Virus Tanaman Berperan Sebagai Pelindung Tanaman Ketika Kekeringan

By on 08 Agustus 2018   /   Pilihan Editor, Sains Alam   /   Leave a comment
Tags: , , , , , ,
Bagikan Artikel ini di:

Bagi sebagian orang, virus identik dengan penyakit. Virus hampir selalu dianggap merugikan. Tetapi, sebenarnya virus tidak selalu menyebabkan penyakit dan merugikan. Misalnya pada tanaman, keberadaan virus tanaman dapat  melindungi mereka dari kerasnya ancaman lingkungan. Dengan virus tersebut, bahkan dapat menguntungkan pertumbuhan tanaman.  Hal ini seperti yang dilaporkan dalam jurnal Plant, Cell & Environment pada tanggal 18 Juli 2017[1].

Bagaimana fenomena ini bisa berlangsung? Mari kita tinjau setahap demi setahap.

Berkenalan Kembali dengan Virus

Virus merupakan sebuah partikel penginfeksi berukuran sangat kecil yang hanya mampu bereproduksi dengan menginfeksi sebuah sel inang. Virus membajak sel inang dan menggunakan apa yang ada (sumber daya) didalam sel inang untuk membuat lebih banyak virus. Mereka pada dasarnya memprogram ulang sel tersebut untuk menjadi pabrik virus. Karena mereka tidak mampu bereproduksi sendiri tanpa inang, virus tidak dianggap hidup. Mereka juga tidak memiliki sel, berukuran jauh lebih kecil daripada sel-sel makhluk hidup, dan pada dasarnya virus hanyalah sebuah kemasan dari asam nukleat dan protein[2].

Gambar 1. Struktur virus, terdiri dari asam nukleat dan kapsid. Sebagian virus memiliki sampul (envelope)[2]

Virus yang Menguntungkan Inang

Virus menggunakan sumber daya inang untuk mendukung reproduksi dan penyebaran mereka. Oleh karena itu, infeksi virus dipercaya secara umum dapat membahayakan inangnya. Meskipun demikian, cara pandang seperti ini belum mewakili gambaran secara lengkap dari hubungan virus-inang. Beberapa virus fungi (jamur), bakteri, dan hewan bermanfaat bagi kelangsungan hidup dan reproduksi inang mereka. Satu virus dalam fungi endofit (hidup dalam jaringan tumbuhan), misalnya, diperlukan untuk menoleransi suhu tinggi dari tumbuhan inang, mengindikasikan sebuah hubungan tiga arah (virus, fungi, tumbuhan) yang saling menguntungkan[3]. Sejumlah bakteriofage (virus yang menginfeksi bakteri) diperlukan untuk virulensi (sifat penyebab penyakit) pada inang bakteri mereka[4]. Beberapa ascovirus dari tawon dapat bersifat saling menguntungkan dengan inangnya, tergantung strain (populasi dari satu garis keturunan) spesifik dari virus dan tawonnya[5]. Retrovirus endogen (dalam gen) manusia melindungi jaringan manusia dari infeksi oleh retrovirus eksogen (luar gen) Spleen necrosis virus dan bisa jadi juga melindungi fetus (janin) yang sedang berkembang[6].

Gambar 2. Mikrograf elektron dari bakteriofage (atas) yang sedang menginfeksi bakteri inangnya (sel bawah)[7].

Persahabatan Virus dan Tanaman

Pada tanaman, mayoritas virus ditemukan dan dipelajari sebagai parasit patogen yang menyebabkan penyakit pada tanaman budidaya pertanian[8]. Meskipun demikian, sebagian besar virus tanaman mungkin tidak berbahaya sama sekali. Sebagian besar virus yang menyerang tanaman pertanian memiliki kerabat dekat di tanaman liar, yang tampaknya tidak menderita infeksi.  Dikutip dari TheScientist[9], Marilyn Roossinck, ekologist virus di Penn State University, berkomentar, “seringkali virus tidak menyebabkan gejala apa pun di tanaman liar. Dan sekarang kami menemukan bahwa beberapa dari mereka benar-benar bermanfaat” – setidaknya dalam kondisi tertentu.

Sebagai contoh, grup riset Roossinck telah menemukan bahwa Brome mosaic virus  dan Cucumber mosaic virus membantu beberapa tanaman menghadapi ancaman kekeringan. Kemungkinan ini terjadi sebagai akibat dari perubahan metabolisme sel tanaman yang disebabkan oleh infeksi virus[10]. Dalam laporan di jurnal Plant, Cell & Environment pada tanggal 18 Juli 2017[1], para peneliti di Centro de Investigaciones Biológicas di Madrid, Spanyol, menemukan bahwa infeksi simultan (sekaligus), dengan dua virus yang berbeda, meningkatkan kadar asam salisilat, hormon tanaman yang terkait dengan stres dan toleransi kekeringan.

