Pembentukan poliploid stabil secara cepat merupakan isu sentral dalam kajian evolusi genom dan pengembangan varietas tanaman unggul. Penelitian terkini yang dilakukan oleh Xu Han dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa hasil penggandaan genom pada hibrida pertama (generasi F1) dari persilangan antara dua subspesies padi Oryza sativa, yakni japonica dan indica, dapat menghasilkan autotetraploid yang stabil. Penelitian ini bukan hanya menjawab prediksi teoretis mengenai transisi aloploid menuju autoploid melalui pertukaran homoeolog (homoeologous exchanges/HE), tetapi juga memberikan landasan empiris terhadap kemungkinan terbentuknya tanaman poliploid baru yang stabil melalui mekanisme alami. Dalam ekosistem pertanian modern yang kian rentan terhadap perubahan iklim dan tekanan lingkungan, temuan ini membuka cakrawala baru dalam pengembangan varietas padi yang adaptif dan memiliki fertilitas tinggi.
Kajian ini berfokus pada 202 garis inbrida rekombinan tetraploid padi (tetraploid recombinant inbred lines/TRILs) yang memiliki fenotipe homogen dan stabil. Semua garis tersebut dikembangkan melalui hibridisasi antara subspesies japonica dan indica diikuti oleh penggandaan seluruh genom. Penggunaan TRILs memungkinkan peneliti untuk memetakan komposisi genom secara menyeluruh, serta mengevaluasi performa agronomis seperti pertumbuhan, perkembangan, dan kemampuan reproduktif. Salah satu temuan penting adalah bahwa meskipun terjadi kombinasi dua subspesies yang secara genetik cukup berbeda, beberapa TRILs justru menunjukkan fertilitas tinggi serta ketahanan terhadap stres abiotik, yang umumnya sulit dicapai pada tahap awal pembentukan poliploid.
Dalam konteks evolusi genom, prediksi awal menyatakan bahwa suatu alopoliploid segmental yang baru terbentuk cenderung akan mengalami ‘autoploidisasi’ apabila pertukaran homoeolog berlangsung tanpa hambatan. Namun, dalam generasi awal pembentukan poliploid, tekanan seleksi terhadap abnormalitas meiosis sangat tinggi, sehingga kejadian pertukaran homoeolog cenderung jarang. Penelitian ini menyajikan pendekatan unik dengan mengamati perilaku kromosom saat meiosis, yang pada sebagian besar TRILs telah menunjukkan kestabilan. Stabilitas ini menjadi indikator penting bahwa sistem pembentukan kromosom sudah mencapai ekuilibrium genetik, yang mendukung fertilitas serta pertumbuhan optimal. Hal ini memperkuat dugaan bahwa melalui waktu dan seleksi alami, suatu alopoliploid bisa bertransisi menjadi autoploid secara fungsional.
Analisis yang dilakukan juga mengungkap pola kontribusi genom yang tidak seimbang antara induk japonica dan indica. Dalam beberapa kasus, ditemukan bahwa segmen genom dari salah satu induk lebih dominan dan bahkan dapat menggantikan seluruh segmen dari induk lain. Fenomena ini dikenal sebagai retensi segmen uniparental eksklusif (exclusive uniparental segment retention), dan menunjukkan bahwa selama proses seleksi dan stabilisasi, terdapat tekanan kuat untuk mempertahankan segmen genom tertentu yang lebih kompatibel terhadap stabilitas meiosis dan performa agronomis. Retensi genom yang tidak seimbang ini menandakan adanya seleksi terhadap alel tertentu yang mungkin memberikan keuntungan adaptif, baik terhadap lingkungan maupun terhadap fungsi fisiologis tanaman.
