Pemuliaan Tanaman untuk Memerangi Kelaparan dan Malanutrisi di Indonesia Terdampak Perubahan Iklim Global

Erwin Fajar Hasrianda

Saya terkadang teringat pengalaman masa kecil saya ketika keluarga saya berada dalam kesulitan memperoleh pangan.

Itu adalah ketika ayah saya kehilangan pekerjaannya di akhir tahun 1997. Di masa itu juga banyak terjadi demonstrasi besar di Indonesia ke pemerintah.

Saat itu, makanan susah diperoleh dan sangat mahal. Orang-orang di seluruh negeri banyak kelaparan, termasuk keluarga saya.

Krisis pangan juga berperan dalam memicu kemarahan dan kerusuhan besar-besaran di masyarakat.

Saat itu, tuntutan utama para demonstran adalah ketersediaan dan penurunan harga sembako.

Baca juga: Potensi Pemanfaatan Keilmuan Epigenetika dalam Upaya Pemuliaan Kultivar Baru Tanaman yang Lebih Adaptif

Teringat jelas di benak saya betapa frustasinya seseorang, ketika mereka kelaparan dan tidak punya apa-apa untuk dimakan.

Pada akhirnya, sejumlah besar demonstran yang frustasi tersebut berhasil menggulingkan pemerintah yang telah kokoh berkuasa selama 32 tahun.

Saya mengalami dan menyaksikan secara langsung pergantian rezim yang chaos di Indonesia pada tahun 1998.

Dari situ saya dapat melihat, bahwa ketahanan pangan merupakan elemen penting dalam menjamin keamanan dan stabilitas nasional.

Saat ini memang kondisi politik dan ekonomi indonesia telah jauh lebih stabil dibandingkan masa itu.

Namun, problem kelaparan dan malanutrisi tetap membayangi sejumlah besar penduduk Indonesia. Diantaranya dikarenakan dampak perubahan iklim dan pemanasan global yang diperkirakan akan semakin memburuk di tahun-tahun mendatang.

Perubahan iklim ini, diprediksi akan berdampak pada peningkatan cekaman (stress) lingkungan dan peningkatan jumlah lahan pertanian suboptimal di Indonesia.

Pada gilirannya, ini akan berdampak langsung terhadap penurunan produktifitas pertanian nasional.

Cekaman lingkungan yang banyak diketemukan dan diprediksi akan meningkat signifikan akibat pemanasan global di negara kepulauan tropis seperti indonesia adalah cekaman kekeringan, banjir dan saline (kadar garam yang tinggi).

Merujuk data Kementerian Perikanan dan Kelautan, jumlah pulau di Indonesia adalah 17.504 pulau yang sebagian besarnya merupakan pulau-pulau kecil, dan dengan garis pantai sepanjang 99.093 km.

Lahan pertanian dengan kondisi cekaman lingkungan diketahui berdampak menurunkan produktivitas tanaman pertanian.

Kondisi ini berakibat turut menyumbang terjadinya kemiskinan, kelaparan, gizi buruk, dan stunting di sejumlah pelosok Indonesia. Karena itu, keberadaan kultivar tanaman yang lebih adaptif, tentu akan sangat membantu memerangi kelaparan dan malanutrisi di Indonesia.

Ditambah, tanaman seringkali terkena beberapa jenis cekaman lingkungan biotik-abiotik secara bersamaan.

Dengan demikian, mengungkap mekanisme biologis umum yang mempengaruhi kemampuan tanaman untuk dapat mengatasi berbagai faktor cekaman lingkungan sekaligus menjadi hal penting bagi peningkatan produktivitas tanaman di bawah situasi cekaman biotik-abiotik kompleks yang terjadi.

Sebagai informasi, tumbuhan mengenali dan beradaptasi dengan kondisi lingkungan sekitar yang tidak menguntungkan melalui perubahan mekanisme metabolisme dalam internal tubuhnya.

Ini dilakukan dengan mengatur ekspresi serangkaian gen yang berperan dalam pola adaptasi metabolik terkait.

Baca juga: Sekilas tentang Epigenetics, Mekanisme Biologi Pengatur Pola Ekspresi Gen DNA Makhluk Hidup

Epigenetik, Lebih dari Sekadar Rekayasa Urutan DNA Organisme

Memang kini teknologi rekayasa genetika modern memainkan peran yang semakin penting dalam modifikasi sifat agronomi pada spesies tanaman pertanian.

Pun saat ini, telah banyak diketemukan gen yang bertanggung jawab mengkode protein fungsional untuk adaptasi kondisi cekaman lingkungan di tanaman.

Namun, sifat fenotipik (fisik) organisme yang diinginkan tidak selalu linier mengikuti transformasi yang sukses dari gen yang ditargetkan.

Ditambah, di kegiatan penelitian sekuensing genom utuh (Whole Genome Sequencing) yang telah dikerjakan dapat terlihat bahwa urutan DNA dan gen saja tidak cukup menjelaskan proses biologis yang kompleks yang

dok. pribadi Bagaimana pengaruh cekaman lingkungan dapat mendorong terjadinya perubahan pola epigenetik di DNA tanaman. Perubahan struktur epigenetik yang terjadai dapat berfungsi serupa memori dalam mekanisme adaptasi tanaman terhadap lingkungannya

Baca juga: Jenis-jenis Tumbuhan yang Menunjukkan Keanekaragaman Tingkat Gen

Menarik juga untuk disimak, bahwa tidak peduli seberapa banyak kita mampu mengubah struktur gen suatu organisme, tetapi selama gen tersebut tidak dapat diekspresikan, maka itu tidak akan sampai memberi perubahan fenotipik yang dikehendaki.

