Abstrak
Cannabis sativa L. (ganja, rami) adalah salah satu dari sedikit spesies angiospermae dioecious dengan kromosom seks. Bersama dengan genera lain yang berkerabat dekat dari famili Cannabaceae, C. sativa menunjukkan populasi monoecious (bunga berkelamin tunggal di lokasi berbeda dalam individu) dan dioecious (dua jenis kelamin dalam individu terpisah). Meskipun ada kemajuan terkini dalam memahami biologi tanaman, strategi seksualnya masih belum sepenuhnya dipahami dan kemajuan utama seperti perakitan genom lengkap yang mencakup kromosom Y dan monoecious masih kurang. Di sini, kami merangkum berbagai strategi reproduksi dalam angiospermae dengan fokus pada famili Cannabaceae—dengan anggota yang memiliki jumlah kromosom seks yang bervariasi—dan khususnya pada C. sativa. Kami menyertakan karakterisasi daerah non-rekombinasi dan pseudoautosomal kromosom Y, berbagai perkiraan ukuran kromosom seks, dan berbagai penanda genetik yang telah dikembangkan untuk penentuan jenis kelamin dalam C. sativa. Kami kemudian menjelaskan faktor genetik dan lingkungan yang memengaruhi ekspresi jenis kelamin pada C. sativa, dengan faktor eksternal yang menyajikan aplikasi praktis dalam sistem pertanian seperti produksi “benih yang difeminisasi” melalui teknik pembalikan jenis kelamin. Selain itu, karakteristik pertanian yang penting antara tanaman jantan, betina, dan monoecious menekankan pentingnya penentuan jenis kelamin untuk kualitas serat dan aplikasi pengobatan. Tinjauan komprehensif tentang penentuan jenis kelamin pada C. sativa ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pemahaman tanaman yang kompleks dan penting secara ekonomi ini, menawarkan wawasan berharga bagi para peneliti dan pembudidaya dalam industri yang baru lahir ini.
Ringkasan Bahasa Sederhana
Memahami penentuan jenis kelamin pada Cannabis sativa L., spesies dengan individu dioecious dan monoecious, sangat penting untuk nilai ekonominya. Tanaman betina dihargai untuk produksi kanabinoid, sementara benih dan kualitas serat berbeda berdasarkan jenis kelamin pada rami. Penentuan jenis kelamin terutama bersifat genetik, yang melibatkan sistem kromosom XY, meskipun faktor lingkungan yang memengaruhi hormon juga berperan, dan alat molekuler memungkinkan identifikasi jenis kelamin dini. Perlakuan modifikasi hormon memungkinkan tanaman betina menghasilkan bunga jantan, yang memungkinkan produksi benih feminisasi (benih tanpa kromosom Y), yang sangat bernilai. Masih ada kesenjangan utama, termasuk perakitan kromosom Y dan monoecious yang tidak lengkap dan pemahaman perbedaan antara kromosom XX monoecious dan betina. Memajukan penelitian ini meningkatkan program pemuliaan, mendukung pengembangan sifat, dan memperbaiki praktik budidaya.
1 PENGANTAR Cannabis sativa L
Cannabis sativa L. (umumnya dikenal sebagai mariyuana atau rami), yang saat ini dikenal sebagai tanaman baru terbesar di dunia, adalah tumbuhan angiospermae (tumbuhan berbunga) dalam famili dikotil Cannabaceae (Bell et al., 2010; Sytsma et al., 2002). Signifikansi historisnya sebagai salah satu tanaman yang paling awal dibudidayakan telah didokumentasikan dengan baik oleh berbagai budaya kuno (Li, 1973; Russo, 2007), karena keserbagunaannya yang luar biasa. C. sativa jenis mariyuana khususnya terkenal karena produksi kanabinoidnya, metabolit sekunder unik dengan khasiat obat atau psikoaktif (ElSohly & Slade, 2005; Russo & McPartland, 2003). Karakteristik yang menentukan dari tanaman ganja adalah produksi asam kanabinoid Δ-9-tetrahidrokanabinol, yang berubah menjadi bentuk netralnya, Δ-9-tetrahidrokanabinol (THC), saat dipanaskan. Meskipun memiliki aplikasi medis, THC sangat diatur oleh pemerintah karena sifat psikoaktifnya (ElSohly & Slade, 2005; Russo & McPartland, 2003). Selain itu, tanaman ini dapat menghasilkan ratusan kanabinoid dan senyawa lain seperti terpena dan flavonoid. Sebaliknya, rami tanpa sifat memabukkan, telah berfungsi sebagai sumber daya serbaguna, yang digunakan untuk tali, tekstil (misalnya, kanvas), kertas, bahan konstruksi berkelanjutan, protein biji premium, dan minyak untuk berbagai keperluan termasuk nutrisi, memasak, perawatan pribadi, dan produk kecantikan, serta pelumas, bahan bakar, dan pelarut dalam cat (Ahmed et al., 2022). Pada tahun 2021, industri rami AS mencapai nilai $824 juta, dengan $712 juta berasal dari rami yang ditanam di ladang dan $112 juta berasal dari budidaya yang dilindungi (Nseir, 2022). Secara global, pasar rami untuk biji-bijian dan serat diperkirakan mencapai $6,8 miliar pada tahun 2022, dan diperkirakan akan tumbuh menjadi $18,1 miliar pada tahun 2027, yang menunjukkan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 21,6% (Markets, 2022; Research, 2021). Pendapatan pasar ganja AS diperkirakan mencapai $42,98 miliar pada tahun 2024 dan memiliki tingkat pertumbuhan tahunan sebesar 2,89%, mencapai $49,56 miliar pada tahun 2029. Pasar ganja global diperkirakan mencapai $64,73 miliar pada tahun 2024 dan tumbuh pada tingkat 3,01%, mencapai nilai $75,09 miliar pada tahun 2029 (Statista, 2023a, 2023b, 2023c).
Genus Cannabis biasanya dianggap mencakup satu spesies, C. sativa L. (Watts, 2006). Namun, penelitian terkini menunjukkan keberadaan setidaknya dua klaster mariyuana dan satu klaster rami dalam spesies ini (Kovalchuk et al., 2020; Lynch et al., 2016; Sawler et al., 2015; Vergara et al., 2016, 2021). Cannabis sativa menunjukkan sistem perkawinan campuran, dengan beberapa populasi bersifat dioecious, di mana individu jantan dan betina hadir secara terpisah, dan yang lainnya bersifat monoecious (Gambar 1; Hillig, 2005; Peil et al., 2003; Punja & Holmes, 2020). Dalam populasi dioecious, betina memiliki kromosom seks homogametik (XX), sedangkan jantan memiliki kromosom seks heterogametik (XY). Populasi monoecious diyakini memiliki dua kromosom X juga (Faux et al., 2014; Razumova et al., 2016).
Cannabis sativa, tanaman dioecious dengan individu jantan dan betina terpisah, menunjukkan karakteristik yang berbeda dalam produksi pasarnya berdasarkan jenis kelamin tanaman. Memahami perbedaan ini sangat penting untuk mengoptimalkan praktik budidaya dan kualitas produk. Pasar utama mariyuana berpusat pada kanabinoid, dan dua yang paling dikenal adalah THC dan cannabidiol (CBD). Jenis kelamin tanaman dan produksi kanabinoid merupakan atribut kualitatif yang penting karena bunga betina yang tidak diserbuki lebih disukai untuk produksi kanabinoid karena penyerbukan mengurangi kadar kanabinoid dan terpena (Lipson Feder et al., 2021; Meier & Mediavilla, 1998; Trancoso et al., 2022). Karena bunga betina yang diserbuki dengan biji menghasilkan lebih sedikit kanabinoid (Meier & Mediavilla, 1998), sementara bunga yang tidak diserbuki terus berkembang (Small & Naraine, 2016a,b), yang terakhir lebih diinginkan secara komersial (Punja & Holmes, 2020). Meskipun beberapa pihak berpendapat bahwa tanaman jantan dan betina menunjukkan kadar THC yang serupa di berbagai bagian tanaman, produksi dan akumulasi THC tertinggi ditemukan pada perbungaan betina (Fetterman et al., 1971; Ghosh et al., 2023). Oleh karena itu, memastikan tanaman betina, dan tidak adanya tanaman jantan untuk menghindari penyerbukan, untuk produksi kanabinoid diperlukan, tetapi sulit untuk membedakan jenis kelamin sebelum berbunga (Gambar 1).
Selain perbedaan metabolisme antara jenis kelamin (Welling et al., 2021), betina mungkin kurang rentan terhadap hama (Salentijn et al., 2019), mungkin karena kanabinoid dapat berfungsi sebagai pertahanan terhadap herbivora dan patogen (Appendino et al., 2008; MacWilliams et al., 2023; Saleemi et al., 2022; Stack et al., 2023).
Di sisi lain, pada rami, tanaman dioecious tampaknya lebih baik untuk produksi serat (Mandolino et al., 1999; Milewicz & Sawicki, 2012). Jantan dalam varietas serat cenderung lebih tinggi, tumbuh lebih cepat, memiliki siklus hidup yang lebih pendek, dan memiliki serat yang lebih halus yang cocok untuk tekstil (Onofri & Mandolino, 2017; Punja & Holmes, 2020; Rahimi et al., 2019). Lebih jauh lagi, varietas monoecious lebih seragam dalam hal tinggi, batang, dan produksi biji (Salentijn et al., 2019), sehingga cocok untuk tujuan ganda produksi serat dan biji (Petit, Salentijn, Paulo, Denneboom, & Trindade, 2020; Petit, Salentijn, Paulo, Thouminot, et al., 2020; Salentijn et al., 2019). Oleh karena itu, memahami mekanisme dasar penentuan jenis kelamin pada C. sativa sangat penting bagi para pemulia dan penanam. Tinjauan komprehensif tentang mekanisme ini dapat memberikan wawasan berharga untuk meningkatkan praktik budidaya dan memaksimalkan produksi kanabinoid.
