi bahwa mereka memang berperan dalam gravitropisme. Setelah melakukan itu, saya pikir kami telah memvalidasi seluruh pendekatan sehingga di masa mendatang, Anda dapat menggunakan metode ini untuk banyak fenotipe yang berbeda.”
Spalding mencatat bahwa metode ini mungkin sangat berhasil karena pengukuran yang tepat dilakukan di lingkungan yang sama.
“Seringkali, peneliti jagung akan mengukur ciri-ciri minat mereka di suatu lahan, sedangkan peneliti Arabidopsis cenderung membesarkan tanaman mereka di ruang pertumbuhan,” katanya. “Kami mengukur fenotip gravitropisme akar dengan cara yang sangat terkontrol. Benih-benih ini ditanam di cawan petri, dan pengujian berlangsung hanya beberapa jam, berlawanan dengan sifat-sifat yang mungkin Anda ukur di dunia nyata yang terbuka untuk semua jenis variabilitas.”
Bahkan ketika sifat dapat diukur dalam lingkungan umum, tidak semua sifat menjadi kandidat yang baik untuk metode ini. Para peneliti menekankan sifat-sifat yang dipertanyakan harus mendasar pada fungsi dasar tumbuhan, memastikan gen purba yang sama ada pada spesies yang tidak berkerabat.
“Gravitropisme mungkin sangat cocok untuk dipelajari melalui pendekatan ini karena ini akan menjadi kunci spesialisasi asli pucuk dan akar setelah kolonisasi tanah berhasil,” kata Spalding.
Hudson mencatat gravitropisme juga akan menjadi kunci kolonisasi lanskap yang berbeda.
"NASA tertarik untuk menanam tanaman di planet lain atau di luar angkasa dan mereka perlu tahu untuk apa Anda harus membiakkan untuk melakukan itu," katanya. "Tanaman cukup discombobulated tanpa gravitasi."
Artikel, "Memanfaatkan ortologi dalam jagung dan QTL Arabidopsis untuk mengidentifikasi gen yang mempengaruhi variasi alami dalam gravitropisme," diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. Penelitian ini didanai oleh National Science Foundation.
Departemen Ilmu Tanaman berada di Sekolah Tinggi Ilmu Pertanian, Konsumen dan Lingkungan di University of Illinois Urbana-Champaign.
Sumber: https://www.sciencedaily.com