Bagaimana 20 Juta Penanda Genetik Dapat Mengubah Cara Kita Menanam Jagung
Sebuah tim peneliti telah mengembangkan kerangka kerja untuk mempelajari plastisitas fenotipik, menghubungkan sifat-sifat tanaman, genetika, dan cuaca. Metode tersebut memprediksi sifat-sifat jagung seperti waktu berbunga dengan tinggi ketepatanmenawarkan pendekatan berbasis data untuk membiakkan tanaman yang tahan iklim.
Memahami pengaruh faktor lingkungan dan sifat genetik pada tanaman sangat penting untuk mengembangkan varietas yang lebih tangguh dan produktif.
Namun interaksi yang rumit antara cuaca dan gen sulit untuk diuraikan, sebagian karena tanaman dengan genotipe yang sama dapat merespons kondisi yang berbeda dengan cara yang berbeda. Dinamika tersebut disebut plastisitas fenotipik, dan ini merupakan minat penelitian utama Jianming Yu, seorang profesor agronomi di Iowa State University.
Para pemulia tanaman menganggap plastisitas fenotipik terjalin terlalu erat untuk menjadi fokus yang berguna dalam meningkatkan kinerja, kata Yu. Sebuah studi baru dari tim peneliti dan kolaboratornya bertujuan untuk meningkatkan penekanan pada plastisitas dengan menunjukkan pendekatan sistematis untuk memperoleh wawasan dari data yang menghubungkan sifat-sifat tanaman, genetika, dan kondisi cuaca.
Membangun Kerangka Plastisitas Fenotipik
“Kami membangun kerangka kerja kuantitatif bagi para pemulia dan ahli genetika untuk memahami plastisitas dan mempelajari semua aspek yang relevan pada saat yang bersamaan,” kata Yu, Ketua Terhormat Perintis Pemuliaan Jagung dan direktur Pusat Pemuliaan Tanaman Raymond F. Baker.
Temuan tim Yu, dijelaskan dalam artikel terbaru di Penelitian Genommemanfaatkan penelitian sebelumnya berdasarkan sejumlah besar tanaman jagung yang telah dipelajari dengan baik selama dua dekade terakhir. Populasi pemetaan asosiasi sarang jagung mencakup 5.000 baris jagung yang ditanam di 11 lokasi, dan data genetik dan sifat fisik tanaman banyak digunakan oleh para peneliti. Sebuah tim yang dipimpin oleh Matthew Hufford dari Iowa State, seorang profesor ekologi, evolusi, dan biologi organisme, menerbitkan sebuah penelitian pada tahun 2021 yang mengurutkan genom dari 26 pendiri yang digunakan untuk membiakkan populasi 5.000 garis keturunan.
Penelitian baru yang dipimpin oleh Yu mengintegrasikan genom pendiri dengan pengamatan sifat dan data cuaca historis, mencari lebih dari 20 juta penanda genetik sebagai dasar 19 karakteristik tanaman jagung dalam berbagai kondisi lingkungan sepanjang siklus perkembangan jagung.
“Sungguh menakjubkan bisa mengidentifikasi faktor lingkungan utama pada tahap pertumbuhan kritis yang membentuk pola respons plastik pada populasi jagung, dan menghubungkannya dengan varian genetik di seluruh genom,” katanya.
Tujuan jangka panjangnya adalah untuk memandu upaya pemuliaan, sehingga memudahkan dalam memprediksi cara mengembangkan jagung yang memiliki hasil lebih tinggi atau kapasitas lebih besar untuk bertahan dalam kondisi ekstrem. Analisis statistik yang dijelaskan para peneliti dalam makalah mereka, misalnya, menggunakan data tersebut untuk memprediksi waktu pembungaan genotipe yang belum diuji yang tumbuh di lingkungan yang belum diuji lebih dari 90% dari keseluruhan waktu. Prediksi arsitektur tanaman dan sifat-sifat komponen hasil tidak begitu akurat pada genotipe dan lingkungan yang belum diuji, meskipun beberapa sifat individu pada kedua kategori mencapai 50%.
Implikasinya terhadap Tanaman Ketahanan Iklim
Mendorong perbaikan lebih lanjut pada jagung dan tanaman lainnya akan menjadi semakin penting seiring dengan perubahan iklim, dan kemajuan pemuliaan yang menggunakan pendekatan gambaran besar – kumpulan data besar yang menggabungkan kondisi kehidupan nyata – merupakan hal yang paling menjanjikan, kata Yu.
“Kami percaya bahwa seringkali ketika orang melakukan studi detail menggunakan teknologi tinggi, mereka hanya melihat sebagian kecil dari materinya,” katanya. “Untuk menyelesaikan permasalahan besar, diperlukan kompleksitas kondisi alam di lapangan. Di sanalah kami akan mendapatkan produksi kami.”
Tim Yu membagikan temuan mereka di MaizeGDB, sebuah situs web genomik jagung yang dapat diakses publik, sehingga peneliti lain dapat mengembangkan penelitian tersebut. Yu berharap teknik mereka dalam mengumpulkan dan menganalisis data yang menyoroti plastisitas fenotipik akan digunakan oleh para ilmuwan yang bekerja dengan tanaman lain. Perusahaan peternakan besar juga tertarik dengan pendekatan ini, katanya.
“Ini lebih merupakan metode daripada temuan spesifik. Ini adalah cara yang menarik dan berharga untuk melihat data,” katanya.
Referensi: “Identifikasi komprehensif faktor penentu genomik dan lingkungan dari plastisitas fenotipik pada jagung” oleh Laura E. Tibbs-Cortes, Tingting Guo, Carson M. Andorf, Xianran Li dan Jianming Yu, 6 Agustus 2024, Penelitian Genom.
DOI: 10.1101/gr.279027.124
Penelitian ini didukung oleh Departemen Pertanian AS, National Science Foundation, dan Institut Ilmu Tanaman Universitas Negeri Iowa dan Pusat Pemuliaan Tanaman Raymond F. Baker.
