Ilmuwan Tiongkok Ungkap Cara Padi Beradaptasi Terhadap Suhu Dingin

BEIJING - Para peneliti Tiongkok berhasil menemukan bukti molekuler yang mendukung teori evolusi yang telah lama diperdebatkan, menunjukkan bahwa tanaman padi dapat mewariskan toleransi terhadap suhu dingin kepada keturunannya, sebuah fenomena yang selaras dengan Lamarckisme, gagasan abad ke-19 bahwa sifat-sifat yang diperoleh dapat diwariskan.

Studi yang dipimpin oleh sejumlah ilmuwan dari Institut Genetika dan Biologi Perkembangan (Institute of Genetics and Developmental Biology/IGDB) di bawah naungan Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (Chinese Academy of Sciences/CAS) dan diterbitkan dalam jurnal Cell ini mengungkap bagaimana perubahan epigenetik memungkinkan tanaman padi untuk beradaptasi dengan iklim yang lebih dingin dan mempertahankan adaptasi tersebut lintas generasi.

Untuk memahami bagaimana padi berevolusi saat tanaman itu menyebar ke daerah utara yang lebih dingin, para ilmuwan mengekspos tanaman padi yang sensitif dengan suhu dingin terhadap tekanan suhu rendah selama beberapa generasi, dan secara selektif membiakkan tanaman yang paling tahan terhadap suhu rendah. Proses ini menghasilkan galur padi dengan toleransi dingin yang stabil dan dapat diwariskan, yang bertahan hingga setidaknya lima generasi bahkan setelah tekanan suhu rendah dihilangkan.

Mekanisme utamanya melibatkan metilasi DNA, sebuah modifikasi kimia yang mengatur aktivitas gen. Tekanan suhu rendah mengurangi metilasi di dekat gen ACT1, yang memainkan peran penting dalam ketahanan terhadap dingin. Dengan menggunakan alat penyuntingan epigenom, para peneliti mengonfirmasi bahwa perubahan epigenetik ini secara langsung meningkatkan toleransi terhadap suhu dingin dengan meningkatkan ekspresi gen ACT1 di bawah kondisi dingin.

Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa varietas padi alami di Tiongkok menunjukkan pola epigenetik yang jelas: lebih dari 88 persen galur padi dari daerah selatan, yang jarang terpapar lingkungan bersuhu rendah, memiliki tingkat metilasi tinggi di dekat gen ACT1, yang membuatnya lebih sensitif terhadap suhu dingin. Sebaliknya, padi dari daerah timur laut, yang tumbuh di iklim lebih dingin, sebagian besar membawa versi gen dengan tingkat metilasi rendah, yang menghubungkan sifat epigenetik ini dengan adaptasi lingkungan.

Selain mengonfirmasi mekanisme teori pewarisan Lamarck, penelitian ini menawarkan aplikasi praktis. Tim tersebut mengusulkan strategi baru dalam pemuliaan tanaman: mengekspos tanaman terhadap stres, mengidentifikasi perubahan epigenetik yang menguntungkan, dan kemudian menggunakan penyuntingan presisi untuk mengunci sifat-sifat tersebut.

Pendekatan ini dapat mempercepat pengembangan tanaman yang tahan terhadap perubahan iklim, guna menghadapi tantangan ketahanan pangan akibat pemanasan global, kata Cao Xiaofeng, profesor di IGDB.

Para peninjau sejawat memuji studi ini karena mengungkap mekanisme evolusi melampaui teori Darwin klasik, dan menyebutnya sebagai langkah penting dalam memahami bagaimana organisme dapat beradaptasi dengan cepat terhadap perubahan lingkungan. Ant/Xinhua