Kelaparan kentang di Irlandia pada tahun 1840-an menjadi pengingat nyata akan dampak buruk penyakit tanaman terhadap ketahanan pangan. Penyakit busuk daun yang merusak tanaman kentang di Irlandia disebabkan oleh patogen Phytophthora infestans, menyebabkan kelaparan yang meluas dan penurunan populasi. Namun, pertempuran antara kentang dan patogen ini tidak berakhir pada abad ke-19. Bahkan, perjuangan terus berlanjut hingga saat ini saat pemulia tanaman dan ilmuwan berlomba-lomba untuk mengungguli patogen yang berevolusi.
Sebuah studi baru-baru ini dari Universitas Negeri Carolina Utara telah memberikan pandangan baru mengenai perlombaan senjata evolusi ini. Diterbitkan dalam Alam KomunikasiPenelitian ini merupakan penelitian pertama yang menganalisis gen ketahanan tanaman kentang dan gen efektor patogen secara bersamaan—gen yang membantu patogen menginfeksi inangnya. Dengan memeriksa DNA dari daun kentang kuno, para peneliti dapat melacak evolusi bersama tanaman dan patogen selama seabad terakhir.
Pendekatan yang Terobosan
Tim peneliti, yang dipimpin oleh mantan mahasiswa pascasarjana Allison Coomber dan Profesor Jean Ristaino, menggunakan teknik mutakhir yang dikenal sebagai pengurutan pengayaan tertarget. Metode ini memungkinkan mereka untuk mengekstrak dan menganalisis fragmen DNA tertentu dari tanaman dan patogen yang ada pada sampel daun yang sama. Dalam studi tradisional, peneliti akan fokus pada tanaman atau patogen, tetapi pendekatan ganda ini menawarkan pandangan yang lebih komprehensif tentang interaksi keduanya.
Dr. Jean Ristaino, Profesor Patologi Tanaman Terhormat William Neal Reynolds di Universitas Negeri Carolina Utara, menekankan kebaruan metode ini:
"Kami tidak dapat melakukan pekerjaan ini 15 tahun yang lalu karena genomnya belum diurutkan. Strategi pengayaan ganda memungkinkan kami untuk menangkap wilayah target genom inang dan patogen, bahkan dalam jumlah yang tidak sama."
Penelitian ini difokuskan pada FAM-1 ketegangan Phytophthora infestans, yang bertanggung jawab atas bencana kelaparan kentang di Irlandia dan sejak itu terus mengganggu tanaman kentang di seluruh dunia. Penelitian ini mengungkapkan bahwa strain ini dapat bertahan terhadap penyakit tanaman kentang. R1 gen resistensi jauh sebelum pemulia tanaman mulai menggunakannya. Hal ini menunjukkan bahwa patogen tersebut telah terpapar gen resistensi serupa pada populasi kentang liar, sehingga memberikannya awal yang baik dalam mengatasi campur tangan manusia.
Adaptasi Patogen
Salah satu temuan paling mencolok dari penelitian ini adalah kemampuan patogen yang luar biasa untuk berevolusi sebagai respons terhadap upaya resistensi. Bahkan saat pemulia tanaman memperkenalkan gen resistensi baru, patogen berhasil tetap selangkah lebih maju, mengubah gen efektornya untuk mempertahankan kemampuan infeksinya. Penelitian ini juga menemukan bahwa patogen menambahkan satu set kromosom antara tahun 1845 dan 1954, yang kemungkinan berkontribusi pada keberhasilan evolusinya.
Namun, tidak semua gen efektor patogen berubah. Beberapa tetap stabil selama seabad terakhir, yang menunjukkan bahwa gen-gen tersebut memainkan peran penting dalam kelangsungan hidupnya. Menargetkan gen-gen yang stabil ini dapat menjadi strategi potensial untuk upaya pemuliaan tanaman di masa mendatang.
Coomber menjelaskan pentingnya gen yang stabil ini:
"Setelah 100 tahun campur tangan manusia, ada beberapa gen yang tidak banyak berubah pada patogen. Gen-gen tersebut sangat stabil, mungkin karena sangat penting bagi patogen. Menargetkan gen-gen tersebut akan membuat patogen kesulitan mengembangkan respons yang berlawanan."
Implikasi untuk Pemuliaan di Masa Depan
Temuan penelitian ini dapat memiliki implikasi yang luas untuk program pemuliaan kentang di masa mendatang. Dengan memahami bagaimana patogen berevolusi dari waktu ke waktu, pemulia dapat mengembangkan strategi ketahanan yang lebih efektif. Misalnya, mereka dapat memilih untuk menggunakan gen ketahanan yang telah terbukti lebih stabil atau menggabungkan beberapa gen ketahanan dari berbagai spesies kentang liar—strategi yang dikenal sebagai piramida.
Dr. Ristaino mencatat:
"Sulit untuk melakukan pemuliaan tanaman yang efektif jika kita tidak cukup tahu tentang patogennya. Sekarang setelah kita mengetahui efektor apa yang telah berubah seiring waktu, pemulia tanaman mungkin dapat menggunakan gen ketahanan yang lebih stabil atau menggabungkan beberapa gen ketahanan dari berbagai inang liar."
Penelitian ini merupakan sebuah langkah maju yang signifikan dalam perjuangan melawan Phytophthora infestans dan menyoroti pentingnya memahami genetika tanaman dan patogen. Pekerjaan ini didanai oleh beberapa hibah, termasuk dukungan dari Triangle Center for Evolutionary Medicine dan National Science Foundation.
Studi dari Universitas Negeri Carolina Utara menggarisbawahi kompleksitas interaksi tanaman-patogen dan tantangan yang dihadapi oleh pemulia tanaman dalam mengembangkan ketahanan yang tahan lama. Ketika persaingan senjata antara tanaman kentang dan Phytophthora infestans Penelitian ini memberikan wawasan penting yang dapat menghasilkan tanaman yang lebih tangguh di masa mendatang. Menargetkan gen efektor yang stabil dan menggunakan strategi seperti piramida gen dapat menawarkan cara baru untuk memerangi salah satu ancaman pertanian yang paling persisten.
