Penemuan Penting China dalam Padi Hibrid Klon Berpotensi Merevolusikan Keselamatan Makanan Global

Penemuan Pertanian yang Revolusioner

Para penyelidik China telah mencapai sesuatu yang diimpikan ramai saintis selama beberapa dekad: membangunkan sejenis padi hibrid yang mampu menggandakan dirinya melalui biji benih klon, mengekalkan ciri-ciri hasil tinggi dari satu generasi ke generasi seterusnya. Penemuan ini berpotensi menjadi titik perubahan dalam pertanian global, sekali gus berpotensi menghapuskan halangan terbesar kepada pengeluaran padi hibrid—keperluan petani membeli benih hibrid baharu yang mahal setiap musim. Perkembangan ini berlaku pada waktu genting, ketika ratusan juta orang di seluruh dunia berdepan ketidakjaminan makanan yang serius, manakala sistem pertanian bergelut memenuhi keperluan penduduk yang semakin bertambah.

Pasukan penyelidik yang diketuai Wang Kejian di Institut Penyelidikan Padi Kebangsaan China, di bawah Akademi Sains Pertanian China, telah membangunkan padi hibrid yang mampu membiak secara klon hampir sempurna melalui apomiksis—proses pembentukan biji benih tanpa persenyawaan. Menurut beberapa anggaran industri, kemajuan ini berpotensi mengubah cara petani di seluruh dunia mengusahakan padi dan berpotensi menggandakan pengeluaran padi global jika digunakan secara meluas.

Memahami Keunggulan Hibrid dan Batasannya

Untuk memahami kepentingan penemuan ini, kita perlu memahami keunggulan hibrid, yang juga dikenali sebagai heterosis. Fenomena ini berlaku apabila dua tumbuhan induk yang berbeza secara genetik dikacukkan, lalu menghasilkan keturunan dengan ciri-ciri lebih baik berbanding kedua-dua induknya. Padi hibrid sering menunjukkan ciri-ciri yang luar biasa: pertumbuhan lebih pantas, daya tahan lebih tinggi terhadap penyakit dan perosak, serta hasil yang jauh lebih banyak—sehingga empat kali ganda berbanding varieti tradisional di beberapa kawasan Afrika.

Namun, kelebihan ini hadir dengan satu kelemahan besar. Ciri-ciri unggul tumbuhan hibrid hilang dalam generasi seterusnya akibat penyusunan semula genetik semasa pembiakan seksual. Apabila tumbuhan hibrid membiak secara semula jadi, gennya tersusun semula dan gabungan yang menghasilkan induk berprestasi tinggi itu lenyap. Ini bermakna petani perlu membeli benih hibrid baharu setiap musim untuk mengekalkan hasil yang tinggi, sekali gus menimbulkan kos berulang yang mengehadkan penggunaan padi hibrid di banyak kawasan, khususnya dalam kalangan petani kecil di negara membangun.

Gurdev Khush, profesor emeritus tambahan di Jabatan Sains Tumbuhan, Universiti California, Davis dan bekas pemenang Hadiah Makanan Sedunia, menjelaskan cabaran ekonominya:

Padi agak mahal untuk dibiak sebagai hibrid bagi peningkatan hasil kira-kira 10 peratus. Ini bermakna manfaat padi hibrid masih belum dinikmati ramai petani di seluruh dunia.

Di China, benih hibrid boleh berharga sehingga 200 yuan (US$28) sekilogram, manakala harganya boleh lebih tinggi di negara lain—sehingga 100 kali ganda lebih mahal berbanding benih padi biasa. Struktur harga ini menjadi halangan besar kepada penggunaan meluas, meskipun hasilnya lebih tinggi.

Sains di Sebalik Apomiksis

Apomiksis berasal daripada perkataan Yunani yang bermaksud "tanpa pencampuran" dan merujuk kepada bentuk pembiakan aseksual melalui biji benih. Dalam proses ini, tumbuhan menghasilkan biji benih yang merupakan klon genetik serupa dengan tumbuhan induk, sekali gus mengelakkan penyusunan semula genetik yang berlaku dalam pembiakan seksual biasa. Walaupun lebih daripada 400 spesies tumbuhan liar membiak secara semula jadi melalui apomiksis, tiada tanaman makanan utama yang memiliki keupayaan ini secara semula jadi.

Pendekatan pasukan penyelidik China adalah dengan mencetuskan apomiksis dalam padi melalui pengubahsuaian genetik. Proses ini bergantung pada dua mekanisme biologi utama. Pertama, mereka mengubah sistem pembiakan tumbuhan supaya sel telur dihasilkan melalui mitosis dan bukannya meiosis. Dalam pembiakan seksual biasa, meiosis menghasilkan gamet (sel telur dan sperma) yang mempunyai separuh daripada jumlah kromosom. Pengubahsuaian penyelidik menyebabkan tumbuhan menghasilkan sel telur dengan set kromosom penuh yang serupa secara genetik dengan tumbuhan induk.

Kedua, mereka mencetuskan partenogenesis—perkembangan sel telur menjadi embrio tanpa persenyawaan. Dengan menggabungkan kedua-dua mekanisme ini, mereka menghasilkan apomiksis sintetik, iaitu biji benih tumbuh menjadi tumbuhan yang merupakan klon genetik tepat induknya, lalu mengekalkan semua ciri keunggulan hibrid tanpa had.

Penemuan terkini telah meningkatkan kecekapan proses ini ke tahap yang mengagumkan. Menurut penyelidikan yang diterbitkan pada penghujung 2025, pasukan China mencapai kadar penghasilan biji benih klon melebihi 99 peratus merentas semua jalur padi hibrid terbitan, dengan hasil setanding hibrid F1 konvensional. Ini merupakan peningkatan besar berbanding percubaan terdahulu yang hanya mencapai kecekapan 30 peratus beberapa tahun lalu.

Mengatasi Cabaran Lama dalam Pembangunan Benih Klon

Usaha mendapatkan tanaman apomiktik telah berlangsung lebih tiga dekad, dengan penyelidik di seluruh dunia berdepan pelbagai halangan. Optimisme awal pada penghujung 1990-an, apabila peralatan genetik semakin mudah diperoleh, bertukar menjadi kekecewaan apabila kemajuan sukar dicapai. Erik Jongedijk, ahli genetik tumbuhan di syarikat benih Eropah KWS, mengimbas kembali pandangan ketika itu:

Orang berkata, 'Baiklah, kita akan menyelesaikan masalah itu.' Namun, untuk tempoh yang lama, 'masalah itu tidak pernah dapat diselesaikan.'

Antara punca kesukaran ialah kerumitan mengubah suai pembiakan tumbuhan. Saintis perlu mengenal pasti dan memanipulasi beberapa gen yang terlibat dalam meiosis dan perkembangan embrio. Satu penemuan penting berlaku pada 2009 apabila penyelidik yang diketuai Raphaël Mercier di Institut Max Planck untuk Penyelidikan Pembiakbakaan Tumbuhan menunjukkan bahawa penyahaktifan tiga gen khusus dalam tumbuhan model Arabidopsis boleh menyebabkan gamet dihasilkan melalui mitosis dan bukannya meiosis. Mereka menamakan gabungan tiga mutasi itu MiMe, singkatan bagi "mitosis menggantikan meiosis."

Pada 2016, pencapaian itu diulangi dalam padi, lalu menghasilkan tumbuhan dengan sel telur diploid yang serupa secara genetik dengan tumbuhan induk betina. Pada masa yang sama, kumpulan lain berusaha mencetuskan partenogenesis. Pada 2002, ahli genetik Kim Boutilier dan rakan-rakannya mengenal pasti gen bernama BABY BOOM dalam sesawi yang boleh mencetuskan pertumbuhan embrio daripada pucuk dan daun apabila diaktifkan. Gen serupa kemudian ditemukan dalam banyak tumbuhan, termasuk padi.

