Teknologi Minikromosom – Cara Terbaik untuk Pertumbuhan Berkelanjutan dalam Hasil Tanaman?

Pertanian sebagai praktik telah ada sejak peradaban manusia. Sepanjang waktu ini, teknologi baru secara berkala memperkaya bidang tersebut. Akibatnya, pertanian menjadi lebih efisien, menghemat waktu dan biaya. Evolusi ini melihat tenaga kerja manusia digantikan secara signifikan, pertama oleh hewan dan kemudian oleh mesin. Dalam lintasan pertumbuhan ini, salah satu penambahan terbaru adalah teknologi Minikromosom. 

Apa Itu Teknologi Minikromosom?

Minikromosom adalah struktur kecil yang terdapat di dalam sel. Struktur ini – meskipun berukuran kecil – dapat menyimpan sejumlah besar informasi melalui materi genetik yang mereka bawa. 

Struktur kecil ini sangat penting bagi ahli genetika pertanian karena dapat digunakan untuk meningkatkan tanaman dengan menambahkan puluhan sifat melalui mereka. Misalnya, mereka dapat membuat tanaman lebih tahan kekeringan atau lebih mampu memanfaatkan nitrogen. Menariknya, meskipun modifikasi semacam itu dapat meningkatkan hasil secara signifikan, mereka tidak mengubah gen tanaman, sehingga lebih mudah diterima oleh regulator dan petani. 

Sementara kami akan meninjau fitur dan keistimewaan teknologi minikromosom secara detail pada segmen berikutnya, kita perlu mengetahui sejarahnya untuk lebih memahami tujuan dan sasarannya. 

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana robotik mengambil alih pertanian.

Asal Usul Teknologi Minikromosom secara Singkat

Teknologi Minikromosom, yang juga dikenal sebagai gene‑stacking, tumbuh dari penemuan oleh Daphne Preuss, salah satu pengusaha makanan dan pertanian paling sukses di dunia. 

Berdomisili di Sorrento, Maine, Amerika Serikat, Daphne Preuss telah mengenakan banyak peran dalam kariernya yang panjang dan cemerlang. Dari November 2006 hingga Desember 2018, Preuss menjabat sebagai CEO Chromatin Inc., yang juga dikenal sebagai Future Food. 

Menurut Gregory Copenhaver, yang bekerja pada proyek Preuss di mana ia awalnya bekerja dengan Arabidopsis Thaliana, sebuah tanaman sawi kecil: 

“Daphne menemukan mutasi dengan karakteristik yang memungkinkan kami mengembangkan teknik pemetaan genetik untuk tanaman. Kami merancang teknik untuk mengidentifikasi sentromer, titik pada kromosom yang ditangkap sel ketika harus memindahkannya selama pembelahan. Kami berhasil menemukan cara untuk menangkap sentromer sendiri dan menggunakannya untuk bekerja dengan tanaman lain.”

Inilah yang memicu pengembangan teknologi minikromosom. Selanjutnya, Copenhaver dan Preuss mendirikan perusahaan Chromatin Inc. dan melisensikan teknologi tersebut kepada perusahaan. Inilah cerita singkat di balik asal usul teknologi minikromosom. 

Dengan informasi ini di tangan, pertanyaan selanjutnya yang cukup jelas muncul: mengapa teknologi minikromosom mendapatkan momentum. Pasti ada penelitian serupa pada waktu itu yang mempertimbangkan pemanfaatan genetika tanaman untuk meningkatkan hasil dan volume produksi tanaman. Copenhaver memiliki jawabannya. 

Apa yang Membuat Teknologi Minikromosom Menonjol?

Menurut Copenhaver, cara mengubah tanaman dengan menyisipkan gen ke dalam kromosomnya sudah dikenal. Namun, teknologi yang ada selama beberapa dekade menderita ketidakteraturan. Tidak ada kepastian tentang apa hasilnya. 

Bahkan jika gen dapat disisipkan ke dalam kromosom yang ada, posisi pendaratannya dapat memengaruhi fungsinya. Proses tersebut juga berisiko mengganggu gen lain selama penyisipan. 

