Bidang industri pertanian atau yang juga dikenal sebagai Agroindustri sempat membantu mengentaskan Indonesia dari krisis moneter yang terjadi pada tahun 1998. Diantara kelompok agroindustri yang berperan penting dalam ekonomi nasional adalah pengolahan ikan, sawit dan ubi kayu atau singkong. Dalam perjalanannya, industri pertanian di Indonesia turut berkembang sejalan dengan teknologi serta riset yang dilakukan oleh profesional. Berkat itu, bidang agroindustri yang dimulai dengan hanya penghasil bahan baku, kini berkembang hingga pengolahan hasil panen, produksi makanan dan minuman, biofarmaka, bioenergi, agrowisata, serta penyediaan sarana produksi pertanian.

Salah satu inovasi dalam agroindustri adalah penggunaan mikroba seperti bakteri, jamur dan kapang dalam prosesnya. Seperti yang akan dibahas pada artikel ini mengenai Peran Agrobacterium dan Rhizobium dalam Teknologi Rekayasa Genetika di Industri Pertanian. Untuk lebih jelasnya yuk discroll!

A. Agrobacterium dan Perannya dalam Teknologi Rekayasa Genetika

Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri tanah penyebab infeksi tumor crown gall pada beberapa tanaman. Bakteri ini menyerang tanaman yang luka dan menyebabkan sel-sel tanaman memperbanyak diri sehingga membentuk tumor. Bakteri ini masuk melalui luka yang timbul pada akar maupun batang tanaman. Dalam proses infeksi yang ditimbulkan oleh bakteri tersebut, terdapat proses induksi tanaman untuk menghasilkan hormon pertumbuhan, menyebabkan sel-sel jaringan tumbuh secara tidak teratur dan membentuk tumor (gall). Tumor tersebut juga dapat distimulasi oleh adanya penyisipan plasmid agrobacterium ke dalam kromosom tanaman.

Kemampuan penyisipan plasmidnya ke dalam kromosom tanaman inilah yang kemudian dimanfaatkan oleh para ilmuwan untuk mengembangkan teknologi rekayasa genetika dalam tanaman. Agrobacterium memanfaatkan molekul DNA melingkar besar yang disebut Ti-plasmid untuk mentransfer DNA spesifik, yang dikenal sebagai T-DNA, ke dalam sel tanaman. Mekanisme alami ini, yang melibatkan gen virulensi (vir) pada plasmid Ti, memungkinkan Agrobacterium untuk “merekayasa genetika” tanaman dengan memasukkan gen yang diinginkan ke dalam genom tanaman itu sendiri.. Oleh kemampuannya mentransfer DNA (T-DNA) ke dalam genom sel tanaman, bakteri ini berhasil digunakan untuk menghasilkan tanaman transgenik. Dalam rekayasa genetika, Agrobacterium dimodifikasi dengan mengganti gen penyebab tumor dengan gen yang diinginkan, lalu digunakan untuk menginfeksi sel tanaman. Gen asing tersebut kemudian terintegrasi ke dalam DNA tanaman, menghasilkan tanaman transgenik yang memiliki sifat baru atau lebih baik.

Gambar 1. Skema Representasi Agrobacterium tumefaciens dalam Transformasi Tanaman.
Sumber: https://www.researchgate.net/figure/A-schematic-representation-of-the-Ti-plasmid-of-Agrobacterium-tumefaciens-and-its_fig3_263714372

Beberapa peran dari Agrobacterium antara lain:

a. Vektor Alami

Seperti yang telah dijelaskan mengenai kemampuannya dalam menyisipkan genom, Agrobacterium tumefaciens disebut sebagai “insinyur genetika alami” yang mampu mentransfer T-DNA dari plasmidnya ke dalam genom tanaman.

b. Pengembangan Tanaman Unggul

Proses yang terjadi selama bakteri ini menjadi vektor alami memungkinkan pengembangan tanaman yang dimodifikasi secara genetik (tanaman transgenik) dengan sifat-sifat yang diinginkan, seperti peningkatan hasil panen, ketahanan terhadap hama, atau peningkatan nilai gizi.

c. Modifikasi pada Berbagai Tanaman

Selain dapat mengembangkan tanaman unggul, vektor alami Agrobacterium juga dapat digunakan untuk modifikasi berbagai tanaman yang diinginkan. modifikasi ini tidak hanya terbatas pada tanaman dikotil, namun juga diaplikasikan pada tanaman monokotil seperti padi dan tebu. Lebih jelasnya mengenai teknik transformasi genetik pada tanaman dapat dipelajari pada artikel berikut.

Penjelasan singkat mengenai proses transformasi tanaman menggunakan Agrobacterium dapat dijelaskan sebagai berikut: Konstruksi vektor, persiapan bakteri, co-culture, transfer DNA, seleksi dan regenerasi.

