Gen Baru Ditemukan Meningkatkan Fotosintesis, Meningkatkan Tinggi Tanaman
Gen BOOSTER pada pohon poplar meningkat fotosintesis dan biomassa, dengan potensi penerapan untuk meningkatkan hasil panen.
Para peneliti dari Pusat Inovasi Bioenergi dan Bioproduk Tingkat Lanjut di Universitas Illinois Urbana-Champaign, bekerja sama dengan Pusat Inovasi Bioenergi di Laboratorium Nasional Oak Ridge, telah menemukan gen pada pohon poplar yang meningkatkan fotosintesis dan meningkatkan tinggi pohon.
Kloroplas adalah struktur sel utama yang menampung peralatan fotosintesis yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia yang mendorong pertumbuhan tanaman. Secara khusus, protein Rubisco menangkap karbon dioksida dari atmosfer. Para ilmuwan selama bertahun-tahun telah berupaya mencari cara untuk meningkatkan jumlah Rubisco pada tanaman untuk meningkatkan hasil panen dan penyerapan CO di atmosfer2.
“Secara historis, banyak penelitian berfokus pada fotosintesis kondisi tunak di mana setiap kondisi dijaga konstan. Namun, hal ini tidak mewakili lingkungan lapangan di mana cahaya dapat bervariasi sepanjang waktu,” kata Steven Burgess, asisten profesor biologi integratif di Illinois. “Selama beberapa tahun terakhir, proses dinamis ini dianggap lebih penting dan tidak dipahami dengan baik.”
Membuka Potensi Genetik pada Pohon Poplar
Dalam studi baru ini, para peneliti berfokus pada poplar karena tanaman ini merupakan tanaman yang tumbuh cepat dan merupakan kandidat utama untuk pembuatan biofuel dan bioproduk. Mereka mengambil sampel ~1.000 pohon di plot penelitian luar ruangan dan menganalisis karakteristik fisik serta susunan genetiknya untuk melakukan studi asosiasi genom. Tim menggunakan populasi GWAS untuk mencari kandidat gen yang telah dikaitkan dengan pendinginan fotosintesis, sebuah proses yang mengatur seberapa cepat tanaman menyesuaikan diri antara sinar matahari dan naungan serta membuang energi berlebih dari terlalu banyak sinar matahari untuk menghindari kerusakan.
Salah satu gen yang diberi nama oleh peneliti PEMACUtidak biasa karena unik untuk poplar dan meskipun berada dalam genom inti, mengandung urutan yang berasal dari kloroplas.
Tim menemukan bahwa gen ini mampu meningkatkan kandungan Rubisco dan aktivitas fotosintesis selanjutnya, sehingga menghasilkan tanaman kutub yang lebih tinggi bila ditanam dalam kondisi rumah kaca. Dalam kondisi lapangan, para ilmuwan menemukan bahwa genotipe dengan ekspresi lebih tinggi PEMACU hingga 37% lebih tinggi, sehingga meningkatkan biomassa per tanaman. Tim juga memasukkan PEMACU di tanaman yang berbeda, Arabidopsis, atau thale cress, yang mengakibatkan peningkatan biomassa dan produksi benih. Temuan ini menunjukkan penerapan yang lebih luas PEMACU berpotensi memicu hasil yang lebih tinggi pada tanaman lain.
“Ini adalah langkah awal yang menarik, meskipun ini adalah eksperimen skala kecil dan masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Jika kita dapat mereproduksi hasilnya dalam skala besar, gen ini berpotensi meningkatkan produksi biomassa pada tanaman. kata Burgess.
Langkah selanjutnya dalam penelitian ini dapat mencakup pengujian pada tanaman bioenergi dan pangan lainnya, dengan para peneliti mencatat produktivitas tanaman dalam berbagai kondisi pertumbuhan untuk menganalisis keberhasilan jangka panjang. Mereka juga akan menyelidiki gen lain yang diidentifikasi dalam studi GWAS yang dapat berkontribusi terhadap perbaikan tanaman.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai studi ini, lihat Gen Terobosan Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman dan Meningkatkan Fotosintesis.
Referensi: “BOOSTER gen yatim piatu meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas tanaman” oleh Biruk A. Feyissa, Elsa M. de Becker, Coralie E. Salesse-Smith, Jin Zhang, Timothy B. Yates, Meng Xie, Kuntal De, Dhananjay Gotarkar, Margot SS Chen, Sara S. Jawdy, Dana L. Carper, Kerrie Barry, Jeremy Schmutz, David J. Weston, Paul E. Abraham, Chung-Jui Tsai, Jennifer L. Morrell-Falvey, Gail Taylor, Jin-Gui Chen, Gerald A. Tuskan dan Wellington Muchero, 3 Desember 2024, Sel Perkembangan.
DOI: 10.1016/j.devcel.2024.11.002
Penelitian ini didukung oleh CBI dan CABBI, keduanya disponsori oleh Program Penelitian Biologi dan Lingkungan Kantor Sains DOE.
