Terobosan RNA Menciptakan Tanaman Yang Dapat Menghasilkan 50% Lebih Banyak Kentang, Beras

Perubahan genetik yang menargetkan RNA dapat menumbuhkan tanaman yang menghasilkan lebih banyak makanan secara signifikan dan menunjukkan peningkatan toleransi kekeringan, kata para ilmuwan dari Universitas Chicago, Universitas Peking, dan Universitas Guizhou

Memanipulasi RNA dapat memungkinkan tanaman memberikan hasil yang lebih banyak tanaman secara dramatis, serta meningkatkan toleransi kekeringan, kata sekelompok ilmuwan dari Universitas Chicago, Universitas Peking, dan Universitas Guizhou.

Dalam pengujian awal, dengan menambahkan pengkodean gen protein yang disebut FTO baik ke tanaman padi maupun  kentang, ternyata meningkatkan hasil sebesar 50% dalam uji lapangan. Tanaman tumbuh secara signifikan lebih besar, menghasilkan sistem akar yang lebih panjang dan lebih mampu mentolerir cekaman kekeringan. Analisis juga menunjukkan bahwa laju fotosintesisnya meningkat.

Prof. Chuan He

“Perubahannya benar-benar dramatis,” kata Prof. Chuan He dari Universitas Chicago, yang bersama dengan Prof. Guifang Jia di Universitas Peking, memimpin penelitian tersebut. “Terlebih lagi, ini juga bekerja dengan hampir semua jenis tanaman yang kami coba sejauh ini, dan ini adalah modifikasi yang dibuat sangat sederhana.”

Para peneliti—bersama dengan pakar terkemuka lainnya—mengharapkan potensi terobosan ini, terutama dalam menghadapi perubahan iklim dan tekanan lain pada sistem tanaman di seluruh dunia.

“Ini benar-benar memberikan kemungkinan bagi tanaman-tanaman rekayasa untuk secara potensial meningkatkan ekosistem seiring dengan berlanjutnya pemanasan global,” kata Chuan He, yang merupakan seorang Profesor John T. Wilson Distinguished Service dalam bidang Kimia, Biokimia, dan Biologi Molekuler. “Kami mengandalkan tanaman untuk banyak hal—mulai dari kayu, makanan, dan obat-obatan, hingga bunga dan minyak—dan ini berpotensi menawarkan jalan untuk meningkatkan stok bahan yang bisa kita dapatkan dari sebagian besar tanaman.”

“Ini adalah teknologi yang sangat menarik dan berpotensi membantu mengatasi masalah kemiskinan dan kerawanan pangan pada skala global—dan juga berpotensi berguna dalam menanggapi perubahan iklim,” kata Michael Kremer, yang dianugerahi Hadiah Nobel untuk karyanya pada pengentasan kemiskinan global, dan merupakan Profesor di bidang Ekonomi dan Harris School of Public Policy di Universitas Chicago.

“Teknologi in bekerja dengan hampir semua jenis tanaman yang kami coba sejauh ini, dan ini adalah modifikasi yang dibuat sangat sederhana.”
—Prof. Chuan He

Di sebelah kiri, tanaman padi tanpa modifikasi RNA. Di sebelah kanan, tanaman padi dengan modifikasi RNA yang meningkatkan hasil

Padi

Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah bekerja untuk meningkatkan produksi tanaman dalam menghadapi iklim yang semakin tidak stabil dan populasi global yang terus bertambah. Tetapi proses seperti itu biasanya rumit, dan seringkali hanya menghasilkan perubahan bertahap.

Cara penemuan ini terjadi sangat berbeda.

Banyak dari kita mengingat dari pelajaran biologi di sekolah menengah, kita diajari bahwa molekul RNA membaca DNA, kemudian membuat protein untuk menjalankan tugas. Namun pada tahun 2011, laboratorium He membuka bidang penelitian baru dengan menemukan kunci bahwa gen diekspresikan pada mamalia dengan cara yang berbeda. Ternyata RNA tidak hanya membaca cetak biru DNA dan melakukannya secara membabi buta; sel itu sendiri juga dapat mengatur bagian mana dari cetak biru yang diekspresikan. Dan melakukannya dengan menempatkan penanda kimia ke RNA untuk memodulasi protein mana yang dibuat dan seberapa banyak.

Dia dan rekan-rekannya segera menyadari bahwa ini memiliki implikasi besar bagi biologi. Sejak itu, timnya dan orang lain di seluruh dunia telah mencoba untuk menyempurnakan pemahaman kita tentang proses dan apa pengaruhnya pada hewan, tumbuhan dan penyakit-penyakit yang berbeda-beda pada manusia, misalnya, Dia adalah salah satu pendiri perusahaan biotek yang sekarang mengembangkan obat anti-kanker baru berdasarkan penargetan protein modifikasi RNA.

Dia dan Guifang Jia, mantan peneliti pascadoktoral di Universitas Chicago yang sekarang menjadi profesor di Universitas Peking, mulai bertanya-tanya bagaimana hal itu mempengaruhi biologi tanaman.

