Bagaimana Tanaman "Pemuliaan Cepat" Dapat Merevolusi Pertanian

Mereka mengatakan kecepatan membunuh, tetapi pada kenyataannya menanam cukup makanan untuk masa depan kita, kecepatan bisa membedakan antara pesta dan kelaparan. Untungnya, ada sekelompok ilmuwan yang memegang kendali.

Para ilmuwan ini baru-baru ini menerbitkan makalah yang merinci teknik pemuliaan tanaman baru Hal ini dapat merevolusi cara kita bercocok tanam dan mempercepat laju pengembangan tanaman yang lebih kuat, lebih sehat, dan serbaguna dalam menghadapi perubahan iklim. Seiring dengan perubahan iklim, produktivitas tanaman di wilayah tertentu juga ikut berubah. Kunci bagi masa depan kita yang cukup pangan mungkin terletak pada beragam tanaman yang berketahanan dan dapat tumbuh dalam kondisi lingkungan yang beragam.

“Tingkat keuntungan pada sebagian besar program pemuliaan tanaman masih tertinggal dibandingkan dengan tuntutan pertumbuhan populasi,”

Brande Wulf, ahli genetika tanaman di John Innes Center di Inggris dan penulis makalah tersebut, mengatakan kepada Digital Trends. “Dengan mempercepat pertumbuhan dan reproduksi tanaman, para ilmuwan dan pemulia di seluruh dunia akan dapat melakukannya dengan lebih cepat membiakkan dan merekayasa tanaman yang lebih bergizi, tahan penyakit, dan lebih mampu beradaptasi di masa depan iklim."

Metode yang diberi nama “pembibitan cepat” ini telah terbukti mampu menumbuhkan gandum – dari benih hingga menjadi benih – hanya dalam waktu delapan minggu. Itu tiga kali lebih cepat dibandingkan teknik pembiakan yang memicunya Revolusi hijau. Meskipun masih dalam tahap remaja, hasil dari speed-breeding ini membuat beberapa analis menganggapnya sebagai alat yang sangat penting dalam era pertanian baru.

Asal Usul Luar Angkasa

Mungkin tidak mengherankan jika konsep pengembangbiakan kecepatan berasal dari NASA. Sambil bertukar pikiran tentang cara menanam gandum luar angkasa, ilmuwan agensi punya ide gila ini — mengapa tidak gantungkan tanaman dalam cahaya yang konstan, memberdayakan mereka untuk menjadi dewasa lebih cepat? Bagaimanapun, tanaman menyukai cahaya. Mereka mendambakannya, mengolah foton bersama karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula yang mereka butuhkan untuk tumbuh. Cahaya yang terus menerus mungkin berarti pertumbuhan yang berkelanjutan. Sederhana, bukan?

“Banyak ilmuwan mengatakan hal ini mustahil,” Lee cupang, seorang ilmuwan tanaman di Universitas Queensland dan salah satu orang pertama yang mengadopsi rencana NASA satu dekade lalu, mengatakan kepada Digital Trends. “Itu adalah ide yang sangat radikal sehingga mereka mengatakan kepada kami bahwa kami tidak dapat melakukannya.”

Namun Lee dan timnya tidak terpengaruh oleh para penentang tersebut. Sesuai dengan metode ilmiah, mereka “mencobanya,” merancang eksperimen untuk menguji apakah pencahayaan intensif akan meningkatkan produktivitas tanaman.

Ternyata tidak. Ketika para ilmuwan pertama kali menanam gandum dalam sistem pemuliaan cepat, “gandum tersebut tampak jelek,” kata cupang, “sangat kerdil.” Namun melalui serangkaian eksperimen yang mengoptimalkan hal-hal seperti nutrisi, pasokan air, frekuensi cahaya, dan suhu rumah kaca, rumput mulai matang lebih cepat dan tepat, bahkan menunjukkan produktivitas biji-bijian yang lebih tinggi dibandingkan tanaman rumah kaca yang ditanam secara konvensional gandum.

Lee, Wright, dan rekan-rekan mereka, termasuk peneliti dari Universitas Sydney, menetapkan rezim yang ringan yang akan membuat para penyembah Matahari yang paling taat pun menolak keras. Tanaman “hari panjang” seperti gandum, jelai, dan buncis (yang berbunga sebagai respons terhadap siklus hari yang lebih panjang). terkena cahaya terus menerus sebanyak 22 jam per hari, yang dipancarkan dari lampu LED yang digantung di atas tanaman tempat tidur.

