Perbedaan Utama Pada Chestnut Amerika dan Cina

Implikasi potensial terhadap restorasi kastanye Amerika dan resistensi terhadap penyakit busuk daun.

Kromosom kastanye Amerika dan Cina tidak terlalu mirip, setidaknya di satu wilayah utama genom – wilayah pengorganisasian nukleolus (NOR).

Temuan tersebut dipublikasikan hari ini (15 Januari) dalam sebuah artikel di Laporan Ilmiahmemiliki implikasi besar bagi siapa pun yang ingin memberikan ketahanan terhadap penyakit busuk daun pada kastanye Amerika melalui hibridisasi dengan kastanye Cina.

“Ini adalah temuan yang belum pernah terjadi sebelumnya di bidang sitologi tanaman,” kata Nurul Faridi, ahli genetika Dinas Kehutanan dan penulis utama studi tersebut.

Pengertian Pernikahan Silang Balik

Perkawinan silang balik tradisional, melibatkan hibridisasi antara keduanya jenis, bertujuan untuk menggabungkan perpaduan sifat ideal dari dua spesies tanpa rekayasa genetika. Persilangan balik hanya bisa berhasil jika kromosom kedua spesies cocok. Karena kastanye hibrida Cina-Amerika mampu bertahan hidup, orang berasumsi bahwa kedua spesies tersebut sangat cocok. Namun, studi baru mengungkapkan perbedaan signifikan pada NOR kedua spesies.

Pohon kastanye adalah pohon berkayu keras yang terkenal dengan daunnya yang besar dan bergerigi serta menghasilkan buah kastanye yang dapat dimakan. Itu milik genus Castanea dan berasal dari berbagai wilayah di dunia, termasuk Eropa, Asia, dan Amerika Utara. Pohon kastanye dapat tumbuh hingga ketinggian yang mengesankan dan dihargai karena kayunya serta kacang lezat yang dihasilkannya. Pohon-pohon ini telah memainkan peran penting dalam sejarah manusia, menyediakan makanan dan kayu untuk berbagai keperluan.

Peran NOR

NOR adalah bagian dari setiap sel tumbuhan dan hewan. Ia membawa instruksi genetik untuk membuat ribosom – mesin molekuler yang membuat protein penting bagi kehidupan.

NOR terletak di dekat ujung lengan pendek kromosom tertentu. Ini ada di kedua spesies, tetapi dalam kastanye Cina dikemas dengan sejenisnya DNA dikenal sebagai heterokromatin dan membentuk sekitar 25% kromosom. Struktur dan komposisi DNA ini mengejutkan para peneliti – sangat tebal, tidak mengandung gen, dan tidak aktif secara transkripsi. Sebaliknya, satelit kastanye Amerika berukuran sangat kecil dan tampak eukromatik. Daerah eukromatik DNA aktif secara transkripsi.

Mengungkap Penemuan

Faridi pertama kali memperhatikan sepasang kecil kromosom kastanye Cina yang menunjukkan fluoresensi sangat terang dengan mikroskop khusus, filter UV, dan pewarna yang mengikat DNA.

Faridi menggunakan teknik yang disebut hibridisasi fluoresen in situ (FISH) untuk menganalisis lebih lanjut penemuan tersebut.

“Gambar FISH kami yang berkualitas tinggi memberikan bukti jelas tentang susunan DNA unik ini,” kata Faridi. “Gambar-gambar ini bukan sekadar gambar; ini adalah bukti sifat dinamis materi genetik.”

Satelit kromosom untuk kedua spesies (kastanye Cina di sebelah kiri, kastanye Amerika di sebelah kanan). Seperti semua kromosom, mereka terbuat dari kromatin – campuran molekul DNA dan protein. Ada beberapa jenis kromatin. Ujung biru cerah pada kastanye Cina menunjukkan DNA heterokromatik, dan warna ungu muda pada ujungnya mungkin mewakili DNA eukromatik. Seluruh wilayah satelit kastanye Amerika tampak eukromatik. Kredit: Gambar Dinas Kehutanan USDA oleh Nurul Faridi

Faridi telah bekerja dengan FISH sejak tahun 1991 dan memiliki pengalaman luas dalam mempersiapkan kromosom tanaman untuk dianalisis. Kromosom yang dipisahkan dengan baik dari ujung akar yang dicerna secara enzimatis dan sebagian besar bebas dari dinding sel, membran inti, dan sisa-sisa sitoplasma adalah yang terbaik untuk IKAN.

Kebanyakan gambar IKAN diperoleh dari sel hewan, karena sel tumbuhan, dan khususnya pohon, lebih sulit untuk dikerjakan. Faridi menemukan bahwa chestnut jauh lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan pinus dan poplar.

Jalan di depan

Para peneliti akan menggunakan teknik yang disebut IKAN oligonukleotida untuk menyelidiki lebih lanjut. Oligo-FISH menggunakan probe DNA pendek dan spesifik yang diperoleh dari pengurutan DNA. Karena seluruh genom kastanye Amerika dan Cina telah diurutkan, oligo-FISH akan memungkinkan para peneliti melakukan studi genetik terperinci yang akan membedakan perbedaan genom yang tidak kentara. Teknik ini sangat berguna untuk mempelajari hibrida karena dapat menunjukkan dari induk mana suatu gen berasal.

Kemajuan Menuju Resistensi Penyakit Hawar

Kemajuan dalam pengembangan hibrida kastanye Amerika dengan tinggi kastanye Amerika dan ketahanan terhadap penyakit kastanye Tiongkok sangatlah signifikan. Namun, hibrida canggih yang ada saat ini tidak cukup tahan terhadap penyakit busuk daun sehingga memerlukan restorasi, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian Dinas Kehutanan sebelumnya.

Referensi: “Karakterisasi sitomolekuler komposisi rDNA dan kromatin pada satelit terkait NOR di Chestnut (Castanea spp.)” 15 Januari 2024, Laporan Ilmiah.
DOI: 10.1038/s41598-023-45879-6

Selain Faridi dan C. Dana Nelson dari USDA Forest Service Southern Research Station, tim genetika juga menyertakan peneliti dari Texas A&M University, Pennsylvania State University, University of Kentucky, dan The American Chestnut Foundation.