Mereka berfokus pada protein yang disebut FTO, protein pertama yang diketahui menghapus tanda kimia pada RNA, yang ditemukan Jia sebagai peneliti pascadoktoral dalam kelompok Chuan He  di Universitas Chicago. Para ilmuwan tahu, itu bekerja pada RNA untuk mempengaruhi pertumbuhan sel pada manusia dan hewan lain, jadi mereka mencoba memasukkan gen untuk itu ke dalam tanaman padi—dan kemudian menyaksikan dengan takjub saat tanaman itu bercabang.

Atas, hasil kentang dari tanaman yang tidak dimodifikasi. Bawah ini, hasil dari tanaman dengan modifikasi RNA.

“Saya pikir saat itu adalah ketika kita semua menyadari bahwa kita melakukan sesuatu yang istimewa,” katanya.

Sekelompok kentang besar di bawah sekelompok kentang kecil dengan latar belakang hitam

Di atas, hasil kentang dari tanaman yang tidak dimodifikasi. Di bawah ini, hasil dari tanaman dengan modifikasi RNA.

Tanaman padi tumbuh tiga kali lebih banyak padi di bawah kondisi laboratorium. Ketika mereka mencobanya dalam uji lapangan nyata, tanaman tumbuh 50% lebih banyak dan menghasilkan 50% lebih banyak beras. Tanaman-tanaman tersebut menghasilkan  akar yang lebih panjang, berfotosintesis lebih efisien, dan lebih tahan terhadap stres akibat kekeringan.

Para ilmuwan mengulangi percobaan dengan tanaman kentang, yang mana merupakan tanaman dari keluarga yang sama sekali berbeda. Hasilnya sama saja.

“Itu menunjukkan tingkat universalitas yang sangat menarik,” katanya.

Butuh waktu lebih lama bagi para ilmuwan untuk mulai memahami  bagaimana  ini terjadi. Eksperimen lebih lanjut menunjukkan bahwa FTO mulai bekerja di awal pengembangan tanaman, meningkatkan jumlah total biomassa yang dihasilkannya. 

Para ilmuwan berpikir bahwa FTO mengontrol proses yang dikenal sebagai m6A, yang mana merupakan modifikasi kunci dari RNA. Dalam skenario ini, FTO bekerja dengan menghapus m6A RNA untuk meredam beberapa sinyal yang memberi tahu tanaman untuk memperlambat dan mengurangi pertumbuhan. Bayangkan sebuah jalan dengan banyak lampu lalu lintas; jika para ilmuwan menutupi lampu merah dan meninggalkan hijau, semakin banyak mobil dapat bergerak di sepanjang jalan. 

Secara keseluruhan, tanaman yang dimodifikasi menghasilkan lebih banyak RNA secara signifikan daripada tanaman kontrol.

Memodifikasi proses

Proses yang dijelaskan dalam makalah ini melibatkan penggunaan suatu gen FTO hewan pada suatu tanaman. Tetapi begitu para ilmuwan sepenuhnya memahami mekanisme pertumbuhan ini, Chuan He berpikir mungkin ada cara alternatif untuk mendapatkan efek yang sama. 

“Ini adalah jenis pendekatan baru, yang mungkin berbeda dari pengeditan gen GMO dan CRISPR; teknik ini memungkinkan kita untuk “memutar saklar” di tanaman pada titik awal pengembangan, yang terus mempengaruhi produksi makanan tanaman bahkan setelah kita melepas saklar,” katanya. “Tampaknya tanaman sudah memiliki lapisan regulasi ini, dan yang kami lakukan hanyalah memanfaatkannya. Jadi langkah selanjutnya adalah menemukan bagaimana melakukannya dengan menggunakan genetika tanaman yang ada.”

“Ini adalah teknologi yang sangat menarik dan berpotensi membantu mengatasi masalah kemiskinan dan kerawanan pangan dalam skala global.”

—Prof. Michael Kremer

Chuan He bekerja dengan universitas dan Pusat Kewirausahaan dan Inovasi Polsky untuk mengeksplorasi berbagai kemungkinan.

“Studi lapangan awal menunjukkan itu bisa ditingkatkan. Kami berharap dapat bekerja sama dengan akademisi dan industri untuk lebih memahami biologi ini dan menerapkan teknologi baru ini secara aman dan luas,” katanya.

Chuan He bisa membayangkan segala macam kegunaan di jalan.

“Bahkan di luar makanan, ada konsekuensi lain dari perubahan iklim,” kata Chuan He. “Mungkin kita bisa merekayasa rumput di daerah terancam yang dapat menahan kekeringan. Mungkin kita bisa mengajari sebatang pohon di Midwest untuk menumbuhkan akar yang lebih panjang, sehingga lebih kecil kemungkinannya untuk tumbang saat badai kuat. Ada begitu banyak aplikasi potensial.”

Kutipan: “RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials.” Yu et al, Nature Biotechnology, July 22, 2021.

Pendanaan: National Natural Science Foundation of China, National Basic Research Program of China, Beijing Natural Science Foundation, EpiPlanta Biotech.
Sumber:
RNA breakthrough creates crops that can grow 50% more potatoes, rice

Tulisan ini dipublikasikan di Artikel dan tag , , , , , . Tandai permalink.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *