Misteri Mengapa Mawar Berduri Terpecahkan 

SEBUAH studi baru menemukan keluarga gen purba yang berevolusi 400 juta tahun lalu, bertanggung jawab atas duri pada mawar dan tanaman lainnya. 

Selain menjadi simbol cinta dan romansa, mawar umumnya dikenal dengan duri-duri tajamnya. Duri-duri yang menonjol dari batangnya itu berfungsi untuk mengusir binatang yang ingin memakan kuncupnya.

Di samping itu, mawar bukan satu-satunya tanaman yang mempunyai mekanisme pertahanan ini. Bunga-bunga lain seperti bunga laba-laba atau blackberry, (semak berbunga yang menghasilkan buah rasberi dan blackberry) ini juga mempunyai ujung yang tajam, begitu pula tanaman pangan tertentu seperti tomat, terong, jelai, dan padi.

Baca juga : Apa itu Multi-omics, Riset Spektrometri Massa Beresolusi Tinggi Corpora Science

Namun bagaimana semua spesies ini, yang banyak di antaranya terpisah selama jutaan tahun bisa memiliki ciri duri yang sama?

Menurut sebuah studi baru yang diterbitkan jurnal Science, sebuah tim peneliti internasional menemukan jawabannya terletak pada DNA mereka, menelusuri asal-usul mereka ke keluarga gen kuno yang bertanggung jawab atas semua duri-duri keragaman ini. 

Para ahli mengatakan temuan ini tidak hanya membuka pintu bagi para ilmuwan untuk menciptakan varietas tanaman tak berduri tetapi juga memberikan wawasan tentang sejarah evolusi jenis tanaman yang sangat beragam.

Baca juga : Peneliti UGM Ungkap Gagal Ginjal Anak Bisa Dicegah dengan Ekstrak Buah Jenitri

Evolusi Duri

Berlawanan dengan referensi budaya populer, mawar tidak memiliki duri, yang merupakan ujung tajam pada pohon dan semak, termasuk pohon locust madu dan jeruk. Sebaliknya, bunga memiliki duri yang tertanam di kulit tanaman, seperti halnya rambut tumbuh.

Rekan penulis studi Zachary Lippman, ahli biologi tanaman dan profesor genetika di Cold Spring Harbor Laboratory di Long Island, New York mengatakan duri telah ada setidaknya selama 400 juta tahun, sejak pakis dan kerabatnya muncul dengan beberapa duri di batangnya. Sifat tersebut muncul dan menghilang pada berbagai titik dalam waktu evolusi. 

Salah satu genus tanaman yang paling beragam, yang dikenal sebagai Solanum, yang mencakup tanaman seperti kentang, tomat, dan terong, pertama kali berduri 6 juta tahun yang lalu. Saat ini, genus tersebut memiliki lebih dari 1.000 spesies yang muncul di seluruh dunia, dengan sekitar 400 di antaranya disebut sebagai "solanum berduri" karena durinya, menurut University of Utah.

Baca juga : Mahasiswa UGM Teliti Kombinasi Ekstrak Rosella dan Bekatul Beras Hitam untuk Penurun Kolesterol

"Ketika sifat umum, seperti duri, muncul secara independen di berbagai garis keturunan dan spesies, hal itu dikenal sebagai evolusi konvergen , dan terjadi ketika spesies beradaptasi dengan kebutuhan lingkungan tertentu secara serupa. Sayap adalah contoh lain dari fitur yang berevolusi dengan cara ini di antara berbagai spesies burung, serta hewan lain seperti kelelawar dan bahkan beberapa jenis tupai yang memiliki struktur seperti sayap," kata Lippman, yang juga seorang peneliti di Howard Hughes Medical Institute.

Duri merupakan pertahanan yang berevolusi terhadap herbivora, hewan yang memakan tanaman dan juga dapat membantu pertumbuhan, persaingan tanaman, dan retensi air, menurut penelitian tersebut. 

Sebelumnya tidak diketahui apa yang menyebabkan pakis dan tanaman lain yang tidak terkait menumbuhkan duri. Kini, penulis penelitian telah menemukan bahwa keluarga gen kuno yang dikenal sebagai Lonely Guy, atau LOG, telah berfungsi sebagai penjaga sifat tersebut, yang mengaktifkan dan menonaktifkannya pada berbagai spesies selama jutaan tahun.

Baca juga : Ilmuwan Kembangkan Daur Ulang Baterai Litium

Gen Lonely Guy

Dengan menghilangkan duri dari berbagai spesies, termasuk mawar dan terong, penulis menemukan bahwa gen LOG bertanggung jawab atas duri pada sekitar 20 jenis tanaman yang diteliti. Gen terkait LOG ditemukan di semua tanaman, bahkan pada lumut, yang dianggap sebagai  tanaman darat pertama, kata Lippman. 

Gen tersebut bertanggung jawab mengaktifkan hormon yang dikenal sebagai sitokinin yang penting untuk fungsi dasar tanaman pada tingkat seluler, termasuk pembelahan dan perluasan sel, yang pada gilirannya memengaruhi pertumbuhan tanaman.

"Bukan berarti ada satu nenek moyang yang memiliki duri, lalu duri itu menyebar selama 400 juta tahun ke semua yang lain, lalu duri-duri itu hilang secara sporadis. Faktanya, duri-duri itu tampaknya mudah diperoleh dalam garis keturunan yang berbeda," kata Lippman. "Sekarang, pertanyaannya adalah, seberapa sering evolusi konvergen bukan hanya sifat yang kita lihat, tetapi juga gen di balik sifat itu?"

Ia menambahkan, “Menurut saya, penelitian kami mungkin merupakan penelitian pertama yang benar-benar menunjukkan kekuatan alat-alat tersebut (pengurutan genetik dan genom) untuk menjangkau jarak evolusi yang begitu luas guna mengajukan pertanyaan klasik tentang evolusi konvergen dalam evolusi organisme tumbuhan atau hewan.”

Di samping itu, penemuan ini menambahkan alat yang berharga bagi para peneliti yang meneliti sejauh mana perlindungan yang diberikan duri terhadap herbivora. Tingkat pertahanan ini sebelumnya sulit dinilai karena mencabut duri secara manual dari tanaman yang sudah tumbuh, untuk menguji apakah tanaman lebih rentan tanpa duri, merusak jaringan dan dapat membahayakan kesehatan tanaman, kata Tyler Coverdale, asisten profesor ilmu biologi di University of Notre Dame yang tidak menjadi bagian dari studi baru tersebut.

"Dengan menghilangkan duri dengan mutasi genetik yang ditargetkan, kita dapat lebih memahami peran ekologis pertahanan tanaman fisik," kata Coverdale.

"Duri merupakan perkembangan evolusioner utama yang memungkinkan tanaman bertahan terhadap herbivora, itulah sebabnya banyak Solanum berduri ditemukan di daerah dengan keanekaragaman herbivora besar yang tinggi secara historis. Tanpa inovasi utama ini, ada kemungkinan Solanum akan jauh lebih terbatas dalam jangkauan dan keanekaragamannya," tambahnya.

Menghilangkan Duri Secara Genetik

"Sebelum penemuan ini, metode lain untuk menghilangkan duri dari tanaman adalah dengan mencoba membiakkan tanaman tersebut dengan variasi lain yang secara alami telah kehilangan durinya," kata Lippman, itulah sebabnya ada beberapa spesies mawar tanpa duri saat ini.

Namun, kini setelah gen yang bertanggung jawab atas duri tersebut teridentifikasi, para ilmuwan dapat menghilangkan duri tersebut dengan menggunakan teknik penyuntingan genom seperti CRISPR, sebuah metode yang digunakan para ilmuwan untuk modifikasi DNA organisme hidup. Penyuntingan gen yang terarah dapat menciptakan lebih banyak variasi dengan mudah dan memiliki dampak yang lebih sedikit terhadap pertumbuhan tanaman dan produksi buah, kata Coverdale.

"Studi ini tidak hanya memberi tahu kita lebih banyak tentang evolusi duri secara khusus, tetapi juga memberi kita wawasan tentang mekanisme cara merekayasa jalur perkembangan tanaman untuk perbaikan pertanian," kata Vivian Irish, ahli biologi tanaman dan profesor di departemen biologi molekuler, seluler, dan perkembangan Universitas Yale. Irish tidak menjadi bagian dari studi baru tersebut, tetapi merupakan penulis senior dari studi tahun 2020  yang menemukan duri tumbuh pada tanaman melalui aktivitas sel induk .

 "Gen LOG telah berulang kali diko-opsi (perubahan biologis dalam fungsi suatu sifat) pada spesies tanaman yang berbeda untuk pembentukan duri, dan juga berulang kali hilang dalam garis keturunan di mana duri hilang. (K)o-optasi pada banyak tingkat yang berbeda mungkin merupakan aturan praktis alam, dan inovasi dalam banyak kasus mungkin mencerminkan penggunaan kembali gen lama dengan cara baru,” tambah Irish.

Di sisi lain, untuk keperluan pertanian, menghilangkan duri dapat mempermudah panen dan membuka jalan untuk memasukkan hasil bumi yang kurang dikenal ke toko kelontong.

Salah satu contoh yang digunakan penulis adalah kismis gurun, yaitu buah beri yang tumbuh di semak berduri asli Australia. Dengan duri yang dibuang, buah beri ini dapat dibudidayakan dengan lebih mudah dan akan lebih mirip dengan buah beri yang biasa ditemukan di toko kelontong seperti blueberry dan stroberi, kata Lippman.

"Yang terpenting adalah memiliki lebih banyak pengetahuan dan memahami betapa pentingnya mutasi dalam menyediakan makanan yang kita makan dalam skala yang kita konsumsi, dan mengetahui bahwa ada lebih banyak potensi di luar sana," kata Lippman. "Semakin banyak yang kita pahami, semakin banyak peluang yang akan kita miliki untuk menyempurnakan sistem, atau mesinnya, jika Anda mau, agar kinerjanya lebih baik." (CNN/Z-3)