Teknik Modern Anti Hama untuk Tanaman

Peneliti menggunakan metabolisme tanaman untuk menganalisis resistensi ancaman infeksi pada tanaman.

Dunia terus menerus dihantui kekhawatiran krisis pangan. Cuaca ekstrem dan bencana menjadi gejala alam yang bisa menghambat panen tanaman pangan.

Selain faktor cuaca, bakteri menjadi salah satu penyebab yang paling menakutkan bagi kesuburan tanaman.

Layu bakteri merusak tanaman pangan hampir di seluruh dunia. Penyakit ini menghancurkan tanaman tanaman utama seperti tomat, kentang, pisang dan jahe. Kondisi tersebut terjadi di banyak negara dan menyerang lebih dari 200 spesies tanaman.

Sejauh ini petani harus menanam dan menunggu tanaman dewasa untuk mengamati resistensi. Tapi saat ini, sebuah penelitian menunjukkan cara yang mungkin dapat menghemat waktu dan mengurangi risiko secara signifikan bagi petani dan pemulia tanaman.

Penelitian tersebut merupakan pendekatan baru yang menjanjikan untuk memperkirakan resistensi kultivar pada tahap pembenihan. Dan para ilmuwan menggunakan metabolomik tumbuhan dan statistik untuk memecahkan kode pertahanan kimia tanaman.

Bakteri yang menyebabkan penyakit tetap hidup di tanah, biji dan bahan tanaman selama bertahun-tahun tersebut dapat menginfeksi air dan peralatan pertanian juga.

Pemulia tanaman dan petani ingin tahu bagaimana kultivar tahan terhadap bakteri sedini mungkin. Namun sejauh ini mereka harus menanam - dan kemudian menunggu tanaman dewasa untuk mengamati resistensi di ladang.

Saat ini sebuah penelitian menunjukkan cara yang mungkin dapat menghemat waktu dan mengurangi risiko secara signifikan bagi petani dan pemulia tanaman. Suatu pendekatan baru menjanjikan untuk memperkirakan resistensi kultivar jauh lebih awal daripada sebelumnya.

Peneliti saat ini dapat menganalisis resistensi kultivar pada tahap pembenihan untuk berbagai ancaman. Mereka menggunakan metabolisme tanaman dan pemodelan statistik untuk memecahkan kode pertahanan kimia tanaman.

Dikombinasikan dengan metode genetik, pendekatan ini akan berguna untuk mengidentifikasi resistensi yang bergantung pada beberapa gen, tantangan lama dalam pemuliaan tanaman.

Dilema Petani

"Ketika petani membeli benih, mereka perlu memikirkan ancaman yang akan ditimbulkan oleh tanaman. Misalnya seperti ancaman kekeringan. Jika tanah sudah terinfeksi bakteri Ralstonia solanacearum yang menyebabkan layu, petani memiliki dua pilihan," kata Profesor Ian Dubery, Direktur Pusat Penelitian Metabolomik Tanaman di Universitas Johannesburg.

"Pertama, jangan menanam tanaman yang diserang oleh layu bakteri. Dua, pilih kultivar tanaman yang lebih tahan. Jika ada kekeringan dan panas dan layu bakteri, petani menginginkan kultivar yang cukup tahan terhadap ketiga ancaman tersebut," tambah Dubery.

Ini mungkin terlihat sederhana pada usia sekuensing DNA gen-penuh. Analisis semua gen kultivar, dan pilih gen yang tepat untuk ancaman di peternakan tertentu. Namun resistensi tanaman mungkin tidak berfungsi seperti itu. Untuk satu ancaman, satu gen dapat mengaktifkan atau menonaktifkan resistensi. Untuk yang lain, beberapa gen mungkin terlibat.

"Sulit untuk melihat kultivar mana yang tahan terhadap layu bakteri. Ketahanan terhadap Ralstonia solanacearum adalah sifat multigenik - itu tergantung pada banyak gen - dan ini belum dipahami dengan baik. Ini akan membutuhkan waktu sebelum sains tahu cara kerjanya," terang Dubery.

