The Holobiont Revolution: Bagaimana Gandum Menjadi Lebih Tahan Iklim Melalui Pembiakan Tanaman Berbasis Alam dan Pembelajaran Mesin
Fokus pada interaksi antara microbiome dan tanaman
Pupuk nitrogen yang digunakan dalam pertanian berkontribusi secara signifikan terhadap pemanasan global. Konsep pemuliaan baru, khusus untuk gandum, dapat membantu mengurangi pemupukan nitrogen. Prinsip holobion ini menempatkan interaksi kompleks antara tanaman dan mikrobioma tanah di pusat pemuliaan tanaman. Dalam kombinasi dengan pembelajaran mesin, ini dapat menyebabkan penggunaan varietas gandum baru, serta tanaman lain, yang lebih tangguh terhadap perubahan iklim dan berkontribusi pada kesehatan tanah. Dua studi terbaru yang dipimpin oleh Wolfram Weckwerth dari University of Vienna telah diterbitkan di Jurnal Plant Biotechnology dan tren dalam ilmu tanaman.
Untuk meningkatkan pasokan makanan dan pakan, pertanian yang diintensifkan semakin mengandalkan pupuk nitrogen (N). Namun, lebih dari setengah nitrogen yang diterapkan pada lahan pertanian setiap tahunnya hilang ke udara dan air. Kerugian seperti itu menyebabkan masalah serius, termasuk polusi udara dan air, pengasaman tanah, perubahan iklim, penipisan ozon stratosfer, dan kehilangan keanekaragaman hayati. Akibatnya, mengurangi kehilangan nitrogen dari lahan pertanian dapat meningkatkan pengembalian ekonomi dengan menurunkan persyaratan pupuk, meningkatkan layanan kesehatan manusia dan ekosistem, dan berkontribusi untuk mengurangi perubahan iklim.
Konsep Holobiont: Mempertimbangkan tanaman dan mikroba sebagai unit
Wolfram Weckwerth menekankan bahwa meningkatkan ketahanan tanaman dan hasil secara berkelanjutan tidak boleh hanya fokus pada tanaman tetapi juga pada microbiome yang mengelilingi akar dan daunnya. Mikrobioma tanah juga menawarkan peluang untuk meningkatkan kesuburan tanah dan mengurangi ketergantungan pada pupuk sintetis. Dia mencatat: “Evolusi tanaman sebagian besar didorong oleh interaksi tanaman-mikrobe, namun ekologi holobiont tanaman tidak dipahami dengan baik pada tingkat molekuler. Namun, hubungan ini memiliki manfaat besar untuk pertanian berkelanjutan. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengidentifikasi varietas tanaman yang menghasilkan penghambatan penghambatan alam, yang diketahui sebagai penghambatan penghambatan yang tidak ada pada penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang tidak ada pada penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan yang dikenal sebagai penghambatan. tanah”.
Gandum sebagai cara alami untuk memperlambat kehilangan nitrogen
Dalam sebuah studi baru -baru ini, tim internasional menyelidiki potensi berbagai kultivar gandum untuk menghasilkan BNI yang membantu mengendalikan proses nitrifikasi tanah. Mereka menemukan variasi alami yang nyata dari aktivitas BNI dalam garis gandum elit yang berbeda.
“Analisis eksudat akar kami, senyawa rumit yang dilepaskan dari sistem akar, menunjukkan variasi substansial antara kultivar gandum”, jelas Arindam Ghatak, penulis pertama penelitian. “Eksudat ini mempromosikan atau menghambat komposisi microbiome spesifik dan memungkinkan pemilihan strain dengan aktivitas BNI yang sangat tinggi.” Dengan mengolah garis-garis aktif BNI ini, petani dapat secara signifikan mengurangi kebutuhan akan pupuk nitrogen di masa depan. Ini adalah langkah yang signifikan untuk mengurangi gangguan siklus nitrogen global yang disebabkan oleh penggunaan berlebihan pupuk antropogenik.
Pemuliaan tanaman berbasis data untuk masa depan yang berkelanjutan
Untuk secara efektif memanfaatkan solusi berbasis alam ini, tim ilmuwan internasional di sekitar Wolfram Weckwerth dari laboratorium biologi sistem molekuler (MOSYS) dan Laboratorium Biologi dan Ekogenomik Archaea di University of Vienna telah mengembangkan konsep pemuliaan baru. Didukung oleh lembaga mitra di Yunani, Australia, India, Jepang, Kanada, AS, dan Meksiko tim menempatkan konsep holobiont di pusat pemuliaan tanaman modern, dengan fokus pada interaksi kompleks antara tanaman dan mikrobioma tanah. Melalui pendekatan berbasis data yang inovatif, genetika tanaman, studi mikrobioma, dan panomik diintegrasikan untuk menghasilkan data throughput tinggi.
“Dalam kombinasi dengan algoritma pembelajaran mesin, ini membuka platform pemuliaan yang menjanjikan untuk mengembangkan varietas tanaman baru dengan potensi BNI yang tinggi, ketahanan yang lebih besar terhadap perubahan iklim, dan meningkatkan kesehatan tanah”, jelas Weckwerth. Konsep Holobiont dengan demikian menandai pergeseran paradigma: ia menggabungkan ekologi, biologi sistem dan teknologi pemuliaan sambil menyoroti keterkaitan ekosistem, dan membuka jalur baru menuju pertanian yang hemat sumber daya dan tahan iklim.
Publikasi Asli:
Aridam Ghatak1,2#, Alexandros E. Telepolos3#, Cristina López-Hidalgo1#, Andrea Malits4#, Yuhang Meng1#, Florian Schinler1,#, Shuang Zhang1, Juatang Li1, Steffen Wabenerr1, Steffen Hrou4, Steffen Hrou4, Steffen. Hodgskkiss4, Maximilan Reer4, REALAN ROUF MIR5, Sandeep Sharma6, Gert Bachmann1, Dimitrios G. Karpouzs3, Christa Schleper4*, Evangelia S. Papadopoulou7*: Natural Viackerth1,2 ***** Kabolome dan pengaruhnya pada biologi biologi. Dalam Jurnal Bioteknologi Tumbuhan,
Wolfram Weckwerth; Palak Chaturvedi; Arindam Ghatak; Melina Kerou; Vanika Garg; Abhishek Bohra; Guntur V. Subbarao; Lisa Stein; Christa Schleper; Rajeev K. Varsney; Sieglinde Snapp: Variasi alami holobi untuk agroekosistem yang berkelanjutan. Dalam Tren dalam Ilmu Tanaman, 2025.