Ada mesin biologis molekuler lain yang memainkan peran penting dalam menentukan apakah gen dapat diekspresikan atau tidak.

Rincian jaringan regulasi struktur genetik dalam respon cekaman tanaman memang sulit dipahami karena kompleksitas mesin molekuler pasca regulasi transkripsinya.

Regulasi ini dapat dijelaskan dengan menggunakan keilmuan epigenetik.

Epigenetik adalah mekanisme biokimia dan sistem biologi kompleks yang mengatur bagaimana ekspresi gen diatur pada tingkat sel. Perubahan epigenetik tidak dapat dijelaskan dengan perubahan urutan DNA saja [8].

Lebih jauh, mekanisme epigenetik dapat diturunkan, tetapi tidak mengikuti pola pewarisan yang diketahui.

Epigenetics sendiri sebenarnya adalah pendalaman dari bidang keilmuan genetika yang baru saja mulai terbuka di dunia akademisi global.

Melalui pendekatan ini dimungkinkan juga untuk menghasilkan tanaman kultivar baru yang tergolong ke dalam teknik pemuliaan tanaman non-transgenik (non-GMO).

Dari berbagai mekanisme epigenetik yang ada, metilasi DNA, microRNAs (miRNAs) dan modifikasi histone adalah contoh mekanisme epigenetik yang diketahui memainkan peran penting dalam menentukan ekspresi gen pada proses adaptasi tanaman [2].

Pada tanaman padi (Oryza sativa) genotipe sensitif contohnya, sebagian besar isomiRNA yang teridentifikasi ternyata diregulasi lebih banyak selama cekaman kekeringan, dan teregulasi lebih sedikit dibandingkan pada tanaman padi genotipe toleran.

miRNA ini mampu membuat gen ketahanan terhadap kondisi cekaman lingkungan, terekspresi atau tidak terekspresikan.

miRNA, juga diidentifikasi menanggapi beberapa cekaman lingkungan, termasuk salinitas, kekeringan, suhu dingin, perendaman, kekurangan nitrat, dan tekanan arsenit dan arsenat pada jagung (Zea mays), tebu (Saccharum officinarum), dan anggrek phalaenopsis (Phalaenopsis aphrodite).

Sedangkan metilasi DNA berperan penting sebagai salah satu faktor utama yang dapat memodulasi ekspresi gen melalui penghambatan transkripsi dan pergerakan transposon.

Metilasi DNA juga mempengaruhi pola ekspresi gen, mengatur pencetakan RNA, dan mengaktifkan elemen transposabel dan gen terkait elemen transposabel, terutama dalam menanggapi isyarat lingkungan.

Baca juga: Tanaman Bisa Stres Saat Disentuh, Ahli Jelaskan Penyebabnya

Ditambahkan juga oleh Peter Crisp, bahwa perubahan pengaruh cekaman lingkungan dapat merubah struktur metilasi dan histone di DNA tanaman.

Perubahan yang terjadi ini dapat berfungsi serupa memori dan akan berperan penting dalam adaptasi tanaman ketika nantinya kembali menghadapi kondisi cekaman lingkungan yang sama.

Pemahaman yang lebih baik tentang struktur, serta pola mekanisme epigenetik di genom tanaman dapat memberikan wawasan lebih utuh tentang mekanisme regulasi yang mendasari respon dan adaptasi cekaman abiotik tanaman.

Namun, saat ini masih sangat sedikit yang diketahui tentang dinamika struktur serta pola mekanisme epigenetik pada tanaman di bawah tekanan cekaman lingkungan, bagaimana mereka mengganggu mekanisme ekspresi gen adaptasi tanaman, dan seberapa kompleks peran mereka sebenarnya.

Baca juga: Perubahan Iklim Ancam Ketahanan Pangan Indonesia, Apa Dampaknya?

Padahal pemanfaatan struktur serta pola mekanisme epigenetik diyakini dapat menjadi teknologi penting untuk mengembangkan pendekatan teknologi rekayasa genetika modern tanaman.

Karena itu, saya berpendapat bahwa memahami pola ekspresi gen dengan cara mempelajari pola epigenetik menjadi hal yang strategis untuk dikembangkan oleh Ilmuwan Indonesia.

Ini dilakukan dengan semangat, agar ilmuwan Indonesia dapat merakit kultivar baru tanaman pangan yang lebih adaptif terhadap perubahan iklim global.

Selain itu, keanekaragaman hayati Indonesia yang kaya memiliki pola epigenetik yang beragam tentunya dapat dimanfaatkan dalam skema pemuliaan tanaman modern yang lebih efisien.

Sudah saatnya ilmuwan di Indonesia serius mengkaji lebih dalam keanekaragaman epigenetik yang ada di plasma nutfah kita, untuk kemudian dimanfaatkan dalam upaya menghasilkan tanaman pangan yang jauh lebih adaptif dan lebih produktif dari yang ada saat ini.

Dengan demikian goal untuk dapat menghapuskan kelaparan dan malanutrisi di masyarakat Indonesia dapat semakin dekat terwujud.

Erwin Fajar Hasrianda
Peneliti Bidang Genetika Tanaman, Pusat Riset Rekayasa Genetika, Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN)