“Metode penyuntingan genom tidak boleh bertentangan dengan metode seleksi tradisional. “Ini merupakan alat yang baru,” tegas kepala laboratorium ketahanan tanaman terhadap stres Institut Penelitian Bioteknologi Pertanian Seluruh Rusia (VNIISB) Vasily Taranov. – Suatu ketika, ahli bedah melakukan operasi dengan pisau, lalu muncul pisau bedah, lalu laser. Pilihan yang sangat berbeda tersedia untuk pembedahan. Jadi rekayasa genetika menawarkan suatu alat yang dapat digunakan untuk mengambil dan memperbaiki sesuatu, namun hal itu tidak membatalkan atau menggantikan segala sesuatu yang telah digunakan sebelumnya.”
Institut Penelitian Bioteknologi Pertanian Seluruh Rusia (VNIISB) mengoperasikan laboratorium ketahanan tanaman terhadap stres, yang pekerjaannya dilakukan dalam dua arah utama: pencarian gen yang menentukan ketahanan tanaman terhadap stres abiotik dan biotik, dan pengeditan genom. tanaman budidaya untuk meningkatkan ketahanan terhadap stres. Area penelitian para ilmuwan meliputi kentang dan sayuran di lahan terbuka.
Kami berbicara dengan kepala laboratorium Vasily Taranov dan peneliti senior Marina Lebedeva tentang apa saja fitur dan keunggulan teknologi terbaru, hasil apa yang dapat dicapai, dan masalah apa yang dihadapi produsen pertanian Rusia yang dapat dipecahkan oleh para ilmuwan laboratorium.
– Saat ini banyak perbincangan tentang perlunya mempercepat proses seleksi. Metode pengeditan genom diyakini memungkinkan hal ini dilakukan. Ini benar?
VT: Akan lebih tepat untuk mengatakan bahwa metode bioteknologi tidak hanya membantu mempercepat seleksi tetapi juga memperluas kemampuan para ilmuwan. Proses pengerjaan suatu varietas masih cukup panjang, karena kita berbicara tentang tumbuhan yang memiliki siklus hidup tertentu.
Namun ada kemungkinan bagi para spesialis untuk memperoleh hasil yang sangat sulit (jika bukan tidak mungkin) dicapai dengan menggunakan metode pemuliaan tradisional.
Dengan bantuan penyuntingan genom, kita dapat dengan sengaja memperkenalkan mutasi yang secara langsung mempengaruhi karakteristik spesifik suatu varietas, sambil menjaga sifat-sifat kompleks lainnya yang bernilai ekonomi tidak berubah.
M.L.: Bayangkan kita ingin memasukkan gen resistensi dari kentang liar ke dalam varietas budidaya kita menggunakan metode pemuliaan tradisional. Untuk melakukan hal ini, peternak melakukan serangkaian persilangan “biadab” dengan garis budaya tertentu. Masalahnya adalah bahwa bersama dengan gen resistensi, semua gen “liar” lainnya dipindahkan ke suatu varietas, yang seringkali sangat tidak diinginkan. Rekayasa genetika memungkinkan Anda mengambil/mengubah hanya satu gen yang diinginkan.
– Ada pandangan bahwa meskipun metode penyuntingan genom telah dikenal selama sekitar 10 tahun, namun belum memberikan hasil komersial yang nyata.
VT: Hal ini tidak sepenuhnya benar. Perusahaan pemuliaan terkemuka di dunia menggunakan pengeditan genom dan tidak menyembunyikannya. Tapi kita tidak tahu persis apa yang mereka lakukan dan apa hasil yang mereka peroleh.
Pencapaian tidak diiklankan karena lebih mahal memasarkan tanaman yang diproses dengan metode rekayasa genetika dibandingkan tanaman yang diperoleh secara tradisional. Dan terkadang hal ini mustahil dilakukan.
Pada saat yang sama, sangat sulit untuk membuktikan bahwa penyuntingan genom digunakan untuk membuat varietas tertentu dengan menggunakan metode yang ada.
Selama pengujian, spesialis akan mencari urutan penanda dalam genom organisme; jika ada, tanaman tersebut akan dikenali sebagai tanaman hasil rekayasa genetika. Namun dengan pengeditan genom, tidak ada yang dimasukkan ke dalam genom, sehingga tidak ada yang dapat ditemukan.
Perubahan sering kali berdampak tidak hanya pada satu gen, namun pada tempat spesifik dalam gen tersebut, yang secara harfiah berarti satu nukleotida, satu huruf. Dan sisa miliaran suratnya tetap sama seperti semula. Untuk menentukan bahwa suatu tanaman telah diedit, Anda perlu membaca keseluruhan genomnya, dengan cakupan sepuluh kali lebih tinggi dari standar untuk menghilangkan kesalahan. Tidak ada seorang pun yang akan melakukan analisis yang begitu banyak dan mahal, dan pemulia selalu dapat mengatakan bahwa ia memperoleh tanaman tersebut melalui mutagenesis atau seleksi tradisional.
– ML: Pengeditan genom secara umum, dan khususnya pengalaman menggunakan teknologi ini pada tanaman, adalah cerita yang cukup baru.