Ketidakpastian ini membuat proses yang ada menjadi rumit dan sulit dijalankan. Setelah bekerja dengan ribuan tanaman, peneliti hanya berhasil dalam sejumlah kasus terbatas di mana perubahan menghasilkan hasil yang diinginkan. 

Teknologi minikromosom memberikan kepastian pada proses tersebut. Menurut Copenhaver, proses ini membuatnya “lebih mudah menurunkan sifat.” Ia membuat pemuliaan tanaman baru “lebih cepat, lebih baik, lebih murah, dan lebih dapat diprediksi.”

Sejauh Mana Teknologi Minikromosom Telah Berkembang?

Penelitian tentang teknologi minikromosom telah menghasilkan banyak wawasan penting sejauh ini. Misalnya, minikromosom tidak memiliki gen sendiri. Fitur ini – bersama dengan ukurannya yang kecil – membantu minikromosom berfungsi sebagai vektor super untuk mengekspresikan gen asing. Secara menguntungkan, dalam proses ini, mereka mengganggu pola pertumbuhan dan perkembangan inang secara minimal. 

Minikromosom tetap stabil selama mitosis dan meiosis. Properti ini membantu gen yang ditempati untuk mengekspresikan dan ditransmisikan dari sel ke sel, dari satu generasi ke generasi berikutnya. Menambah, menghapus, dan mengganti gen dalam minikromosom sangat sederhana. Semua yang dibutuhkan adalah sistem SSR: Simple Sequence Repeat. 

Teknologi minikromosom – sebagaimana adanya saat ini – berguna bagi praktik pertanian kita dalam berbagai cara. Ia dapat membantu mengembangkan gen tanaman yang toleran terhadap herbisida dan tahan hama. 

• Jenis gen pertama memfasilitasi pengendalian gulma. 
• Jenis gen kedua mengurangi kebutuhan pestisida, menurunkan biaya pertanian dan membuat tanaman lebih sehat. 

Selain itu, teknologi ini menyiapkan dasar untuk rekayasa genetika yang lebih efektif pada tanaman sehingga hasilnya meningkat. Ia berpotensi membantu menumbuhkan lebih banyak tanaman dengan jumlah sumber daya alam yang sama. 

Pengembangan teknologi kromosom buatan dan metode perakitan gen yang efektif untuk menargetkan dan mengedit genom secara presisi menjadi mungkin dengan terus berinovasi pada teknologi minikromosom. 

Tetapi mengapa kita memerlukan peningkatan hasil sambil mempertahankan biaya dan penggunaan sumber daya yang sama atau lebih rendah? Karena populasi dunia terus meningkat, dan lahan yang dapat dibudidayakan tidak dapat bertambah. Ketidaksesuaian antara pasokan dan permintaan inilah yang membuat teknologi peningkatan hasil seperti minikromosom menjadi penyelamat. 

Permintaan Global akan Pangan Akan Meningkat

Menurut laporan ringkasan yang disajikan oleh Organisasi Pangan dan Pertanian Perserikatan Bangsa-Bangsa, populasi dunia dapat tumbuh lebih dari sepertiga, atau 2,3 miliar orang, antara 2009 dan 2050. Hal ini akan menyebabkan permintaan pangan yang sangat besar. 

Sebagai contoh, permintaan akan sereal, baik untuk makanan maupun pakan ternak, dapat mencapai sekitar 3 miliar ton pada tahun 2050. Laporan tersebut juga memperkirakan bahwa memberi makan populasi global sebanyak 9,1 miliar orang pada tahun 2050 memerlukan peningkatan produksi pangan secara keseluruhan hampir 70 persen antara 2005/07 dan 2050. Di negara berkembang, pertumbuhannya hampir 100 persen. 

FAO berpendapat bahwa target ini hanya dapat dicapai dengan menerapkan teknologi peningkatan hasil. Mereka menyatakan secara jelas bahwa hingga 90 persen pertumbuhan produksi tanaman harus berasal dari peningkatan hasil dan intensitas tanam, sisanya berasal dari perluasan lahan. 