B. Rhizobium dan Perannya dalam Teknologi Rekayasa Genetika

Dikenal atas peran pentingnya untuk menyuburkan tanah, Rhizobium merupakan salah satu mikroba tanah yang berasosiasi dengan tanaman leguminosa seperti kacang-kacangan dan alfalfa. Rhizobium hidup pada akar tanaman leguminosa dan menghasilkan nodul setelah tanaman tersebut menghasilkan senyawa flavonoid untuk menarik Rhizobium. Manfaat sangat signifikan dalam meningkatkan produktivitas pertanian. Dengan mengurangi ketergantungan pada pupuk nitrogen sintetis, penggunaan Rhizobium tidak hanya lebih ekonomis tetapi juga ramah lingkungan.

Rhizobium dapat membantu menyuburkan tanah atas kemampuannya mengubah nitrogen atmosfer menjadi bentuk yang dapat diserap oleh tanaman melalui proses fiksasi nitrogen. Proses ini dimulai dengan simbiosis antara Rhizobium dan akar tanaman legum yang akan membentuk nodul. Didalam nodul tersebut Rhizobium menggunakan enzim bernama nitrogenase untuk mengubah nitrogen gas (N₂) dari udara menjadi senyawa amonium (NH₃). Amonium ini kemudian diubah menjadi asam amino dan senyawa nitrogen lain yang dapat diserap dan dimanfaatkan oleh tanaman untuk pertumbuhan dan perkembangan.

Gambar 2. Ilustrasi Simbiosis Rhizobium dan akar Tanaman Leguminosa
Sumber: https://www.mdpi.com/2073-4425/14/2/274

Dalam rekayasa genetika tanaman, rhizobium digunakan sebagai alat untuk mengubah tanaman dengan membawa gen ke dalamnya, khususnya Rhizobium rhizogenes yang menginduksi akar “berbulu” transgenik untuk studi fungsional. Selain itu, rhizobium sendiri dapat direkayasa secara genetik untuk meningkatkan kemampuannya membentuk bintil pengikat nitrogen simbiosis pada legum, meningkatkan daya saingnya di tanah, atau bahkan untuk mengekspresikan sifat-sifat bermanfaat seperti peningkatan pemanfaatan zat besi untuk pertumbuhan tanaman yang lebih baik. Berikut peran rhizobium dalam rekayasa genetika:

a. Sebagai alat transformasi tanaman

Seperti Agrobacterium tumefaciens, Rhizobium rhizogenes dapat menyisipkan transfer DNA penginduksi akarnya (Ri T-DNA), yang mengkode beberapa gen lokus akar (rol) ke dalam sel tanaman. Ekspresi gen rol pada sel tunas yang ditransformasi diduga mendorong diferensiasinya menjadi sel akar. Akar transgenik yang dihasilkan secara anatomis dan metabolik serupa dengan akar normal dan telah banyak digunakan dalam biologi fungsional tanaman, bioteknologi, rekayasa metabolik, farmasi molekuler, dan studi interaksi akar-rizosfer. Akar berbulu transgenik ini berfungsi sebagai sistem yang berguna untuk mempelajari interaksi akar-rizosfer, rekayasa metabolisme, dan menghasilkan tanaman transgenik yang stabil, bahkan untuk spesies dengan regenerasi yang buruk.

b. Rekayasa Rhizobium

Dengan kemampuan fiksasi nitrogen yang dimilikinya, peneliti terus menerus melakukan penelitian untuk merekayasa rhizobium untuk meningkatkan kemampuannya dalam mengikat nitrogen dengan membuatnya lebih efisien dalam membentuk bintil, membentuk bintil yang lebih banyak dan berkualitas lebih baik, atau meningkatkan kemampuannya untuk bertahan hidup dalam berbagai kondisi tanah. Gen dapat dimasukkan ke dalam rhizobium untuk memberi mereka keunggulan kompetitif terhadap mikroba lain di tanah, misalnya, dengan memproduksi bakteriosin seperti trifolia toksin untuk menghambat strain lain. Gen untuk memanfaatkan molekul spesifik atau senyawa pensinyalan dapat direkayasa ke dalam rhizobium, yang memungkinkan mereka berinteraksi lebih baik dengan tanaman inangnya atau menjadi lebih efisien dalam memperoleh nutrisi penting seperti zat besi, yang pada akhirnya menguntungkan pertumbuhan tanaman.

Sumber:

1. https://indogen.id/teknik-transformasi-genetik-pada-tanaman-bagian-1-transformasi-tidak-langsung/#:~:text=Untuk%20tanaman%20ditransformasi%20melalui%20Agrobacterium,transformasi%20genetik%20tanaman%20dari%20BNCC.
2. https://www.researchgate.net/publication/263714372_Transgenic_Plants#read
3. https://goldbio.com/articles/article/Intro-Agrobacterium-and-Plasmids
4. https://www.mdpi.com/2073-4425/14/2/274
5. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14096