2 DIOSI DAN KROMOSOM SEKS PADA ANGIOSPERMA
2.1 Transisi ke diosisme
Hermafroditisme, di mana kedua jenis kelamin ada dalam satu bunga, tersebar luas pada spesies tanaman. Jenis kelamin terpisah pada tanaman terjadi baik dalam organisme yang sama di lokasi yang berbeda (monoesi) atau antara individu yang berbeda (dioesi). Diosisme relatif jarang terjadi pada tanaman berbunga, hanya mencakup 5%–6% dari semua spesies (Renner, 2014; Westergaard, 1958). Meskipun jarang terjadi, diosisme telah didokumentasikan dalam berbagai garis keturunan dalam angiosperma, yang menyiratkan bahwa ia telah berevolusi secara independen beberapa kali (Charlesworth, 2002a; Dufaÿ et al., 2014). Sementara sebagian besar tanaman dan hasil bumi yang dibudidayakan menunjukkan sifat hermafrodit, atau karakteristik berumah satu, sebagian kecil namun signifikan dari spesies tanaman berbunga termasuk dalam kategori berumah dua, termasuk asparagus (Asparagus sp.), kesemek (Diospyros kaki), bayam (Spinacia oleracea), hop (Humulus lupulus), berbagai varietas ganja (C. sativa L.), buah kiwi (spesies Actinidia), pepaya (Carica papaya), kurma (Phoenix sp.), dan anggur liar (Vitis vinifera) (Akagi & Charlesworth, 2019; Akagi et al., 2016; Cherif et al., 2016; Divashuk et al., 2011; Harkess et al., 2020; Lan et al., 2006; Picq et al., 2014; Y. Zhou et al., 2017; P. Zhou et al., 2022). Selama transisi dari hermafroditisme atau monoesi ke dioses, tanaman mengembangkan beragam mekanisme untuk menekan pertumbuhan organ reproduksi, baik benang sari maupun karpel, tergantung pada jenis kelamin bunga. Penelitian tentang dioses telah membantu mengidentifikasi faktor-faktor yang memengaruhi sifat seksual, termasuk yang terkait dengan penentuan jenis kelamin dan evolusi spesialisasi seksual, yang memungkinkan pemeriksaan komprehensif terhadap lintasan evolusi dan perkembangan yang mengarah ke dioses (Irish & Nelson, 1989; Renner & Ricklefs, 1995).
Transisi dari hermafroditisme ke dioses diyakini telah terjadi secara independen lebih dari 100 kali dalam garis keturunan angiospermae (Charlesworth & Charlesworth, 1978; Renner, 2014). Evolusi spesies tanaman dioseus diusulkan untuk berlangsung melalui dua jalur utama dari nenek moyang hermafrodit atau monoesius (individu koseksual): baik melalui tahap peralihan gynodioecious/androdioecious, di mana hermafrodit hidup berdampingan dengan betina, atau melalui paradioecy, di mana bentuk reproduksi monoesius, dioecious, dan peralihan hidup berdampingan dalam suatu populasi sebelum beralih ke dioecy yang ketat (Charlesworth & Charlesworth, 1978, 1999; Renner & Ricklefs, 1995). Dalam jalur monoesius ke gynodioecy ke dioecy, mutasi atau tekanan seleksi mendukung munculnya tanaman yang hanya betina (gynodioecy), di mana hermafrodit hidup berdampingan dengan betina. Spesialisasi betina ini sering muncul karena mutasi sterilitas jantan, dan evolusi lebih lanjut menyebabkan hilangnya hermafroditisme, yang mengakibatkan dioecy (Gambar 2). Gynodioecy lebih melimpah daripada androdioecy, yang sangat langka. Androdioesia sering kali muncul dari dioses yang sudah ada sebelumnya sebagai akibat dari mutasi berikutnya. (Charlesworth & Charlesworth, 1978; Pannell, 2002). Sebaliknya, pada tahap peralihan paradioesia, populasi menunjukkan strategi reproduksi campuran, termasuk bentuk monoesia, dioses, dan peralihan. Seiring berjalannya waktu, tekanan seleksi dapat menghilangkan individu monoesia, yang mengarah pada dioses yang ketat, terutama sebagai respons terhadap variabilitas lingkungan. Karena populasi C. sativa mencakup individu monoesia dan dioses, ada kemungkinan bahwa spesies tersebut ada dalam tahap paradioesia peralihan. Seperti yang disebutkan sebelumnya, evolusi independen dioses dari monoesia telah muncul beberapa kali di seluruh angiospermae (Charlesworth & Charlesworth, 1978; Renner, 2014), meskipun model teoritis mekanisme genetik belum sepenuhnya dikembangkan.
2.2 Kontrol genetik penentuan jenis kelamin
Penentuan jenis kelamin pada spesies dioecious terutama dikendalikan oleh mekanisme genetik, meskipun metode lain, seperti hormon tanaman yang diinduksi oleh faktor lingkungan, juga dapat terlibat. Kemajuan substansial telah dicapai selama beberapa dekade terakhir dalam mengungkap mekanisme penentuan jenis kelamin dan evolusi dioecy di berbagai sistem tanaman.
Kromosom seks tanaman telah dilaporkan dalam sebagian kecil tanaman, dalam sekitar 40 spesies, dan salah satunya adalah C. sativa (Romanov et al., 2022). Karena beberapa kali individu betina dan jantan berevolusi dari nenek moyang hermafrodit pada tanaman berbunga, ada beberapa mekanisme untuk penentuan jenis kelamin (Truta et al., 2007). Mekanisme genetik yang ditemukan yang terlibat dalam penentuan jenis kelamin pada dioecy telah dihasilkan dari polimorfisme DNA di lokus yang sangat berkorelasi dengan dimorfisme seks. Karena beberapa peristiwa independen dalam evolusi dioecy, jalur terjadinya dioecy pada tanaman berbunga masih belum pasti.
Salah satu hipotesis utama untuk mekanisme evolusi kromosom seks dan penentuan jenis kelamin pada tumbuhan adalah bahwa penentuan jenis kelamin genetik mungkin berasal secara independen baik melalui satu lokus atau beberapa lokus. Satu gen pengatur cukup untuk beralih antara jantan dan betina melalui interaksi genetik epistatik dalam model gen tunggal penentuan jenis kelamin (Charlesworth & Charlesworth, 1978; Golenberg & West, 2013). Sebagai alternatif, model mekanisme dua gen penentuan jenis kelamin melibatkan dua gen yang berbeda, satu bertanggung jawab atas kejantanan (M) dan yang lainnya untuk gen penekan betina (SuF). Sistem ini menjelaskan dioesis melalui mekanisme penentuan jenis kelamin heterogametik, yang melibatkan keberadaan alel dominan di dua lokus yang menentukan kejantanan (Gambar 2). Dalam sistem ini, individu jantan membawa alel SuF fungsional yang menekan perkembangan organ betina, dan alel M fungsional yang mendorong kejantanan. Sebaliknya, mutan resesif dari kedua lokus dapat menghasilkan individu betina (Barcaccia et al., 2020). Ini telah menjadi model yang disarankan untuk penentuan jenis kelamin pada C. sativa (Barcaccia et al., 2020), di mana kontrol genetik dioecy ditentukan oleh dua gen spesifik ini pada lokus terkait yang bertindak sebagai penentu jenis kelamin, dengan jantan memiliki alel fungsional SuF dan M, sementara betina homozigot untuk alel resesif di kedua lokus (Suf mm).
Wilayah genom yang membawa gen penentu jenis kelamin sering disebut sebagai kromosom seks. Namun, pada beberapa spesies, gen yang terletak pada autosom juga dapat berperan dalam penentuan jenis kelamin atau mengatur ekspresi gen penentu jenis kelamin (Charlesworth, 2019; Renner, 2014). Dalam beberapa kasus, kromosom seks tersebut ada sebagai ukuran heteromorfik yang berbeda secara sitologis; selain itu, kromosom heteromorfik tersebut tidak dapat berpasangan dan bergabung kembali seperti kromosom autosom. Terdapat satu wilayah kromosom seks, wilayah pseudo-autosomal (PAR), yang penting untuk pemasangan dan pemisahan kromosom X dan Y yang tepat (Charlesworth, 2019; Westergaard, 1958). Dalam sistem dioseus, tiga jenis penentu jenis kelamin kromosom diusulkan: sistem XY, di mana jantan adalah jenis kelamin heterogametik dan betina adalah homogametik XX; sistem ZZ/ZW, di mana betina adalah jenis kelamin heterogametik dan jantan adalah homogametik ZZ; dan rasio X terhadap autosom yang berbeda (X:A). Pada tumbuhan, sistem XY dominan, tetapi sistem ZW juga ada dalam beberapa garis keturunan (Armstrong & Filatov, 2008; Leite Montalvão et al., 2021; Westergaard, 1958). Penekanan daerah kromosom yang melakukan rekombinasi menyebabkan divergensi, yang terkait erat dengan degenerasi kromosom Y pada kromosom yang tidak melakukan rekombinasi (Y atau W). Sering diamati bahwa penekanan rekombinasi antara kromosom X dan Y mencegah individu yang netral atau konflik seksual antara kedua jenis kelamin (Charlesworth, 2002b; Lewis, 1942). Divergensi yang lebih tinggi antara kromosom X dan Y biasanya menunjukkan waktu divergensi yang lebih besar sejak penekanan rekombinasi.
Daerah khusus pria (MSR) pada kromosom Y dicirikan oleh bentangan besar DNA berulang dan retrotransposon (Divashuk et al., 2014; Oyama et al., 2010; Y. Zhang et al., 2008). Daerah ini tidak mengalami rekombinasi dengan kromosom X, dan oleh karena itu gen yang terletak di daerah ini akan tetap. Diasumsikan bahwa batas antara MSR dan PAR merupakan wilayah tempat gen antagonis seksual berada dan mengalami evolusi (Charlesworth, 2015; Hough et al., 2014; Oyama et al., 2010). Pada banyak spesies tumbuhan, kromosom Y menunjukkan pengayaan retrotransposon pengulangan terminal panjang (LTR) (Hobza et al., 2017). Elemen berulang ini dapat memainkan berbagai peran dalam evolusi dan fungsi kromosom Y, meskipun sedikit yang diketahui tentang fungsi (jika ada) DNA pengulangan dan retrotransposon dalam C. sativa.
3 KROMOSOM SEKS PADA CANNABACEAE
3.1 Karakteristik famili Cannabaceae
Ada beberapa anggota famili Cannabaceae yang memiliki strategi reproduksi dioecious atau dioecious dan monoecious, termasuk genus Humulus dan Cannabis (Yang et al., 2013). Celtis, mungkin memiliki bunga biseksual dan jantan dalam individu yang sama, dengan beberapa spesies dalam genus tersebut memiliki individu diploid seksual dan individu apomiksis poliploid (Hayes et al., 2022;
Hop, genus Humulus sp., adalah genus yang paling dekat dengan C. sativa (Yang et al., 2013). Kedua genus tersebut bercabang sekitar 25–27 juta tahun yang lalu (MYA) (McPartland et al., 2019; Ren et al., 2021); namun, perkiraan terkini menunjukkan waktu divergensi sekitar 36 MYA (Carey et al., 2024; Gambar 3). Dalam genus Humulus, H. lupulus var. lupulus penting secara komersial karena penggunaannya dalam industri bir sebagai salah satu bahan utama dalam minuman tersebut. Hop adalah tanaman merambat yang diserbuki angin (Shephard et al., 1999), dan seperti C. sativa, H. lupulus juga dioecious dengan individu monoecious (Shephard et al., 2000, 1999). Perbungaan pada jenis kelamin yang berbeda pada H. lupulus menunjukkan divergensi morfologi yang tinggi pada tahap perkembangan awal (Shephard et al., 2000).
Pada C. sativa dan H. lupulus, tanaman betina menghasilkan komponen utama untuk industri karena mereka menghasilkan perbungaan yang mengumpulkan metabolit sekunder untuk berbagai keperluan (Čerenak et al., 2019). Sebaliknya, bunga jantan mengandung kelenjar resin dalam jumlah kecil, itulah sebabnya mereka tidak dianggap berharga (Shephard et al., 1999).
3.2 Sejarah evolusi antara kromosom seks C. sativa dan hop
Beberapa orang berpendapat bahwa kromosom seks dalam famili Cannabaceae adalah sistem lama yang mapan karena genera lain dalam famili tersebut memiliki kromosom seks, dan karena bunga pada H. lupulus mengalami divergensi morfologi di awal perkembangannya (Hill et al., 2016). Hipotesis ini mungkin didukung oleh temuan terbaru yang menyatakan bahwa baik C. sativa maupun Humulus sp. tampaknya memiliki kromosom seks homolog, dan bahwa dioesis berevolusi sebelum peristiwa spesiasi antara kedua genera (Kovalchuk et al., 2020). Oleh karena itu, dalam skenario pertama, disarankan bahwa nenek moyang umum untuk kedua genera memiliki sepasang kromosom seks yang tidak berekombinasi yang berevolusi menjadi kromosom seks saat ini yang kita lihat saat ini. Ini akan membuat kromosom seks kedua genera memiliki usia yang sama (Prentout et al., 2021), mungkin lebih tua dari perpecahan antara kedua genera (McPartland et al., 2019; Ren et al., 2021). Lebih jauh, daerah non-rekombinasi kromosom X dan Y mungkin berasal dari 47 juta tahun yang lalu, mendahului perpecahan antara genera (Carey et al., 2024).
Skenario kedua di mana kromosom seks dalam C. sativa dan H. lupulus berevolusi setelah divergensi mereka mungkin didukung oleh tingkat heteromorfi yang diamati dalam kromosom seks mereka. Humulus lupulus memiliki kromosom Y yang lebih kecil, sementara C. sativa memiliki kromosom Y yang lebih besar, yang mungkin menunjukkan waktu divergensi yang berbeda antara kromosom X dan Y di setiap genus. Keberadaan elemen transposabel (TE) dalam kromosom Y (Balant et al., 2022; Moliterni et al., 2004; Punja & Holmes, 2020; Sakamoto et al., 2005, 2000) yang dibahas lebih lanjut di bawah ini, kemungkinan memainkan peran penting dalam variasi ukuran antara kedua genus.
Skenario ketiga, dan mungkin yang lebih mungkin adalah, seperti pada skenario pertama, kromosom seks terbentuk pada leluhur, dan perubahan selanjutnya dalam setiap genus menyebabkan tingkat rekombinasi dan ukuran Y yang berbeda. Oleh karena itu, usia dan waktu kemunculan kromosom seks relatif terhadap divergensi kedua genus masih menjadi subjek yang memerlukan penyelidikan lebih lanjut, meskipun sejauh ini, sebagian besar bukti menunjukkan homologi antara kromosom seks C. sativa dan Humulus.
4 GENOM Humulus, KROMOSOM SEKS, DAN EKSPRESI SEKS
4.1 Ukuran genom pada Humulus
Ukuran genom Humulus japonicus (sinonim Humulus scandens) kira-kira 1,7 pg dan H. lupulus kira-kira 2,9 pg (Razumova et al., 2023), keduanya lebih besar daripada C. sativa. Humulus lupulus memiliki kromosom Y yang lebih kecil daripada kromosom X (Čerenak et al., 2019; Shephard et al., 1999) dan terkecil di seluruh genom dengan PAR sebesar 20% dari kromosom Y (Carey et al., 2024). Di sisi lain, C. sativa dan H. japonicus memiliki kromosom Y yang lebih besar (Razumova et al., 2023). Ukuran kromosom seks untuk H. lupulus dikonfirmasi oleh flow cytometry, analisis kariotipe, dan sekuensing genom utuh (Carey et al., 2024; Shephard et al., 1999; Skof et al., 2012). Kedua spesies Humulus mengalami divergensi sekitar 6,38 juta tahun lalu (Murakami et al., 2006).
4.2 Jumlah kromosom seks pada Humulus
Selain ukuran yang disebutkan di atas, jumlah kromosom dan kromosom seks bervariasi pada spesies genus Humulus dan pada varietas dalam beberapa spesies (Tabel 1). Misalnya, terdapat sistem kromosom multi-seks pada spesies, H. japonicus dan H. yunnanensis, dan ekspresi seks tampaknya juga dipengaruhi oleh rasio antara kromosom X dan autosom (Čerenak et al., 2019). Pada H. japonicus, tanaman betina memiliki dua kromosom XX (2n = 16 = 14 + XX). Tumbuhan dengan hanya satu kromosom X dapat menjadi jantan, dan selain itu, terdapat berbagai jenis kromosom Y [2n = 17 = 14 + ХY1Y2 (X/A = 0,5)] (Aleksandrov et al., 2011; Shephard et al., 1999).
4.3 Ekspresi jenis kelamin pada hop
Seperti halnya C. sativa, H. lupulus tampaknya juga menunjukkan ekspresi jenis kelamin yang labil; selain itu, jumlah perbungaan jantan dan betina pada individu monoecious bervariasi jumlahnya dari satu musim tanam ke musim berikutnya (Shephard et al., 1999). Pada hop yang dibudidayakan, hormon tanaman seperti auksin dan giberelin menginduksi perubahan jenis kelamin (Shephard et al., 1999). Betina yang disemprot dengan larutan asam fenoksi dan feniltiol dalam air menghasilkan bunga jantan (Weston, 1960). Tidak diketahui apakah bunga jantan yang diinduksi pada individu betina bersifat fertil, karena tampaknya keberadaan kromosom Y diperlukan untuk perkembangan dan pematangan serbuk sari, dan oleh karena itu fertilitas (Shephard et al., 1999). Gen yang terkait dengan fertilitas mungkin ditemukan di daerah penentu jenis kelamin (SDR) atau MSR pada kromosom Y (Hill et al., 2016). Namun, ekspresi dan penentuan jenis kelamin secara keseluruhan dapat diatur oleh gen dalam autosom atau kromosom X (Hill et al., 2016; Shephard et al., 1999; Skof et al., 2012).
