Klikhijau.com – Bagi tumbuhan yang mengandalkan fotosintesis, pagi dengan rasa dinginnya merupakan ancaman yang serius. Jika manusia dilanda rasa dingin, ia bisa mengatasinya dengan selimut, jaket, sarung atau membuat api unggun, tapi bagaimana dengan tumbuhan?.
Suhu dingin dapat mendatangkan malapetaka pada sel tumbuhan, menyebabkan kerusakan, terutama jika dikombinasikan dengan cahaya berlebih atau suhu beku. Inilah sebabnya mengapa pagi yang cerah dan dingin menjadi ancaman yang signifikan bagi kehidupan tumbuhan.
Untuk mengatasi hal ini, tumbuhan telah mengembangkan mekanisme unik untuk mengatasi hawa dingin, memungkinkan mereka beradaptasi dan bertahan bahkan di lingkungan terdingin sekalipun.
Sebuah studi baru yang dilakukan yang diterbitkan dalam jurnal Nature Plants mengungkapkan strategi mengatasi dingin yang dikendalikan oleh jam biologis tanaman.
Para ilmuwan di John Innes Center yang melakukan penelitian tersebut mengklaim bahwa penemuannya menjanjikan masa depan pertanian, khususnya dalam pengembangan tanaman tahan iklim.
Dengan memahami bagaimana tanaman beradaptasi dengan suhu dingin, para peneliti percaya bahwa mereka dapat membiakkan tanaman yang lebih kuat, seperti gandum musim dingin dan lobak biji minyak musim dingin, yang lebih tahan terhadap iklim dingin.
“Kami telah mengidentifikasi proses baru yang membantu tanaman mentolerir dingin. Ini dikendalikan oleh jam biologis tumbuhan, dan kami pikir ini bisa menjadi sangat penting pada pagi hari yang dingin dan cerah,” jelas Profesor Antony Dodd.
Profesor Dodd juga menambahkan, mereka berpikir bahwa mekanisme yang ditemukan itu dapat memberikan ketahanan fotosintesis yang lebih besar terhadap suhu dingin,
“Ini merupakan target yang menarik untuk pemuliaan presisi tanaman tahan iklim di masa depan,” tambahnya.
Menggunakan jam sirkadian
Untuk lebih memahami bagaimana tumbuhan mempertahankan diri terhadap kondisi seperti itu, para peneliti berusaha mengungkap jalur komunikasi antara suhu rendah dan kloroplas, tempat fotosintesis dalam sel tumbuhan.
Kloroplas, yang penting untuk pertumbuhan tanaman utama, mengandung genom kecilnya sendiri, peninggalan masa lalu evolusinya sebagai bakteri fotosintetik. Seiring waktu, banyak gen kloroplas bermigrasi ke genom inti tanaman, tetapi beberapa gen esensial tetap berada di dalam kloroplas.
Dalam studi tersebut, tim peneliti berfokus pada satu gen, warisan genetik bakteri yang disebut faktor sigma (SIG5). Pada bakteri, faktor sigma yang sebanding diketahui berkontribusi terhadap respons suhu.
Dengan melakukan eksperimen dalam kondisi laboratorium terkontrol, para peneliti memanipulasi paparan cahaya dan membuat tanaman mengalami periode pendinginan untuk lebih memahami peran SIG5 dalam toleransi dingin tanaman.
Mempelajari ritme yang rumit dari jam biologis atau sirkadian tumbuhan bisa jadi menantang. Namun, dengan menghilangkan tanaman dari siklus siang-malam alaminya, para peneliti telah memperoleh wawasan berharga tentang ritme yang berjalan bebas dari jam-jam ini.
Mirip dengan manusia, jam sirkadian tanaman diselaraskan dengan siklus 24 jam, berfungsi sebagai pencatat waktu internal di dalam sel dan mengatur berbagai proses biologis penting.
Sebuah eksperimen terbaru yang dilakukan oleh tim kolaboratif dari John Innes Center, University of Bristol, Tokyo Institute of Technology, Nippon Telegraph and Telephone Corporation di Jepang, dan Universitas Durham, telah mengungkapkan sensitivitas gen SIG5 terhadap suhu dingin di pagi hari diatur oleh jam sirkadian.
Para peneliti percaya bahwa SIG5 beroperasi sebagai bagian dari jaringan pensinyalan yang menghubungkan inti tanaman ke kloroplas, yang pada gilirannya mengatur aktivitas yang melindungi tanaman dari pengaruh lingkungan yang berbahaya.
“Jika suhunya dingin, maka beberapa enzim yang terlibat dalam fotosintesis cepat rusak,” jelas Profesor Dodd.
Dodd juga mengungkapkan bahwa menurut temuan mereka proses yang dikendalikan oleh nukleus memberi sinyal ke kloroplas untuk membuat lebih banyak protein ini. Ketika tanaman melihat dingin dan cahaya pada saat yang sama, mereka perlu mengaktifkan proses pensinyalan ini dari nukleus ke kloroplas untuk membuat lebih banyak protein fotosintesis ini.
Peran jam biologis dalam proses ini adalah bertindak seperti gerbang yang mengizinkan atau memblokir sinyal, sebuah fenomena yang dikenal sebagai circadian gating.
“Tanaman dapat berevolusi menjadi sangat responsif terhadap cahaya dan dingin, seperti pagi musim semi, karena ini adalah kondisi yang merusak sistem fotosintesis,” kata Profesor Dodd.
“Pada titik tertentu selama evolusi, mereka telah memilih sensitivitas ini dan mengkooptasi mekanisme kuno ini. Seperti banyak proses pada tumbuhan, yang satu ini ternyata berada di bawah kendali jam sirkadian,” lanjutnya.
Penting mengembangkan tanaman tahan iklim
Setelah mendemonstrasikan keefektifan mekanisme ini di laboratorium, langkah peneliti selanjutnya adalah mengkaji dampaknya di lapangan.
Salah satu aplikasi potensial dari penemuan ini adalah untuk memodifikasi mekanisme untuk lebih meningkatkan toleransi dingin, yang memungkinkan penanaman tanaman yang sensitif terhadap dingin, seperti jagung, di garis lintang yang lebih utara.
Penelitian terobosan ini tidak hanya meningkatkan pemahaman kita tentang biologi tumbuhan tetapi juga memiliki implikasi yang signifikan bagi masa depan pertanian. Karena perubahan iklim terus mengganggu pola cuaca dan menantang pertumbuhan tanaman, kemampuan untuk mengembangkan tanaman yang tahan iklim akan sangat penting untuk memastikan ketahanan pangan.
Penemuan mekanisme penanganan dingin yang dikendalikan oleh jam biologis tanaman tersebut. Membuka kemungkinan baru untuk membiakkan tanaman yang lebih keras yang dapat tumbuh subur bahkan di iklim dingin.
Jika itu terjadi maka dapat membantu melindungi pasokan makanan dunia dalam menghadapi peningkatan tekanan lingkungan, termasuk ancaman krisis iklim.
Sumber: Earth
