Pertanian
Meningkatkan Pertanian dengan AI dan Rekayasa Genetika – Masa Depan Budidaya
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Menciptakan Tanaman Pangan Baru
Sejak awal pertanian, umat manusia telah mengubah gulma liar menjadi tanaman yang dijinakkan, yang memiliki kandungan nutrisi lebih tinggi, rasa lebih baik, lebih mudah dipanen, dan memiliki biji yang lebih besar.
Namun, pemuliaan modern tanaman pangan telah menghasilkan seleksi untuk sifat seperti respons yang lebih kuat terhadap pupuk, pestisida, dan irigasi, yang menghasilkan varietas yang lebih rapuh dan bergantung pada sistem pertanian dengan input tinggi.
Perubahan iklim, erosi tanah, spesies invasif, dan gulma telah memberikan tekanan kuat pada tanaman yang terlalu dipilih ini.
Proses domestikasi ini juga lambat dan “buta”, dengan sifat baru yang ditemukan secara acak dan dipilih selama puluhan bahkan abad.
Sebagian besar tanaman dunia berasal dari beberapa “peristiwa domestikasi” di beberapa wilayah dunia, meninggalkan banyak kemungkinan domestikasi yang belum dilakukan.
Saat ini, prosedur seleksi dan pemuliaan baru pada tanaman oleh perusahaan pertanian difokuskan pada penambahan sifat seperti ketahanan terhadap stres air atau ketahanan terhadap hama dan penyakit pada tanaman modern, dengan hasil yang beragam.
Masalah utama adalah banyak sifat yang diinginkan yang diidentifikasi pada spesies liar bersifat multigenik, diciptakan oleh banyak gen, seringkali puluhan atau bahkan ratusan, sehingga modifikasi genetik pada tanaman budidaya menjadi hampir tidak mungkin.
Pilihan lain yang muncul disebut “domestikasi de novo”. Idenya adalah alih-alih mengambil tanaman modern berproduksi tinggi dan mencoba membuatnya sekuat gulma liar, mengapa tidak mengambil gulma liar yang sudah tahan dan menjadikannya seproduktif tanaman modern?
Tanaman Baru dan Masalah Baru
Menciptakan Sumber Pangan Baru
Sifat yang diinginkan pada varietas tanaman budidaya cenderung kurang kompleks, seringkali dikendalikan oleh satu atau beberapa gen saja. Selain itu, fitur genetik ini umumnya sudah dipahami dengan baik.
Jadi, pendekatan domestikasi de novo berpotensi menghasilkan jenis tanaman baru yang dapat menampilkan ketahanan terhadap perubahan lingkungan serta hasil dan karakteristik yang cukup baik sebagai makanan.
Terutama ketika Anda mempertimbangkan alat baru seperti CRISPR, yang memungkinkan penyuntingan gen yang sangat spesifik dan terkontrol, termasuk penambahan dan penghapusan gen, atau penyuntingan basa spesifik pada gen yang ada. Mengingat CRISPR kini disetujui untuk terapi gen pada manusia, kemungkinan kerangka hukum untuk tanaman yang diedit CRISPR akan terbuka di banyak negara.
Detail teknis tentang cara melakukannya dapat ditemukan dalam publikasi ilmiah, misalnya, “Future-Proofing Agriculture: De Novo Domestication for Sustainable and Resilient Crops”.
Kehilangan Jejak di Antara Gulma
Masalah yang muncul ketika mengubah gulma menjadi tanaman pangan adalah, jelas, tanaman baru akan sangat mirip dengan gulma. Dalam artikel “De novo domestication: what about the weeds?“, peneliti di Universitas Kopenhagen meneliti pertanyaan ini.
Dalam artikel tersebut, mereka mengakui bahwa pendekatan GMO tradisional untuk pengelolaan gulma (ketahanan herbisida) tidak berkelanjutan dan menyebabkan terlalu banyak polusi.
Sebaliknya, mereka mengusulkan bahwa teknologi penyiangan robotik dapat didorong oleh rekayasa genetik untuk menciptakan sistem pengelolaan gulma yang jauh lebih ramah lingkungan.
Ketika Robotika Canggih Bertemu Penyuntingan Gen Canggih
Robot Menyiangi Ladang
Tanaman de novo (dan berpotensi, varietas tanaman yang sudah dimodifikasi) dapat dimodifikasi agar identifikasinya mudah bagi robot penyiang.
