Modifying crops to increase cell wall digestibility "Teknologi Biopakan

Modifying crops to increase cell wall digestibility

 oleh: Sandi Suroyoco Sinambela

Tujuan dari rekayasa genetik ini adalah meningkatkan daya cerna hijauan dengan memperkecil jumlah lignin yang ada pada tanaman, sehingga tanaman tersebut dapat di efektifkan untuk membuat biofuel dengan cara merekayara pada bagian dinding sel.  Kelemahan dari teknologi ini adalah menurunkan daya tahan hijauan.

Meningkatkan kecernaan dinding sel serat akan meningkatkan performa ternak ruminansia dan mengurangi kerugian nutrisi yang disebabkan oleh lingkungan. Halangan daya cerna pada tanaman dikotil adalah saat mengalami lignifikasi dinding sel sekunder, terutama di batang xilem sekunder, yang menjadi hampir tidak dapat dicerna.  Kecernaan rumput diperlambat oleh lignifikasi dari sebagian besar jaringan, tetapi sebagian dinding sel tetap dicerna. Lignifikasi dinding sel mengakibatkan penghalangan akses ke bahan dinding berpotensi sulit dicerna oleh bakteri rumen jika sel-sel belum pecah.

Pemuliaan tradisional telah difokuskan pada peningkatan  kecernaan bahan kering daripada kecernaan dinding sel, yang telah menghasilkan pengurangan minimal lignifikasi dinding sel. Brown pelepah mutan di beberapa rumput tahunan menunjukkan penurunan kecil dalam lignin konsentrasi dan meningkatkan kecernaan dinding sel. Demikian pula, pendekatan transgenik down- regulating gen dalam sintesis monolignol telah menghasilkan tanaman dengan kadar lignin berkurang dan meningkatkan dinding sel yang dapat dicerna. Sementara penurunan besar dalam konsentrasi lignin telah dikaitkan dengan turunnya ketahanan tanaman tersebut, lebih sedikit penurunan lignin disediakan perbaikan terukur dalam kecernaan tanpa secara signifikan mempengaruhi ketahanan tanaman tersebut. Target tambahan untuk modifikasi genetik untuk meningkatkan kecernaan dan meningkatkan searat untuk digunakan sebagai bahan baku biofuel dibahas, termasuk memanipulasi polisakarida dinding komposisi  sel,  struktur lignin, mengurangi lignin / polisakarida silang, lignin yang lebih kecil polimer, pengembangan disempurnakan jaringan non-mengalami lignifikasi, dan menargetkan jenis sel tertentu.

Jaringan yang lebih besar dari transgen akan memaksimalkan manfaat sambil menghindari dampak negatif pada daya tahan tanaman. cauliflower mosiac virus (CaMV) 35S promotor

Hijauan dan jerami  adalah bahan pakan utama yang digunakan untuk
sistem produksi ternak ruminansia.  Kecernaan jerami  adalah variabel yang harus tingkatkan karena umumnya  susunani  tanaman terdiri dari dinding sel dan kurang dari untuk biji-bijian. Susunan  bahan dinding sel dalam jerami  adalah adalah variabel yang  meningkat dengan tahap kematangan tanaman.  Konsentrasi Lignin juga meningkat seiring dengan pematangan tanaman dan berhubungan dengan penurunan kecernaan dinding sel.  Rumen  mengalami  evolusi kompleks, multi-kompartemen retikulo-rumen yang dipengaruhi  lingkungan sehingga  optimal bagi mikroorganisme yang mencerna sel polisakarida dinding.  Namun, terbentuknya lignin jaringan tanaman membuat penghalang untuk menyelesaikan polisakarida dinding sel pencernaan di dalam rumen.  Perubahan industri biomassa untuk etanol atau produk fermentasi lainnya dari gula dalam dinding selpolisakarida menderita kendala yang sama karena lignifikasi.

Pemuliaan tanaman dilakukan untuk meningkatkan kecernaan telah dipraktekkan selama bertahun-tahun dan mengakibatkan pelepasan ditingkatkan varietas. Sebagian besar upaya pemuliaan telah diarahkan pada peningkatkan daya cerna daripada kecernaan dinding sel. Baru-baru ini, biologi molekuler telah digunakan untuk secara langsung melakukannya pada target lignifikasi untuk meningkatkan daya cerna dinding sel polisakarida  dalam rumen dan selulosa produksi etanol

Di ulasan ini kita akan mengkaji kemajuan yang dicapai dalam modifikasi genetik dari hijauan dan tanaman serat lainnya untuk meningkatkan kecernaan dinding sel pada rumen.  Disertakan metode molekuler manipulasi genetik ditekankan karena mereka menawarkan kemungkinan yang lebih besar untuk khusus memodulasi fungsi gen dan pengembangan jaringan. Target baru untuk manipulasi diusulkan dan perbedaan target yang berguna untuk meningkatkan hidrolisis dinding sel polisakarida.

 
Rumen memiliki keterbatasan dalam mencerna dinding sel pada hijauan

Pencernaan serat polisakarida dinding sel oleh ruminansia terdiri dari empat langkah dasar: pengurangan ukuran partikel bahan tanaman, hidrolisis enzimatik dari polisakarida dinding sel oleh populasi mikroba rumen, fermentasi sakarifikasi produk menjadi asam lemak rantai pendek, dan penyerapan hasil  produk fermentasi.

REFERENSI.

 H.G. Jung, D.A. Deetz, Cell wall lignification and degradability, in: H.G.Jung, D.R. Buxton, R.D. Hatfield, et al. (Eds.), Forage Cell Wall Structure and Digestibility, ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI, 1993, pp. 315–346.