Penemuan yang Luar Biasa: Bagaimana Seng Dapat Mengubah Pertanian Selamanya

Sebuah studi baru mengungkap peran penting seng dalam mengatur fiksasi nitrogen pada kacang-kacangan melalui sensor bernama FUN. Penemuan ini dapat membantu meningkatkan efisiensi panen dan mengurangi penggunaan pupuk sintetis dengan beradaptasi dengan kondisi lingkungan dan tanah.

Para peneliti telah menemukan bahwa seng secara signifikan memengaruhi proses fiksasi nitrogen pada kacang-kacangan, sebuah penemuan yang dapat mengubah pertanian berbasis kacang-kacangan.

Perubahan iklim, kekeringan, peningkatan suhu, dan pemicu stres lainnya menantang keberlanjutan pertanian. Para peneliti kini telah membuat penemuan yang tak terduga: seng memainkan peran penting dalam respons tanaman terhadap stres abiotik. Penemuan yang luar biasa ini tidak hanya mengungkap mekanisme rumit pertumbuhan tanaman, tetapi juga menjanjikan untuk merevolusi ketahanan tanaman, terutama dalam pertanian berbasis kacang-kacangan.

Teratai JepangKredit: Helene Eriksen

Penemuan Peran Seng dalam Fiksasi Nitrogen

Para ilmuwan telah mengungkap peran penting seng dalam proses fiksasi nitrogen pada kacang-kacangan. Penemuan ini, yang dipadukan dengan wawasan tentang pengatur transkripsi yang dikenal sebagai Fiksasi di Bawah Nitrat (FUN), berpotensi mengubah pertanian kacang-kacangan dengan meningkatkan efisiensi panen dan mengurangi ketergantungan pada pupuk sintetis. Dengan mempelajari mekanisme yang digunakan seng dan FUN untuk mengendalikan fiksasi nitrogen, para peneliti bertujuan untuk meningkatkan ketersediaan nitrogen, meningkatkan hasil panen, dan mendorong metode pertanian yang lebih ramah lingkungan.

Tanaman polong-polongan membentuk hubungan simbiosis dengan bakteri rhizobia, yang mengikat nitrogen atmosfer ke dalam bintil akar. Namun, bintil-bintil ini rentan terhadap berbagai tekanan lingkungan seperti perubahan suhu, kekeringan, banjir, salinitas tanah, dan peningkatan kadar nitrogen tanah.

Terobosan dalam Penginderaan Mikronutrien Tanaman

Para peneliti dari Universitas Aarhus, bekerja sama dengan Universitas Politeknik Madrid dan Fasilitas Radiasi Sinkrotron Eropa di Prancis, telah menemukan bahwa kacang-kacangan menggunakan seng sebagai sinyal sekunder untuk mengintegrasikan faktor lingkungan dan mengatur efisiensi fiksasi nitrogen. Dalam penelitian yang dipublikasikan di Alampara peneliti menemukan bahwa FUN adalah jenis sensor seng baru, yang memecahkan kode sinyal seng dalam nodul dan mengatur fiksasi nitrogen.

“Sungguh luar biasa menemukan peran seng sebagai sinyal sekunder pada tanaman. Seng merupakan mikronutrien yang penting, dan sebelumnya tidak pernah dianggap sebagai sinyal. Setelah menyaring lebih dari 150.000 tanaman, kami akhirnya mengidentifikasi sensor seng FUN, yang mengungkap aspek biologi tanaman yang menarik ini,” jelas Asisten Profesor Jieshun Lin, penulis pertama penelitian tersebut.

Jieshun Lin menunjukkan bintil akar pada Teratai JepangKredit: Helene Eriksen

Mengungkap Fungsi Protein FUN

Dalam studi ini, para ilmuwan mengidentifikasi bahwa FUN merupakan faktor transkripsi penting yang mengendalikan kerusakan bintil akar ketika konsentrasi nitrogen tanah tinggi: “FUN diatur oleh mekanisme khusus yang memantau kadar seng seluler secara langsung dan kami menunjukkan bahwa FUN dinonaktifkan oleh seng menjadi struktur filamen besar dan dibebaskan menjadi bentuk aktif ketika kadar seng rendah,” Profesor Kasper Røjkjær Andersen menjelaskan.

Dari perspektif pertanian, fiksasi nitrogen yang berkelanjutan dapat menjadi sifat yang bermanfaat yang meningkatkan ketersediaan nitrogen, baik untuk kacang-kacangan maupun untuk tanaman yang dibudidayakan bersama atau tanaman masa depan yang bergantung pada nitrogen yang tersisa di tanah setelah kacang-kacangan ditanam. Hal ini membantu meletakkan dasar bagi penelitian masa depan yang menyediakan cara baru bagi kita untuk mengelola sistem pertanian kita, mengurangi penggunaan pupuk nitrogen, dan mengurangi dampaknya terhadap lingkungan.

Meningkatkan Efisiensi dan Keberlanjutan Pertanian

Implikasi dari penelitian ini sangat signifikan. Dengan memahami bagaimana seng dan FUN mengatur fiksasi nitrogen, para peneliti mengembangkan strategi untuk mengoptimalkan proses ini pada tanaman polong-polongan. Hal ini dapat meningkatkan penyediaan nitrogen, meningkatkan hasil panen, dan mengurangi kebutuhan akan pupuk sintetis, yang memiliki dampak lingkungan dan ekonomi.

Para peneliti kini tengah menyelidiki mekanisme bagaimana sinyal seng dihasilkan dan didekode oleh FUN. Mereka berharap dapat menerapkan penemuan baru ini pada tanaman polong-polongan seperti kacang faba, kacang kedelai, dan kacang tunggak.

Tim peneliti berkumpul di fasilitas laboratorium di Universitas Aarhus. Kredit: Helene Eriksen

Referensi: “Seng memediasi kontrol fiksasi nitrogen melalui filamentasi faktor transkripsi” oleh Jieshun Lin, Peter Okay. Bjørk, Marie V. Kolte, Emil Poulsen, Emil Dedic, Taner Drace, Stig U. Andersen, Marcin Nadzieja, Huijun Liu, Hiram Castillo-Michel, Viviana Escudero, Manuel González-Guerrero, Thomas Boesen, Jan Skov Pedersen, Jens Stougaard, Kasper R. Andersen dan Dugald Reid, 26 Juni 2024, Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41586-024-07607-6

Pekerjaan ini didukung oleh proyek Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture (ENSA), yang didanai oleh Invoice & Melinda Gates Agricultural Improvements (INV- 57461), Invoice & Melinda Gates Basis dan International, Commonwealth and Growth Workplace (INV-55767), hibah Carlsberg Basis (CF21-0139) dan European Analysis Council (ERC) di bawah program penelitian dan inovasi Horizon 2020 Uni Eropa (perjanjian hibah No. 834221).

Jieshun Lin, Peter Okay. Bjørk, Jens Stougaard, Kasper R. Andersen, dan Dugald Reid adalah penemu pada paten yang diajukan yang menangkap penemuan-penemuan ini.