Studi ini menjadi penting bukan hanya karena menunjukkan kemungkinan terbentuknya tetraploid stabil secara cepat, tetapi juga karena menyoroti mekanisme transisi dari alopoliploid menjadi autoploid. Dalam literatur sebelumnya, fenomena ini sering kali sulit dibuktikan secara langsung karena keterbatasan dalam melacak jejak pertukaran homoeolog secara detail. Namun dengan pendekatan sekuensing seluruh genom dan pemetaan struktural yang mendalam, para peneliti mampu menunjukkan bahwa pada sebagian besar TRILs, terdapat pola-pola rekombinasi yang menunjukkan kecenderungan menuju struktur genom simetris seperti yang ditemukan pada autoploid sejati. Dengan kata lain, meskipun awalnya merupakan hasil dari hibridisasi dua genom berbeda, hasil akhir dari proses seleksi dan stabilisasi adalah sistem genom yang berperilaku layaknya autoploid, dengan stabilitas meiosis yang tinggi serta fenotipe homogen.
Kestabilan meiosis pada tetraploid padi ini menjadi indikator penting terhadap kemungkinan penggunaan TRILs sebagai basis pembentukan varietas baru. Padi sebagai tanaman pangan utama dunia memerlukan varietas dengan ketahanan stres tinggi dan produktivitas optimal. Dengan terbentuknya sistem genom yang stabil pada tetraploid, maka kemungkinan pengembangan kultivar baru dengan sifat agronomis unggul menjadi terbuka lebar. Beberapa TRILs bahkan menunjukkan performa lebih baik dibandingkan tetuanya, terutama dalam hal ketahanan terhadap kondisi lingkungan ekstrem seperti kekeringan atau suhu tinggi. Ini mengindikasikan bahwa seleksi terhadap kombinasi alel yang optimal pada kondisi tetraploid dapat menghasilkan adaptasi yang lebih baik terhadap tantangan lingkungan masa depan.
Implikasi dari hasil penelitian ini sangat luas, baik dalam konteks dasar biologi evolusi maupun dalam aplikasi bioteknologi pertanian. Secara evolusioner, hasil ini mendukung gagasan bahwa transisi dari alopoliploid menuju autoploid bukan hanya mungkin terjadi, tetapi juga bisa terjadi dalam waktu relatif singkat jika didukung oleh mekanisme seleksi yang efisien. Dalam konteks bioteknologi tanaman, pemahaman terhadap dinamika HE dan kestabilan meiosis dapat dimanfaatkan untuk menciptakan poliploid baru secara terkontrol. Dengan melakukan seleksi terhadap kombinasi genom yang menunjukkan kompatibilitas tinggi, para pemulia tanaman dapat mempercepat pembentukan varietas unggul melalui pendekatan genomik.
Penelitian ini juga menyumbang pada pemahaman mengenai bagaimana genom hybrid bisa mencapai kestabilan melalui retensi selektif dan penyusunan ulang struktur kromosom. Dengan memanfaatkan data dari sekuensing skala besar dan analisis bioinformatika mendalam, para peneliti menunjukkan bahwa stabilitas struktural genom dapat dicapai melalui berbagai jalur, termasuk penghilangan segmen homoeolog yang inkompatibel dan retensi selektif terhadap alel yang mendukung kestabilan reproduktif. Hal ini berimplikasi langsung terhadap pemuliaan tanaman, khususnya dalam menentukan strategi seleksi yang lebih efisien dan berbasis data genomik.
Dengan demikian, hasil yang diperoleh dari penelitian Xu Han dan timnya tidak hanya memperkaya pengetahuan tentang evolusi poliploid pada tanaman, tetapi juga memberikan bukti konkret bahwa manipulasi genomik melalui persilangan subspesies dan penggandaan genom dapat menghasilkan varietas tetraploid yang stabil dalam waktu singkat. Mekanisme seperti pertukaran homoeolog, retensi segmen uniparental, dan kestabilan meiosis menjadi kunci dalam memahami bagaimana transisi dari struktur alopoliploid menjadi autoploid dapat terjadi secara alami. Dalam konteks pertanian masa depan, pendekatan ini menjadi alternatif strategis dalam menghasilkan tanaman yang lebih tangguh terhadap perubahan iklim dan fluktuasi lingkungan, sekaligus memiliki potensi hasil panen yang tinggi. Oleh karena itu, hasil studi ini dapat dijadikan acuan dalam upaya pengembangan padi poliploid yang memiliki produktivitas dan ketahanan optimal melalui pendekatan bioteknologi yang berbasis pada prinsip-prinsip evolusi genom alami.
Sumber:
Leave a Reply