Kekurangan vitamin A bisa menyebabkan kebutaan dan bisa memperburuk penderita diare, sakit pernafasan dan penyakit cacar air. Selain itu, pemberian vitamin A secara oral menjadi hal yang problematik karena kurangnya infrastruktur yang menunjang. Maka sebuah alternatif sangat dibutuhkan untuk memeratakan konsumsi vitamin A khususnya pada anak-anak. Salah satu terobosan yang bisa dilakukan adalah merekayasa padi agar bisa menghasilkan beta-karoten (provitamin A) pada biji (endosperma)-nya. Padi menjadi pilihan karena merupakan bahan pangan utama bagi hampir seluruh penduduk dunia. Bagaimana rekayasa golden rice dilakukan sehingga bijinya bisa mengandung beta karoten dan berwarna orange kekuningan?

Rekayasa Padi Golden Rice

Rekayasa padi golden rice memang baru terdengar saat keberhasilan tersebut termuat dalam jurnal Science pada tahun 2000. Namun sebenarnya sekitar sepuluh tahun sebelumnya, ilmuwan Jepang telah mengawali mengisolasi gen yang menyandi jalur biosintesa karotenoid dari bakteri fitopatogenik Erwinia uredovora [2]. Dari penelitian tersebut ditemukan bahwa gen CrtI mengkode enzim phytoene desaturase yang bertanggung jawab untuk mengubah phytoene menjadi lycopene.

Beberapa tahun berselang, ilmuwan Eropa melaporkan bahwa di dalam biji padi terdapat bahan dasar (prekusor) untuk biosintesa karotenoid, termasuk beta-karoten, yaitu geranyl geranyl diphosphate (GGDP) [3]. Namun secara alami biji padi tidak menghasilkan phytoene karena terjadi penghambatan fungsi dari enzim phytoene synthase (PHY) dalam mengubah GGDP menjadi phytoene.

Meskipun demikian, penghambatan fungsi enzim tersebut bisa dihilangkan dengan cara mengintroduksi gen phy dari tanaman daffodil (bunga narsis/ bakung) dengan menggunakan promoter spesifik untuk endosperma [3]. Selain phy dan CrtI, masih ada satu enzim lagi yang diperlukan untuk mengubah lycopene menjadi beta-karoten yaitu lycopene cyclase (LYC) yang juga berasal dari tanaman daffodil. Secara ringkas, rekayasa jalur biosintesa beta-karoten pada golden rice bisa dilihat pada skema berikut:

Transformasi dengan menggunakan Agrobacterium menunjukkan bahwa modifikasi jalur biosintesa beta karoten berhasil dilakukan. Hal ini terbukti berdasarkan hasil analisa fotometrik dengan menggunakan HPLC (high-performance liquid chromatography) yang menunjukkan adanya karotenoid, termasuk beta-karoten, pada golden rice yaitu 1.6 mikrog/g [1]. Keberhasilan ini dilanjutkan dengan uji coba pada varietas yang berbeda seperti indica (IR 64) dan japonica (Taipei 309). IR 64 dan Taipei 309 dipilih karena kedua varitas tersebut paling banyak digemari di kawasan Asia, terutama Asia Tenggara dan China. Namun demikian, hasil yang dicapai masih kurang memuaskan karena kandungan karotenoid pada varitas IR 64 dan Taipei 309 tersebut masih tergolong rendah yaitu berturut-turut 0.4 mikrog/g dan 1.2 mikrog/g [4].

Golden Rice 2

Munculnya golden rice pada tahun 2000 langsung mendapat reaksi keras dari para oposisi GMO (genetically modified organism). Reaksi ini muncul karena adanya kekhawatiran masyarakat akan tingkat keselamatan konsumsi golden rice. Namun polemik yang muncul tersebut tidak mematahkan semangat dua peneliti utama golden rice, yaitu Ingo Potrykus dan Peter Beyer, untuk terus berkarya dan melakukan penelitian dengan tujuan lebih meningkatkan kandungan beta-karoten pada biji padi.

Bahkan untuk menjawab polemik yang muncul tersebut, Ingo Potrykus menulis sebuah artikel dalam jurnal Plant Physiology dengan judul "Golden Rice and Beyond" yang merupakan penjelasan menyeluruh terhadap status golden rice dan bagaimana seharusnya masyarakat umum menyikapinya [5].

Penelitian peningkatan kandungan beta-karoten pada golden rice terus dilakukan selama kurang lebih lima tahun. Fokus riset masih bertumpu pada tingkat efisiensi ke-3 jenis gen yang telah diintroduksikan yaitu psy, crtI dan lyc. Sehingga pada akhirnya para ahli tersebut merumuskan hipotesa bahwa gen psy-lah yang paling berperan dalam jalur biosintesa karotenoid tersebut.

