Penemuan biologis mendasar dapat merevolusi penggunaan pupuk dalam pertanian
Mekanisme biologis membuat akar tanaman lebih ramah terhadap mikroba.
Para peneliti di John Innes Center telah mengidentifikasi mekanisme biologis yang membantu akar tanaman menciptakan lingkungan yang lebih ramah untuk mikroba tanah yang bermanfaat. Terobosan ini memiliki potensi untuk mempromosikan praktik pertanian yang lebih berkelanjutan dengan mengurangi kebutuhan pupuk sintetis.
Sebagian besar tanaman utama saat ini mengandalkan pupuk nitrat dan fosfat, tetapi penggunaan pupuk yang berlebihan dapat memiliki konsekuensi lingkungan yang berbahaya. Dengan memanfaatkan hubungan alami yang saling menguntungkan antara akar tanaman dan mikroba tanah untuk meningkatkan penyerapan nutrisi, dimungkinkan untuk secara signifikan mengurangi penggunaan pupuk anorganik.
Researchers in the group of Dr Myriam Charpentier discovered a mutation in a gene in the legume Medicago truncatula that reprogrammes the signaling capacity of the plant so that it enhances partnerships with nitrogen fixing bacteria called rhizobia and arbuscular mycorrhiza fungi (AMF) which supply roots with phosphorus .
Jenis kemitraan ini, yang dikenal sebagai endosimbiosis, di mana satu organisme ada di dalam yang lain, memungkinkan tanaman legum untuk mengais nutrisi dari tanah melalui mikroba, dengan imbalan gula.
Penghalang untuk penggunaan yang meluas dari kemitraan endosimbiotik dalam pertanian adalah bahwa mereka secara istimewa terjadi di tanah miskin nutrisi, yang bertentangan dengan kondisi pertanian intensif.
Implikasi Praktis dalam Pertanian
Dalam penelitian ini yang muncul di AlamEksperimen menunjukkan bahwa mutasi gen dalam jalur pensinyalan kalsium meningkatkan endosimbiosis dalam kondisi pertanian.
Menyenangkan, tim menggunakan pendekatan genetik untuk menunjukkan bahwa mutasi gen yang sama dalam gandum meningkatkan kolonisasi oleh bakteri pengikat nitrogen dan AMF dalam kondisi lapangan juga.
Temuan ini merupakan terobosan yang menarik dalam ambisi lama untuk menggunakan kemitraan endosimbiotik yang ditingkatkan sebagai alternatif alami untuk pupuk anorganik di seluruh tanaman utama, termasuk sereal dan kacang-kacangan.
“Temuan kami memiliki potensi besar untuk memajukan pertanian berkelanjutan. Tidak terduga dan menarik bahwa mutasi yang telah kami identifikasi meningkatkan endosimbiosis dalam kondisi pertanian, karena ia menawarkan potensi untuk produksi tanaman berkelanjutan menggunakan endosimbion di samping pengurangan penggunaan pupuk anorganik, ”kata Dr. Charpentier.
“Penemuan ini berkontribusi secara luas untuk penelitian tentang pensinyalan kalsium sementara juga menawarkan solusi transisi menuju produksi tanaman yang lebih penting secara ekonomi.”
Implikasi yang lebih luas dan penelitian di masa depan
Penelitian sebelumnya oleh kelompok charpentier telah menunjukkan bahwa pensinyalan kalsium dalam inti sel akar sangat penting untuk pembentukan endosimbiosis akar dengan bakteri pengikat nitrogen yang berguna dan AMF.
Studi ini memecahkan kode bahwa mekanisme pensinyalan utama, menunjukkan bagaimana osilasi kalsium mengatur produksi senyawa yang disebut flavonoid yang meningkatkan endosimbiosis.
“Penemuan kami menggarisbawahi pentingnya ilmu mendasar dalam mengatasi tantangan sosial,” simpul Dr Charpentier.
Akar endosimbiosis sangat bermanfaat bagi tanaman, meningkatkan penyerapan nutrisi dan ketahanan stres. Ada meningkatnya kebutuhan untuk mengembangkan tanaman resistensi penyakit dengan hasil tinggi dan mengurangi penggunaan pupuk untuk melindungi lingkungan serta mengurangi biaya bagi petani.
Menggabungkan resistensi penyakit dan ketahanan iklim dengan asimilasi nutrisi yang efisien melalui peningkatan hubungan dengan mikroorganisme simbiosis adalah elemen kunci dari ambisi ini.
Referensi: “CNGC15 autoaktif meningkatkan endosimbiosis akar dalam legum dan gandum” oleh Nicola M. Cook, Giulia Gobbato, Catherine N. Jacott, Clemence Marchal, Chen Yun Hsieh, Anson Ho Ching Lam, James Simmonds, Pablo Del Cerro, Anson Ho Ching, James Simmonds, Pablo Del Cerro, Pablo Del Cerro, Clemence Rodney, Neftaly Cruz-Mireles, Cristobal UaUy, Wilfried Haerty, David M. Lawson dan Myriam Charpentier, 15 Januari 2025, Alam.
Doi: 10.1038/s41586-024-08424-7
