Tanaman berbunga memiliki senjata rahasia yang membantunya bertahan dari bencana lingkungan paling kejam di bumi: duplikasi seluruh genom.
Sebuah studi baru yang komprehensif yang menganalisis 470 spesies tanaman berbunga mengungkapkan bahwa “salinan cadangan” genetik ini melonjak tepat pada periode pergolakan global yang ekstrem. Mulai dari dampak asteroid 66 juta tahun yang lalu hingga peristiwa pemanasan global yang cepat pada zaman dahulu, alam tampaknya menyembunyikan rencana daruratnya.
Tingginya Biaya Redundansi Genetik
Kebanyakan organisme membawa dua set kromosom—satu dari masing-masing orangtua. Namun, banyak tanaman berbunga membawa set tambahan, suatu kondisi yang dikenal sebagai poliploidi. Contoh umum termasuk pisang yang dibudidayakan, yang biasanya memiliki tiga set kromosom, dan gandum, yang dapat memiliki hingga enam set kromosom.
Meskipun duplikasi seluruh genom relatif sering terjadi di dunia tumbuhan, hal ini bukannya tanpa kelemahan yang signifikan. Mempertahankan genom yang lebih besar membutuhkan lebih banyak nutrisi dan meningkatkan risiko mutasi yang berbahaya. Hal ini juga dapat mempersulit kesuburan. Akibatnya, dalam lingkungan yang stabil, duplikat genom ini seringkali menjadi jalan buntu evolusioner, dibuang oleh seleksi alam karena kerugiannya lebih besar daripada manfaatnya.
“Duplikasi seluruh genom sering kali dipandang sebagai jalan buntu evolusioner dalam lingkungan yang stabil,” kata Dr. Yves Van de Peer dari Ghent University. “Tetapi dalam situasi sulit, hal ini dapat memberikan keuntungan yang tidak terduga.”
Krisis sebagai Katalis Evolusi
Untuk memahami mengapa beberapa genom yang diduplikasi tetap ada sementara yang lain menghilang, Dr. Van de Peer dan timnya membuat salah satu kumpulan data terbesar dari jenisnya. Mereka menganalisis genom dari 470 spesies tanaman berbunga, mencari blok gen yang muncul dalam pasangan yang hampir identik—tanda peristiwa duplikasi di masa lalu. Dengan melakukan referensi silang data genetik ini dengan informasi dari 44 fosil tumbuhan, mereka mengetahui dengan tepat kapan duplikasi ini terjadi.
Hasilnya menunjukkan pola yang mencolok: gen yang bertahan selama jutaan tahun cenderung berasal dari duplikasi selama krisis lingkungan besar.
Periode kritis ini meliputi:
Peristiwa kepunahan massal yang dipicu oleh hantaman asteroid 66 juta tahun lalu.
* Beberapa episode pendinginan global yang menyebabkan runtuhnya ekosistem.
* Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) * sekitar 56 juta tahun yang lalu, periode pemanasan global yang pesat.
Di bawah kondisi ekstrem ini, tanaman poliploid memperoleh keunggulan evolusioner yang berbeda. Sifat-sifat yang biasanya tidak menguntungkan—seperti biaya metabolisme untuk mempertahankan genom yang kompleks—menjadi bermanfaat. Materi genetik ekstra memberikan peningkatan variasi, memungkinkan gen mengembangkan fungsi baru yang membantu organisme mentoleransi stres seperti panas dan kekeringan.
Implikasinya terhadap Perubahan Iklim Modern
Studi ini menawarkan lebih dari sekedar wawasan sejarah; hal ini memberikan petunjuk tentang bagaimana kehidupan tumbuhan dapat merespons tantangan iklim kontemporer.
Selama PETM, suhu global meningkat 5 hingga 9 derajat Celsius selama kurang lebih 100.000 tahun. Walaupun pemanasan saat ini terjadi jauh lebih cepat, preseden sejarah menunjukkan bahwa poliploidi bisa menjadi mekanisme kunci bagi ketahanan tanaman.
“Meskipun iklim saat ini memanas dengan kecepatan yang jauh lebih cepat, apa yang kita lihat di masa lalu menunjukkan bahwa poliploidi dapat membantu tanaman mengatasi kondisi stres ini,” kata Dr. Van de Peer.
Kesimpulan
Penelitian yang dipublikasikan di Cell pada tanggal 8 Mei ini memecahkan teka-teki lama mengenai prevalensi poliploidi dalam genom tanaman. Hal ini menunjukkan bahwa redundansi genetik bukan sekadar kesalahan biologis, namun merupakan strategi kelangsungan hidup yang penting yang diaktifkan ketika lingkungan berubah menjadi tidak bersahabat. Saat planet kita menghadapi tekanan iklim baru, memahami mekanisme adaptasi kuno ini mungkin penting untuk memprediksi masa depan flora global.