Asas untuk menggabungkan kemajuan ini sudah tersedia, namun saintis berdepan cabaran kawal selia. Pemindahan gen antara spesies memerlukan penilaian kawal selia yang panjang sebelum kelulusan pasaran. Bagi mengelakkan perkara ini, penyelidik mencari penyelesaian dalam genom padi sendiri, dan akhirnya mengenal pasti serta mengaktifkan versi BABY BOOM milik padi secara khusus dalam sel telur.

Pelbagai Laluan Menuju Kejayaan: Pendekatan Berbeza terhadap Apomiksis

Kumpulan penyelidik di seluruh dunia meneroka pelbagai pendekatan untuk menghasilkan apomiksis sintetik dalam padi dan tanaman lain. Pendekatan paling berjaya setakat ini menggabungkan mutasi MiMe dengan pengaktifan gen BABY BOOM, lalu mencapai kecekapan klon melebihi 95 peratus dalam beberapa varieti padi hibrid komersial.

Namun, pendekatan alternatif turut menunjukkan potensi. Pasukan yang diketuai Profesor Li Jiayang dari Institut Genetik dan Biologi Perkembangan, Akademi Sains China, membangunkan sistem menggunakan gen endogen padi OsWUS. Apabila digabungkan dengan strategi MiMe, pendekatan ini mencapai kadar pembentukan biji benih yang normal dengan kecekapan pengklonan kira-kira 21.7 peratus dalam beberapa jalur. Walaupun kurang cekap berbanding pendekatan BABY BOOM, sistem OsWUS menunjukkan keserasian lebih baik dengan perkembangan tumbuhan, sekali gus mengelakkan masalah tumbantut dan kemandulan yang dilihat dalam percubaan terdahulu.

Bagi tumbuhan dikotiledon—kumpulan besar yang merangkumi kekacang dan sayur-sayuran—penyelidik telah mengenal pasti suis genetik yang berbeza. Pasukan yang diketuai Peter van Dijk di syarikat pembiakbakaan tumbuhan KeyGene menemukan gen PAR dalam dandelion, sejenis tumbuhan dikotiledon yang membiak secara semula jadi melalui apomiksis. Apabila diaktifkan dalam salad, gen ini mencetuskan pembentukan embrio asas tanpa persenyawaan, sekali gus membuka kemungkinan untuk memperluas teknologi apomiksis melangkaui tanaman bijirin.

Sekurang-kurangnya 10 kumpulan penyelidikan di China kini sedang mengusahakan varieti apomiktik bagi pelbagai tanaman, termasuk kubis, tomato, alfalfa serta tanaman sayur-sayuran dan makanan ternakan lain. Kepelbagaian pendekatan ini meningkatkan kemungkinan untuk membangunkan varieti apomiktik yang kukuh dan berdaya maju secara komersial merentas pelbagai spesies tanaman.

Kesan Ekonomi terhadap Petani dan Keselamatan Makanan

Penggunaan meluas padi hibrid apomiktik boleh membawa kesan ekonomi yang besar, khususnya kepada petani kecil di negara membangun. Pada masa ini, petani perlu memilih sama ada membeli benih hibrid yang mahal setiap musim atau menggunakan benih simpanan daripada varieti tradisional yang hasilnya lebih rendah. Padi hibrid apomiktik membolehkan mereka menyimpan benih daripada tanaman hibrid berhasil tinggi dari tahun ke tahun, sekali gus menggabungkan kelebihan kedua-duanya.

Venkatesan Sundaresan, ahli biologi perkembangan di Universiti California, Davis yang pasukannya membantu merintis teknologi ini, menekankan potensi kesannya:

Apomiksis dalam tanaman telah menjadi sasaran penyelidikan di seluruh dunia selama lebih 30 tahun kerana ia boleh menjadikan pengeluaran benih hibrid mudah diakses oleh semua orang.

