Tanduran sing becik kanggo budidaya ing papan bakal nyedhiyakake akeh gizi saka sawetara input sing bisa. Ing kene, kita mbahas babagan cara bioteknologi bisa digunakake kanggo ngasilake kultivar kentang sing cocog kanggo manungsa ing angkasa.
Yen manungsa nindakake misi luar angkasa jangka panjang lan kolonisasi, nggawe sistem petani luar angkasa sing efisien bakal penting kanggo kaslametan manungsa ing angkasa. Nanging, panen sing ana saiki durung cukup larang regane lan produktif kanggo digunakake ing peternakan luar angkasa. Mula, kita menehi saran strategi Utuh-Utas Bisa Dipangan lan Tanduran Elite (WBEEP) kanggo perbaikan panen luar angkasa. Ngandelake bioteknologi tanduran, strategi WBEEP yakuwi ngembangake tanduran kanthi bagean sing bisa didhahar, kandungan gizi sing luwih akeh, panen sing luwih dhuwur, lan efisiensi panggunaan nutrisi mineral kanggo peternakan luar angkasa.
Kentang (Tuberosum solanum L.) dipercaya minangka salah sawijining pesaing utama pertanian ing luar angkasa amarga kaluwihan ing ngisor iki: (1) indeks panen sing dhuwur lan panen umbi lan umbi kaya karbohidrat sing bisa nyedhiyakake energi akeh kanggo manungsa; (2) syarat-syarat pangolahan hortikultura lan panganan sing gampang; lan (3) toleransi sing dhuwur tumrap stres kanthi kemampuan berkembang normal sajrone pesawat luar angkasa. Penting, kentang bisa disebar kanthi aster liwat umbi lan disebar kanthi wiji. Reproduksi seksual bisa njamin regenerasi sumber daya panganan lan nilai nutrisi sing stabil, dene reproduksi seksual bisa njamin koefisien panyebaran sing luwih dhuwur lan biaya panyimpenan lan transportasi sing luwih murah. Nanging, kentang ora bisa ditanam kanthi efisien ing ruang nganti cacat sing ana gandhengane karo isi solanine sing dhuwur, panen sing kurang lan akumulasi nutrisi, lan efisiensi panggunaan pupuk sing kurang bisa diatasi. Ing ngisor iki, kita nerangake strategi WBEEP kanggo perbaikan kentang sing bisa nggawe kentang WBEEP kanggo peternakan luar angkasa (Gbr. 1).
Ngembangake tanduran sing bisa dipangan awak kabeh kanggo WBEEP-kentang
Tanduran sing kabeh awake bisa dipangan luwih becik ditrapake ing peternakan luar angkasa amarga bisa nggawa luwih akeh panganan manungsa lan nyuda sampah. Nanging, batang kentang, godhong, lan woh wohan beri ora bisa dipangan. Bagéan udara saka tanduran kentang ngemot solanine akumulasi (utamane α-solanine lan α-chaconine), sing mbela hama lan patogen nanging beracun kanggo manungsa. Ing sistem tani luar angkasa, kanthi lingkungan sing dikontrol banget, resistensi tanduran sing ditengahi solanine ora perlu. Yen solanine dicopot, tanduran kentang bisa uga bisa dipangan. Kanggo mblokir akumulasi solanine ing tanduran kentang, biosintesis bisa ditarget. Contone, nggawe bisu utawa gen mutasi enkode enzim sitokrom P450 GAME4, DPS dioxygenase utawa faktor transkripsi AP2 / ERF GAME9 nyuda konten solanine. Tomat uga bisa ngasilake solanine beracun (utamane α-tomatine) nanging bisa ngonversi solanine dadi esculeoside glikosida A non -itter lan nontoxic.6. Amarga metabolisme solanine kalebu sawetara reaksi enzimatik ing antarane kentang lan tomat, bisa uga kena ngenalake gen metabolisme solanin saka tomat menyang kentang kanggo nyuda akumulasi solanine.
Biofortifikasi kanthi nutrisi sing migunani kanggo kentang WBEEP
Phytonutrients (kayata, flavonoid lan anthocyanin) lan vitamin iku penting banget kanggo kesehatan manungsa. Awak ing angkasa dadi luwih rapuh lan mbutuhake luwih akeh nutrisi. Nanging, sawetara mikronutrien ing panganan sing dikemas biasane rusak ing kahanan panyimpenan ing angkasa, sing ndadekake kru angel entuk nutrisi sing stabil8. Mula, luwih becik masarakat entuk nutrisi langsung saka produk pertanian segar. Ngelingi isi protein, fittonutrien, vitamin, lan nutrisi penting liyane ing tuber kentang, ora perlu, biofortifikasi kentang kanggo nyukupi kabutuhan nutrisi ing awak manungsa. Tanduran bisa ditambah kanggo nyintesis vitamin lan metabolit sekunder fungsional kanthi ngowahi jalur metabolisme endogen, kalebu (1) nambah pasokan prekursor; (2) overexpression, relokasi, utawa mutasi enzim kemacetan; (3) nggawe bisu saka jalur sing ora dikarepake; (4) ngalangi jalur saingan; (5) ekspansi aliran metabolisme kanggo nyuda hambatan umpan balik; lan (6) pangaturan faktor transkripsi. Liwat ngetrapake strategi ing ndhuwur, kentang sing sugih macem-macem vitamin, protein, flavonoid, anthocyanin, lan nutrisi liyane wis dikembangake. Kajaba iku, varietas kentang sing ngemot canthaxanthin, astaxanthin, utawa asam lemak poli-jenuh rantai dawa banget (VLC-PUFA) bisa dikembangake kanthi mbentuk maneh jalur biosintetik.
Ngapikake panen kanggo kentang WBEEP
Tubers minangka bagean utama sing bisa dipangan saka tanduran kentang. Tuberisasi kentang minangka proses biologis sing kompleks. Regulator kunci kalebu fitokondria photoreceptor B (PHYB), faktor transkripsi StCO, sinyal seluler (StBEL5 lan POTH1 mRNA, protein StSP6A, lan miR172), lan transportasi sukrosa StSUT4 lan StSP5G. Overexpression saka StSP6A, StPOTH1, StBEL5, Lan StmiR172 utawa nyegah saka StPHYB, StCO, StSUT4, Lan StSP5G bisa ditindakake kanggo nambah tuberisasi11. Optimisasi fotosintesis minangka salah sawijining cara utama kanggo nambah panen, lan tuberisasi kentang uga mbutuhake produk fotosintetik (utamane sukrosa) saka bagean-bagean ing ndhuwur. Upaya terus ditindakake kanggo nambah efisiensi fotosintesis kanthi ningkatake kapasitas karboksilasi enzim Rubisco, nambah kapasitas regenerasi siklus pangurangan karbon, ngoptimalake rantai transportasi elektron, lan nyuda oksigen lan fotorespirasi12. Umume strategi rekayasa genetik sing wis kasebut ing ndhuwur kanggo nambah efisiensi fotosintesis wis sukses ditrapake ing beras utawa tembakau lan muga-muga bisa digunakake kanggo nambah panen kentang. Contone, bypass fotorespirasi sing digawe kanthi artifisial liwat poliprotein glycolate dehydrogenase rekombinan bisa nambah efisiensi fotosintetik lan asil umbi kanthi nyuda fotorespirasi lan nambah CO2 panyerepan Bubar, modulasi tanduran RNA m6Metilasi wis dadi cara sing efisien kanggo nambah tanduran lan panen panen. Ekspresi transgenik RNA manungsa demethylase FTO kanggo nyuda m6Tingkat kentang nyebabake ~ 50% panen umbi lan biomassa udara.
Nambah efisiensi nutrisi mineral kanggo kentang WBEEP
Tuwuh lan pangembangan tanduran mbutuhake akeh unsur mineral, kalebu nitrogen, fosfor, lan kalium. Biaya ngangkut pupuk saka Bumi regane larang banget. Mula, kudu nambah efisiensi pemanfaatan nutrisi panen kanggo nyuda konsumsi pupuk. Modifikasi genetik bisa ditindakake kanggo ningkatake penyerapan nutrisi tanduran, alokasi, lan metabolisme utawa kanggo ngoptimalake arsitektur oyot. Nitrogen minangka salah sawijining unsur sing paling penting sing dibutuhake tanduran. Dehidrogenase glutamat (GDHs) saka organisme ngisor nuduhake afinitas sing luwih dhuwur kanggo NH4+ lan kemampuan asimilasi amonia sing kuwat. Ekspresi GDH heeterologis sing nduweni afinitas sing luwih dhuwur kanggo NH4+ tinimbang GDH tanduran bisa nambah efisiensi panggunaan nitrogen ing pirang-pirang tanduran, kalebu kentang, lan njamin manawa panen bisa entuk panen sing dhuwur ing kahanan kurang nitrogen. Fosfor minangka elemen penting liyane kanggo tuwuh tanduran, lan pupuk fosfat bisa ningkatake panen lan kualitas umbi kentang. Ekspresi fosfit dehidrogenase (ptxD) saka Pseudomonas spp ngidini beras lan katun kanggo metabolisme fosit saliyane fosfat, lan peran ing kentang kudu digali. Kentang mbutuhake pupuk kalium luwih akeh tinimbang pupuk nitrogen utawa fosfat kanggo tuwuh lan kualitas. Ekspresi heterologis Arabidopsis K+ saluran AKT1 lan aktivator CBL1, CBL9, Lan CIPK23 bisa nambah efisiensi penyerapan kalium saka lemah ing pirang-pirang tanduran, lan overexpressing K+ transporter HAK5 bisa nambah efisiensi penyerapan kalium ing pirang-pirang tanduran ing kahanan winates kalium. Bubar iki, manipulasi arsitektur sistem oyot kanthi genetis dadi strategi sing anyar kanggo nambah akuisisi gizi lan panen ing tuber, nanging gen sing bisa dieksploitasi ing kentang kudu ditambang.
Prospek mbesuk kanggo WBEEPs
Eksperimen wis ditindakake kanggo nuduhake kepiye tanduran bisa tuwuh lan tuwuh ing angkasa, nanging tetanen ing papan sing cetha isih ana ing wiwitane. Mung sayuran godhong ijo kayata salad lan mustar sing saiki ditandur kanggo panganan ing Stasiun Luar Angkasa Internasional. Dadi, kanggo nggawa luwih akeh tanduran menyang peternakan luar angkasa, kita menehi saran babagan pendekatan WBEEP kanggo perbaikan panen. WBEEP sing ditrapake kanthi lengkap bisa nyedhiyakake panganan sing cukup lan nutrisi kanggo manungsa ing angkasa kanthi konsumsi pupuk minimal. Amarga mekanisme biosintesis faktor anti-nutrisi luwih akeh dicethakake, lan strategi kanggo ningkatake nutrisi, panen, lan efisiensi panggunaan pupuk dikembangake, pendekatan WBEEP bisa dileksanakake ing luwih akeh panen. Nalika budidaya praktis WBEEPs ing papan kanggo panganan bisa uga ora bisa ditindakake mengko wae, kita saranake yen ngelingi kemajuan tambahan sing dibutuhake kanggo nggayuh tujuan kasebut bisa uga nguntungake ora mung kanggo pertanian luar angkasa nanging uga kanggo pertanian konvensional.