Paling tidak karena untuk mengubah suatu fitur Anda perlu mengetahui apa sebenarnya dan bagaimana cara mengeditnya. Ciri-ciri tanaman ditentukan oleh gen, paling sering merupakan sekumpulan gen, yang darinya harus dipilih target yang sesuai untuk penyuntingan. Namun untuk menjelaskan fungsi dan regulasi gen tertentu yang berkontribusi terhadap sifat-sifat yang diinginkan memerlukan penelitian yang kompleks dan seringkali panjang. Jika dibandingkan dengan hewan dan manusia, kita dapat mengatakan bahwa kita tidak mengetahui banyak mekanisme molekuler dari sifat-sifat tumbuhan (misalnya, ketahanan, produktivitas, dll.) dengan baik. Pada saat yang sama, genom tanaman lebih besar dan lebih kompleks, yang tidak menyederhanakan tugas sama sekali. Namun, banyak yang telah diketahui melalui penelitian dasar dalam biologi tumbuhan, dan semakin kita memahami hal ini, semakin besar kemungkinan kita untuk melakukan modifikasi.
Selain itu, kita berbicara tentang metode yang memungkinkan untuk memperbaiki karakteristik tertentu, tetapi tidak memperkenalkan varietas baru ke pasar, yang pengerjaannya, meskipun ada percepatan, masih membutuhkan waktu bertahun-tahun.
– Apakah ahli bioteknologi melakukan penyuntingan gen? Bagaimana mereka menentukan arah karya sebenarnya (tujuan penyuntingan)?
VT: Ahli bioteknologi harus bekerja sama dengan pemulia tanaman pilihan yang sukses dan, idealnya, melibatkan produsen spesialis lainnya. Pemulia bersama petani menetapkan tugas, pemulia membantu memilih genotipe yang sesuai. Kami, pada gilirannya, berkonsultasi dengan ahli biokimia dan genetika, memikirkan apa yang dapat kami tawarkan atas dasar ini (karakteristik yang diperlukan tidak selalu dipelajari secara memadai dari sudut pandang biologis). Kami melihat apa yang sebenarnya bisa kami lakukan, melaksanakan tahapan pekerjaan kami, mengembalikan galur yang dihasilkan kepada pemulia, dan pemulia membawa hasilnya ke varietas.
- Apakah pengeditan genom merupakan teknologi yang mahal?
VT: Biaya untuk memperoleh suatu tanaman tergantung pada tanamannya dan apakah tanaman yang dihasilkan merupakan hasil editan atau transgenik.
Jika kita berbicara tentang peralatan, maka bagi perusahaan yang sudah bergerak di bidang perolehan material bebas virus dan mikrokloning, pembelian peralatan dan reagen untuk pengeditan genom akan memakan biaya yang relatif kecil. Hambatan untuk memulai pekerjaan tersebut mungkin bukan besarnya investasi, namun kurangnya personel yang berkualitas. Hanya sedikit orang yang dapat melakukan dan melakukan tugas khusus seperti itu.
Dan kembali ke masalah biaya: kemajuan teknologi di bidang ini sangat cepat. Metode pengeditan genom, katakanlah, pada tahun 2012, ketika CRISPR/Cas9 ditemukan (sebuah teknologi untuk mengedit genom organisme tingkat tinggi, berdasarkan sistem kekebalan bakteri), dan yang kita miliki sekarang sangatlah berbeda. Efisiensi operasional meningkat dari tahun ke tahun, dan biaya menurun.
M.L.: Hal ini dapat dibandingkan dengan proyek pengurutan genom manusia. Genom manusia pertama diurutkan oleh konsorsium internasional selama 10 tahun seharga 2.7 miliar dolar hanya karena teknologi tersebut tersedia pada tahun 90an. Saat ini, pengurutan genom manusia secara lengkap memerlukan biaya kurang dari $1000 dan memerlukan waktu beberapa hari.
– Mari kita beralih ke laboratorium Anda, apakah fokusnya pada ilmu pengetahuan dasar atau penelitian terapan?
VT: Kami mencoba melakukan keduanya. Awalnya prioritas diberikan pada hal-hal mendasar, namun kini kami mencoba menerapkan perkembangan kami ke dalam praktik.
Saat ini, misalnya, kita sedang mempelajari mekanisme ketahanan kentang terhadap virus Y. Ini merupakan pekerjaan mendasar, namun jika berhasil, hasilnya akan sangat menarik untuk pemilihan varietas tahan.
M.L.: Ilmu pengetahuan dasar dan terapan saling berhubungan erat; yang satu tidak dapat ada tanpa yang lain. Jika kita tidak mengetahui bagaimana virus berinteraksi dengan tanaman, dan dengan protein spesifik apa, kita tidak akan dapat mengubahnya untuk membuat tanaman tersebut kebal.
Kami telah melakukan penelitian terhadap virus Y sejak tahun 2018 dan sekarang mendekati kenyataan bahwa dalam beberapa tahun ke depan kami akan memperoleh formula ketahanan, dan di masa depan hasil praktis yang diperlukan: tanaman kentang tidak akan mensintesis protein virus, melainkan akan kebal terhadap virus tersebut.
