Kacang buncis merupakan gulma yang merepotkan bagi petani, terutama mereka yang menanam kacang buncis.

Selama panen, batang kacang buncis dapat patah dan mencemari tanaman dengan "polong" yang tidak dapat dimakan.

Sayangnya, banyak herbisida yang efektif terhadap kacang buncis juga merusak kacang buncis, sehingga petani tidak punya banyak pilihan.

Namun, sebuah studi baru oleh University of Illinois Urbana-Champaign dan USDA Agricultural Research Service telah mengidentifikasi tanaman kacang buncis yang dapat mentoleransi flumioxazin, herbisida yang diaplikasikan ke tanah yang efektif terhadap kacang buncis.

Yang lebih menarik lagi, para peneliti menemukan bahwa wilayah genom yang bertanggung jawab atas toleransi ini bertindak sebagai sakelar utama, yang mengendalikan banyak gen yang terkait dengan ketahanan terhadap stres.

Studi, "Pemetaan toleransi flumioxazin dalam panel keanekaragaman kacang buncis mengarah pada penemuan wilayah genom utama yang mengendalikan banyak gen ketahanan terhadap stres," diterbitkan dalam Frontiers in Plant Science.

“Toleransi terhadap stres melibatkan banyak gen berbeda yang merespons rangsangan lingkungan, sehingga membuatnya rumit dan sulit bagi pemulia tanaman untuk meningkatkannya,” kata penulis utama Ana Saballos.

“Namun, kini kami yakin pemulia tanaman dapat memanipulasi satu gen ini untuk mengendalikan ratusan gen lainnya. Itu sungguh mengasyikkan.”

Saballos dan timnya menggunakan panel keanekaragaman dari 377 genotipe kacang buncis, yang mewakili peningkatan hasil panen selama satu abad.

Mereka menanam benih dan merawat tanah dengan flumioxazin sehari kemudian.

Meskipun herbisida mengurangi kepadatan tanaman hingga 84% dan biomassa per tanaman hingga hampir 60%, beberapa genotipe bertahan hidup hampir tanpa cedera.

Setelah menganalisis genom dari semua 377 jenis kacang buncis, para peneliti menemukan wilayah genom pada kromosom 2 yang terkait dengan toleransi terhadap flumioxazin.

“Itu seperti tombol on-off: bertahan hidup atau tidak,” kata penulis senior Marty Williams.

Perubahan yang jelas ini biasanya menunjukkan bahwa enzim target herbisida, protoporfirinogen oksidase (PPO), telah bermutasi pada tanaman yang toleran, sehingga herbisida tidak dapat mengikat dan mengubah aktivitasnya.

Anehnya, gen untuk PPO tidak terletak di wilayah genom yang terkait dengan toleransi.

"Resistensi pada lokasi target biasanya menyebabkan respons aktif dan nonaktif ini, jadi sangat mengejutkan bahwa wilayah toleransi tidak berada di dekat lokasi enzim PPO yang diketahui," jelas Saballos.

"Kami juga mencari enzim detoksifikasi, termasuk P450, tetapi tidak menemukan gen untuk enzim tersebut. Kami harus mengambil pendekatan lain."

Selanjutnya, tim tersebut memeriksa ekspresi gen pada tanaman yang toleran dan sensitif.

Mereka menemukan bahwa meskipun gen P450 tidak berada di wilayah toleransi, enzim ini diekspresikan pada tingkat yang lebih tinggi pada tanaman yang toleran.

Saballos menduga ada elemen misterius, mungkin faktor transkripsi, di wilayah toleransi yang mengendalikan aktivasi gen P450 di seluruh genom.

Para peneliti juga mencatat bahwa antioksidan tertentu diekspresikan lebih tinggi pada tanaman yang toleran, sementara gen yang terkait dengan apoptosis, atau "bunuh diri sel," diekspresikan pada tingkat yang lebih rendah.

Pola ekspresi gen ini dapat menjelaskan tidak hanya toleransi flumioxazin tetapi juga bagaimana tanaman merespons berbagai tekanan lingkungan.

"Akhirnya, kami berupaya untuk melihat apakah flumioxazin dapat secara selektif mengendalikan waterhemp pada kacang buncis," kata Williams.

"Sayangnya, sebagian besar kultivar kacang buncis tidak memiliki toleransi yang cukup terhadap herbisida."

"Namun, penemuan satu elemen yang dapat mengatur banyak gen yang terlibat dalam toleransi stres sangat menarik dan berharga bagi ilmu dasar dan pemuliaan tanaman terapan," tambah Williams.

Para peneliti berencana untuk terus mengeksplorasi wilayah genomik ini untuk lebih memahami perannya dalam ketahanan terhadap stres dan untuk berpotensi mengembangkan kultivar kacang buncis yang dapat menahan herbisida dan tekanan lingkungan lainnya.