Sementara meningkatkan efisiensi produksi tanaman dan meningkatkan tingkat hasil adalah realitas, ada juga kebutuhan untuk membuat tanaman tahan terhadap cuaca tak terduga yang muncul sebagai produk sampingan perubahan iklim di seluruh dunia. 

Kita telah melihat bahwa teknologi minikromosom membantu menghasilkan tanaman tahan kekeringan. Namun, untuk memproduksi tanaman semacam itu dalam skala lebih besar, dunia membutuhkan lebih banyak investasi dari pemerintah serta perusahaan multinasional besar. Kabar baiknya, contoh-contoh semacam itu sudah ada. 

Jika kita menelusuri jejak Chromatin Inc. yang dibuat dengan penemuannya, kita akan melihat bahwa banyak perusahaan global besar telah menyatakan minat pada teknologinya selama beberapa tahun. Pertama, kita lihat pernyataan minat tersebut, lalu kami akan menelusuri lebih dalam perusahaan-perusahaan ini untuk memahami solusi relevan yang mungkin mereka miliki di bidang ini.  

• Pada tahun 2007, Chromatin memberikan lisensi non‑eksklusif kepada Syngenta Biology Inc. untuk menggunakan teknologi tersebut pada jagung dan kedelai.
• Setelah Syngenta, perusahaan tersebut juga menjalin kesepakatan dengan Dow AgroSciences untuk penelitian menggabungkan teknologi minikromosomnya dengan teknologi Dow. 
• Ia juga menandatangani kesepakatan dengan Bayer Crop‑science untuk menggunakan teknologi tersebut pada tanaman kapasnya. 

Kami kini akan meninjau perkembangan peningkatan hasil yang relevan yang telah berhasil dilakukan ketiga multinasional tersebut hingga saat ini. 

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta terus mengembangkan tanaman dengan teknologi sifat benih yang lebih efisien. Akselerator konversi sifat Syngenta telah memperkenalkan produk benih jagung yang menggunakan teknologi mutakhir untuk siap dipasarkan dengan cepat. 

Sementara terus mengintegrasikan teknologi seperti minikromosom, mereka telah bekerja secara ekstensif untuk memajukan bidang biologi molekuler, biokimia, transformasi tanaman, dan genomik terapan. Produk mereka, seperti Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera, dan Enogen, telah menawarkan solusi teknologi benih yang kredibel untuk membantu petani melindungi hasil mereka dari curah hujan yang tidak terduga hingga serangga dan hama yang merusak.

Pada 9 November 2023, Grup Syngenta mengumumkan hasil keuangannya untuk sembilan bulan pertama dan kuartal ketiga 2023. Penjualan untuk sembilan bulan pertama 2023 mencapai US$24,3 miliar, turun 6 persen secara tahunan. EBITDA turun 22% dibandingkan 2022.  

2. Dow AgroSciences

Dow Corporation memiliki rangkaian solusi tanaman yang mencakup solusi untuk mengoptimalkan pertumbuhan tanaman sambil meminimalkan penggunaan sumber daya. Dow memastikan bahwa solusi tanamannya membantu mengurangi kerugian dengan melindungi tanaman dari serangga, gulma, dan penyakit. Ia juga menyediakan distribusi nutrisi dan air yang efisien sambil memungkinkan sintesis pestisida dengan blok bangunan yang dapat diandalkan. 

Dow memublikasikan hasil kuartal ketiga 2023 pada 24 Oktober 2023. Perusahaan mencatat penjualan bersih US$10,7 miliar, turun 24% dibandingkan periode tahun sebelumnya. Laba bersih per saham GAAP adalah US$0,42, sementara laba operasional per saham (EPS) adalah US$0,48, dibandingkan US$1,11 pada periode tahun sebelumnya dan $0,75 pada kuartal sebelumnya.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences, bagian dari Bayer Global, berfokus pada inovasi seputar benih, sifat, dan perlindungan tanaman. Inovasinya telah membantu ilmuwan bioteknologi mereka membuat perbaikan terarah dalam DNA tanaman. Solusinya membantu mengendalikan gulma melalui toleransi herbisida bawaan dan membantu petani mempertahankan potensi genetik benih mereka sambil menanam lebih efisien dengan dampak lingkungan yang jauh berkurang.

