Detektif tanaman mengembangkan cara baru untuk melacak penyebaran global penyakit tanaman utama – Sains Terkini

Sebuah tim yang dipimpin oleh ilmuwan Universitas Negeri Oregon telah mengembangkan cara yang berpotensi menggagalkan penyebaran bakteri penyebab penyakit yang membahayakan lebih dari seratus spesies tanaman di seluruh dunia, sebuah kemajuan yang dapat menyelamatkan industri pembibitan miliaran dolar setahun.

Penelitian ini memiliki implikasi penting bagi petani tanaman komersial karena dapat membantu menghentikan penyebaran Agrobacterium. Bakteri menyebabkan penyakit mahkota-empedu, yang berdampak pada lebih dari 100 spesies tanaman, termasuk pohon buah-buahan, mawar, anggur, tanaman pembibitan dan pohon rindang. Spesies-spesies itu memiliki nilai gabungan lebih dari $ 16 miliar per tahun di Amerika Serikat saja, menurut Departemen Pertanian A.S.

Metode yang dikembangkan untuk penelitian ini juga dapat berpotensi diterapkan untuk melacak penyakit pada manusia dan hewan dan bahkan wabah penyakit bawaan makanan. Sebagai contoh, plasmid menyebarkan gen yang resisten terhadap antibiotik, masalah yang mendesak bagi kesehatan manusia dan hewan.

Ilmuwan Oregon State bekerja dengan para peneliti di USDA Agricultural Research Service pada penelitian ini. Temuan itu baru saja dipublikasikan di jurnal Ilmu.


"Memahami dasar genetik untuk bagaimana patogen muncul dan diversifikasi dalam ekosistem pertanian merupakan dasar untuk menentukan penyebaran dan menilai risiko mereka," kata Jeff Chang, seorang profesor di Sekolah Tinggi Ilmu Pertanian Oregon State dan salah satu penulis penelitian. "Ini sangat penting untuk menginformasikan kebijakan untuk meningkatkan kesehatan tanaman dan bersiap menghadapi wabah penyakit untuk meningkatkan keamanan pangan global."

Makalah ini berpusat pada plasmid, molekul DNA yang dapat bereplikasi sendiri yang ditemukan di Agrobacterium. Penyebaran mereka memperkuat penyebaran penyakit. Plasmid Agrobacterium memiliki gen yang memberi Agrobacterium kemampuan unik untuk mentransfer sebagian plasmid ke dalam sel tanaman dan secara genetik memprogram ulang inang untuk menyebabkan penyakit mahkota-empedu atau berbulu.

Plasmid ini juga memiliki gen yang memungkinkan Agrobacterium untuk mentransfer seluruh plasmid secara horizontal dari satu bakteri ke bakteri lain daripada melalui pewarisan vertikal, atau induk ke anak. Setelah mendapatkan plasmid berbahaya, jenis Agrobacterium yang sebelumnya jinak dapat menjadi garis keturunan patogen baru. Kemampuan ini membuat kontrol patogen dan pelacakan wabah menjadi sulit. Jadi, untuk mengembangkan sistem penelusuran mereka, para peneliti pertama-tama harus memahami evolusi dan klasifikasi plasmid.

Sebelum penelitian ini, pandangan ilmiah yang diterima adalah bahwa seringnya pemindahan informasi genetik di antara plasmid dan banyaknya variasi genetik di antara spesies Agrobacterium membuat gambar hubungan evolusi di antara keduanya praktis mustahil. Tanpa informasi semacam itu, tidak mungkin melacak wabah penyakit secara akurat.

Para peneliti fokus pada dua kelas plasmid, penginduksi tumor dan penginduksian akar, yang keduanya memberikan Agrobacterium kemampuan untuk mentransfer sebagian dari plasmid ke dalam tanaman dan menyebabkan penyakit.

Melodie Putnam, direktur Oregon State Plant Clinic, dan yang lainnya di OSU dan USDA-ARS menyediakan ratusan strain dengan plasmid dari koleksi mereka yang dikuratori dengan baik dan membantu menganalisis set data besar.

Alexandra Weisberg, penulis utama dan peneliti pasca-doktoral yang dibimbing oleh Chang dan Niklaus Gr├╝nwald, dari Unit Penelitian Tanaman Hortikultura USDA-ARS di Corvallis, mengurutkan 140 turunan dengan plasmid dan, yang mengejutkan, menemukan bahwa plasmid semuanya diturunkan hanya dari sembilan garis keturunan. .


"Berbekal informasi sekuensing genetik yang luas tentang bagaimana mengklasifikasikan plasmid dan Agrobacterium, kita dapat menyimpulkan bagaimana bakteri bergerak di antara pembibitan dan bagaimana plasmid bergerak di antara bakteri," kata Weisberg.

Memiliki seluruh urutan genom Agrobacterium memungkinkan para peneliti untuk menghubungkan pembibitan atas dasar memiliki strain dengan genom dan urutan plasmid yang sama, urutan genom yang sama tetapi urutan plasmid yang berbeda, atau urutan genom yang berbeda tetapi urutan plasmid yang sama, kata Weisberg.

Mereka mampu melacak setidaknya tujuh kasus di mana distribusi tanaman global berkontribusi pada penyebaran luas kombinasi Agrobacterium strain-plasmid tunggal. Salah satu dari kasus ini termasuk pembibitan yang menghasilkan tanaman untuk grosir dan mungkin telah menjadi semacam sumber nol pasien untuk banyak wabah. Strain dari kombinasi genotipe-plasmid yang sama kemudian diidentifikasi di dua pembibitan lain di bagian lain dunia.

Dengan kemampuan untuk secara terpisah menganalisis bakteri dari plasmid, para peneliti menemukan banyak kasus di mana penularan plasmid mengabadikan penyebaran penyakit. Sebagai contoh, mereka menemukan satu kombinasi regangan-plasmid yang dikumpulkan pada tahun 1964. Plasmid dengan urutan yang sama diidentifikasi dalam strain yang dikumpulkan 30 hingga 40 tahun kemudian di berbagai belahan dunia.

Beberapa strain Agrobacterium, dan beberapa plasmid, telah dimodifikasi dan digunakan dalam alat untuk mempelajari fungsi tanaman, dan untuk memperkenalkan sifat-sifat baru ke dalam tanaman. Dengan mengkarakterisasi variasi dan hubungan antara plasmid, temuan dari penelitian ini juga memiliki aplikasi potensial dalam mengoptimalkan alat bioteknologi ini atau mengembangkan yang baru untuk memajukan penelitian.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.