Kedelai (Glycine max) adalah tanaman yang sangat penting dalam pertanian global karena bijinya kaya akan protein dan minyak, yang digunakan dalam makanan manusia, pakan ternak, dan berbagai produk industri. Pemahaman mendalam tentang genom kedelai sangat penting untuk meningkatkan produksi, kualitas, dan ketahanan tanaman ini terhadap berbagai tekanan lingkungan. Artikel ini akan menguraikan tentang genom kedelai, termasuk perakitan genom (genome assembly) serta urutan genom kloroplas dan mitokondria kedelai.

Perakitan genom adalah proses menyusun urutan DNA dari fragmen-fragmen kecil yang dihasilkan oleh teknologi pengurutan (sequencing). Perakitan genom kedelai telah melalui beberapa tahap evolusi sejak pertama kali diterbitkan. Upaya pertama untuk merakit genom kedelai dimulai dengan penggunaan teknik sanger sequencing, yang menghasilkan urutan genom parsial. Namun, dengan berkembangnya teknologi sequencing generasi kedua seperti Illumina dan teknologi sequencing generasi ketiga seperti PacBio dan Oxford Nanopore, kualitas dan cakupan perakitan genom kedelai meningkat secara signifikan.

Perakitan awal genom kedelai menggunakan pendekatan hybrid yang menggabungkan data dari berbagai teknologi sequencing. Genom kedelai memiliki ukuran sekitar 1,1 gigabase (Gb), dengan sekitar 46.000 gen yang diidentifikasi. Tantangan utama dalam perakitan ini adalah keberadaan wilayah genom yang berulang (repeat regions) yang dapat mengganggu proses perakitan.

Perakitan terkini genom kedelai menggunakan data dari teknologi sequencing generasi ketiga yang menghasilkan urutan panjang, yang memungkinkan perakitan yang lebih kontinu dan akurat. Dengan menggunakan pendekatan ini, para peneliti berhasil mengidentifikasi dan merakit hampir seluruh wilayah genom kedelai, termasuk wilayah berulang dan daerah yang sebelumnya sulit dirakit. Perakitan genom kedelai yang terbaru telah memberikan banyak informasi penting tentang struktur genom, variasi genetik, dan hubungan evolusioner antara kedelai dan spesies terkait lainnya. Informasi ini sangat penting untuk penelitian pemuliaan tanaman, rekayasa genetika, dan bioteknologi kedelai.

Kloroplas adalah organel dalam sel tumbuhan yang bertanggung jawab untuk fotosintesis. Genom kloroplas biasanya lebih kecil dan lebih sederhana dibandingkan dengan genom nukleus, namun tetap penting karena mengandung gen-gen esensial untuk fungsi fotosintetik dan metabolisme tumbuhan. Genom kloroplas kedelai berbentuk sirkular dan memiliki ukuran sekitar 152 kilobase (kb). Genom ini mengandung sekitar 110 gen, yang termasuk gen-gen yang mengkode protein, RNA ribosomal, dan RNA transfer. Beberapa gen utama dalam genom kloroplas meliputi gen yang mengkode subunit Rubisco, yang merupakan enzim kunci dalam siklus Calvin-Benson untuk fiksasi karbon.

Urutan genom kloroplas kedelai memberikan wawasan tentang evolusi dan adaptasi tanaman terhadap lingkungan. Genom ini juga berfungsi sebagai alat penting dalam studi filogenetik, membantu mengungkap hubungan evolusioner antara kedelai dan spesies tumbuhan lainnya. Selain itu, pemahaman tentang genom kloroplas dapat digunakan untuk rekayasa genetika dalam meningkatkan efisiensi fotosintesis dan ketahanan terhadap tekanan lingkungan.

Mitokondria adalah organel yang bertanggung jawab untuk produksi energi melalui respirasi seluler. Seperti kloroplas, mitokondria juga memiliki genom sendiri, yang diwariskan secara maternal. Genom mitokondria kedelai memiliki ukuran yang lebih bervariasi dibandingkan dengan genom kloroplas, dengan ukuran sekitar 402 kilobase (kb). Genom ini berbentuk sirkular dan mengandung sekitar 57 gen. Genom mitokondria mengkode protein yang terlibat dalam rantai transpor elektron, ATP synthase, dan beberapa komponen lain yang esensial untuk fungsi mitokondria.

Genom mitokondria kedelai memiliki tingkat variasi struktural yang tinggi, termasuk penyusunan ulang gen dan transfer gen antar mitokondria dan nukleus. Penyusunan ulang ini dapat mempengaruhi fungsi mitokondria dan, secara tidak langsung, pertumbuhan dan produktivitas tanaman. Studi tentang urutan genom mitokondria kedelai penting untuk memahami mekanisme energi dalam sel tanaman dan peran mitokondria dalam respons terhadap stres lingkungan. Selain itu, genom mitokondria juga memainkan peran penting dalam hibridisasi dan ketahanan terhadap penyakit, yang dapat dimanfaatkan dalam program pemuliaan tanaman.

Pemahaman tentang genom kedelai, termasuk genom kloroplas dan mitokondria, memiliki berbagai aplikasi praktis dalam pertanian dan bioteknologi. Informasi genomik dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan memilih sifat-sifat genetik yang diinginkan, seperti ketahanan terhadap penyakit, toleransi terhadap kondisi lingkungan ekstrem, dan peningkatan kualitas biji. Marker-assisted selection (MAS) adalah salah satu teknik yang memanfaatkan informasi genomik untuk mempercepat proses pemuliaan tanaman.

Dengan pengetahuan mendalam tentang genom kedelai, para ilmuwan dapat mengedit gen dengan lebih presisi menggunakan teknologi seperti CRISPR/Cas9. Misalnya, gen yang terkait dengan resistensi terhadap hama atau penyakit dapat dimodifikasi untuk meningkatkan ketahanan tanaman. Penelitian genomik juga penting untuk konservasi sumber daya genetik kedelai. Variabilitas genetik dalam populasi liar dan varietas lokal dapat diidentifikasi dan dimanfaatkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap perubahan iklim dan stres biotik maupun abiotik.

Sumber:

1. A telomere-to-telomere genome assembly of Zhonghuang 13, a widely-grown soybean variety from the original center of Glycine max
2. Sequencing of the chloroplast genomes of cytoplasmic male-sterile and male-fertile lines of soybean and identification of polymorphic markers
3. Genome-wide analysis of soybean DnaJA-family genes and functional characterization of GmDnaJA6 responses to saline and alkaline stress
4. Genome-wide characterization of soybean malate dehydrogenase genes reveals a positive role of GmMDH2 in salt stress response

Editor:     Rezekinta Syahputra Sembiring