Gambar 3. Tanaman yang terinfeksi Potato virus X, dengan gejala daun memiliki gurat kuning. Sumber gambar[11].

“Jika kondisi normal, maka virus tersebut mungkin berbahaya,” Roossinck menjelaskan. “Tapi ketika mengalami kekeringan, maka virus tersebut jadi menguntungkan.” Mekanisme persis bagaimana virus menjadikan inang mereka lebih tahan terhadap kekeringan masih belum dipahami dengan baik. Walaupun begitu, mungkin saja suatu hari mekanisme molekuler yang mendukung infeksi virus seperti itu dapat dimanfaatkan dalam pengaturan pertanian, untuk membantu tanaman menghadapi kondisi kering, tambah Roossinck [9].

Selain infeksi virus seperti yang disebutkan, tanaman juga membawa berbagai virus tetap, yang bersemayam secara permanen di dalam organisme sehat dan ditularkan dari satu generasi ke generasi berikutnya melalui biji. “Di tumbuhan liar, kami menemukan sekitar 60 persen dari virus masuk ke dalam kategori permanen ini,” kata Roossinck. Banyak dari virus ini juga dapat menguntungkan inang mereka. Sebagai contoh, White clover cryptic virus menghambat pembentukan nodul (bintil) pengikat nitrogen pada legum (kelompok tanaman yang dapat memiliki nodul pengikat nitrogen), seperti teratai, ketika jumlah nitrogen tinggi. Pengaturan ini membantu tanaman tersebut menggunakan sumber daya secara lebih efisien[9].

Perlu Riset Lebih Lanjut

Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami berbagai macam virus pada tumbuhan liar dan bagaimana mereka hidup berdampingan dan bahkan menguntungkan bagi mitra tumbuhan mereka, kata Roossinck [9].

Siapkah kita di Indonesia terlibat dalam proses kerja panjang ini?

Referensi :

  1. Aguilar, E., et al. 2017. Virulence determines beneficial trade-offs in the  response  of virus-infected  plants  to drought  via  induction  of  salicylic  acid. Plant, Cell and Environment. DOI: 10.1111/pce.13028
  2. Khan Academy. 2018. Intro to viruses. Khanacademy.org.
  3. Márquez, L.M., et al. 2007. A virus in a fungus in a plant – three way symbiosis required for thermal tolerance. Science 315: 513–515.
  4. Tinsley, C.R., et al. 2006. Bacteriophages and pathogenicity: more than just providing a toxin? Microbes and Infection 8: 1365–1371.
  5. Stasiak, K.,et al. 2005. Characteristics of pathogenic and mutualistic relationships of ascoviruses in field populations of parasitoid wasps. Journal of Insect Physiology 51: 103–115.
  6. Ryan, F.P. 2004. Human endogenous retroviruses in health and disease: a symbiotic perspective. Journal of the Royal Society of Medicine 97: 560–565.
  7. Sci-News. 2014. CrAssphage: Previously Unknown Ancient Gut Virus Lives in Half World’s Population. Sci-news.com.
  8. Zaitlin, M, Palukaitis, P. 2000. Advances in understanding plant viruses and virus diseases. In: Webster, R. K., et al., eds. Annual Review of Phytopathology. Palo Alto, CA, USA: Annual Reviews, 117–143.
  9. Asher, C. 2018. Researchers Learn from Plant Viruses to Protect Crops. TheScientist.
  10. Xu, P., et al. 2008. Virus infection improves drought tolerance. New Phytologist 180, 911–921.
  11. Discoverlife.org. http://www.discoverlife.org
Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:
Back to Top

Auksin: Mediator Komunikasi Induk – Embrio yang Mengatur Perkembangan Embrio Tumbuhan

By on 19 Juli 2018   /   Sains Alam   /   Leave a comment
Tags: , ,
Bagikan Artikel ini di:

Hubungan antara ibu dan bayi tampaknya merupakan hubungan yang paling awal terjadi dalam kehidupan semua makhluk hidup. Setidaknya hal ini berlaku pada hewan dan tumbuhan.

Gambar 1. Embrio-“bayi”- tumbuhan di dalam biji. Sumber gambar : [1].

