Penelitian dapat menghemat waktu bertahun-tahun berkembang biak untuk hibrida Miscanthus baru – Sains Terkini

Ketika perubahan iklim menjadi semakin sulit untuk diabaikan, para ilmuwan bekerja untuk mendiversifikasi dan meningkatkan alternatif energi berbasis bahan bakar fosil. Tanaman bioenergi terbarukan, seperti miscanthus rumput abadi, menjanjikan produksi etanol selulosa dan kegunaan lain, tetapi hibrida saat ini dibatasi oleh kondisi lingkungan dan kerentanan terhadap hama dan penyakit.

Peternak telah bekerja untuk mengembangkan hibrida Miscanthus baru selama bertahun-tahun, tetapi kemandulan tanaman klonal, genom yang kompleks, dan waktu yang lama hingga matang membuat pembiakan konvensional sulit. Dalam sebuah studi baru, para peneliti University of Illinois menambang potensi genom tanaman yang sangat besar dalam upaya untuk mempercepat proses pemuliaan dan memaksimalkan sifat-sifat yang paling diinginkan.

“Metode yang kami gunakan, seleksi genom, dapat mempersingkat waktu yang dibutuhkan untuk membiakkan hibrida baru setidaknya setengahnya,” kata Marcus Olatoye, penulis utama studi dan peneliti postdoctoral di Departemen Ilmu Tanaman di Illinois. "Itulah tujuan keseluruhan."


Dalam pemuliaan konvensional, salah satu pendekatan tipikal adalah bagi para peneliti untuk menumbuhkan individu dari kumpulan populasi yang beragam dan memilih mereka yang memiliki sifat terbaik untuk kawin. Namun, bagi Miscanthus, ciri-ciri tersebut tidak muncul hingga tanaman berumur 2-3 tahun. Bahkan setelah tanaman dari generasi pertama ini dikawinkan, keturunannya membutuhkan waktu 2-3 tahun lagi untuk mengungkapkan apakah sifat yang diinginkan telah diwariskan dengan setia.

Dalam seleksi genom, ilmuwan mengambil sampel genetik dari biji atau semai pada populasi target. Ini adalah kelompok tanaman yang biasanya harus tumbuh hingga dewasa sebelum persilangan eksperimental dibuat. Sementara itu, para peneliti mengumpulkan data genetik dan fenotipik dari populasi terkait, yang dikenal sebagai kumpulan referensi atau pelatihan, ke dalam model statistik. Data genetik referensi silang dari populasi target dengan data dalam model memungkinkan para peneliti untuk memprediksi hasil fenotipik persilangan hipotetis dalam populasi target.

Hal ini memungkinkan peternak untuk langsung mengejar, hanya mengejar persilangan yang paling menjanjikan dengan pengujian lapangan lebih lanjut.

"Idealnya, proses ini memungkinkan pemulia untuk membuat pilihan berdasarkan prediksi nilai fenotipik bahkan sebelum tanaman ditanam," kata Alex Lipka, profesor biometri di Departemen Ilmu Tanaman dan rekan penulis studi tersebut. "Secara khusus, kami ingin membuat pilihan untuk mengoptimalkan ketahanan musim dingin, biomassa, toleransi penyakit, dan waktu berbunga di Miscanthus, yang semuanya membatasi kinerja tanaman di berbagai wilayah di Amerika Utara."

Meskipun ini bukan proses yang sederhana di saat-saat terbaik, seleksi genomik di Miscanthus lebih menantang daripada di tanaman lain. Hibrida bunga, Miscanthus × giganteus, adalah produk dari dua spesies terpisah, Miscanthus sinensis dan Miscanthus sacchariflorus, yang masing-masing memiliki jumlah kromosom berbeda dan mengandung banyak variasi di dalam dan di seluruh populasi alami.

"Sejauh yang kami tahu, belum ada yang mencoba melatih model seleksi genom dari dua spesies terpisah sebelumnya. Kami memutuskan untuk benar-benar gila di sini," kata Lipka. "Sayangnya, kami menemukan dua spesies induk tidak melakukan pekerjaan yang baik dalam memprediksi sifat biofuel di Miscanthus × giganteus."


Masalahnya ada dua. Pertama, model statistik hanya mengungkapkan terlalu banyak variasi genetik di antara subpopulasi induk untuk menangkap dampak gen yang mengendalikan sifat biofuel. Ini berarti populasi induk yang dipilih untuk set referensi terlalu beragam untuk memprediksi sifat-sifat hibrida Miscanthus × giganteus secara andal. Dan kedua, gen yang mengendalikan sifat tertentu – seperti yang terkait dengan potensi bahan bakar nabati – tampaknya berbeda pada kedua spesies induk.

Dengan kata lain, genom yang berkontribusi pada Miscanthus × giganteus sangat kompleks, menjelaskan mengapa pendekatan statistik mengalami kesulitan untuk memprediksi sifat pada keturunan dari dua orang tua.

Meski begitu, tim peneliti terus berusaha. Dalam studi simulasi, Olatoye menciptakan 50 famili Miscanthus × giganteus, masing-masing berasal dari tetua yang dipilih secara acak dari kedua spesies. Dia secara selektif memutar kontribusi genetik dari setiap orang tua ke atas dan ke bawah, dan kontribusi ini membentuk dasar genetik dari fenotipe yang disimulasikan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memberikan pandangan yang lebih baik tentang individu dan populasi mana yang mungkin paling berharga untuk persilangan dalam kehidupan nyata.

“Hasil ini menyarankan strategi terbaik untuk memanfaatkan keragaman pada tetua adalah dengan menyesuaikan model seleksi genom dalam setiap spesies tetua secara terpisah, dan kemudian menambahkan prediksi nilai sifat Miscanthus × giganteus dari kedua model secara terpisah,” kata Olatoye.

Meskipun para peneliti memiliki lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, studi simulasi membuktikan pemilihan genom dapat bekerja untuk Miscanthus × giganteus. Langkah selanjutnya adalah menyempurnakan populasi mana yang digunakan untuk melatih model statistik dan mengevaluasi persilangan di lapangan.

You may also like...

Leave a Reply

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