Untuk menguji kebenaran hipotesa, mereka mengisolasi dan menguji efisiensi gen psy dari berbagai tanaman seperti Arabidopsis, wortel, paprika, jagung, tomat, bahkan padi sendiri. Pengujian awal dilakukan dengan cara overeskpresi gen-gen psy pada callus jagung. Callus dipilih karena sifat integrasinya yang stabil terhadap gen yang ditransformasikan (transgene) [6].

Seleksi efisiensi dilakukan berdasar jumlah karotenoid yang diproduksi dan warna callus (intensitas warna) yang menunjukkan tingkat efisiensi transgene. Gen psy dari jagung menunjukkan tingkat efisiensi paling tinggi dibanding dengan psy dari tanaman lainnya. Berdasar pada hasil tersebut, maka transfromasi pada padi lakukan dengan menyisipkan gen psy dari jagung bersama dengan gen crtI. Hasil yang dicapai bisa dibilang memuaskan karena kandungan karotenoid pada biji "Golden rice 2" mencapai 37 mikrog/g [7], yang berarti 23 kali lipat dibanding golden rice generasi pertama. Dari total karotenoid tersebut, 31 mikrog/g-nya adalah beta-karoten. Penampakan biji golden rice generasi pertama dan golden rice 2 bisa dilihat pada gambar berikut:

Gambar 1. Penampakan biji padi biasa (wilt type), golden rice 1 (Np Psy/crtI), dan golden rice 2 (Zm Psy/crtI)

Potensi Golden Rice 2

RDA (recommended daily allowance) dari vitamin A untuk anak-anak berumur 1 sampai 3 tahun adalah 300 mikrog. Sedangkan faktor konversi beta-karoten (provitamin A) dari total makanan adalah 12. Dengan menggunakan faktor konversi tersebut maka bisa dibuat semacam hitungan sederhana yaitu 24 mikrog/g provitamin A, sehingga 72 gram berat kering golden rice 2 mampu menyediakan 50% RDA untuk anak-anak. Hal ini menunjukkan bahwa golden rice 2 memiliki sebuah potensi yang besar untuk menyelamatkan anak-anak dari kekurangan vitamin A.

Satu lagi pertanyaan yang timbul di benak para petani dan masyarakat pada umumnya yaitu bagaimana mendapatkan benih golden rice dan mahalkah harganya? Sebenarnya pertanyaan ini sudah lama menjadi topik diskusi para perakit (ilmuwan) dan penyuntik dana riset golden rice itu sendiri (Syngenta). Dan berdasarkan berita dari IRRI (International Rice Research Institute) yang dikutip kantor berita Reuters, pengujian penanaman golden rice di lahan di Asia (Philipina) telah dimulai awal April tahun ini. Sedangkan untuk para petani, benihnya baru bisa didapatkan pada tahun 2011. Dengan mudahnya para petani mendapat benih dan membudidayakan golden rice, maka secara tidak langsung akan dapat menekan harganya. Namun terlepas dari itu semua, keamanan konsumsi bagi anak-anak untuk kelengkapan kebutuhan vitamin A tetap menjadi prioritas utama.

Bahan bacaan:
1. Ye, X. et al. Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science 2000; 287: 303-305.

2. Misawa, N. et al. Elucidation of the Erwinia uredovora carotenoid biosynthetic pathway by functional analysis of gene products expressed in Escherichia coli. J. of Bacteriol 1990; 172: 6704-6712.

3. Burkhardt, P.K. et al. Transgenic rice (Oryza sativa) endosperm expressing daffodil (Narcissus pseudonarcissus) phytoene synthase accumulates phytoene, a key intermediate of provitamin A biosynthesis. The Plant J 1997; 11(5): 1071-1078.

4. Hoa, T.T.C. et al. Golden indica and japonica rice lines amenable to deregulation. Plant Physiol 2003; 133: 161-169.

5. Potrykus, I. Golden Rice and Beyond. Plant Physiol 2001; 125: 1157-1161.

6. Keappler, H.F. et al. Silicon carbide fiber-mediated stable transformation of plant cells. Theor. Appl. Genet 1992; 84: 560-566.

7. Paine, J.A. et al. Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content. Nature Biotech 2005; 24(4): 482-487.

M. Suudi, program Doktor pada Laboratorium Plant Molecular Physiology, Department of Molecular Biology, Gyeongsang National University, Republic of Korea.