“Mata Rantai yang Hilang” Terungkap: Sejarah Rahasia Jagung Terungkap Melalui RNA
Penggalangan Serbuk Sari Teosinte (TPD) adalah sistem genetik yang egois dalam hibrida jagung-teosinte, yang memungkinkan hanya serbuk sari yang mengandung racun dan penawar racun yang dapat bertahan hidup. Di sini, kita melihat bagian penghasil serbuk sari dari hibrida jagung-teosinte. Kredit: Jon Cahn/Laboratorium Martienssen
Para peneliti di Laboratorium Chilly Spring Harbor telah menelusuri domestikasi jagung kembali ke asal-usulnya 9.000 tahun yang lalu, menyoroti persilangannya dengan teosinte mexicana untuk adaptasi dingin.
Penemuan mekanisme genetik yang dikenal sebagai Teosinte Pollen Drive oleh Profesor Rob Martienssen menyediakan hubungan penting dalam memahami adaptasi dan distribusi cepat jagung di seluruh Amerika, menjelaskan proses evolusi dan potensi aplikasi pertanian.
Para ilmuwan di Chilly Spring Harbor Laboratory (CSHL) telah mulai mengungkap misteri yang telah berlangsung selama ribuan tahun. Kisah kita dimulai 9.000 tahun yang lalu. Saat itulah jagung pertama kali dibudidayakan di dataran rendah Meksiko. Sekitar 5.000 tahun kemudian, tanaman ini disilangkan dengan jenis dari dataran tinggi Meksiko yang disebut teosinte orang Meksiko. Hal ini mengakibatkan adaptasi terhadap cuaca dingin. Dari sini, jagung menyebar ke seluruh benua, sehingga menghasilkan sayuran yang kini menjadi bagian penting dari makanan kita. Namun, bagaimana ia beradaptasi begitu cepat? Mekanisme biologis apa yang memungkinkan sifat tanaman dataran tinggi ini bertahan? Kini, jawaban yang potensial muncul.
Wawasan Genetik Dari Hibrida yang Tidak Biasa
Profesor CSHL dan Peneliti HHMI Rob Martienssen telah mempelajari RNA interferensi, proses RNA kecil yang membungkam gen, selama lebih dari 20 tahun ketika peneliti Universitas Wisconsin Jerry Kermicle mengulurkan tangan dengan pengamatan yang aneh. Eksperimennya yang menyilangkan hibrida teosinte semi-steril dengan jagung tradisional telah menyebabkan keturunannya berperilaku sangat tidak biasa. Dengan pewarisan regular, keturunannya seharusnya akhirnya menjadi benar-benar steril atau subur. Tetapi tidak peduli berapa kali Kermicle menyilangkan hibrida dengan jagung, semua keturunannya juga semi-steril. Apa yang terjadi?
TPD memastikan sifat-sifat tertentu selalu diwariskan dengan meracuni beberapa sel reproduksi dengan racun dan memberikan penawarnya kepada sel-sel lain. Kiri: Jagung semi-steril dengan hanya racun. Kanan: Jagung yang dapat tumbuh dengan racun dan penawarnya. Kredit: Laboratorium Martienssen/Laboratorium Chilly Spring Harbor
Penemuan Penggerak Serbuk Sari Teosinte
Untuk mengetahuinya, Martienssen dan mahasiswa pascasarjana Ben Berube mengurutkan genom dari ratusan serbuk sari keturunan semi-steril. Mereka menemukan bagian yang sama dari genom teosinte terdapat di setiap serbuk sari.
“Ada dua bagian genom, satu pada kromosom 5 dan satu pada kromosom 6, yang selalu diwariskan. Itu memberi tahu kita bahwa gen yang bertanggung jawab pasti ada di wilayah tersebut,” kata Martienssen.
Implikasi bagi Pertanian dan Evolusi
Pada kromosom 5, mereka menemukan gen yang disebut Seperti dadu 2 membuat sekelompok RNA kecil yang selalu ada dalam hibrida semi-steril tetapi tidak pada jagung tradisional. Dengan penemuan itu, lab Martienssen mampu menentukan apa yang mereka sebut Penggalangan Serbuk Sari Teosinte (TPD). Sistem genetika yang “egois” ini menyingkirkan serbuk sari pesaing yang tidak memiliki dorongan gen. Sistem ini menyebabkan hibrida jagung-teosinte lebih sering mewariskan sifat-sifat tertentu melalui jantan daripada betina. Penemuan ini dapat memiliki implikasi yang signifikan bagi industri pertanian. Namun di mata Martienssen, temuan ini bahkan lebih besar daripada potensi aplikasi pengendalian gulma.
“Saya lebih tertarik pada aspek evolusi, apa artinya bagi proses domestikasi, dan bagaimana hal itu bisa terjadi jauh lebih cepat dari yang kita duga,” kata Martienssen.
Menghubungkan Masa Lalu Jagung dengan Masa Kini
Jika teosinte orang Meksiko adalah “Neanderthal jagung,” Martienssen mungkin menemukan di TPD “mata rantai yang hilang” pada jagung. Terobosan ini dapat menjelaskan bagaimana jagung tumbuh subur di seluruh Amerika—tetapi juga mengapa RNA kecil tertentu sangat umum dalam sel sperma tumbuhan dan hewan, termasuk sel sperma kita.
Referensi: “Penggalangan Serbuk Sari Teosinte “panduan diversifikasi dan domestikasi jagung dengan RNAi” oleh Benjamin Berube, Evan Ernst, Jonathan Cahn, Benjamin Roche, Cristiane de Santis Alves, Jason Lynn, Armin Scheben, Daniel Grimanelli, Adam Siepel, Jeffrey Ross-Ibarra, Jerry Kermicle dan Robert A. Martienssen, 7 Agustus 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07788-0
Pendanaan: Institut Kesehatan NasionalProgram Penelitian Genom Tanaman Yayasan Sains Nasional, Institut Medis Howard Hughes, Yayasan Sains Nasional