Kebutuhan akan Kecepatan

Berdasarkan protokol pemuliaan cepat, tanaman seperti gandum dapat berkembang dari benih menjadi benih hanya dalam delapan minggu, yang berarti pemulia dapat tumbuh hingga enam generasi setiap tahunnya.

“Inovasi nyata yang mereka tunjukkan di sini adalah mampu mengubah generasi dengan sangat cepat,” Charles Brummer, kata seorang ilmuwan tanaman UC Davis dan mantan presiden Crops Science Society of America, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Itu adalah aspek kunci dalam pemuliaan tanaman.”

Dengan setiap generasi baru, para peneliti berupaya membiakkan sifat-sifat yang diinginkan sambil membiakkan sifat-sifat yang tidak diinginkan. Semakin cepat mereka mengambil generasi dari benih ke benih, semakin cepat mereka dapat menghilangkan sifat-sifat yang tidak diinginkan sambil mempromosikan sifat-sifat yang diinginkan.

Ambil contoh, pra-panen kecambah (PHS), sebuah fenomena yang menyebabkan gandum berkecambah sebelum waktunya karena curah hujan yang berkepanjangan dan kelembapan yang tinggi.

“Ini merupakan masalah besar di Australia karena semua varietas kami rentan,” kata cupang.

Kerentanan terhadap PHS setidaknya sebagian dikendalikan oleh genetika, dengan pembiakan selektif dan persilangan gandum yang berbeda varietas, para peneliti bertujuan untuk menghilangkan sifat genetik tersebut, membuat generasi gandum masa depan lebih tahan terhadap curah hujan tinggi dan kelembaban. Perusahaan Dow AgroSciences telah mengadopsi teknik pemuliaan cepat dan mengembangkan varietas gandum yang tahan terhadap PHS.

Sederhana saja: Tingkatkan kecepatan panen dari benih ke benih dan Anda akan mempermudah pemulia dalam mengembangkan tanaman yang diinginkan. Tingkatkan tiga kali lipat dan Anda memberi mereka alat luar biasa untuk menciptakan tanaman elit.

“Banyak gen ketahanan terhadap penyakit dapat ditemukan pada kerabat liar tanaman budidaya kita,” kata Wulff, “tetapi disilangkan gen ketahanan terhadap penyakit dari gandum liar menjadi kultivar elit peliharaan adalah seperti mengawinkan kuda pacuan dengan keledai! Dibutuhkan waktu bertahun-tahun…untuk menggabungkan yang terbaik dari kedua dunia. Pemuliaan cepat dapat mempercepat proses ini dan mempersingkat waktu yang dibutuhkan untuk mengembangkan kultivar gandum baru dengan sifat-sifat unggul.”

Brummer mengatakannya secara blak-blakan. “Bergerak lebih cepat adalah kunci permainannya,” katanya. “Ini adalah salah satu cara untuk bergerak lebih cepat.”

Bidang Impian

Namun, sebagian besar gandum yang dijadikan pasta dan roti tidak ditanam di rumah kaca, dan banyak yang mengikuti tahap awal pembiakan.

“Pada tingkat tertentu, apa pun alat genom yang Anda gunakan, Anda perlu menanam tanaman di lapangan dan melihat kinerjanya,” jelas Brummer.

Eksperimen rumah kaca diuji di lapangan. Suatu varietas tanaman dapat tumbuh dengan baik pada lingkungan buatan yang suhu, pasokan air, dan pencahayaannya mudah dicapai diatur, namun jika tanaman ini tidak tumbuh subur di lahan yang merupakan tempat sebagian besar tanaman kita ditanam, maka hal ini bisa dibilang merupakan sebuah masalah. tak berguna. Varietas gandum baru harus produktif dalam unsur-unsurnya agar petani dapat memanfaatkannya.

“Uji lapangan sangat penting,” kata Hickey. “Itu harus kita miliki dan pastikan varietas yang kita lepas ke petani sudah terbukti dan memiliki rekam jejak yang terbukti. Mereka masih harus melalui evaluasi lapangan selama tiga atau empat tahun.”

