Tak Punya Indera, Tanaman Bisa Membedakan Lebih Banyak Bau

Selama ini, manusia dan hewan menggunakan indera penciuman untuk mengenali berbagai macam bau di sekitarnya. Kemampuan tersebut sangat membantu manusia untuk membuat makanan yang lezat, menciptakan aroma parfum yang menarik, melepaskan ketegangan pikiran,  menyehatkan tubuh, hingga mengenali zat-zat berbahaya, seperti racun dan polusi sebagai alat perlindungan diri.

Berbeda dengan manusia, kemampuan membedakan bau pada hewan berperan besar untuk membantunya dalam mencari mangsa dan menghindar dari predator. Beberapa serangga, seperti ngengat bahkan memanfaatkan bau untuk menemukan pasangan kawin. Lalu, bagaimana cara tanaman memanfaatkan bau?

Gambar 1. Tanaman tembakau[1]

Kemampuan untuk mendeteksi bau pada tanaman sebenarnya sudah sejak lama diketahui. Pada tahun 1920, ilmuan asal Amerika Serikat meneliti respon buah mentah ketika dipapar gas etilen, hormon yang membantu pematangan buah[2]. Penelitian itu menunjukkan bahwa buah yang dipapar etilen tidak hanya mengalami pematangan, tetapi juga menginduksi buah di sekitarnya untuk matang.

Pada tahun 1980, peneliti mengungkap suatu fakta bahwa pohon yang terinfeksi ulat dapat mengirim sinyal berupa melokul bau kepada pohon yang belum terinfeksi di sekitarnya agar tidak ikut terinfeksi. Pohon yang belum terinfeksi tersebut meresponnya dengan meningkatkan kandungan senyawa kimia yang tidak sukai ulat pada daunnya[2]. Meskipun telah terbukti memiliki peran yang sangat penting bagi tanaman, mekanisme molekuler tanaman dalam mendeteksi bau ternyata belum pernah diungkap.

Penelitian baru-baru ini dari tim peneliti Biokimia dan Agrikultur, Universitas Tokyo berhasil mengungkap mekanisme awal dalam deteksi molekul bau oleh sel tanaman tembakau. Penemuan tersebut membuka peluang bagi manusia untuk memanipulasi sistem deteksi bau pada tanaman agar dapat mendatangkan keuntungan yang lebih besar di bidang pertanian dan perkebunan.

Dikutip dari Journal of Biological Chemistry yang diterbitkan 28 Desember 2018 lalu, tim peneliti tersebut mengklaim bahwa tanaman mampu mengenali molekul bau berupa senyawa-senyawa organik bersifat mudah menguap atau Volatile Organic Compounds (VOCs) yang berasal dari lingkungan.

Kemampuan mengenali bau tersebut bertujuan untuk menentukan mekanisme pertahanan diri yang efektif terhadap perubahan lingkungan akibat serangan penyakit atau ancaman predator tertentu, seperti serangga dan herbivora lain[3]. Informasi itu akan direspon tanaman dengan mengubah ekspresi gen-gen yang berhubungan dengan kondisi tersebut untuk memunculkan reaksi yang tepat dalam rangka menjaga kondisi homeostasisnya.

Ekperimen ini dilakukan secara in vitro (pengujian di luar organisme hidup) dan in vivo (pengujian di dalam tubuh organisme hidup). Pada uji in vitro, ekperimen dilakukan dengan dengan menguji beberapa molekul VOCs yang bersifat analog (memiliki struktur yang mirip, tetapi berbeda pada komponen tertentu), yaitu alfa-kariofil, beta-kariofil, dan kariofilen oksida pada kultur sel tembakau BY-2 yang ditumbuhkan pada media kultur Murashige and Skoog (MS).

Alfa-kariofilen, beta-kariofilen, dan kariofilen oksida merupakan senyawa seskuisterpen penyusun minyak atsiri yang menimbulkan aroma kayu dan cita rasa pedas pada beberapa tanaman aromatik, seperti tembakau, kemangi, cengkeh, dan rosemary. Alfa-kariofilen bersinergi dengan senyawa  lain, berfungsi sebagai anti-mikroba, anti-fungi, dan pengusir serangga[4], beta-kariofilen memiliki aktivitas anti-fungi[5], dan kariofilen oksida bertindak sebagai insektisida dan anti-fungi alami[6].

Setelah diberi perlakuan dengan masing-masing molekul VOC, kultur sel diinkubasi atau didiamkan selama tiga jam. Kemudian, RNA pada daun yang telah berhasil diekstraksi, digunakan untuk uji ekspresi gen dengan metode Quantitative Polimerase Chain Reaction (Q-PCR), suatu modifikasi proses PCR konvensional yang bermanfaat untuk mengukur jumlah DNA pada suatu sampel yang dideteksi di setiap siklusnya[7]. Jumlah DNA yang diperoleh mengindikasikan tingkat ekspresi gen pada suatu organisme yang dapat berubah-ubah sebagai respon dari perubahan lingkungan yang terjadi.

Berdasarkan uji tersebut, senyawa kariofil oksida menginduksi gen NTosmotin, suatu gen penyandi Osmotin yang merupakan salah satu protein yang terlibat dalam ketahanan infeksi pada mekanisme pathogenesis, dengan kuantitas yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan alfa-kariofilen dan beta-kariofilen.

Sementara itu, uji in-vivo pada tanaman tembakau berumur empat minggu dengan perlakuan tiga senyawa analog tersebut menunjukkan hasil yang berbeda. Pada uji ini, gen NTosmotin diinduksi paling tinggi pada perlakuan dengan beta-kariofil. Perbedaan tersebut disebabkan oleh keragaman volatilitas dan kemampuan penyerapan di tingkat sel. Meskipun menunjukkan hasil yang berbeda, kedua eksperimen tersebut mengindikasikan hal yang sama, yaitu sel tanaman memiliki suatu struktur yang menyerupai reseptor dengan sensitivitas tinggi bagi setiap VOC, sehingga mampu membedakan bau senyawa-senyawa dengan struktur yang sangat mirip sekalipun[8].

Menariknya, karena tanaman memiliki banyak sekali faktor transkripsi dalam selnya, maka dapat disimpulkan bahwa tanaman mampu mendeteksi lebih banyak molekul VOCs jika dibandingkan dengan manusia dan hewan. Sebagaimana yang diungkapkan oleh Profesor Kazushige Touhara dari Universitas Tokyo, manusia memiliki sebanyak 400 reseptor dan hewan memiliki maksimal 2.000 reseptor yang mampu membedakan bau, sedangkan tanaman mampu membedakan lebih banyak daripada itu[3].

Baca juga:

Pada tanaman, molekul VOCs berikatan dengan struktur ko-reseptor transkripsional, yaitu suatu molekul yang menyerupai reseptor agar dapat memicu regulasi gen spesifik pada sel tanaman[8]. Pada sel tembakau, ko-reseptor transkripsional yang mampu mengikat analog kariofilen tersebut adalah NtTPLs. Mekanisme itu membutuhkan waktu sekian jam karena molekul VOCs harus masuk ke dalam sel dan terakumulasi terlebih dahulu agar dapat mengirim sinyal ke inti sel untuk merubah ekspresi gen. Berbeda dengan sel manusia dan hewan yang hanya memerlukan sepersekian detik dalam menginduksi jalur persinyalan untuk mendeteksi bau [3]. Alasan dari hal tersebut masih belum diketahui secara ilmiah.

Meski kemampuan mendeteksi beragam jenis bau dimiliki oleh semua jenis tanaman, mekanisme deteksi bau pada tanaman tembakau berdasarkan hasil penelitian tersebut tidak dapat digeneralisir berlaku pada segala jenis tanaman. Sebab, mungkin saja tanaman memiliki strategi yang berbeda-beda dalam mengenai molekul VOCs, sebagaimana yang disebutkan dalam artikel ilmiah[8]. Oleh karena itu, diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui adanya jenis mekanisme lain pada tanaman yang berbeda.

Menurut Touhara, penemuan ini telah membuka jalan bagi para peneliti biologi tumbuhan untuk memanipulasi perilaku tanaman dengan memanfaatan kemampuannya dalam mendeteksi molekul bau dengan metode yang sederhana dan ramah lingkungan.

“Di masa depan, petani mungkin dapat meningkatkan kualitas hasil panennya hanya dengan cara menyemprotkan molekul VOCs yang berhubungan dengan perilaku tanaman yang diinginkan, misalnya petani dapat menyemprotkan molekul VOCs tertentu untuk menghasilkan daun yang memiliki cita rasa tertentu yang diinginkan”, terang Touhara[3].

Untuk menggapai hal tersebut, masih dibutuhkan penelitian lanjutan terkait dengan bagaimana molekul VOC dapat diserap oleh tanaman serta bagaimana mekanisme jalur persinyalan akibat induksi ko-reseptor transkripsional berjalan hingga dapat meregulasi gen.

Referensi :

[1] Cigar Inspector. 2104. An Intoduction to Tobacco Plant Primings. https://www.cigarinspector.com/cigars-101/an-introduction-to-tobacco-pant-primings/. Diakses pada 5 Februari 2019.

[2] Chamovitx, D. 2013. Plants Exhibits The Same Senses As Human and See, Touch, Smell, Hear, and even Taste. www.esalq.usp.br. Diakses pada 5 Februari 2019.

[3] Division of Strategic Public Relations of Graduate School of Agricultural and Life Science University of Tokyo. 2019. Plant Can Smell, Now Researchers Know First Steps to Understanding Biochemistry of How Plants Detect Odors. https:www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00026.html. Diakses pada 2 Februari 2019.

[4] Hytiva. 2018. Humulene: Know Your Terpenes. https://www.hytiva.com/learn/humulene-know-your-terpenes. Diakses pada 5 Februari 2019.

[5] Wajnbeerg, E., dan Colazza, S. 2013. Chemical Ecology of Insect Parasitoids. Amerika Serikat: Wiley-Blackwell.

[6] Maximum Yield. 2019. Definition – What does Caryophyllene Oxide Mean. https://www.maximumyield.com/definition/4430/caryophyllene-oxide-cannabis. Diakses pada 5 Februari 2019.

[7] Hewajuli, D.A., dan Dharmayanti. 2014. Perkembangan teknologi reverse trancriptase-polymerase chain reaction dalam mengidentifikasi genom Avian influenza dan newcastle disease. WARTAZOA 24(1): 16-29.

[8] Nagashima, A., Higaki, T., Koeduka, T., Ishigami, K., Hosokawa, S., Watanabe, H., Matsui, K., Hasezawa, S., dan Touhara, K. 2018. Transcriptional regulators involved in responses to volatile organic compounds in plants. Journal of Biological Chemistry: 1-27.

Honesty Nurizza Pinanti

Alumni Jurusan BIologi, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga. Tertarik dengan dunia tulis menulis dan sains alam. Memiliki minat di bidang penelitian biologi molekuler dan bioteknologi.
Honesty Nurizza Pinanti
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *