Hama beradaptasi dengan tanaman rekayasa genetika dengan cara yang tak terduga, demikian temuan para peneliti. Temuan ini menggarisbawahi pentingnya memonitor dan melawan resistensi hama terhadap tanaman biotek.
Perlawanan bollworm kapas terhadap tanaman kapas yang membunuh serangga melibatkan perubahan genetik yang lebih beragam dari yang diperkirakan, tim peneliti internasional melaporkan dalam jurnal Proceedings of National Academy of Sciences.
Ulat kapas bollworm, Helicoverpa armigera, memakan banyak tanaman berbeda dan menimbulkan ancaman serius bagi pertanian kapas. (Foto oleh Gyorgy Csoka)
Untuk mengurangi semprotan insektisida spektrum luas, yang dapat membahayakan hewan selain hama target, kapas dan jagung telah direkayasa secara genetika untuk menghasilkan racun yang berasal dari bakteri Bacillus thuringiensis, atau Bt.
Racun Bt membunuh hama serangga tertentu tetapi tidak berbahaya bagi sebagian besar makhluk lain termasuk manusia. Racun ramah lingkungan ini telah digunakan selama puluhan tahun dalam semprotan oleh petani organik dan sejak tahun 1996 dalam rekayasa tanaman Bt oleh petani arus utama.
Seiring waktu, para ilmuwan telah belajar, awalnya mutasi genetik langka yang memberikan resistensi terhadap racun Bt menjadi lebih umum karena semakin banyak populasi hama beradaptasi dengan tanaman Bt.
Dalam studi pertama untuk membandingkan bagaimana hama berevolusi resistensi terhadap tanaman Bt di laboratorium vs lapangan, para peneliti menemukan bahwa sementara beberapa mutasi yang dipilih laboratorium memang terjadi pada populasi liar, beberapa mutasi yang sangat berbeda dari yang terlihat di lab penting di lapangan.
Ulat dari bollworm kapas, Helicoverpa armigera, dapat mengunyah beragam tanaman sebelum muncul sebagai ngengat. Spesies ini adalah hama kapas utama di Cina, tempat penelitian dilakukan.
Bruce Tabashnik, kepala departemen entomologi di Universitas Arizona Fakultas Pertanian dan Ilmu Hayati, yang ikut menulis penelitian ini, menganggap temuan ini sebagai peringatan dini bagi petani, badan pengatur, dan industri biotek.
Bruce Tabashnik, kepala departemen entomologi UA, bekerja dengan para ilmuwan Cina untuk memantau dan melawan resistensi hama terhadap tanaman rekayasa genetika, yang telah secara drastis mengurangi semprotan insektisida. (Foto oleh Beatriz Verdugo / UANews)
"Para ilmuwan berharap serangga beradaptasi, tetapi kami baru tahu sekarang bagaimana mereka menjadi resisten di lapangan," kata Tabashnik.
Untuk menghindari kejutan, para peneliti telah mengekspos populasi kapas bollworm terhadap racun Bt dalam percobaan laboratorium terkontrol dan mempelajari mekanisme genetik yang digunakan serangga untuk beradaptasi.
"Kami mencoba untuk tetap di depan permainan," katanya. “Kami ingin mengantisipasi gen apa yang terlibat, sehingga kami dapat secara proaktif mengembangkan strategi untuk mempertahankan kemanjuran tanaman Bt dan mengurangi ketergantungan pada semprotan insektisida. Asumsi implisit adalah apa yang kita pelajari dari resistansi pilihan laboratorium akan berlaku di lapangan. ”
Asumsi itu, menurut Tabashnik, belum pernah diuji sebelumnya untuk ketahanan terhadap tanaman Bt.
Sekarang untuk pertama kalinya, tim internasional mengumpulkan bukti genetik dari hama di lapangan, memungkinkan mereka untuk secara langsung membandingkan gen yang terlibat dalam perlawanan populasi liar dan yang dipelihara di laboratorium.
Mereka menemukan beberapa mutasi yang memberi perlawanan di lapangan sama dengan hama yang dipelihara di laboratorium, tetapi beberapa yang lain sangat berbeda.
"Kami menemukan mutasi yang sama persis di lapangan yang terdeteksi di lab," kata Tabashnik. "Tetapi kami juga menemukan banyak mutasi lain, kebanyakan dari mereka dalam gen yang sama dan satu dalam gen yang sama sekali berbeda."
