Tim ilmuwan China ungkap rantai sinyal lengkap respons panas padi dan identifikasi gen kunci

Pemuliaan galur padi dapat meng-upregulasi gen perlindungan panas yang membantu sel mempertahankan aktivitas protein fotosintesis, memperbaiki kerusakan oksidatif, dan meningkatkan sistem respons panas yang komprehensif.

 

Shanghai, China (Xinhua/Indonesia Window) – Tim ilmuwan China telah mengidentifikasi gen-gen kunci dan jalur molekuler yang memungkinkan padi untuk merasakan dan beradaptasi dengan suhu tinggi, yang mengarah pada keberhasilan pemuliaan galur padi yang dapat menoleransi suhu tinggi.

Kemajuan ilmiah ini menghadirkan strategi yang menjanjikan untuk meningkatkan ketahanan pangan di tengah pemanasan global.

Penelitian tersebut, yang dilakukan secara kolaboratif oleh Pusat Keunggulan Ilmu Tanaman Molekuler di Akademi Ilmu Pengetahuan China, Universitas Jiao Tong Shanghai, dan Laboratorium Guangzhou, dipublikasikan pada Rabu (3/12) dalam jurnal terkemuka Cell.

Lin Hongxuan, ilmuwan utama dalam tim tersebut, menjelaskan mekanisme yang dilakukan padi untuk merasakan dan beradaptasi dengan suhu tinggi. Ketika terpapar panas, sebuah enzim kunci, yaitu diasilgliserol kinase 7 (DGK7), pada membran sel tanaman menjadi aktif, menghasilkan pembawa pesan lipid asam fosfatidat (phosphatidic acid/PA), yang bertindak sebagai ‘alarm kimiawi’.

PA kemudian mengaktifkan fosfodiesterase yang bergantung pada logam (metal-dependent phosphodiesterase/MdPDE1), dan mereka bergerak ke nukleus, menurunkan tingkat adenosin monofosfat siklik (cyclic adenosine monophosphate/cAMP). Pengurangan ini memprogram ulang ekspresi gen, melakukan upregulasi terhadap gen perlindungan panas yang membantu sel mempertahankan aktivitas protein fotosintesis, memperbaiki kerusakan oksidatif, dan meningkatkan sistem respons panas yang komprehensif.

Setelah memetakan jalur persinyalan lengkap dari persepsi membran hingga regulasi gen, tim peneliti itu menetapkan DGK7 dan MdPDE1 sebagai target pemuliaan presisi.

Uji coba lapangan yang dilakukan dalam kondisi yang meniru panas menunjukkan bahwa galur padi yang dimodifikasi secara genetik dengan gen tunggal untuk DGK7 atau MdPDE1 menghasilkan panen sekitar 50 persen lebih banyak dibandingkan tanaman kontrol. Secara khusus, galur gen ganda yang menggabungkan DGK7 dengan gen yang dapat menoleransi panas (TT2) menghasilkan panen hampir dua kali lipat, meningkatkan kualitas bulir, dan mempertahankan pertumbuhan normal.

Studi ini membangun kerangka teori dan perangkat genetik yang krusial untuk mengembangkan varietas tanaman pangan yang mampu menoleransi panas, termasuk padi, gandum, dan jagung. Studi tersebut membuka jalan baru untuk merancang tanaman yang disesuaikan dengan kondisi iklim yang beragam, sehingga memperkuat ketahanan pangan global di dunia yang semakin memanas, menurut para pakar industri.

Laporan: Redaksi