Dengan situasi saat ini, para petani mempertaruhkan bibit mati di tanah yang terinfeksi. Tanaman yang matang juga bisa menjadi kurang tahan dari yang diharapkan. Pemulia tanaman berisiko waktu untuk memperbaiki kultivar yang ternyata tidak cocok untuk pertanian.

Pertahanan Tomat Kimia

Untuk artikel penelitian, mahasiswa Honlan-Zeiss saat itu mempelajari empat kultivar tomat. Kultivar menunjukkan resistensi sedang sampai tinggi terhadap Ralstonia solanacearum di pertanian komersial.

Dia mengambil potongan daun, batang dan akar dari tanaman yang sehat dari masing-masing kultivar dan menumbuknya. Kemudian dia menganalisis campuran ini untuk bahan kimia yang dibuat oleh kultivar untuk mempertahankan diri.

"Tanaman dapat mengembangkan ketahanan terhadap ancaman, seperti bakteri, virus atau tekanan lingkungan. Tetapi tidak seperti hewan, mereka tidak memiliki sel kekebalan yang beredar untuk mendukung kekebalan yang didapat," kata Zeiss.

"Tanaman menggunakan resistansi bawaan yang dikodekan oleh gen mereka. Mereka juga mensintesis berbagai bahan kimia anti-mikroba untuk melawan ancaman. Untuk setiap ancaman, tanaman perlu membuat 'koktail' kimia yang berbeda. Koktail yang dibutuhkan dapat bervariasi, tergantung pada lokasi, cuaca dan tekanan lainnya," kata Zeiss.

Zeiss menganalisis 41 dari bahan kimia ini, yang disebut metabolit sekunder, dari kultivar tomat. Dia menggunakan kromatografi cair yang digabungkan dengan spektrometri massa definisi tinggi.

Hal ini menunjukkan kultivar mana yang membuat metabolit apa dan berapa banyaknya.Kemudian para peneliti menjalankan data mentah melalui mesin statistik untuk melakukan analisis multivariat.

Beberapa kultivar lebih baik dalam memerhatikan beberapa ancaman sekaligus, dan membuat semua bahan kimia yang diperlukan untuk mempertahankan diri. Jika seorang kultivar memiliki ketahanan yang lebih kuat terhadap ancaman, ia akan membuat lebih banyak bahan kimia yang dibutuhkan.

Bahan kimia ini muncul sebagai puncak yang kuat pada analisis. Jika kultivar tidak memiliki banyak perlawanan terhadap ancaman itu, tidak membuat bahan kimia, atau dalam jumlah yang jauh lebih rendah.

Para peneliti membandingkan komposisi kimia dari 'koktail' kultivar, dan mengkorelasikannya dengan Ketahanan yang diketahui dari kultivar terhadap layu bakteri. Dalam prosesnya, mereka menemukan 'sidik jari metabolit' untuk resistensi tomat terhadap layu.

"Pada prinsipnya, kita dapat menggunakan pendekatan ini untuk setiap interaksi patogen tanaman. Kemungkinan resistensi kultivar dapat diperkirakan pada tahap pembenihan," kata Dubery.

Jika sebuah kultivar memiliki kemampuan genetik untuk mengembangkan ketahanan terhadap ancaman, pihaknya akan mensintesis bahan kimia untuk mempertahankan dirinya.

"Dengan cara ini, kita dapat 'melihat' ketahanan tanaman jauh lebih baik daripada hanya melihat mereka. Dan kita bisa melakukan ini ketika bibit hanya beberapa minggu, daripada menunggu berbulan-bulan untuk melihat apakah tanaman dewasa tahan," katanya.

Di masa depan, Dubery melanjutkan, pemulia tanaman dapat memilih kultivar tanaman pangan yang lebih tahan terhadap panas, kekeringan, bakteri dan virus, dengan menggabungkan metabolomik dengan teknologi berbasis gen kata Dubery. nik/E-6