Teknologi ini juga boleh memberi manfaat kepada syarikat benih dengan memudahkan pengeluaran benih hibrid, mengurangkan kos dan mempercepatkan penghasilan varieti baharu. José Rée, naib presiden penyelidikan di RiceTec, menyifatkan kaedah pengeluaran padi hibrid semasa sebagai "sistem yang sangat tidak sempurna" kerana memerlukan proses yang rumit dan mahal, termasuk penggunaan helikopter untuk pendebungaan.

Pada peringkat global, tanaman apomiktik boleh membantu memenuhi keperluan makanan penduduk yang semakin bertambah tanpa meluaskan tanah pertanian ke tahap yang tidak mampan atau meningkatkan penggunaan air dan baja. Ini merupakan langkah penting ke arah pertanian mampan pada ketika perubahan iklim dan kemerosotan alam sekitar mengancam sistem makanan di seluruh dunia.

Kerjasama Global dan Penyelidikan Masa Depan

Walaupun penyelidik China telah mencapai kemajuan besar dalam teknologi apomiksis, usaha ini benar-benar merupakan ikhtiar saintifik global. Kerjasama antarabangsa penting untuk mencapai kemajuan, dengan pasukan dari Perancis, Jerman, Ghana dan Amerika Syarikat turut menyumbang kepada penyelidikan penting. Jalur padi apomiktik dengan kecekapan 95 peratus itu terhasil daripada kerjasama penyelidik UC Davis dengan rakan sejawat dari Perancis, Jerman dan Ghana.

Penyelidikan tanaman lain juga berkembang pesat. Anna Koltunow dari Universiti Queensland sedang membangunkan varieti apomiktik sorgum dan kacang tunggak, iaitu tanaman penting bagi petani di sub-Sahara Afrika. Pasukannya memulakan percubaan lapangan di Australia pada 2022 dengan sorgum ubah suai genetik yang mampu menjalani partenogenesis, dan merancang untuk menambah mutasi MiMe pada jalur tanaman itu pada masa depan.

Walaupun kemajuan ini memberangsangkan, masih banyak usaha diperlukan sebelum tanaman apomiktik boleh dipasarkan. Penyelidik perlu menangani beberapa cabaran, termasuk mencapai kecekapan klon 100 peratus, menjalankan ujian lapangan meluas dalam pelbagai keadaan persekitaran dan memastikan varieti apomiktik mengekalkan prestasinya ketika berdepan kemarau, penyakit dan tekanan lain.

Adam Famoso, pembiak baka padi di Universiti Negeri Louisiana, menyatakan cabaran yang masih ada:

Masih banyak perkara yang belum kita fahami tentang cara menjadikannya berkesan untuk pertanian.

Halangan Kawal Selia dan Penerimaan Awam

Seperti tanaman ubah suai genetik yang lain, padi apomiktik perlu melepasi halangan kawal selia sebelum dapat ditanam oleh petani. Sesetengah negara, khususnya di Asia, menolak makanan ubah suai genetik dan mungkin keberatan untuk mengimport atau menanam padi apomiktik meskipun manfaatnya berpotensi besar.

Jauhar Ali, ketua program padi hibrid di Institut Penyelidikan Padi Antarabangsa, menyatakan keyakinan berhati-hati mengenai penerimaan kawal selia:

Penyuntingan gen semakin diterima dan banyak kerajaan memahami kepentingan alat ini untuk membawa manfaat kepada pertanian.

Jangka masa untuk pengkomersialan masih belum pasti. Erik Jongedijk menganggarkan penyelidikan selama 5 hingga 10 tahun lagi mungkin diperlukan sebelum apomiksis sintetik boleh digunakan secara komersial pada mana-mana tanaman. Tempoh ini merangkumi bukan sahaja pembangunan saintifik, malah kelulusan kawal selia, ujian lapangan dan peluasan pengeluaran benih.