– Apakah Anda bekerja sama dengan perusahaan/peternak Rusia?
VT: Di bidang kentang, kami bekerja dengan peternak muda Maria Polyakova, secara aktif berkomunikasi dengan para ahli dari Potato Union, dan memelihara kontak dengan Pusat Penelitian Federal Kentang. A.G. Lorja. Mengenai kubis, kami berinteraksi dengan pemulia dan penanam benih dari Universitas Agraria Negeri Rusia-Akademi Pertanian Moskow. K.A. Timiryazev oleh Grigory dan Socrates Monachos. Dan dalam apa yang kami lakukan di bidang ini, kami sepenuhnya dipandu oleh mereka.
– Dan lagi tentang virus. Marina Valerievna, minat ilmiah Anda tidak hanya mencakup virus Y. Pada tahun 2023, Anda menerima hibah dari Yayasan Sains Rusia untuk melakukan penelitian pada proyek “Studi virom kentang budidaya (Solanum tuberosum L.) menggunakan metode pengurutan throughput tinggi.” Mengapa topik ini menarik?
M.L.: Kentang, lebih parah dibandingkan tanaman lainnya, menderita penyakit virus karena diperbanyak secara vegetatif. Virus terakumulasi di umbi-umbian dan diturunkan ke generasi berikutnya, sehingga viral load terus bertambah. Ketika mereka mengatakan bahwa kentang mengalami kemunduran, inilah yang sebenarnya kita bicarakan.
Virus bukanlah sistem yang lembam; mereka secara aktif berinteraksi dengan tanaman inang dan satu sama lain. Ada kalanya tanaman yang sudah terserang satu virus tertentu tidak dapat terinfeksi virus lain. Dan ada virus yang tidak dapat menginfeksi tanaman sendirian; mereka hanya bekerja sama dengan virus lain. Baru-baru ini, sebuah karya diterbitkan yang menjelaskan bentuk-bentuk virus yang membantu tanaman bertahan dalam kekeringan. Transisi yang tidak terduga dari parasitisme ke mutualisme.
Tidak ada bahan kimia yang efektif untuk memerangi penyakit virus pada kentang. Untuk meningkatkan kesehatannya, metode yang cukup rumit dan, yang paling penting, mahal telah dikembangkan: melalui kultur in vitro, memperoleh mikrotuber. Namun hasilnya hanya bertahan beberapa generasi saja. Untuk mencari solusi lain, Anda perlu mempelajari ciri-ciri virus lebih detail, sehingga penelitian ini sangat-sangat relevan.
– Gost 33996-2016 “Benih kentang. Persyaratan teknis dan metode penentuan kualitas" lima virus terdaftar (PVK - virus kentang X; SBK - virus kentang S; MVK - virus kentang M; YBK - virus kentang Y; VSLK - virus keriting daun kentang) dan satu viroid (PSTV – viroid umbi gelendong kentang). Apakah Anda akan fokus pada mereka?
M.L.: Proyek saya bertujuan untuk menggunakan metode throughput tinggi untuk mempelajari virom (kumpulan virus) yang ada pada kentang di Rusia. Hal ini menarik baik dari sudut pandang kompleks virus berbeda yang ditemukan pada tanaman yang sama, dan dari sudut pandang prevalensi virus-virus tersebut.
Secara total, lebih dari 50 virus yang ditemukan pada kentang diketahui di dunia. Yang tercantum dalam GOST termasuk yang paling berbahaya, dan selain itu, mereka memiliki tanda-tanda eksternal yang jelas. Jadi, nekrosis mosaik adalah manifestasi umum dari infeksi virus Y, dan keberadaan virus keriting daun dapat ditentukan oleh karakteristik deformasi helaian daun.
Namun ada banyak virus yang tidak menunjukkan manifestasi fenotipnya, meskipun virus tersebut juga dapat berdampak pada tanaman. Mereka jarang ditemukan, tetapi hanya karena tidak dicari.
Sebagai contoh, saya dapat mengutip karya rekan-rekan dari Institut Penelitian Perlindungan Tanaman Seluruh Rusia (VIZR). Pada tahun 2019, mereka menerbitkan artikel tentang penemuan virus kentang P di Rusia, yang sebelumnya diyakini menyebar secara eksklusif di Amerika Selatan.
Pertanyaannya adalah apa yang akan kita temukan jika kita tidak melihat “di bawah lampu jalan” di tempat yang terang benderang, namun di tempat yang belum kita lihat.
– Di mana Anda akan melakukan penelitian?
M.L.: Berdasarkan ketentuan hibah, proyek ini akan memakan waktu dua tahun. Tahun lalu kami berkolaborasi dengan perkebunan kentang di wilayah Tula, mengumpulkan bahan, mengerjakan berbagai varietas dan reproduksi. Tahun ini kami akan pergi ke daerah lain dan melihat virus apa saja yang ditemukan di sana.
Hasil penelitian ini akan dirangkum pada tahun 2025, dan kami pasti akan memberi tahu para petani kentang Rusia tentang hasil tersebut.