Brown Planthopper pada Padi: Gen Rintangan dan Varieti Tahan

Brown planthopper (BPH, Nilaparvata lugens) ialah antara perosak padi yang paling merosakkan. Satu ulasan oleh Odisha University of Agriculture and Technology menyatakan BPH ialah perosak padi yang paling memusnahkan di Asia dan menyebabkan kehilangan hasil yang ketara setiap tahun [1].

Artikel ini meneliti kajian tentang gen rintangan BPH dalam padi, termasuk kajian terhadap biotip BPH Malaysia, dan bagaimana gen ini digunakan dalam pembiakbakaan varieti tahan.

Mengapa Varieti Tahan

Beberapa kajian menyatakan varieti tahan sebagai strategi utama:

Satu ulasan oleh Guangxi Academy of Agricultural Science dan rakan kongsi menyatakan pembiakbakaan varieti padi tahan BPH diiktiraf sebagai strategi paling kos efektif dan cekap untuk mengurangkan serangan BPH [2].
Satu kajian oleh Visva-Bharati University dan rakan kongsi di India menyatakan perosak ini sukar diurus melalui penggunaan racun perosak kimia secara menyeluruh, dan varieti tahan yang stabil ialah strategi paling ekonomik [3].
Satu kajian oleh Wuhan University dan rakan kongsi menyatakan BPH ialah perosak serangga paling memusnahkan yang mengancam pengeluaran padi secara global [4].

Bilangan Gen yang Dikenal Pasti

Ulasan Guangxi Academy of Agricultural Science menyatakan sebanyak 70 lokus gen rintangan BPH telah dikenal pasti dalam padi, dan 17 daripadanya telah berjaya diklon [2]. Gen ini mengekod lima jenis protein, dan mendorong pemendapan kalos serta penebalan dinding sel dalam tisu padi, akhirnya menghalang BPH daripada makan [2].

Ulasan Odisha University of Agriculture and Technology pula menyatakan kira-kira 37 gen rintangan BPH telah dikenal pasti dalam varieti indica, varieti padi Afrika dan germplasma liar [1]. Kebanyakan gen terletak pada kromosom 1, 3, 4, 6, 11 dan 12 [1]. Ulasan ini menyatakan pembiakbakaan berbantu penanda dan teknik penyuntingan genom boleh digunakan untuk meningkatkan rintangan terhadap biotip BPH baharu [1].

Kajian terhadap Biotip BPH Malaysia

Satu kajian oleh Universiti Putra Malaysia (UPM) dan MARDI menguji varieti Rathu Heenati, induk penderma yang biasa digunakan untuk membangunkan varieti tahan BPH [5]. Varieti ini dilaporkan mempunyai rintangan spektrum luas melalui beberapa gen dan QTL, termasuk Bph3, Qbph3, Qbph4 dan Qbph10 [5].

Kajian ini menggunakan populasi F2 daripada kacukan Rathu Heenati dengan varieti komersial Malaysia, MR219 [5]. Dapatannya [5]:

Keputusan mengesahkan peranan Bph3 dan tiga QTL lain dalam memberikan rintangan terhadap biotip BPH Malaysia.
Skor kerosakan tumbuhan digunakan untuk menganggar toleransi, manakala jumlah perkumuhan madu embun mengukur tahap antibiosis.
Pembiakbakaan berbantu penanda boleh memudahkan pemantauan gen yang dimasukkan dalam populasi pembiakbakaan.

Mekanisme Rintangan

Ulasan Odisha University of Agriculture and Technology menyatakan pokok padi bertindak balas terhadap serangan BPH dengan membebaskan pelbagai metabolit endogen seperti perencat proteinase, kalos, metabolit sekunder (terpena, alkaloid dan flavonoid) dan sebatian meruap [1]. Ulasan Guangxi Academy of Agricultural Science menyatakan gen rintangan bertindak melalui isyarat hormon tumbuhan, isyarat ion kalsium, pengaktifan kaskad protein kinase, faktor transkripsi dan isyarat miRNA [2].

Kajian Wuhan University mendapati ketepatan ramalan genomik tertinggi bagi rintangan BPH ialah 0.633, dan model hutan rawak memberikan ketepatan ramalan terbaik [4].

Biotip yang Berbeza

Satu kajian oleh Indira Gandhi Agricultural University dan Central Rice Research Institute di India menyatakan, antara empat biotip BPH yang dilaporkan di seluruh dunia, biotip 4 paling merosakkan dan lazim di negara Asia Tenggara [6]. Kajian ini menyaring 600 varieti petani dan mendapati talian rintang monogenik yang ada sekarang tidak dapat menahan tekanan biotip 4 [6]. Pengkaji mencadangkan gen rintangan digabungkan ke dalam varieti elit [6].

Satu kajian oleh Professor Jayashankar Telangana Agricultural University dan rakan kongsi mendapati gen Bph17 dan Bph32, yang sangat berkesan terhadap biotip 4, disahkan dalam beberapa genotip termasuk Rathu Heenati [7].

Sumber Rintangan daripada Varieti Tradisional

Padi merah. Kajian Visva-Bharati University menilai 28 genotip padi merah [3]. Genotip tahan menunjukkan pengumpulan fenol, peroksidase, polifenol oksidase, katalase dan superoksida dismutase yang lebih tinggi, serta kandungan silika kasar maksimum [3]. Enam genotip tergolong sangat tahan [3].

Padi landrace. Satu kajian oleh Guangxi University mengenal pasti lokus rintangan baharu, Bph46 pada kromosom 12 dan qBph11.3 pada kromosom 11, daripada dua aksesi padi tradisional indica [8]. Kajian ini mendapati warna sekam hitam berkait rapat dengan gen rintangan dalam salah satu aksesi, dan boleh membantu mengenal pasti individu positif [8].

Koleksi teras. Kajian Wuhan University menilai 502 germplasma padi dan mendapati 117 varieti (23.31%) tahan BPH [4]. Dua lokus yang ditemui adalah baharu sepenuhnya [4].

Kajian Professor Jayashankar Telangana Agricultural University menyatakan genotip yang dikenal pasti boleh dijadikan penderma untuk memindahkan rintangan BPH ke dalam varieti popular melalui pemilihan berbantu penanda [7].

Bagi Pesawah

Bagi kawalan perosak, penyakit dan rumpai, gunakan hanya racun perosak berdaftar dengan Lembaga Racun Makhluk Perosak dan ikut arahan label. Dapatkan nasihat Jabatan Pertanian dan MARDI tentang varieti padi tahan BPH yang disyorkan.

Kesimpulan

Puluhan gen rintangan BPH telah dikenal pasti dalam padi. Kajian UPM dan MARDI mengesahkan gen Bph3 dan tiga QTL daripada Rathu Heenati berkesan terhadap biotip BPH Malaysia. Namun, satu kajian mendapati talian rintang satu gen tidak dapat menahan biotip 4, jadi penyelidik mencadangkan gabungan beberapa gen.

Penafian: Artikel ini untuk pengetahuan umum berdasarkan ringkasan kajian dan bukan nasihat agronomi khusus.

Rujukan

[1] L. Muduli, S. Pradhan et al. (2021). Understanding Brown Planthopper Resistance in Rice: Genetics, Biochemical and Molecular Breeding Approaches. Rice Science. DOI: 10.1016/j.rsci.2021.05.013. https://consensus.app/papers/details/86fa737576fc5c9bbb19e9675d1186b8/

[2] Liuhui Yan, Tongping Luo et al. (2023). Recent Advances in Molecular Mechanism and Breeding Utilization of Brown Planthopper Resistance Genes in Rice: An Integrated Review. International Journal of Molecular Sciences. DOI: 10.3390/ijms241512061. https://consensus.app/papers/details/7f61691f461b54a4aab9598f543aa8ae/

[3] Prajna Pati, M. Jena et al. (2023). Biochemical Defense Responses in Red Rice Genotypes Possessing Differential Resistance to Brown Planthopper, Nilaparvata lugens (Stål). Insects. DOI: 10.3390/insects14070632. https://consensus.app/papers/details/b7197bf171805e5297be5765a96fbc3d/

[4] Cong Zhou, Weihua Jiang et al. (2024). Genome-wide association study and genomic prediction for resistance to brown planthopper in rice. Frontiers in Plant Science. DOI: 10.3389/fpls.2024.1373081. https://consensus.app/papers/details/83190e7cc449530293dfb920a4a308de/

[5] M. B. Ab Ghaffar (2022). Validation of Functioning Resistant Genes against Malaysian Biotype of Brown Planthopper in Rice Variety, Rathu Heenati. International Journal of Agriculture and Biology. DOI: 10.17957/ijab/15.1896. https://consensus.app/papers/details/a4e49dd1e27d50f19256300efc8e810f/

[6] Aashish Kumar Anant, G. Guru?Pirasanna?Pandi et al. (2021). Genetic dissection and identification of candidate genes for brown planthopper, Nilaparvata lugens (Delphacidae: Hemiptera) resistance in farmers’ varieties of rice in Odisha. Crop Protection. DOI: 10.1016/j.cropro.2021.105600. https://consensus.app/papers/details/a7d6793adaab59839536bfe645836308/

[7] V. G. Ishwarya Lakshmi, M. Sreedhar et al. (2022). Development and Validation of Diagnostic KASP Markers for Brown Planthopper Resistance in Rice. Frontiers in Genetics. DOI: 10.3389/fgene.2022.914131. https://consensus.app/papers/details/d15da9106cd75d44acbf328cd620ea3e/

[8] Fahuo Li, Liuhui Yan et al. (2024). Fine mapping and breeding application of two brown planthopper resistance genes derived from landrace rice. PLOS ONE. DOI: 10.1371/journal.pone.0297945. https://consensus.app/papers/details/b4ae62c3acfc53188f279eebfbe9f537/