Sesetengah pembiak baka memberi amaran bahawa walaupun sudah disempurnakan, tanaman apomiktik mungkin tidak berjaya di pasaran kerana halangan kawal selia atau tentangan pengguna. Namun, potensi manfaatnya terhadap keselamatan makanan, ekonomi petani dan pertanian mampan memberikan dorongan kuat untuk mengatasi halangan ini.

Jalan Menuju Pengkomersialan

Perjalanan daripada penemuan makmal kepada produk komersial melibatkan beberapa langkah penting. Pertama, penyelidik perlu membuktikan bahawa prestasi padi apomiktik konsisten dalam persekitaran dan keadaan penanaman yang berbeza. Institut Penyelidikan Padi Kebangsaan China telah memfailkan permohonan paten bagi penyelidikannya, menandakan keyakinan terhadap potensi komersial teknologi ini.

Penyelidik juga perlu menangani cabaran biologi yang masih ada. Seperti kebanyakan tumbuhan, padi apomiktik yang sedang dibangunkan masih memerlukan debunga untuk mensenyawakan endospermanya—tisu biji benih yang membekalkan nutrien kepada embrio yang sedang berkembang. Proses ini masih terdedah kepada perubahan iklim kerana daya hidup debunga boleh merosot apabila terdedah kepada suhu tinggi.

Saintis di Institut Whitehead dan MIT menerima pembiayaan untuk menghasilkan tumbuhan yang membentuk endosperma tanpa persenyawaan, iaitu keupayaan yang dimiliki sesetengah tumbuhan apomiktik semula jadi. Jika berjaya, varieti tanaman apomiktik pada masa depan tidak akan bergantung pada debunga sama sekali, sekali gus berpotensi menghasilkan benih yang banyak walaupun ketika gelombang haba.

Seiring kemajuan penyelidikan, masyarakat pertanian menanti dengan penuh harapan. Peggy Ozias-Akins, ahli genetik di Universiti Georgia, merenungkan potensi kesannya:

Ini benar-benar boleh membawa perubahan besar.

Buat masa ini, helikopter akan terus terbang di atas sawah padi di Texas dan Arkansas, mendebungakan tanaman hibrid melalui kaedah yang mahal dan memerlukan banyak tenaga kerja. Namun, mungkin tidak lama lagi petani dapat menyimpan benih daripada tanaman mereka yang berprestasi terbaik dari tahun ke tahun, sekali gus merevolusikan pertanian seperti yang kita kenali.

Inti Pati

• Penyelidik China telah membangunkan padi hibrid klon yang membiak melalui apomiksis, dengan kecekapan penghasilan benih klon melebihi 99 peratus.
• Penemuan ini boleh menghapuskan keperluan petani membeli benih hibrid yang mahal setiap musim.
• Pengeluaran padi global berpotensi berganda jika semua petani menggunakan teknologi ini.
• Benih hibrid boleh berharga sehingga 100 kali ganda lebih mahal berbanding benih padi biasa, sekali gus mengehadkan penggunaannya dalam kalangan petani kecil.
• Penyelidikan ini menggabungkan dua mekanisme utama: mitosis menggantikan meiosis untuk menghasilkan sel telur serupa, dan partenogenesis untuk membentuk embrio tanpa persenyawaan.
• Pelbagai laluan penyelidikan sedang diteroka, termasuk pendekatan yang menggunakan gen BABY BOOM, OsWUS dan PAR.
• Kerjasama antarabangsa penting untuk mencapai kemajuan, dengan pasukan dari China, Amerika Syarikat, Eropah dan Afrika turut menyumbang.
• Penggunaan komersial mungkin mengambil masa 5 hingga 10 tahun lagi kerana cabaran teknikal dan keperluan kawal selia yang masih perlu ditangani.
• Teknologi ini boleh diperluas kepada tanaman lain, termasuk sorgum, tomato, alfalfa dan kubis.
• Tanaman apomiktik boleh membantu memberi makan kepada penduduk yang semakin bertambah tanpa meluaskan penggunaan tanah atau meningkatkan penggunaan baja.