Kejutan besar datang ketika tim mengidentifikasi dua mutasi dominan yang tidak terkait dalam populasi lapangan. "Dominan" berarti satu salinan varian genetik cukup untuk memberikan resistensi terhadap toksin Bt. Sebaliknya, mutasi resistansi yang ditandai sebelumnya dari seleksi lab bersifat resesif - artinya dibutuhkan dua salinan mutasi, satu disediakan oleh masing-masing orangtua, untuk membuat serangga kebal terhadap toksin Bt.
"Resistensi dominan lebih sulit untuk dikelola dan tidak dapat dengan mudah diperlambat dengan perlindungan, yang sangat berguna ketika resistensi resesif," kata Tabashnik.
Pengungsi terdiri dari tanaman yang tidak memiliki gen toksin Bt dan dengan demikian memungkinkan serangga bertahan hidup yang rentan terhadap racun. Tempat perlindungan ditanam di dekat tanaman Bt dengan tujuan menghasilkan serangga yang cukup rentan untuk mencairkan populasi serangga resisten, dengan membuatnya tidak mungkin dua serangga resisten akan kawin dan menghasilkan keturunan yang resisten.
Menurut Tabashnik, strategi perlindungan bekerja dengan gemilang terhadap bollworm merah muda di Arizona, tempat hama ini telah mengganggu petani kapas selama seabad, tetapi sekarang langka.
Mutasi dominan yang ditemukan di Tiongkok melemparkan kunci pas dalam strategi perlindungan karena keturunan yang resisten muncul dari perkawinan antara serangga yang rentan dan resisten.
Ngengat bollworm kapas dewasa. (Foto oleh Ettore Balocchi)
Dia menambahkan bahwa studi ini akan memungkinkan regulator dan petani untuk mengelola lebih baik resistensi yang muncul terhadap tanaman Bt.
“Kami telah berspekulasi dan menggunakan metode tidak langsung untuk mencoba dan memprediksi apa yang akan terjadi di lapangan. Hanya sekarang resistensi mulai muncul di banyak tempat apakah mungkin untuk benar-benar memeriksa perlawanan di lapangan. Saya pikir teknik dari penelitian ini akan diterapkan pada banyak situasi lain di seluruh dunia, dan kami akan mulai mengembangkan pemahaman umum tentang dasar genetik resistensi di lapangan. "
Studi saat ini adalah bagian dari kolaborasi yang didanai oleh pemerintah China, yang melibatkan selusin ilmuwan di empat institusi di China dan Yidong Wu A.S. di Universitas Pertanian Nanjing merancang penelitian dan memimpin upaya Cina. Dia menekankan pentingnya kolaborasi yang berkelanjutan untuk mengatasi resistensi terhadap tanaman Bt, yang merupakan masalah utama di Cina. Dia juga menunjukkan bahwa penemuan perlawanan dominan akan mendorong komunitas ilmiah untuk memikirkan kembali strategi perlindungan.
Tabashnik mengatakan Cina adalah produsen kapas top dunia, dengan sekitar 16 miliar pound kapas per tahun. India adalah nomor dua, diikuti oleh A.S., yang memproduksi sekitar setengah kapas sebanyak Cina.
Pada 2011, petani di seluruh dunia menanam 160 juta hektar kapas Bt dan jagung Bt. Persentase kapas yang ditanam dengan kapas Bt mencapai 75 persen di AS pada tahun 2011, tetapi telah melampaui 90 persen sejak 2004 di Cina utara, tempat sebagian besar kapas Tiongkok ditanam.
Para peneliti melaporkan bahwa mutasi yang memberi perlawanan pada kapas bollworm tiga kali lebih umum di Cina utara daripada di daerah barat laut Cina di mana kapas Bt lebih sedikit telah tumbuh.
Bahkan di Cina utara, bagaimanapun, petani belum melihat resistensi yang muncul, Tabashnik mengatakan, karena hanya sekitar 2 persen dari cacing gelang kapas ada yang tahan.
“Sebagai petani, jika Anda membunuh 98 persen hama dengan kapas Bt, Anda tidak akan melihat apa pun. Tetapi penelitian ini memberi tahu kita ada masalah di cakrawala. ”
Diterbitkan ulang dengan izin dari University of Arizona.