Para ilmuwan dari Institut Biologi Nasional (NIB) di Slovenia, bersama dengan mitra internasional dari Universitas Potsdam dan Institut Max Planck untuk Fisiologi Tumbuhan Molekuler, telah berhasil mengembangkan model metabolik genomik komprehensif pertama untuk kentang, yang diberi nama potato-GEM.
Inisiatif penelitian terobosan ini bertujuan untuk merevolusi pengembangan varietas kentang, menjadikannya lebih tahan terhadap hama dan perubahan iklim, serta meningkatkan hasil panen secara signifikan. Kentang, sebagai salah satu tanaman pangan terpenting di dunia, menghadapi tantangan besar akibat perubahan kondisi lingkungan dan serangan hama. Kerugian tahunan akibat infeksi virus dan serangan hama, seperti kumbang kentang Colorado, dapat mencapai hingga 80%. Ketika tanaman kentang diserang, mereka memperlambat pertumbuhan untuk menghemat sumber daya molekuler yang dialihkan untuk pertahanan, termasuk produksi senyawa sinyal dan pertahanan. Namun, pertumbuhan yang cepat justru dapat meningkatkan kerentanan terhadap hama dan penyakit, menciptakan dilema yang harus diseimbangkan untuk kesehatan tanaman yang optimal.
Model potato-GEM yang dikembangkan berfungsi sebagai alat canggih untuk mempelajari keseimbangan antara pertumbuhan dan pertahanan dalam metabolisme tanaman kentang. Model ini memetakan seluruh metabolisme sekunder kentang yang diketahui, memungkinkan analisis mendalam tentang bagaimana tanaman mengalokasikan sumber daya molekulernya ketika menghadapi stres. Dengan memahami mekanisme molekuler di balik respons stres tanaman, para peneliti dapat merancang strategi pemuliaan yang lebih baik. Seperti yang ditekankan oleh Kristina Gruden, kepala kelompok penelitian di NIB, pemahaman ini dapat membantu merancang varietas kentang dengan ketahanan stres yang lebih besar, hasil yang lebih tinggi, dan kualitas yang lebih baik.
Jan Zrimec, seorang peneliti di NIB, menyoroti bahwa rekonstruksi metabolisme yang luas ini mencakup seluruh metabolisme sekunder kentang yang diketahui. Model matematika ini memungkinkan analisis komprehensif tentang interaksi antara proses pertumbuhan dan pertahanan, menjadikannya platform yang sangat baik untuk pengembangan dan aplikasi di masa depan. Para peneliti menggunakan model ini untuk menguji bagaimana tanaman kentang merespons serangan kumbang kentang Colorado dan infeksi Potato Virus Y (PVY). Hasilnya menunjukkan bahwa aktivasi jalur pertahanan terbesar terjadi ketika laju pertumbuhan daun relatif menurun, yang dengan jelas menunjukkan adanya biaya pertahanan. Prediksi model ini sesuai dengan perubahan yang terukur dalam tingkat metabolit antara tanaman yang sehat dan yang stres.
Penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal bergengsi Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, tidak hanya memberikan wawasan ilmiah yang berharga tetapi juga membuka jalan bagi inovasi dalam pemuliaan tanaman. Dengan memanfaatkan wawasan dari model potato-GEM, para pemulia tanaman dapat merancang strategi yang ditargetkan untuk mengoptimalkan jaringan metabolik tanaman, yang berpotensi menghasilkan varietas kentang yang lebih tangguh dan produktif. Hal ini sangat relevan mengingat kebutuhan mendesak untuk memastikan ketahanan pangan global di tengah meningkatnya populasi dunia dan tantangan lingkungan yang terus berkembang.