4.4 Penanda molekuler pada tanaman hop
Penanda molekuler untuk mendeteksi kromosom Y telah dikembangkan untuk beberapa spesies tanaman hop, termasuk penanda pengulangan sekuens intersimple yang menghasilkan amplifikasi fragmen sekitar 300 bp untuk H. japonicus (scandens) (Aleksandrov et al., 2011). Penanda molekuler lain untuk H. japonicus juga telah dikembangkan untuk tanaman betina (Deng et al., 2014) dan jantan (Gao et al., 2011). Untuk H. lupulus, penanda sepanjang 384 bp pada daerah subtelomerik kromosom Y (Divashuk et al., 2011) dan beberapa penanda molekuler lain seperti mikrosatelit, amplified fragment length polymorphism (AFLP), dan sequence marked amplified region (SCAR), juga telah dikembangkan (Danilova & Karlov, 2006; Jakse et al., 2008; McAdam et al., 2013). Akan tetapi, banyak dari penanda ini telah diklasifikasikan sebagai tidak konsisten, karena tidak sepenuhnya terkait dengan kromosom Y atau hanya berfungsi pada individu dari populasi tertentu (Jakse et al., 2008), mungkin karena ditemukan pada PAR (Hill et al., 2016). Selain itu, lokus sifat kuantitatif (QTL) telah ditetapkan untuk ekspresi jenis kelamin jantan (McAdam et al., 2013; Seefelder et al., 2000). Penelitian lebih lanjut menggunakan genotipe dengan pengurutan telah menemukan 1,3 Mbp DNA scaffolds yang secara unik berasosiasi dengan laki-laki, yang menunjukkan bahwa mereka ditemukan dalam MSR/SDR, yang tampaknya lebih spesifik untuk laki-laki daripada penanda yang diidentifikasi sebelumnya (Hill et al., 2016). Pendekatan genome-wide terkini dalam H. lupulus var. lupulus telah mengidentifikasi polimorfisme nukleotida tunggal (SNP) yang terkait dengan jenis kelamin yang mungkin ditemukan dalam kromosom X (Padgitt-Cobb et al., 2022).
5 KROMOSOM SEKS DALAM C. sativa
Cannabis sativa L. memiliki genom diploid dengan 20 kromosom, 18 autosom, dan satu pasang kromosom seks (Divashuk et al., 2014; Kovalchuk et al., 2020; Sakamoto et al., 1998). Poliploidi jarang terjadi pada populasi C. sativa liar atau yang berpotensi liar (Balant et al., 2022). Individu betina dan monoesius memiliki dua kromosom X (XX), dan jantan bersifat heterogametik yang memiliki kromosom X dan Y (Divashuk et al., 2014; Kovalchuk et al., 2020; Sakamoto et al., 1998)
Kromosom Y pada C. sativa tampaknya memiliki tanda-tanda degenerasi lanjut (Baránková et al., 2020) dengan wilayah non-rekombinasi sekitar 70% dari keseluruhannya (Baránková et al., 2020; Divashuk et al., 2014). Tingkat degenerasi Y pada C. sativa dan perkiraan kehilangan gen sekitar 70%, yang jauh lebih tinggi daripada spesies lain (Prentout et al., 2020). Dengan menggunakan mutasi sinonim (ds) antara SNP pada kromosom X dan Y dari data transkriptomik, diperkirakan bahwa waktu divergensi antara kromosom X dan Y adalah antara sekitar 12 dan 29 MYA (Prentout et al., 2020), yang bertepatan dengan waktu divergensi dari Humulus (McPartland et al., 2019; Ren et al., 2021). Wilayah PAR dalam kromosom Y C. sativa kira-kira 30% dari panjangnya (Carey et al., 2024). Tidak adanya populasi C. sativa liar yang diketahui (McPartland & Small, 2020; Small, 2015, 2017) mempersulit upaya untuk mendapatkan wawasan tentang potensi leluhur kromosom seks spesies dan kromosom genera terkait.
5.1 Estimasi ukuran kromosom seks dalam C. sativa
Dengan menggunakan flow cytometry, ukuran genom diploid betina dan jantan telah diperkirakan (Tabel 2; Faux et al., 2014; Sakamoto et al., 1998). Jumlah DNA pada tanaman jantan lebih besar daripada pada tanaman betina (Balant et al., 2022) karena kromosom Y lebih besar daripada kromosom X dan merupakan genom terbesar (Tabel 2) (Divashuk et al., 2014; Sakamoto et al., 1998; Truta et al., 2007). Dengan mempertimbangkan ukuran genom diploid, genom tanaman jantan kira-kira 47 Mbp lebih besar daripada genom tanaman betina, yaitu sekitar 2,8% dari total ukuran genom diploid tanaman jantan (Gambar 4; Faux et al., 2014; Truta et al., 2007).
5.2 Ukuran kromosom seks dan ekspresi seks pada C. sativa monoecious
Tanaman C. sativa monoecious mampu melakukan penyerbukan sendiri, tetapi dampak pembuahan sendiri pada rasio jenis kelamin keturunan dan variasi genetik pada keturunan berikutnya belum dipelajari (Punja & Holmes, 2020). Individu monoecious memiliki dua kromosom X dan tidak memiliki kromosom Y (Schilling et al., 2020). Namun, baru-baru ini dilaporkan individu monoecious XY (Garcia-de Heer et al., 2024). Ekspresi seks individu monoecious bervariasi karena mereka dapat mengekspresikan sifat betina atau sifat jantan pada tingkat yang berbeda dan bervariasi antara varietas (Faux et al., 2014) dan kondisi lingkungan (Schilling et al., 2020). Penanda QTL menunjukkan bahwa lokus yang terkait dengan ekspresi seks pada individu monoecious terletak pada kromosom X (Faux et al., 2016; Schilling et al., 2020). Ekspresi jenis kelamin pada rami monoecious tampaknya merupakan sifat kuantitatif yang diwariskan dengan dasar genetik dan karenanya dapat diseleksi (Faux et al., 2013, 2014).
Ukuran genom diploid tanaman monoecious tidak berbeda dari betina tetapi lebih kecil dari jantan yang diperkirakan (Tabel 2; Faux et al., 2014). Karena tidak adanya kromosom Y pada individu monoecious, kromosom Y tidak diperlukan untuk perkembangan organ seks jantan dan produksi serbuk sari (Razumova et al., 2016).
5.3 Estimasi ukuran kromosom Y pada C. sativa
Perakitan genom saat ini tidak mencakup kromosom Y lengkap, atau kromosom pada individu monoecious (Grassa et al., 2021; Laverty et al., 2019; van Bakel et al., 2011). Kromosom X memiliki ukuran perkiraan 104 Mbp (Grassa et al., 2021), dan karena tidak adanya perakitan kromosom Y yang lengkap, sulit memperkirakan ukurannya dalam bp, tetapi menurut perkiraan yang disebutkan di atas berdasarkan sitometri, kromosom Y harus berada di antara 131 dan 151 Mbp (Gambar 4), sekitar 15%–18% dari seluruh ukuran genom pria. Meskipun kromosom Y dapat menjelaskan sebagian besar perbedaan ukuran genom antara laki-laki dan perempuan (Truta et al., 2007), perbedaan ukuran genom ini juga dapat dijelaskan oleh urutan genom yang berulang (Balant et al., 2022), khususnya dalam kromosom Y (Balant et al., 2022; Moliterni et al., 2004; Punja & Holmes, 2020; Sakamoto et al., 2005, 2000), yang dalam C. sativa menempati sekitar 64% genom (Pisupati et al., 2018). Memang, retrotransposon mirip copia telah ditemukan di sepanjang kromosom Y dan TE elemen nuklir bersela panjang (LINE) (Moliterni et al., 2004; Sakamoto et al., 2000). LINE TE ini terakumulasi di daerah-daerah tertentu pada kromosom Y secara tidak acak (Sakamoto et al., 2000). Selain itu, pengulangan sekuens sederhana (SSR), atau mikrosatelit, ditemukan di seluruh genom C. sativa, dengan kepadatan 148 SSR/Mbp, yang kira-kira 0,34% dari total panjang genom (Barcaccia et al., 2020). Faktor-faktor lain yang dapat berkontribusi terhadap ukuran besar kromosom Y pada C. sativa adalah variasi jumlah salinan gen (CNV) dan penataan ulang gen. Gen CNV telah ditemukan dalam gen terkait kanabinoid (Innes & Vergara, 2023; Vergara et al., 2019), jadi mungkin gen terkait Y juga bervariasi dalam salinannya, dan penataan ulang gen dalam kromosom Y spesies tanaman lain juga telah dilaporkan (Bergero et al., 2008; Ming et al., 2007), yang mungkin juga terjadi pada C. sativa.
Dengan menggunakan teknik hibridisasi genomik in situ, yang menggunakan DNA genomik sebagai probe untuk FISH, urutan DNA berulang yang ada dalam autosom dan dalam kromosom X ditemukan dalam salinan yang lebih rendah dibandingkan dengan kromosom Y (Razumova et al., 2023), yang mendukung temuan sebelumnya bahwa kromosom Y memiliki konten berulang yang melimpah.
6 PENANDA MOLEKULER UNTUK MENDETEKSI JENIS KELAMIN PADA C. sativa
Identifikasi penanda molekuler diperlukan untuk membedakan jenis kelamin pada tahap awal perkembangan sebelum pembungaan untuk tanaman dioecious yang dibudidayakan. Pada banyak spesies tanaman dioecious, dimorfisme seksual hanya tampak selama tahap reproduksi (Barrett & Hough, 2013; Campbell et al., 2021), karena gen penentu jenis kelamin sering dikaitkan dengan perkembangan organ reproduksi seperti karpel atau benang sari (Campbell et al., 2021; Petit, Salentijn, Paulo, Denneboom, & Trindade, 2020). Perkembangan penanda molekuler pada C. sativa telah menunjukkan deteksi jenis kelamin yang efisien. Namun, penanda tersebut sering kali bersifat spesifik varietas dan tidak universal, dan tidak sepenuhnya efektif dalam memprediksi jenis kelamin karena ekspresi jenis kelamin dapat dipengaruhi oleh mekanisme epigenetik (Petit, Salentijn, Paulo, Thouminot, dkk., 2020; Truta dkk., 2007) atau faktor lingkungan.
