Bioteknologi pertanian, juga dikenal sebagai agritech, adalah bidang ilmu pertanian yang melibatkan penggunaan alat dan teknik ilmiah, termasuk rekayasa genetika, penanda molekuler, diagnostik molekuler, vaksin, dan kultur jaringan, untuk memodifikasi organisme hidup: tanaman, hewan, dan mikroorganisme.

Bioteknologi tanaman adalah salah satu aspek dari bioteknologi pertanian yang telah berkembang pesat belakangan ini. Sifat yang diinginkan diekspor dari spesies tanaman tertentu ke spesies yang sama sekali berbeda. Tanaman transgen ini memiliki karakteristik yang diinginkan dalam hal rasa, warna bunga, tingkat pertumbuhan, ukuran produk yang dipanen dan ketahanan terhadap penyakit dan hama.

A. Sejarah

Petani telah memanipulasi tanaman dan hewan melalui pembiakan selektif selama puluhan ribu tahun untuk menciptakan sifat yang diinginkan. Pada abad ke-20, lonjakan teknologi menghasilkan peningkatan bioteknologi pertanian melalui pemilihan sifat-sifat seperti peningkatan hasil, ketahanan hama, tahan kekeringan, dan resistensi herbisida. Produk makanan pertama yang diproduksi melalui bioteknologi dijual pada tahun 1990, dan pada tahun 2003, 7 juta petani menggunakan tanaman biotek. Lebih dari 85% petani ini berlokasi di negara berkembang.

B. Teknik modifikasi tanaman

Pemuliaan tradisional

Persilangan tradisional telah digunakan selama berabad-abad untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas tanaman. Perkawinan silang pasangan dua spesies yang kompatibel secara seksual untuk membuat varietas baru dan khusus dengan sifat yang diinginkan orang tua. Misalnya, apel honeycrisp memperlihatkan tekstur dan rasa tertentu karena persilangan induknya. Dalam praktik tradisional, serbuk sari dari satu tanaman ditempatkan pada bagian betina yang lain, yang mengarah ke hibrida yang berisi informasi genetik dari kedua tanaman induk. Pemulia tanaman memilih tanaman dengan sifat-sifat yang ingin mereka sampaikan dan terus membiakkan tanaman tersebut. Perhatikan bahwa perkawinan silang hanya dapat dimanfaatkan dalam spesies yang sama atau terkait erat.

Mutagenesis

Mutasi dapat terjadi secara acak dalam DNA organisme apa pun. Untuk membuat variasi dalam tanaman, para ilmuwan dapat secara acak menginduksi mutasi di dalam tanaman. Mutagenesis menggunakan radioaktivitas untuk menginduksi mutasi acak dengan harapan menemukan sifat yang diinginkan. Para ilmuwan dapat menggunakan bahan kimia yang bermutasi seperti etil metanulfulfonat, atau radioaktivitas untuk membuat mutasi acak di dalam DNA. Kebun atom digunakan untuk bermutasi tanaman. Inti radioaktif terletak di tengah taman melingkar dan diangkat keluar dari tanah untuk memancarkan tanaman di sekitarnya, menghasilkan mutasi dalam radius tertentu. Mutagenesis melalui radiasi adalah proses yang digunakan untuk menghasilkan buah anggur merah ruby.

Polyploidy

Poliploidi dapat diinduksi untuk memodifikasi jumlah kromosom dalam suatu tanaman untuk mempengaruhi kesuburan atau ukurannya. Biasanya, organisme memiliki dua set kromosom, atau dikenal sebagai diploidy. Namun, baik secara alami atau melalui penggunaan bahan kimia, jumlah kromosom dapat berubah, menghasilkan perubahan kesuburan atau modifikasi ukuran dalam tanaman. Semangka tanpa biji diciptakan dengan cara ini; semangka kromosom 4-set disilangkan dengan semangka kromosom 2-set untuk membuat semangka steril (tanpa biji) dengan tiga set kromosom.

Protoplast fusion

Fusi protoplas adalah penyatuan sel atau komponen sel untuk mentransfer sifat antar spesies. Sebagai contoh, sifat sterilitas pria dipindahkan dari lobak ke kubis merah oleh fusi protoplas. Kemandulan jantan ini membantu pemulia tanaman membuat tanaman hibrida.

RNA interference

Gangguan RNA (RNAIi) adalah proses di mana mekanisme RNA terhadap protein dimatikan atau dimatikan untuk menekan gen. Metode modifikasi genetik ini bekerja dengan mengganggu messenger RNA untuk menghentikan sintesis protein, yang secara efektif membungkam suatu gen.

Transgenik

Transgenik melibatkan penyisipan satu potong DNA ke dalam DNA organisme lain untuk memasukkan gen baru ke dalam organisme asli. Penambahan gen ini ke dalam materi genetik organisme menciptakan varietas baru dengan sifat yang diinginkan. DNA harus disiapkan dan dikemas dalam tabung reaksi dan kemudian dimasukkan ke dalam organisme baru. Informasi genetik baru dapat dimasukkan dengan biolistik. Contoh transgenik adalah pelangi pepaya, yang dimodifikasi dengan gen yang membuatnya tahan terhadap virus cincin pepaya.

Genome editing

Pengeditan genom adalah penggunaan sistem enzim untuk memodifikasi DNA langsung di dalam sel. Pengeditan genom digunakan untuk mengembangkan kanola tahan herbisida untuk membantu petani mengendalikan gulma.

C. Improved nutritional content

Bioteknologi pertanian telah digunakan untuk meningkatkan kandungan nutrisi berbagai tanaman dalam upaya memenuhi kebutuhan populasi yang meningkat. Rekayasa genetika dapat menghasilkan tanaman dengan konsentrasi vitamin yang lebih tinggi. Misalnya, beras emas mengandung tiga gen yang memungkinkan tanaman menghasilkan senyawa yang dikonversi menjadi vitamin A dalam tubuh manusia. Beras bergizi yang ditingkatkan ini dirancang untuk memerangi penyebab utama kebutaan di dunia — kekurangan vitamin A. Demikian pula, proyek Banana 21 telah bekerja untuk meningkatkan nutrisi di pisang untuk memerangi kekurangan gizi mikro di Uganda. Dengan memodifikasi pisang secara genetik untuk mengandung vitamin A dan zat besi, Banana 21 telah membantu mengembangkan solusi untuk defisiensi mikronutrien melalui wadah makanan pokok dan sumber pati utama di Afrika. Selain itu, tanaman dapat direkayasa untuk mengurangi toksisitas atau menghasilkan varietas dengan alergen yang dihilangkan.

D. Gen dan sifat yang menarik untuk tanaman

Sifat agronomis

Resistensi serangga

Salah satu sifat yang sangat dicari adalah resistensi serangga. Sifat ini meningkatkan ketahanan tanaman terhadap hama dan memungkinkan hasil yang lebih tinggi. Contoh sifat ini adalah tanaman yang direkayasa secara genetika untuk membuat protein insektisida yang awalnya ditemukan di (Bacillus thuringiensis). Bacillus thuringiensis adalah baceteria yang menghasilkan protein penolak serangga yang tidak berbahaya bagi manusia. Gen yang bertanggung jawab untuk resistensi serangga ini telah diisolasi dan dimasukkan ke dalam banyak tanaman. Jagung Bt dan kapas sekarang sudah biasa, dan kacang tunggak, bunga matahari, kedelai, tomat, tembakau, kenari, tebu, dan beras semuanya sedang dipelajari dalam kaitannya dengan Bt.

Toleransi herbisida

Gulma telah terbukti menjadi masalah bagi petani selama ribuan tahun; mereka bersaing untuk nutrisi tanah, air, dan sinar matahari dan terbukti mematikan bagi tanaman. Bioteknologi telah menawarkan solusi dalam bentuk toleransi herbisida. Herbisida kimia disemprotkan langsung pada tanaman untuk membunuh gulma dan karena itu persaingan, dan tanaman tahan herbisida memiliki kesempatan untuk berkembang.

Resistensi penyakit

Seringkali, tanaman terkena penyakit yang disebarkan melalui serangga (seperti kutu daun). Penyebaran penyakit di antara tanaman tanaman sangat sulit untuk dikendalikan dan sebelumnya hanya dikelola dengan sepenuhnya menghilangkan tanaman yang terkena. Bidang bioteknologi pertanian menawarkan solusi melalui resistensi virus rekayasa genetika. Mengembangkan tanaman RG tahan penyakit sekarang termasuk singkong, jagung, dan ubi jalar.

Toleransi suhu

Bioteknologi pertanian juga dapat memberikan solusi bagi tanaman dalam kondisi suhu ekstrem. Untuk memaksimalkan hasil dan mencegah kematian tanaman, gen dapat direkayasa yang membantu mengatur toleransi dingin dan panas. Misalnya, pohon pepaya telah dimodifikasi secara genetik agar lebih tahan terhadap kondisi panas dan dingin. [6] Sifat-sifat lain termasuk efisiensi penggunaan air, efisiensi penggunaan nitrogen dan toleransi garam.

Sifat kualitas

Ciri kualitas meliputi peningkatan nilai gizi atau makanan, perbaikan pemrosesan dan penyimpanan makanan, atau penghapusan racun dan alergen pada tanaman.

E. Tanaman transgenik umum

Saat ini, hanya sejumlah kecil tanaman yang dimodifikasi secara genetik tersedia untuk pembelian dan konsumsi di Amerika Serikat. USDA telah menyetujui kedelai, jagung, canola, bit gula, pepaya, labu, alfalfa, kapas, apel, dan kentang. Apel transgenik (apel Arktik) adalah apel non-kecoklatan dan menghilangkan kebutuhan untuk perawatan anti-kecoklatan, mengurangi limbah makanan, dan mengeluarkan rasa. Produksi kapas Bt telah meroket di India, dengan 10 juta hektar ditanam untuk pertama kalinya pada tahun 2011, menghasilkan pengurangan aplikasi insektisida 50%. Pada tahun 2014, petani India dan Cina menanam lebih dari 15 juta hektar kapas Bt.

F. Pengujian keamanan dan peraturan pemerintah

Peraturan bioteknologi pertanian di AS berada di bawah tiga lembaga pemerintah utama: Departemen Pertanian (USDA), Badan Perlindungan Lingkungan (EPA), dan Administrasi Makanan dan Obat-obatan (FDA). USDA harus menyetujui pelepasan GMO baru, EPA mengendalikan regulasi insektisida, dan FDA mengevaluasi keamanan tanaman tertentu yang dikirim ke pasar. Rata-rata, dibutuhkan hampir 13 tahun dan $ 130 juta penelitian dan pengembangan untuk suatu organisme yang dimodifikasi secara genetik untuk datang ke pasar. Proses regulasi memakan waktu hingga 8 tahun di Amerika Serikat. Keamanan transgenik telah menjadi topik perdebatan di seluruh dunia, tetapi artikel ilmiah sedang dilakukan untuk menguji keamanan mengonsumsi transgenik di samping pekerjaan FDA. Dalam salah satu artikel tersebut, disimpulkan bahwa beras Bt tidak mempengaruhi pencernaan dan tidak menyebabkan transfer gen horizontal.