Ini dapat menjadi berkah bagi robot pertanian, topik yang kami bahas dalam artikel “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”, di mana kami memperkenalkan berbagai robot penyiang:
- Ecorobotix menggabungkan visi mesin dengan penyemprotan presisi untuk mengurangi hingga 95% volume pestisida dan herbisida yang digunakan.
- Naio Technologies bertujuan menghilangkan herbisida sepenuhnya dari ladang, dengan robot otonom 5 ton yang mengemudi di ladang dan memotong atau mencabut gulma dengan pisau kecil. Ia menggunakan LIDAR, panduan GPS, dan visi mesin untuk mengemudi sendiri dan membedakan tanaman dari gulma, tanpa memerlukan pengawasan.
- Blue River Technology, mitra raksasa peralatan pertanian John Deere. Ia menggunakan pembelajaran mesin dan visi mesin untuk mengidentifikasi setiap tanaman di ladang. Jadi robot dapat menghilangkan gulma sekaligus menipiskan tanaman, seperti selada, meningkatkan hasil total tanpa intervensi manusia.
Visi Cerdas
Penggunaan visi mesin terakhir oleh Blue River menjadi tren yang berkembang di antara perusahaan robotik pertanian, dengan lainnya mengejar strategi serupa, seperti Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics, dan Aigro.
Secara keseluruhan, mereka memanfaatkan kemajuan AI yang juga digunakan untuk mobil otonom, robot pengantar, dll.
Masalahnya adalah bahkan manusia kadang kesulitan membedakan beberapa gulma dari tanaman. Jadi, meskipun dengan pembelajaran mesin dan jaringan saraf paling canggih, identifikasi visual sederhana dapat kesulitan mengidentifikasi target dengan tepat.
Masalah ini akan menjadi lebih serius untuk strategi domestikasi de novo, dengan gulma yang dimodifikasi tampak sangat mirip dengan gulma liar asli, bahkan lebih daripada tanaman konvensional.
Secara teori, masalah ini dapat diselesaikan dengan mengembangkan algoritma yang lebih efisien atau lebih kuat. Namun, belum ada yang tahu apakah hal ini benar‑benar dapat diwujudkan. Modifikasi genetik dapat menjadi penyelamat.
Penandaan Tanaman De Novo
Berbeda dengan mata manusia, visi mesin dapat dengan mudah menganalisis rentang spektrum elektromagnetik yang luas, meliputi cahaya tampak (380–780 nm), inframerah dekat (780–2500 nm), inframerah menengah (2500–25 000 nm), dan inframerah jauh (25 000–300 000 nm).
Ketika digabungkan, ini dikenal sebagai visi “hiperspektral”. Teknologi ini sudah dipakai untuk menganalisis tanaman, menggunakan citra hiperspektral dari drone atau satelit untuk mendeteksi masalah seperti stres air, hama dan penyakit, kualitas tanah, dll.
Source: Imechyperspectral
Tanaman baru dan tanaman yang diedit secara genetik dapat direkayasa untuk memiliki profil hiperspektral yang berbeda dari kerabat liar mereka. Perbedaan ini kemudian dapat digunakan oleh robot untuk secara instan menentukan mana gulma dan mana tanaman yang diinginkan.
Rekayasa genetik juga dapat digunakan untuk memodifikasi bentuk daun, membuat tanaman domestikasi de novo lebih mudah diidentifikasi.
Source: Cell
Keindahan pendekatan ini adalah bahwa perubahan profil hiperspektral tidak mungkin mengubah kecocokan lingkungan tanaman. Jadi perubahan tersebut kemungkinan tidak terdeteksi secara bermakna kecuali oleh robot penyiang.
Akhirnya, perubahan pada profil hiperspektral dapat dicapai dengan modifikasi mono‑gen, dan sudah rutin dilakukan di laboratorium biologi tanaman, sehingga tidak memerlukan kemajuan teknologi baru: peneliti Denmark mencatat tidak kurang dari 17 modifikasi gen yang diketahui dapat menghasilkan hasil yang diinginkan.
Pendekatan Terbaik?
Bioengineering tanaman telah menjadi topik perdebatan selama bertahun‑tahun. Penggunaan paling umum dari teknologi ini, menambahkan sifat ketahanan herbisida, belum membuat praktik ini lebih populer, karena terkait dengan peningkatan penggunaan herbisida, termasuk RoundUp yang berpotensi menyebabkan kanker.
Pada saat yang sama, hampir setiap tanaman budidaya secara genetik sangat dimodifikasi dari nenek moyangnya yang liar; satu‑satunya perbedaan adalah bahwa perbedaan ini dicapai melalui mutasi acak alih‑alih mutasi terarah.
Masalah yang terlihat pada GMO tahan herbisida adalah penyebaran gulma tahan herbisida. Masalah serupa dapat muncul pada tanaman yang dimodifikasi profil hiperspektralnya.
Hal ini tetap tidak boleh mengalihkan perhatian dari janji domestikasi de novo.
Pendekatan ini dapat menciptakan tanaman pangan baru yang lebih tahan terhadap kekeringan, salinisasi, gelombang panas, penyakit, dan hama.
Ini bahkan dapat memungkinkan kita menciptakan tanaman pokok baru (seperti gandum dan padi) yang bukan tahunan melainkan perdu, tumbuh kembali setiap tahun, menyerap karbon, dan membatasi erosi tanah, contohnya beras liar Afrika atau biji hibrida perdu baru Kernza®.
Source: Frontiers
Perusahaan Pertanian Inovatif
1. Deere & Company
DE Grafik Harga
Perusahaan publik ini dikenal dengan mesin pertanian tradisionalnya. Ia juga menjadi pemimpin dalam peralatan pertanian paling canggih, menerapkan teknologi seperti AI, IoT, robot, pembelajaran mesin, big data, dll., untuk membuat keputusan berbasis data.
Source: Deere
Seperti disebutkan di atas, Deere juga bermitra dengan startup seperti Blue River Technology, yang menggunakan visi mesin untuk mengidentifikasi setiap tanaman di ladang.
Jadi, sangat mungkin traktor/robot otonom dan visi mesin, mungkin diterapkan pada tanaman domestikasi de novo, akan menjadi masa depan John Deere, mengintegrasikan teknologi ini secara mulus ke dalam citra satelit dan solusi AI lainnya.
3. Bayer Crop Science (BAYRY)
Bayer Crop Sciences, bagian dari Bayer Global (juga perusahaan farmasi), berfokus pada inovasi seputar benih, sifat, dan perlindungan tanaman.
Inovasi Bayer telah membantu ilmuwan bioteknologi mereka melakukan perbaikan terarah pada DNA tanaman.
Sejak bergabung dengan Monsanto, Bayer juga menjadi pemimpin dalam tanaman GMO dan pengelolaan gulma. Penggabungan ini membawa masalah gugatan RoundUp yang sangat mahal, yang menyebabkan saham perusahaan turun drastis dalam beberapa tahun setelah merger.
Bayer menguasai sebagian besar pasar benih GMO tradisional dan juga sedang mengerjakan penggunaan CRISPR untuk generasi benih berikutnya pada jagung, kedelai, gandum, dll.
Manfaat perlindungan tanaman, menurut Bayer, sangat besar. Mekanisme perlindungan tanaman melindungi sekitar 30 persen hasil pertanian dunia, setara dengan 550 juta ton makanan yang dapat memberi makan lebih dari 2 miliar orang.
Source: Bayer
Bayer beralih dari GMO tradisional melalui kemitraan dengan Gingko Bioworks (DNA), salah satu perusahaan biologi sintetis terbesar. Kemitraan ini berfokus pada pengembangan alternatif biologis untuk pupuk kimia melalui penyuntingan gen mikroorganisme.
Ia merupakan pemimpin dalam variasi benih dan penyuntingan gen pada tanaman, dengan lebih dari 500 varietas tanaman baru dalam pipeline (dan 250 pendaftaran benih baru pada 2022).
Perusahaan ini juga memimpin integrasi teknologi ke dalam pertanian. Misalnya, Bayer menandatangani kemitraan dengan Microsoft (MSFT ) untuk menggabungkan sistem manajemen data Azure milik raksasa teknologi dengan keahlian Bayer dalam menggunakan data dari satelit, sensor lapangan, drone, peralatan lapangan, dan sensor tanah untuk menciptakan pertanian yang benar‑benar modern dan terhubung.
Source: Bayer
Berkat kepemimpinannya dalam GMO (tradisional dan penyuntingan gen lanjutan), seleksi varietas tanaman, serta integrasi big data ke dalam pertanian, Bayer akan menjadi kandidat alami untuk mendampingi proses penciptaan tanaman domestikasi de novo, serta deteksi hiperspektral gulma oleh robot pertanian.