Namun, bahkan dengan menghitung pengujian lapangan selama beberapa tahun, cupang memperkirakan bahwa speedbreeding dapat terjadi dalam empat atau lima siklus pembiakan sebelum tahun 2050, ketika populasinya sedang menurun. diperkirakan melebihi sembilan miliar dan perubahan iklim akan menjadi nyata di seluruh dunia. Harapannya adalah, dalam beberapa dekade mendatang, para pemulia dapat mengembangkan varietas yang cukup tangguh untuk menahan pengaruh lingkungan.

“Cuaca dan iklim selalu berubah pada tingkat tertentu, namun apa yang kita lihat sekarang adalah bahwa iklim memang demikian berubah lebih cepat, dan mungkin kita melihat cuaca yang lebih ekstrem sebagai konsekuensinya,” Brummer mengatakan. “Mungkin varietas baru yang beradaptasi dengan wilayah tertentu perlu lebih akut, sehingga kita perlu berkembang biak lebih cepat dan mengembangkan lebih banyak varietas dibandingkan sebelumnya. Di situlah metode ini bisa membantu. Apa pun yang dapat Anda lakukan untuk mempersingkat waktu untuk memperkenalkan varietas tanaman baru ke lapangan akan bermanfaat.”

Tantangan ke Depan

Sejauh ini, perkembangbiakan cepat telah menunjukkan potensi terbesar pada spesies hari panjang yang berbunga sebagai respons terhadap waktu yang lebih lama hari, yang membuat cupang dan rekan-rekannya yakin bahwa ini akan berhasil pada tanaman seperti bunga matahari, lada, dan lobak.

“Akan lebih sulit untuk menerapkan pemuliaan cepat pada spesies ‘hari pendek’ seperti padi, jagung, dan sorgum,” katanya, “tetapi menurut saya masih ada ruang untuk optimalisasi sistem siklus cepat. Ini hanya masalah penyesuaian fotoperiode dan kondisi suhu.”

Faktanya, meskipun kacang tanah merupakan spesies yang “berusia pendek”, beberapa peneliti telah menunjukkan bahwa perkembangbiakan cepat juga memberikan manfaat bagi kacang-kacangan ini.

“Kami telah berhasil menggunakan teknik pemuliaan cepat yang dikembangkan oleh peneliti UQ pada kacang tanah selama beberapa tahun,” kata Graeme Wright, pemulia di Peanut Company of Australia. Wright berpikir bahwa interval cahaya panjang yang digunakan dalam pemuliaan cepat mungkin sebenarnya memilih tanaman individu yang tidak peka terhadap panjang hari, yang menurutnya adalah “sifat yang diinginkan karena artinya…varietas yang dikembangkan harus memiliki adaptasi yang luas terhadap garis lintang, dengan pertumbuhan reproduksi yang tidak bergantung pada hari panjang."

CRISPR dan Selanjutnya

Metode baru ini harus dilihat sebagai amunisi yang dapat ditambahkan oleh para pemulia ke dalam persenjataan genetika yang semakin berkembang. Selama beberapa tahun terakhir, kemajuan dalam genomik telah memungkinkan para ilmuwan untuk menggunakan alat penyuntingan gen seperti CRISPR untuk memodifikasi genom untuk memasukkan hal-hal seperti ketahanan terhadap kekeringan dan nutrisi yang lebih tinggi.

“Pembiakan cepat adalah salah satu alat yang bisa dilakukan,” kata cupang. “Dampak nyata akan datang dari penggabungan alat ini dengan teknologi lain yang kami miliki yang berkembang pesat di bidang pemuliaan tanaman. CRISPR, alat genomik, seleksi genom, dan prediksi.”

Namun para peneliti menyadari bahwa tidak mudah mengubah semua peternak ke sistem peternakan cepat. Kebiasaan lama sulit dihilangkan dan para ilmuwan pada dasarnya skeptis. Selain itu, perubahan infrastruktur juga diperlukan untuk melakukan transisi ke metode tersebut, dan jelas bahwa masih ada jalan yang sulit di masa depan. Namun, dengan makalah mereka yang baru diterbitkan, Hickey dan Wright berharap para peternak dan peneliti lain akan melihat potensi dalam teknik mereka.

Bagi mereka yang tertarik untuk mengadopsi pembiakan cepat, cupang memiliki saran sederhana tentang cara memulainya — “Biarkan saja lampunya menyala, sobat.”

Rekomendasi Editor

• Untuk memberi lebih banyak ruang bagi ternak, Belanda akan memindahkan sapi ke peternakan terapung