Manfaat perlindungan tanaman, menurut Bayer, sangat besar. Mekanisme perlindungan tanaman melindungi sekitar 30 persen hasil pertanian di seluruh dunia, setara dengan 550 juta ton makanan yang dapat memberi makan lebih dari 2 miliar orang. 

Spektrum solusi perlindungan tanaman Bayer mencakup herbisida, fungisida, dan insektisida. Semua solusinya didukung oleh kimia mutakhir, inovasi biologis, dan wawasan lapangan berbasis data. Penerapan tepat teknologi mereka menghasilkan benih dan sifat yang sangat maju. 

Pada tahun keuangan 2022, Grup Bayer mencatat penjualan grup sebesar 50,739 miliar euro, naik 8,7 persen dengan penyesuaian mata uang dan portofolio. EBITDA sebelum item khusus naik 20,9 persen menjadi 13,513 miliar euro.

Masa Depan Teknologi Minikromosom

Pertumbuhan populasi, iklim yang tidak dapat diprediksi, dan keterbatasan lahan yang dapat dibudidayakan di seluruh dunia menjadi faktor yang mendorong kebutuhan akan teknologi produksi tanaman yang lebih maju seperti minikromosom. Aspek paling menjanjikan dari teknologi minikromosom adalah bahwa ia membuka jalan bagi lebih banyak teknologi serupa untuk muncul.

Penelitian yang tersedia menunjukkan bahwa perubahan genetik yang efisien dapat membantu tanaman tumbuh lebih baik meskipun berada dalam kondisi yang tidak menguntungkan. Hasil jagung, misalnya, telah meningkat sebesar 10%. Tidak hanya produksi mereka meningkat, tetapi jagung tersebut menjadi lebih baik dengan toleransi kekeringan yang lebih tinggi, kandungan lisin yang lebih tinggi, dan kemampuan menghasilkan etanol yang meningkat. 

Rekayasa genetika, yang dibangun di atas teknologi seperti minikromosom, dapat melawan penyakit hawar kentang sambil mengurangi penggunaan fungisida kimia hingga 90 persen. Tidak hanya pertanian kentang kini memiliki dampak lingkungan yang lebih kecil, tetapi hasilnya juga memiliki lebih sedikit memar dan bintik hitam. Kapasitas penyimpanan kentang ini meningkat, dan penggunaan bahan kimia yang lebih sedikit dalam produksinya membuatnya kurang berbahaya bagi kesehatan kita. 

Tidak hanya jagung dan kentang, teknologi minikromosom juga terus meningkatkan produksi apel arktik, varietas pepaya di Hawaii, labu musim panas, dan zucchini. Ia telah membantu melindungi buah dari perubahan warna sambil mempertahankan nilai gizi dan rasa mereka. Teknologi ini terbukti efektif melawan virus cincin, virus mosaik kuning, dan banyak varietas berbahaya lainnya. Bahkan telah membantu mengembangkan minyak kedelai yang tidak mengandung lemak trans, yang berbahaya bagi kesehatan jantung kita. 

Secara keseluruhan, minat yang meningkat pada teknik pertanian inovatif seperti minikromosom muncul pada saat peningkatan tingkat hasil tanaman menjadi prioritas di seluruh dunia, dan itu juga harus lebih berkelanjutan dengan jejak karbon yang lebih rendah. Di sinilah teknologi minikromosom bersinar paling terang, karena membantu mencapai keduanya secara substansial. Oleh karena itu, dapat diperkirakan akan ada lebih banyak aliran investasi dan dana riset di bidang ini dalam waktu dekat. 

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana mikrobioma tanaman yang direkayasa melindungi tanaman dari bakteri.