Sinyal Komunikasi Itu Adalah Auksin
Meskipun kehamilan pada hewan dan perkembangan biji pada tumbuhan terlihat sangat berbeda, kemiripan ternyata tetap ada. Kini diketahui bahwa, baik pada hewan maupun tumbuhan, perkembangan embrio- atau “bayi dalam kandungan”-berhubungan erat dengan induk betina-atau “ibu”. Pada hewan, sinyal komunikasi dari induk diketahui mempengaruhi perkembangan embrio [2,3]. Pada tumbuhan, baru-baru ini ditemukan bahwa sinyal komunikasi induk juga mengatur perkembangan embrio tumbuhan. Sejumlah saintis tumbuhan di Eropa menemukan bahwa satu hormon tumbuhan, yang disebut auksin, dari induk merupakan salah satu sinyal yang mempola perkembangan embrio. Studi mereka dipublikasikan pada 16 Juli 2018 di Nature Plants [4].

Sekilas Kimia Auksin

Auksin merupakan kelompok hormon tumbuhan beranggotakan sejumlah senyawa kimia. Senyawa paling penting dari kelompok ini yang diproduksi oleh tumbuhan adalah asam indol-3-asetat (indole-3-acetic acid/IAA) [5]. IAA merupakan asam organik lemah dengan struktur mirip asam amino triptofan. Senyawa ini memiliki cincin indol dan fungsi asam karboksilat. Senyawa lain yang tergolong auksin mempengaruhi perkembangan tumbuhan sebagaimana IAA [6].

Gambar 2. Struktur kimia IAA. Sumber gambar : [5].

Harus dari Induk

Dikutip dari ScienceDaily [7], Jiri Friml, profesor di Institute of Science and Technology (IST) Austria dan salah satu penulis koresponden studi tersebut menjelaskan, “para saintis tumbuhan telah berusaha untuk memahami sifat dari sinyal antara ibu dan embrio selama beberapa dekade”. Ia melanjutkan, “kami memperlihatkan bahwa ibu merupakan sumber auksin yang mengatur perkembangan awal embrio.” Auksin merupakan hormon yang memiliki banyak peran dalam perkembangan tanaman, dan telah dikenal sebagai pengatur perkembangan embrio [8,9,10]. Dengan memvisualisasikan biosintesis dan respon terhadap auksin, para peneliti menunjukkan bahwa jaringan maternal- jaringan ibu- yang mengelilingi embrio dalam biji mulai menghasilkan lebih banyak auksin setelah pembuahan [4].

Gambar 3. Auksin (warna hijau) diproduksi dan terakumulasi pada jaringan induk di sekitar embrio. Sumber gambar : [7].

Para penulis studi ini kemudian berlanjut menunjukkan bahwa peningkatan produksi auksin induk sangat penting untuk embrio: ketika produksi auksin terganggu, embrio tidak berkembang dengan baik dan mengalami cacat. Dan hanya auksin induk yang memainkan peran penting ini. Ketika para peneliti mengatur persilangan antara tanaman sehingga induk tidak menghasilkan auksin tetapi embrio menghasilkannya, cacat yang sama terjadi dalam perkembangan embrio. Ini membuktikan bahwa auksin dari induk merupakan sinyal kunci perkembangan [4].

Bukan Satu-Satunya

Namun, auksin bukan satu-satunya sinyal induk yang mempengaruhi embrio. Friml menjelaskan, “Ketika kami menghentikan suplai auksin dari induk ke embrio, embrio tumbuh secara tidak normal, tetapi masih dapat berkembang entah bagaimana. Ini berarti ada sinyal lain, yang tidak tergantung auksin” [7].

Kegunaan Komersial Auksin

Selain fungsinya sebagai sinyal komunikasi antara induk dengan embrio yang baru-baru ini ditemukan, auksin secara alami memang memiliki banyak fungsi yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Salah satunya, memicu pertumbuhan akar tanaman. Oleh karena itu, auksin secara luas digunakan untuk pembentukan akar pada stek tanaman [5]. Hormon ini juga digunakan untuk meningkatkan pembesaran sel dan pembentukan tunas. Selain itu, auksin mengendalikan pertumbuhan bunga, buah, dan batang.

Dikutip dari BusinessWire [11], Mahitha Mallishetty, analist penelitian agrokimia dan pupuk, menjelaskan, “Auksin secara luas digunakan dalam kultur jaringan tanaman untuk pemulihan tanaman obat langka. Kebangkitan industri obat herbal dan peningkatan permintaan obat-obatan herbal dan obat-obatan biologis sebagai konsekuensinya diperkirakan mendorong pasar auksin global.”

Sejumlah petani komersial memberikan auksin pada bunga untuk memulai perkembangan buah dengan sengaja. Perlakuan ini tidak hanya memastikan bahwa semua bunga akan membentuk buah, tetapi juga memaksimalkan kemungkinan bahwa semua buah akan siap dipanen pada waktu yang sama. Sejumlah petani juga menggunakan semprotan auksin untuk mengurangi kehilangan produksi buah akibat jatuh sebelum matang [5]. Meskipun demikian, penggunaan auksin paling utama dalam pertanian adalah sebagai pembasmi gulma [12].

Gambar 4. Auksin bubuk komersial. Sumber gambar : [13].

Prospek Rekayasa Auksin

Studi tentang auksin sebagai sinyal komunikasi induk dan embrio menambah daftar penelitian tentang mekanisme kerja auksin. Melalui pemahaman terhadap mekanisme kerja auksin ini, rekayasa biologis dapat dilakukan untuk menghasilkan produk yang diinginkan manusia. Sejumlah penelitian terkait auksin tercatat memiliki prospek untuk dikembangkan menghasilkan produk baru berteknologi tinggi. Seperti pembesaran ukuran biji [14, 15], pembentukan kayu pada tumbuhan yang secara alami tidak menghasilkannya [16], dan toleransi kekeringan [17] dengan merekayasa jalur pensinyalan dan transport auksin.

Gambar 5. Rekayasa transport auksin menghasilkan biji padi yang lebih besar (Bg1-D) dibandingkan tipe liarnya (WT). Sumber gambar : [15].

Referensi :

  1. Max-Planck-Gesellschaft. 2010. How plants put down roots. Https://www.mpg.de/624832/pressRelease20100226.
  2. Johnstone, O. and Lasko, P. 2001. Translational regulation and RNA localization in Drosophila oocytes and embryos. Annu. Rev. Genet. 35 : 365–406.
  3. Riechmann, V. and Ephrussi, A. 2001. Axis formation during Drosophila oogenesis. Curr. Opin. Gen. Dev. 11 : 374–383.
  4. Robert, H. S., et al. 2018. Maternal auxin supply contributes to early embryo patterning in Arabidopsis. Nature Plants.
  5. Anonim. 2018. Auxin. http://www.biology-pages.info/A/Auxin.html.
  6. Paque, S. and Weijers, D. 2016. Q&A: Auxin: the plant molecule that influences almost anything. BMC Biol. 14: 67.
  7. Institute of Science and Technology Austria. 2018. Plant mothers ‘talk’ to their embryos via the hormone auxin: Scientists solve long-standing question about signal that regulates embryo development — study in Nature Plants. ScienceDaily. Diakses 17 Juli 2018 dari www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180716151524.htm
  8. Möller, B. K. and Weijers, D. 2009. Auxin control of embryo patterning. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 1, a001545 : 1-13.
  9. Friml, J. et al. 2003. Efflux-dependent auxin gradients establish the apical-basal axis of Arabidopsis. Nature 426 : 147–153.
  10. Robert, H. S. et al. 2013. Local auxin sources orient the apical-basal axis in Arabidopsis embryos. Curr. Biol. 23 : 2506–2512.
  11. BusinessWire. 2017.  Modernization of Agriculture to Boost the Global Plant Growth Regulators Market Through 2021, Says Technavio. https://www.businesswire.com/news/home/20170215005055/en/Modernization-Agriculture-Boost-Global-Plant-Growth-Regulators.
  12. Richard, N. 2017. Adding to the Agricultural Toolkit: Next generation auxins and anti-auxins. Impact 7 : 69-71.
  13. Alibaba.com. 2018. https://www.alibaba.com/showroom/auxin-fertilizer-for-plant-growth.html.
  14. Sun, Y., et al. 2017. Manipulation of Auxin Response Factor 19 affects seed size in the woody perennial Jatropha curcas. Sci Rep. 7: 40844.
  15. Liu, L., et al. 2015. Activation of Big Grain1 significantly improves grain size by regulating auxin transport in rice. PNAS 112 (35) : 11102-11107.
  16. Brackmann, K., et al. 2018. Spatial specificity of auxin responses coordinates wood formation. Nature Communications 9 (875) : 1- 15.
  17. Zhang, Q., et al. 2012. The putative auxin efflux carrier OsPIN3t is involved in the drought stress response and drought tolerance. Plant J. 72 : 805-816.
Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:
Back to Top