Beberapa urutan genom yang dikaitkan dengan genotipe pria juga dapat terjadi pada autosom (Punja & Holmes, 2020). Selain itu, beberapa TE LINE umum untuk kedua jenis kelamin dan salinannya mungkin disisipkan dalam autosom dan kromosom X (Sakamoto dkk., 2000). Namun, beberapa penanda telah dikembangkan yang dapat membedakan kromosom pria melalui beberapa teknik berbeda, termasuk probe oligo (primer) melalui FISH (Romanov dkk., 2022).
6.1 MADC dan penanda jenis kelamin jantan lainnya pada C. sativa
Sebagian besar penanda yang saat ini dikembangkan untuk penentuan jenis kelamin pada C. sativa bersifat khusus untuk jantan, yaitu DNA terkait jantan dari Cannabis sativa (MADC) 1 hingga MADC6 (Tabel 3). Fragmen DNA terkait jantan pertama tidak menyertakan kerangka baca terbuka (ORF) dan dikembangkan dengan menggunakan teknik DNA polimorfik teramplifikasi acak (RAPD) (Sakamoto et al., 1995). Melalui analisis MADC1, beberapa retrotransposon non-LTR mirip LINE ditemukan pada lengan pendek kromosom Y (Sakamoto et al., 2000). Setelah itu, penanda RAPD sepanjang 400 bp dikembangkan yang mengidentifikasi individu jantan dalam 14 kultivar rami dioecious (Mandolino et al., 1999). Salah satu primer, OPA8, menghasilkan pita yang ada pada semua tanaman jantan tetapi tidak ada pada tanaman betina. Penanda RAPD khusus jantan ini diurutkan untuk mengembangkan primer khusus jantan. Primer ini digunakan pada genotipe yang sama melalui analisis RAPD dan menghasilkan penanda SCAR khusus jantan dengan fragmen sepanjang 390 bp, yang disebut MADC2. Secara anekdot, MADC2 telah menunjukkan keandalan yang tinggi. Selanjutnya, lebih banyak penanda khusus jantan diidentifikasi dan diberi label sebagai MADC3 dan MADC4 untuk mengkodekan poliprotein retrotransposon mirip copia (Sakamoto et al., 2005). Melalui FISH dengan MADC3 dan MADC4 sebagai probe, sinyal kuat diamati pada kromosom Y, bersama dengan sinyal tersebar yang didistribusikan di seluruh kromosom. Meskipun MADC5 dan MADC6 kemudian dideskripsikan (Törjék et al., 2002), mereka kemudian ditemukan pada kedua jenis kelamin (Rahimi et al., 2019). Penanda seks baru CSP-1 (cannabis sex primer-1) (Toth et al., 2020) yang setara dengan urutan MADC6 sebelumnya (Törjék et al., 2002) ditemukan pada dua varietas rami yang berbeda. Melalui teknik AFLP pada dua varietas rami dioecious, penanda lain dikembangkan dengan tiga kombinasi primer khusus untuk jantan (Flachowsky et al., 2001).
6.2 Penanda khusus betina pada C. sativa
Selain itu, ada beberapa penanda khusus untuk individu betina dan varietas monoesius. Peran kromosom seks dalam determinisme genetik ekspresi seks pada rami dioecious dan monoesius telah diselidiki menggunakan penanda AFLP dan analisis QTL. Penanda AFLP ditemukan umum pada populasi dioecious dan monoesius dan mengonfirmasi terjadinya rekombinasi antara kromosom X dan Y pada PAR kromosom Y (Faux et al., 2016). Kromosom X pada individu monoesius diamati mengandung fragmen yang homolog dengan kromosom X dan Y pada individu dioecious. Pada individu dioecious dan monoesius, kromosom seks mengandung faktor genetik yang terkait dengan variasi kuantitatif dalam ekspresi seks. Khususnya, individu monoesius tidak memiliki penanda MADC2, yang memberikan bukti tidak adanya kromosom Y (Mandolino et al., 1999). Penanda lain yang tersedia yang mendeteksi individu betina sebelum berbunga meliputi OPA-04, OPA-05 (Shao et al., 2003), dan CSP-1-FAM (Toth et al., 2020).
Penanda khusus betina ini dapat muncul dari gen terkait kelamin pada autosom yang diekspresikan secara berbeda pada betina karena modifikasi epigenetik atau mekanisme pengaturan lain yang terlibat dalam perkembangan organ bunga betina. Gen-gen ini dapat menjadi terkait erat dengan lokus genetik yang mengendalikan penentuan jenis kelamin betina. Jika tidak, penanda khusus betina juga dapat mewakili mutasi atau penghapusan pada gen yang diperlukan untuk fungsi jantan, yang secara efektif menjadikan tanaman betina. Misalnya, mutasi yang menyebabkan kemandulan jantan dapat menjadi penanda khusus betina karena tidak akan ada pada jantan dan individu berumah satu (Faux et al., 2016; Shao et al., 2003).
Meskipun banyak penanda genetik untuk penentuan jenis kelamin pada C. sativa telah diidentifikasi, penelitian yang sedang berlangsung difokuskan pada validasi penanda ini di berbagai populasi untuk memastikan efisiensinya dalam program pemuliaan. Namun, banyak dari penanda ini menghadapi tantangan seperti kurangnya reproduktifitas dan kemampuan diagnostik universal (Rahimi et al., 2019; Shao et al., 2003). Akibatnya, diperlukan upaya yang lebih besar untuk mengembangkan penanda jenis kelamin yang andal yang dapat digunakan secara efektif di seluruh program pemuliaan
7 CYTOPLASMIC GENOMES AND CYTOPLASMIC MALE STERILITY (CMS) IN C. sativa
Interactions between the cytoplasmic and nuclear genes may play a role in sex determination in C. sativa. The conflict between maternally inherited genomes and those that are inherited biparentally has been established both theoretically and practically, leading to cytoplasmic male sterility (CMS) (Bernasconi et al., 2009). The incompatibilities between the nuclear and usually the mitochondrial genomes, which characterize CMS, is a maternally inherited trait found in multiple flowering plants (Gualberto & Newton, 2017; Horn et al., 2014; Hu et al., 2014). Although the mitochondrial and chloroplast genomes for C. sativa have been assembled and annotated (CFAH, 2023; Oh et al., 2015; Vergara et al., 2015; White et al., 2016), signatures of CMS including variation in mitochondrial genes known to be related to CMS in other species, inclusion of ORFs, and CNV, have not been found (Allen et al., 2007; Attia et al., 2021; Chase, 2007; Chen et al., 2017; Tang et al., 2017; Wu et al., 2019). The genetic content between mitochondrial genomes shows high levels of synteny (Attia et al., 2021). These results suggest that either CMS is not occurring in C. sativa, or that the CMS mutations in C. sativa may differ from those that have been previously established. Therefore, the source of the CMS in the mitochondrial genome has not yet been identified, or the loci responsible for CMS are found in the nuclear genome.
8 PHENOTYPIC DIFFERENCES BETWEEN MALES, FEMALES, AND MONOECIOUS C. sativa INDIVIDUALS
Phenotypic differences between monoecious, males, and females are highly sought to distinguish the different sexes, especially as early as possible in the plant’s lifetime. Although differences related to flowering time between those plants are often noted, there is not a significant sexual dimorphism noticeable in seedlings (Figure 5; Campbell et al., 2021). The sexual dimorphisms are distinct between males and females when plants transit to the early flowering stage. Not only different sex organs on the flowers are visible, but male plants tend to flower first (Amaducci et al., 2008; Faux et al., 2013). Although both flowering time and specific sex traits have a high heritability and several QTLs have been found for these traits in hemp (Petit, Salentijn, Paulo, Denneboom, & Trindade, 2020), the start of flowering differs between varieties, male and female flowering developmental stages happen close together, and the duration of flowering time differs between varieties (Faux et al., 2013). Therefore, so far, it appears as there are no indicative phenotypic traits for sex differentiation especially in early stages.
7 GENOM SITOPLASMIK DAN STERILITAS JANTAN SITOPLASMIK (CMS) PADA C. sativa
Interaksi antara gen sitoplasma dan nuklir dapat berperan dalam penentuan jenis kelamin pada C. sativa. Konflik antara genom yang diwariskan secara maternal dan genom yang diwariskan secara biparental telah ditetapkan baik secara teoritis maupun praktis, yang mengarah pada sterilitas pria sitoplasma (CMS) (Bernasconi et al., 2009). Ketidakcocokan antara genom nuklir dan biasanya genom mitokondria, yang menjadi ciri CMS, merupakan sifat yang diwariskan secara maternal yang ditemukan pada banyak tanaman berbunga (Gualberto & Newton, 2017; Horn et al., 2014; Hu et al., 2014). Meskipun genom mitokondria dan kloroplas untuk C. sativa telah disusun dan diberi anotasi (CFAH, 2023; Oh et al., 2015; Vergara et al., 2015; White et al., 2016), tanda-tanda CMS termasuk variasi gen mitokondria yang diketahui terkait dengan CMS pada spesies lain, penyertaan ORF, dan CNV, belum ditemukan (Allen et al., 2007; Attia et al., 2021; Chase, 2007; Chen et al., 2017; Tang et al., 2017; Wu et al., 2019). Kandungan genetik antara genom mitokondria menunjukkan tingkat sinteni yang tinggi (Attia et al., 2021). Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa CMS tidak terjadi pada C. sativa, atau bahwa mutasi CMS pada C. sativa mungkin berbeda dari yang telah ditetapkan sebelumnya. Oleh karena itu, sumber CMS dalam genom mitokondria belum teridentifikasi, atau lokus yang bertanggung jawab untuk CMS ditemukan dalam genom nuklir.
8 PERBEDAAN FENOTIPIK ANTARA JANTAN, WANITA, DAN INDIVIDU C. sativa BERMOSA
Perbedaan fenotip antara tanaman monosa, jantan, dan betina sangat dicari untuk membedakan jenis kelamin yang berbeda, terutama sedini mungkin dalam masa hidup tanaman. Meskipun perbedaan yang terkait dengan waktu pembungaan antara tanaman tersebut sering dicatat, tidak ada dimorfisme seksual yang signifikan yang terlihat pada bibit (Gambar 5; Campbell et al., 2021). Dimorfisme seksual berbeda antara jantan dan betina ketika tanaman beralih ke tahap pembungaan awal. Tidak hanya organ seks yang berbeda pada bunga yang terlihat, tetapi tanaman jantan cenderung berbunga terlebih dahulu (Amaducci et al., 2008; Faux et al., 2013). Meskipun waktu pembungaan dan sifat kelamin tertentu memiliki heritabilitas yang tinggi dan beberapa QTL telah ditemukan untuk sifat-sifat ini pada rami (Petit, Salentijn, Paulo, Denneboom, & Trindade, 2020), awal pembungaan berbeda antara varietas, tahap perkembangan pembungaan jantan dan betina terjadi berdekatan, dan durasi waktu pembungaan berbeda antara varietas (Faux et al., 2013). Oleh karena itu, sejauh ini, tampaknya tidak ada sifat fenotipik indikatif untuk diferensiasi jenis kelamin terutama pada tahap awal..
Ekspresi jenis kelamin antara varietas rami berumah dua dan berumah satu tampaknya merupakan sifat yang sangat dapat diwariskan di berbagai lingkungan (Petit, Salentijn, Paulo, Thouminot et al., 2020). Perbedaan yang mencolok antara individu berumah satu dan berumah dua mungkin menunjukkan panjang hipokotil dan tinggi bibit yang lebih pendek dari individu berumah satu (Campbell et al., 2021). Namun, tampaknya ada tingkatan keberagaman di berbagai varietas, dengan bunga jantan biasanya muncul pertama kali pada awal pembungaan (Faux et al., 2013, 2014). Keberagaman tampaknya merupakan sifat resesif ketika menyilangkan donor serbuk sari berumah satu dan tanaman berumah dua betina (Razumova et al., 2016). Gen yang terlibat dalam produksi bunga jantan oleh tanaman betina secara sitologis tampaknya terkait dengan gen yang terlibat dalam respons pembungaan terhadap fotoperiode karena tanaman jantan cenderung berbunga lebih awal dan diproduksi secara berlebihan dalam fotoperiode yang panjang. Korelasi positif antara ekspresi jenis kelamin dan pembungaan dini serta kedua sifat yang sensitif terhadap fotoperiode menunjukkan bahwa gen untuk respons pembungaan dan fotoperiode mungkin terlibat dalam penentuan jenis kelamin pada individu monoesius (Faux et al., 2014). Oleh karena itu, tampaknya ada hubungan antara waktu pembungaan dini dan kejantanan (Faux et al., 2014), meskipun sifat-sifat kompleks ini kemungkinan merupakan produk dari beberapa gen.
Selain kromosom X dan Y yang menentukan jenis kelamin pada C. sativa (Prentout et al., 2020), ekspresi jenis kelamin dikendalikan oleh pengendali hormon genetik tetapi juga oleh faktor lingkungan termasuk fotoperiode, suhu, dan stres (Hall et al., 2012). Dioecy sebagian besar terjadi dalam rasio yang sama antara jantan dan betina, tetapi dalam kondisi tertentu rasio ini mungkin condong, biasanya ke arah betina (Hall et al., 2012). Namun, peran kromosom Y belum ditentukan, dan mungkin juga ada efek dosis karena individu XXY dan XXXY adalah perempuan (Truta et al., 2007). Mekanisme lain yang disarankan untuk menjelaskan ekspresi jenis kelamin mencakup mekanisme epigenetik yang dapat dikaitkan dengan kontrol penentuan jenis kelamin selain faktor genetik (Petit, Salentijn, Paulo, Denneboom, & Trindade, 2020). Oleh karena itu, peran kromosom Y dan rasio Y-ke-X-ke-autosom dalam penentuan jenis kelamin masih menjadi pertanyaan terbuka (Campbell et al., 2019).
9 EKSPRESI YANG DIINDUKSI—PEMBALIAN JENIS KELAMIN
Beberapa tanaman, termasuk tanaman dalam genus Humulus dan spesies C. sativa, memiliki sistem kelamin yang labil di mana faktor lingkungan dapat menentukan ekspresi jenis kelamin yang tetap (Milewicz & Sawicki, 2012). Ekspresi jenis kelamin dalam C. sativa terutama dikendalikan melalui kromosom X dan Y (Adal et al., 2021) tetapi elemen epigenetik, isyarat lingkungan, hormon, dan agen kimia dapat memengaruhi ekspresi jenis kelamin (Adal et al., 2021). Ekspresi jenis kelamin dalam C. sativa dapat dimodifikasi oleh suhu, panjang hari, dan aplikasi hormon atau bahan kimia yang berinteraksi dengan hormon tanaman (Ram & Jaiswal, 1970). Spesies tanaman lain seperti mentimun, jagung, dan bayam juga dapat mengalami ekspresi jenis kelamin yang dipengaruhi oleh jenis faktor lingkungan ini (Grant et al., 1994). Suhu rendah, hari pendek, atau perubahan mendadak antara hari panjang dan pendek, misalnya, mendorong pembentukan bunga jantan pada tanaman C. sativa betina secara genetik (Borthwick & Scully, 1954). Namun, fotoperiode panjang juga telah diamati memiliki efek maskulinisasi (Faux et al., 2014).
9.1 Hormon tanaman
Tanaman menghasilkan berbagai jenis hormon yang terkait dengan pertumbuhan, perkembangan, dan ekspresi jenis kelamin (Gerashchenkov & Rozhnova, 2013; Kende & Zeevaart, 1997). Auksin adalah hormon tanaman yang terkait dengan pembelahan dan pemanjangan sel, giberelin terlibat dalam pemanjangan sel, dan sitokinin merangsang diferensiasi tunas (Grant et al., 1994). Hormon tanaman lainnya, etilen, yang terlibat dalam regulasi, pertumbuhan, dan perkembangan tanaman (Veen, 1983), menghasilkan sinyal yang merangsang buah untuk matang (Grant et al., 1994), memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan, dan memiliki efek pada pertumbuhan kalus, pembentukan tunas, perkecambahan biji, nodulasi akar, penuaan bunga, dan pematangan buah, di antara berbagai fungsi lainnya (Kumar et al., 2009).
Ekspresi seks dalam C. sativa dapat dimodifikasi dengan menerapkan pengatur pertumbuhan eksogen yang memengaruhi rasio hormon endogen dan dengan demikian insiden organ seks (Malabadi et al., 2023). Penentuan jenis kelamin diatur oleh kadar hormon dan banyak dari hormon ini, termasuk asam giberelat (GA), hormon auksin asam indole-3-asetat (IAA), etefon (senyawa yang melepaskan etilen yang secara komersial dikenal sebagai ethrel), dan hormon tanaman seperti sitokin kinetin, telah digunakan untuk menginduksi bunga jantan pada tanaman betina atau bunga betina pada tanaman jantan (Tabel 4; Galoch, 1978). Misalnya, etilen, sitokinin, dan auksin meningkatkan organ betina pada tanaman jantan secara genetik (XY) (Smart et al., 2022). Selain itu, auksin dan sitokinin diduga memiliki efek feminisasi (Grant et al., 1994). Auksin meningkatkan feminisasi pada tanaman, dan di bawah pengaruh IAA, tanaman jantan menghasilkan bunga betina, serta etefon dan kinetin, yang juga menginduksi bunga betina pada tanaman jantan (Galoch, 1978). GA pada bunga betina menghasilkan produksi bunga jantan (Galoch, 1978) dengan mendorong perkembangan bunga jantan pada tanaman betina genetik (XX) ini (Smart et al., 2022).
9.2 Feminisasi pada C. sativa
Bunga jantan tidak terbentuk saat tanaman diperlakukan dengan asam absisat (ABA), yang menghambat aksi GA, sehingga tanaman yang diperlakukan dengan GA diikuti oleh ABA tidak membentuk bunga jantan (Ram & Jaiswal, 1972). Sitokinin menginduksi feminisasi pada individu C. sativa jantan secara genetik (Gerashchenkov & Rozhnova, 2013). Etefon telah digunakan untuk menghasilkan bunga betina pada tanaman C. sativa jantan dengan melepaskan etilen dan memanipulasi kadar auksin, dengan tanaman jantan yang diperlakukan membentuk bunga betina yang menyerupai bunga betina alami dan menghasilkan biji setelah penyerbukan (Ram & Jaiswal, 1972, 1970). Perlakuan etefon dini, segera setelah pembentukan primordia, memaksimalkan efek pada pembentukan bunga betina (Moon et al., 2020). Pada rami monoecious, etephon meningkatkan produksi bunga betina (Ruzgas et al., 2024), sedangkan pada tanaman jantan dioecious (XY), etephon menurunkan feminisasi (Galoch, 1978).
9.3 Maskulinisasi pada C. sativa
Logam berat seperti perak merupakan penghambat enzim non-kompetitif yang mengganggu berbagai proses enzimatik tanaman (Veen, 1983). Ion perak (Ag+) merupakan antagonis etilen yang tampaknya mengganggu situs pengikatan etilen (Veen, 1983), memblokirnya (Kumar et al., 2009), dan karenanya menghambat metabolismenya, tetapi juga menghasilkan ketidakpekaan etilen (Kumar et al., 2009). Dengan demikian, penghambat aksi etilen, termasuk ion perak, menghasilkan perkembangan bunga jantan pada tanaman betina secara genetik (XX) (Smart et al., 2022). Ion perak mungkin memiliki efek lain dalam sel seperti penundaan penuaan (Veen, 1983). Oleh karena itu, senyawa yang mengandung perak telah digunakan, misalnya, untuk memblokir produksi etilen dan memperpanjang waktu pembungaan pada beberapa spesies tanaman (Cameron & Reid, 1983; Lubell & Brand, 2018). Dua senyawa yang paling banyak digunakan adalah perak tiosulfat (Ag2S2O3) dan perak nitrat (AgNO3), keduanya memiliki sifat anti-etilen dan juga berhasil menginduksi bunga jantan dalam sistem lain seperti mentimun (Veen, 1983). Perak nitrat telah digunakan untuk menginduksi bunga jantan dalam banyak sistem tanaman termasuk mulberry (Kumar et al., 2009). Dalam C. sativa, bunga jantan yang dihasilkan dalam individu terbalik oleh perak nitrat atau perak tiosulfat mengandung butiran serbuk sari yang mampu melakukan penyerbukan (Mohan Ram & Sett, 1982). Namun, waktu untuk perkembangan bunga setelah aplikasi agen pembalik tampaknya bervariasi antar varietas (DiMatteo et al., 2020), dan setidaknya pembentukan bunga jantan pada tanaman betina tampaknya bersifat khusus varietas, dengan beberapa menghasilkan bunga jantan lebih mudah daripada yang lain (Borthwick & Scully, 1954). Ketika dibalik, tanaman betina menghasilkan bunga jantan dan digunakan untuk menyerbuki diri mereka sendiri atau betina lain, benih yang dihasilkan disebut “benih terfeminisasi” dalam industri ganja karena kurangnya kromosom Y (Vergara et al., 2023).
Meskipun perak nitrat bersifat fitotoksik sedangkan perak tiosulfat kurang beracun, larutan perak tiosulfat tidak stabil dalam jangka panjang, dan agar efektif, harus digunakan segar sebelum degradasi (Veen, 1983). Larutan perak tiosulfat yang disimpan menghasilkan bau seperti belerang, warna hitam pada wadah, dan endapan (Veen, 1983). Konsentrasi perak nitrat yang direkomendasikan (Mohan Ram & Sett, 1982) dan natrium tiosulfat untuk menginduksi pembentukan bunga jantan dapat ditemukan pada Tabel 4.
Penyemprotan perak tiosulfat pada daun yang berhasil dalam menghalangi produksi etilen dan menghasilkan bunga jantan (Cameron & Reid, 1983; Lubell & Brand, 2018) telah efektif pada tanaman C. sativa dari berbagai garis keturunan, jenis kanabinoid tinggi dengan THC kurang dari 0,3%, biji-bijian, dan serat rami (Lubell & Brand, 2018). Selain itu, perawatan seluruh tanaman dengan perak tiosulfat atau perak koloid lebih efisien untuk pembalikan jenis kelamin daripada menerapkannya pada ujung bunga (Flajšman et al., 2021).
Metode yang berhasil untuk menghasilkan bunga jantan pada tanaman betina menggunakan perak tiosulfat telah digunakan pada tanaman dengan tinggi sekitar 6 inci (∼15 cm) dengan setidaknya dua pucuk. Metode ini menerapkan penyemprotan daun perak tiosulfat sekitar 20 mL/tanaman seminggu sekali selama 3 minggu saat dalam tahap vegetatif pada siklus cahaya siang panjang 16:8 sebelum ditempatkan pada siklus siang pendek 8:16 (Tabel 4) (Lubell & Brand, 2018).
9.4 Perbedaan fenotip pada individu C. sativa yang diinduksi jenis kelamin
Jantan atau betina yang dikonversi yang diobati dengan bahan kimia atau hormon yang berbeda dapat menunjukkan perbedaan dalam fenotip mereka dibandingkan dengan individu jantan atau betina secara genetik. Misalnya, meskipun tanaman jantan tidak menunjukkan perubahan dalam ekspresi jenis kelamin ketika diobati dengan GA, tanaman betina menunjukkan pemanjangan ruas selain produksi bunga jantan, dan bunga jantan yang diinduksi memiliki benang sari yang normal (Ram & Jaiswal, 1972). Perlakuan tanaman dengan perak tiosulfat, perak koloid, atau GA tidak berpengaruh pada tinggi tanaman (Flajšman et al., 2021). Selain itu, meskipun serbuk sari yang dihasilkan oleh betina yang dibalik bersifat fungsional (Flajšman et al., 2021), jika dibandingkan dengan serbuk sari dari bunga jantan, yang pertama tidak teratur dan bulirnya tidak berbentuk dengan tingkat perkecambahan yang lebih rendah (DiMatteo et al., 2020; Flajšman et al., 2021). Tanaman jantan yang diberi perlakuan ethephon menghasilkan biji yang lebih kecil dibandingkan dengan tanaman betina (Moon et al., 2020) dan juga menunjukkan perbedaan tinggi yang signifikan tetapi tidak pada jumlah cabang (Moon et al., 2020).
Penggunaan senyawa eksogen lain seperti ABA meningkatkan jumlah THC dan aktivitas enzim tertentu (misalnya, 1-deoxy-d-xylulose-5-phosphate synthase) tetapi menurunkan kandungan klorofil, karotenoid, dan senyawa lain serta aktivitas enzimatik lainnya. Namun, untuk beberapa senyawa ini, hal ini mungkin bergantung pada jenis kelamin karena tanaman betina menunjukkan aktivitas tetapi tanaman jantan tidak (Mansouri et al., 2009). Kloroetil trimetil amonium klorida (Cycocel), penghambat pertumbuhan tanaman, tidak memiliki efek terukur pada pertumbuhan tanaman betina tetapi memengaruhi berat segar dan jumlah THC bunga jantan. Zat ini menurunkan kandungan CBD pada daun jantan dan meningkatkannya pada bunga betina; oleh karena itu, zat ini bergantung pada jenis kelamin. Ini mungkin berguna untuk meningkatkan pertumbuhan (Mansouri & Rohani, 2014).
9.5 Ekspresi gen pada C. sativa yang diinduksi jenis kelamin
Beberapa analisis transkriptomik telah menunjukkan gen yang diekspresikan secara berbeda pada tanaman jantan yang difeminisasi atau tanaman betina yang dimaskulinisasi. Berbagai gen yang diekspresikan secara berbeda telah ditemukan yang berpotensi mengendalikan maskulinisasi tanaman C. sativa betina, termasuk gen yang terkait dengan ekspresi jenis kelamin termasuk gen yang terkait dengan organ jantan, dan pensinyalan hormon seperti etilen, auksin, sitokinin, dan giberelin (Adal et al., 2021). Empat puluh tiga gen terkait etilen ditemukan terdistribusi di seluruh genom, banyak di antaranya terletak pada autosom dan 40% terletak pada kromosom X (Monthony et al., 2023). Analisis transkriptomik bunga betina, bunga jantan, dan tanaman betina yang diinduksi untuk menghasilkan bunga jantan dengan perak tiosulfat telah menunjukkan perbedaan tingkat ekspresi antara ketiga kelompok (Adal et al., 2021). Analisis transkriptom mengungkap perbedaan yang lebih substansial dalam ekspresi gen antara bunga jantan yang diinduksi versus bunga betina dan bunga jantan XY versus bunga betina dibandingkan dengan perbedaan antara bunga jantan yang diinduksi dan bunga jantan XY. Ini menunjukkan bahwa disparitas genetik antara jenis kelamin lebih jelas daripada perbedaan antara bunga jantan yang diinduksi secara artifisial dan bunga jantan yang terjadi secara alami (Adal et al., 2021). Banyak gen terkait jenis kelamin telah ditemukan dalam kromosom X, yang menekankan pentingnya dan kontribusi kromosom ini dalam penentuan dan diferensiasi jenis kelamin (Prentout et al., 2020). Selain itu, sekuensing RNA tanaman rami jantan dan betina pada tahap perkembangan yang berbeda mengungkapkan bahwa ekspresi bias jenis kelamin terbentuk di awal fase vegetatif, sebelum perkembangan reproduksi. Studi ini juga mengidentifikasi gen penentu jenis kelamin utama, termasuk faktor transkripsi, dan menunjukkan bahwa jaringan pengatur gen yang mengendalikan perkembangan jantan dan betina menyebabkan perbedaan morfologi yang signifikan antara jenis kelamin (Shi et al., 2025).
10 PEMBAHASAN DAN ARAH KE DEPAN
10.1 Penentuan jenis kelamin
Penentuan jenis kelamin memainkan peran penting dalam berbagai sektor pertanian, yang memengaruhi program pemuliaan, strategi pengelolaan tanaman, dan produktivitas secara keseluruhan. Untuk C. sativa, pemahaman dan pengendalian penentuan jenis kelamin sangat penting untuk mengoptimalkan hasil dan kualitas. Betina diinginkan untuk kandungan kanabinoid. Oleh karena itu, metode penentuan jenis kelamin yang akurat sangat penting untuk mengidentifikasi dan menghilangkan tanaman jantan di awal siklus pertumbuhan untuk mencegah penyerbukan dan produksi benih, memastikan perkembangan tanaman betina yang tidak terputus dan memaksimalkan hasil kanabinoid.
Dalam produksi biji-bijian, tanaman monoesius menawarkan keuntungan karena memiliki struktur reproduksi jantan dan betina pada tanaman yang sama, menyederhanakan proses penyerbukan dan pembentukan benih. Demikian pula, keberadaan jantan dan betina dioecious juga dapat bermanfaat untuk produksi biji-bijian, meningkatkan keragaman genetik melalui penyerbukan silang dan memungkinkan pemuliaan selektif dan pengoptimalan sifat. Menentukan jenis kelamin tanaman sangat penting untuk strategi budidaya yang mempertimbangkan efisiensi penyerbukan dan pada akhirnya menghasilkan hasil biji-bijian berkualitas yang lebih tinggi.
Dalam produksi serat rami, keberadaan tanaman jantan dan betina sangat penting. Tanaman jantan secara umum diyakini lebih unggul dalam produksi serat, meskipun analisis dan data penelitian yang lebih tepat diperlukan untuk mendukung klaim ini. Memastikan campuran yang seimbang antara jantan dan betina dioecious menjamin kualitas dan hasil serat yang optimal. Pemilihan yang cermat ini mendorong budidaya varietas rami yang menawarkan karakteristik serat yang unggul, memenuhi tuntutan berbagai aplikasi industri. Secara keseluruhan, penentuan jenis kelamin yang efektif dalam praktik produksi sangat penting untuk meningkatkan produktivitas tanaman, meningkatkan keragaman genetik, dan mempromosikan pertanian berkelanjutan.
10.2 Manipulasi jenis kelamin pada C. sativa untuk meningkatkan sistem budidaya
Keuntungan pertama dari sistem manipulasi jenis kelamin pada C. sativa adalah produksi benih feminisasi, yang dicapai melalui pembalikan tanaman betina untuk menghasilkan bunga jantan untuk penyerbukan sendiri, yang telah mendapat perhatian di pasar kanabinoid, menawarkan keuntungan dan tantangan bagi industri. Benih ini memainkan peran penting dalam produksi dengan memastikan proporsi tanaman betina yang lebih tinggi, yang dicari karena bunganya yang kaya kanabinoid. Dengan menghilangkan kebutuhan untuk mengidentifikasi dan membuang tanaman jantan, benih yang difeminisasi memperlancar proses budidaya, menghemat waktu, ruang, dan sumber daya bagi petani.
Selain benih yang difeminisasi, individu triploid menghadirkan pendekatan inovatif lain melalui manipulasi proses reproduksi. Benih triploid dapat menghasilkan tanaman steril yang tidak mampu menghasilkan gamet jantan atau betina yang layak, sehingga mengurangi risiko penyerbukan dan pembentukan benih yang tidak disengaja. Sifat ini sangat menguntungkan dalam budidaya tanaman mariyuana dan kanabinoid, di mana bunga tanpa biji, atau “sinsemilla,” sangat dihargai karena potensinya dan nilai pasarnya.
Penggunaan benih triploid yang difeminisasi juga menghadirkan tantangan. Pertama, manipulasi jenis kelamin sering kali melibatkan penggunaan agen kimia atau manipulasi genetik, yang menimbulkan kekhawatiran tentang potensi risiko lingkungan dan kesehatan. Selain itu, kurangnya keragaman genetik yang dihasilkan dari tanaman yang secara eksklusif bersifat betina dapat membuat tanaman C. sativa lebih rentan terhadap hama, penyakit, dan stresor lingkungan, yang menimbulkan risiko terhadap ketahanan tanaman dan keberlanjutan jangka panjang. Lebih jauh lagi, ketergantungan pada benih yang difeminisasi dapat menyebabkan hilangnya variabilitas genetik dalam populasi, yang membatasi upaya pemuliaan di masa mendatang dan kemampuan beradaptasi terhadap perubahan kondisi pertumbuhan. Terakhir, studi pendahuluan yang membandingkan individu diploid dan triploid menunjukkan bahwa mereka menghasilkan jumlah kanabinoid yang sama tanpa adanya serbuk sari. Namun, ketika serbuk sari hadir, triploid cenderung menghasilkan kadar kanabinoid yang lebih tinggi. Temuan awal ini juga menunjukkan bahwa meskipun individu triploid mungkin merupakan pilihan yang lebih baik untuk produksi kanabinoid dengan adanya serbuk sari, mereka masih rentan terhadap penyerbukan dan produksi benih (Stack et al., 2022). Oleh karena itu, meskipun benih triploid menawarkan manfaat yang signifikan dalam budidaya mariyuana C. sativa, pertimbangan cermat terhadap implikasi dan potensi kekurangannya sangat penting untuk memastikan penggunaannya yang bertanggung jawab dan berkelanjutan dalam industri ini.
Pendekatan triploid yang menghasilkan individu serbuk sari steril menghadirkan kelebihan dan kekurangan. Di sisi positifnya, individu serbuk sari steril menawarkan solusi praktis untuk mencegah penyerbukan yang tidak diinginkan, terutama jika tanaman rami dan mariyuana ditanam berdekatan dan penyerbukan silang dapat menyebabkan hasil yang tidak diinginkan seperti hasil panen yang berkurang atau sifat yang berubah. Dengan memasukkan individu serbuk sari steril ke dalam budidaya, petani dapat menjaga kemurnian dan integritas genetik tanaman mereka, memastikan kualitas dan keseragaman yang konsisten. Selain itu, tidak adanya serbuk sari yang layak dapat meminimalkan risiko aliran gen ke ladang tetangga, mengatasi masalah yang terkait dengan kontaminasi genetik dan penyebaran transgen dalam ekosistem. Namun, ketergantungan pada individu serbuk sari steril juga disertai dengan potensi kekurangan. Pengembangan dan pemeliharaan galur steril mungkin memerlukan investasi waktu, sumber daya, dan teknik khusus yang signifikan, sehingga meningkatkan biaya produksi dan hambatan aksesibilitas bagi petani. Lebih jauh lagi, keberlanjutan jangka panjang individu serbuk sari steril bergantung pada campur tangan dan pengawasan manusia yang berkelanjutan untuk mencegah konsekuensi yang tidak diinginkan dan mengurangi risiko potensial yang terkait dengan penerapannya dalam sistem pertanian.
10.3 Perakitan genom, modifikasi genetik, dan hubungan filogenetik
Kromosom Y C. sativa, sebagai kromosom terbesar dalam genom, menimbulkan tantangan dalam perakitan karena banyaknya TE. Sementara serbuk sari yang dihasilkan oleh betina yang mengalami pembalikan berfungsi, serbuk sari tersebut menunjukkan ketidakteraturan dan bentuknya tidak beraturan, dan biji yang dihasilkan memiliki tingkat perkecambahan yang lebih rendah dibandingkan dengan biji yang dihasilkan oleh serbuk sari dari bunga jantan secara genetik. Hasil ini menunjukkan bahwa kromosom Y dapat memberikan peningkatan kekuatan serbuk sari.
Karena adanya gen ekspresi seks di seluruh genom, modifikasi sifat yang terkait dengan beberapa lokus dapat menimbulkan tantangan. Meskipun demikian, mungkin keberadaan gen ini di autosom dan kromosom seks dapat membantu menjelaskan sifat labil ekspresi seks dan potensi pembalikan jenis kelamin pada C. sativa. Oleh karena itu, pengaruh lingkungan memainkan peran penting dalam memastikan bahwa sifat seks yang tidak diinginkan tidak diekspresikan.
Pertanyaan apakah nenek moyang Humulus dan C. sativa memiliki populasi monoesius dan diesius, bersama dengan kromosom Y, masih menjadi topik penelitian. Meskipun penjelasan yang masuk akal dan sederhana menunjukkan bahwa nenek moyang ini menunjukkan sifat monoesius dan diesius serta kromosom Y, perbedaan ukuran kromosom Y pada beberapa spesies Humulus dan C. sativa mengisyaratkan adanya kemungkinan variasi dalam usia atau lintasan evolusi mereka. Selain itu, beberapa pihak mengusulkan bahwa tingkat degenerasi yang diamati dalam sistem kromosom Y pada C. sativa menunjukkan potensi usia tua sistem kromosom seksnya.
11 KESIMPULAN
Memahami mekanisme yang mengendalikan penentuan jenis kelamin pada C. sativa sangat penting mengingat nilainya dalam industri rami dan mariyuana. Pemahaman ini sangat penting bagi para pembudidaya yang ingin memaksimalkan hasil dan kualitas, meningkatkan program pemuliaan, dan meningkatkan produktivitas secara keseluruhan di berbagai sektor pertanian. Meskipun berbagai upaya telah dilakukan untuk mengurai kerumitan ini, pemahaman saat ini masih dalam tahap pengembangan, yang menyoroti perlunya penelitian dan pengembangan berkelanjutan di bidang penting ini. Ekspresi jenis kelamin pada C. sativa terutama diatur oleh mekanisme genetik melalui sistem kromosom XY, yang dipengaruhi oleh faktor lingkungan melalui hormon tanaman. Berbagai alat molekuler yang berguna tersedia untuk identifikasi jenis kelamin selama perkembangan awal tanaman. Selain itu, berbagai perawatan kimia telah dikembangkan untuk memanipulasi ekspresi jenis kelamin, yang memungkinkan produksi benih yang difeminisasi. Meskipun ada kemajuan, perbedaan antara kromosom X pada individu monoecious dan betina masih belum diketahui, seperti halnya perakitan lengkap dan susunan genetik kromosom Y, dan kromosom X dari individu monoecious.
Leave a Reply