Petunjuk Baru dari China untuk Ciptakan Varietas Padi Tangguh

Peneliti di China menemukan bagaimana daun dan akar padi liar merespons suhu dingin, membuka peluang pengembangan padi yang lebih tahan cuaca ekstrem.

Foto Ilustrasi: wirestock/Freepik

Ringkasan

• Studi mengungkap mekanisme biologis yang membuat sebagian tanaman padi lebih rentan terhadap suhu dingin.
• Daun dan akar ternyata memiliki strategi berbeda dalam menghadapi stres akibat temperatur rendah.
• Temuan ini dapat membantu pemulia tanaman menciptakan varietas padi yang lebih tahan terhadap perubahan iklim dan cuaca dingin.

BAGI tanaman padi, suhu dingin bisa menjadi ancaman serius, terutama pada fase awal pertumbuhan. 

Ketika temperatur turun terlalu rendah, perkembangan akar dan daun dapat terganggu, bibit layu, bahkan mati. Dampaknya tidak main-main, hasil panen bisa merosot tajam.

Kini, tim peneliti dari Xishuangbanna Tropical Botanical Garden (XTBG), yang berada di bawah Chinese Academy of Sciences, berhasil mengungkap sebagian rahasia bagaimana padi merespons serangan suhu dingin. 

Hasil penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Plant Physiology and Biochemistry menunjukkan bahwa daun dan akar ternyata bekerja dengan cara yang berbeda saat menghadapi stres dingin.

Penelitian ini berfokus pada galur padi khusus bernama J876 yang dikembangkan dari padi liar (Oryza rufipogon), salah satu nenek moyang padi budidaya modern. 

Para peneliti membandingkan galur tersebut dengan varietas budidaya tahan dingin bernama Dianjingyou 1 (DJY1).

Hasilnya cukup mengejutkan. Meski berasal dari padi liar yang sering dianggap menyimpan banyak sifat unggul, J876 ternyata jauh lebih sensitif terhadap suhu rendah dibandingkan DJY1.

Salah satu temuan utama penelitian ini berkaitan dengan senyawa yang disebut reactive oxygen species (ROS). 

Molekul-molekul ini sebenarnya diproduksi secara alami oleh tanaman. Namun ketika jumlahnya berlebihan akibat stres lingkungan, ROS dapat merusak protein, membran sel, dan materi genetik.

Para peneliti menemukan bahwa saat suhu turun, tanaman J876 menumpuk ROS dalam jumlah lebih tinggi dibandingkan DJY1. 

Pada saat yang sama, aktivitas enzim antioksidan yang berfungsi membersihkan ROS justru menurun.

Kondisi ini dapat dianalogikan seperti karat yang terus menumpuk pada mesin tanpa ada cukup pelumas atau perawatan. 

Akibatnya, kerusakan sel berlangsung lebih cepat dan kemampuan tanaman bertahan terhadap dingin menjadi lebih lemah.

Studi ini juga mengungkap bahwa respons tanaman terhadap dingin tidak berlangsung seragam di seluruh tubuh tanaman.

Pada bagian daun, jalur pembentukan flavonoid mengalami penekanan. Flavonoid adalah kelompok senyawa alami yang dikenal berfungsi sebagai antioksidan dan pelindung sel dari berbagai tekanan lingkungan.

Ketika produksi flavonoid berkurang, kemampuan daun untuk menghadapi kerusakan akibat ROS ikut menurun.

Sebaliknya, pada bagian akar, para peneliti menemukan perubahan khusus pada metabolisme galaktosa. Galaktosa merupakan salah satu jenis gula yang berperan dalam pembentukan dan pemeliharaan dinding sel tanaman.

Gangguan pada jalur ini diduga memengaruhi kekuatan struktur sel akar saat menghadapi suhu rendah.

Dengan kata lain, daun dan akar sama-sama berusaha bertahan dari dingin, tetapi menggunakan "alat tempur" yang berbeda. 

Daun lebih bergantung pada senyawa pelindung seperti flavonoid, sementara akar lebih banyak melibatkan mekanisme yang berkaitan dengan metabolisme gula dan integritas dinding sel.

Penelitian juga menunjukkan bahwa metabolisme fenilpropanoid memainkan peran penting dalam respons padi terhadap suhu dingin.

Fenilpropanoid adalah kelompok senyawa yang menjadi bahan dasar berbagai molekul penting, termasuk lignin dan flavonoid. 

Lignin membantu memperkuat dinding sel tanaman, sedangkan flavonoid berperan sebagai antioksidan alami.

Ketika jalur metabolisme ini terganggu, tanaman menjadi lebih rentan terhadap kerusakan akibat stres lingkungan.

Temuan tersebut memperkuat pandangan bahwa ketahanan terhadap dingin bukan hanya soal satu gen atau satu molekul, melainkan hasil kerja sama berbagai sistem biologis yang saling terhubung.

Penelitian ini memiliki nilai praktis yang besar bagi dunia pertanian. Meskipun pemanasan global meningkatkan suhu rata-rata Bumi, kejadian cuaca ekstrem justru semakin sering terjadi. 

Gelombang dingin mendadak atau penurunan suhu ekstrem dapat mengancam produksi pangan di banyak wilayah.

Padi sendiri merupakan makanan pokok bagi lebih dari separuh populasi dunia. 

Karena itu, mengembangkan varietas yang mampu bertahan terhadap suhu dingin menjadi salah satu target penting pemuliaan tanaman modern.

Menurut peneliti XTBG, hasil studi ini menunjukkan bahwa pengembangan padi tahan dingin sebaiknya tidak hanya berfokus pada satu bagian tanaman. 

Jaringan pengatur di daun dan akar perlu diperhatikan secara bersamaan, terutama yang berkaitan dengan keseimbangan ROS dan kekuatan dinding sel.

Temuan ini memberikan petunjuk baru bagi ilmuwan untuk merancang varietas padi yang lebih tangguh menghadapi perubahan iklim, sekaligus membantu menjaga produktivitas pangan di masa depan.

Disadur dari laman Chinese Academy of Sciences (CAS) - Study Reveals How Wild Rice Responds to Cold Stress.