Peningkatan Metabolisme Sulfur oleh Sinyal Volatil Bakteri Pada Tumbuhan

Peningkatan Metabolisme Sulfur dan Pertahanan Terhadap Herbivora oleh Sinyal Volatil Bakteri Pada Tumbuhan Arabidopsis

(AUGMENTING SULFUR METABOLISM AND HERBIVORE DEFENSE IN ARABIDOPSIS BY  BACTERIAL VOLATILE SIGNALING)

Authors: Mina Aziz, Ranjith K. Nadipalli,  Xitao Xie, Yan Sun, Kazimierz Surowiec, Jin-Lin.

Peranan Sulfur Bagi Tumbuhan

Sulfur merupakan senyawa yang esensial bagi pertumbuhan tumbuhan. Sulfur berperan dalam proses biologis dan ekologis tumbuhan. Sulfur dapat ditemukan dalam protein, antioksidan glutathione tripeptida serta peptida kaya asam amino sistein yang bermanfaat sebaga agen detoksifikasi logam berat. Sulfur umumnya dijaga agar tetap dalam bentuk tereduksi oleh enzim disulfit reduktase dengan bantuan thioredoksin. Selain itu, sulfur juga dapat ditemukan pada membran kloroplas, beberapa jenis vitamin dan koenzim.

Metabolisme sulfur dalam tumbuhan diawali dengan penyerapan sulfur dalam bentuk sulfat inorganik oleh sulfat transporter dalam bentik adenosin fosfosulfat (APS) dengan bantuan ATP sulphurylase. Selanjutnya APS direduksi lebih lanjut oleh APR dan sulfite reductase membentuk O-acetylserine sebelum digunakan untuk membuat asam amino bersulfur seperti metionin dan sistein. Selain itu, APS dapat difosforilasi menjadi PAPS (phosphoadenosine phosphosulphate). Molekul PAPS akan digunakan sebagai donor sulfat dalam pembentukan beberapa metabolit dengan kandungan sulfur seperti glucosinolates, phytosulfokines, beberapa jenis flavonoid dan hormon.

Peranan ekologis sulfur bagi tumbuhan antara lain sebagai senyawa anti-herbivora dan anti mikroorganisme patogen untuk melindungi tumbuhan dari serangan organisme-organisme tersebut. Contoh dari senyawa anti-herbivora adalah senyawa glukosinolat yang dihasilkan oleh tumbuhan dari ordo brassicales. Senyawa tersebut merupakan senyawa antifeedant yang mampu mengurangi ‘nafsu makan’ beberapa hama herbivor seperti larva beberapa kupu-kupu, ngengat dan belalang.

Bacaan lanjutan  Transduksi Sinyal Pada Mikroorganisme

Peranan Bakteri Penghasil Sinyal Volatil Pada Asimilasi Sulfur dan Pertahanan Tumbuhan Terhadap Serangan Hama Herbivor

Glukosionat akan diubah menjadi senyawa toksik saat bagian tumbuhan seperti bagian daun terluka oleh aktivitas hama herbivor. Proses ini terjadi secara enzimatis menghasilkan seperti isothiocyanates, epithionitriles, nitriles, dan thiocyanate. Selain mekanisme yang melibatkan senyawa bersulfur ini, tumbuhan juga dibantu oleh beberapa mikroorganisme seperti mikoriza dan PGPR (plant growth promoting rhizobacteria) dalam memerangi herbivor. Dua kelompok mikroorganisme tersebut mampu menginduksi respon pertahanan tumbuhan dengan menghasilkan beberapa senyawa fitohormon dan sinyal yang mudah menguap (volatil).

Pada jurnal ini, dipaparkan mekanisme regulasi penyerapan dan akumulasi sulfur dalam tumbuhan oleh senyawa volatil produksi bakteri PGPR Bacillus amyloliquefaciens (GB03). Dengan menggunakan analisis microarray terhadap keseluruhan bagian tumbuhan Arabidopsis, ditemukan bahwa senyawa volatil tersebut mampu mengaktifkan gen yang bertanggung jawab dalam asimilasi d sulfur serta meningkatkan kemampuan tumbuhan tersebut mengakumulasi dan penyerapan sulfur dari media tumbuh.

Terpaparnya tumbuhan dengan bakteri B. amyloliquefaciens (GB03) juga terbukti meningkatkan produksi glukosinolat, bakteri ini memproduksi senyawa organik yang mudah menguap (volatile organic compounds) yang mampu  menginduksi ekspresi beberapa gen seperti  GSTF9, SUR1, UGT74B1,
and SOT16.

Gen-gen tersebut adalah gen yang mengkodekan enzim-enzim pengkatalis reaksi pembentukan glukosinat dari molekul aldoksim dengan gluthanion sebagai donor sulfur. Meningkatnya produksi glukosinolat ini diikuti dengan peningkatan pertahanan Arabidopsis terhadap serangan herbivor. Hal ini dibuktikan dengan kehilangan bobot batang Arabidopsis terpapar GB03 lebih kecil dibanding dengan Arabidopsis kontrol.

Selain kehilangan bobot yang lebih rendah, pengamatan terhadap larva Spodoptera exigua menunjukkan bahwa larva pada Arabidopsis dengan perlakuan GB03 memiliki ukuran lebih kecil dibanding larva pada tanaman kontrol. Kedua hasil tersebut merupakan akibat menurunnya nafsu makan larva akibat melimpahnya senyawa glukosinolat yang bersifat anti-feedant.

Pengamatan dengan pengkajian in-vitro menggunakan tumbuhan yang sama pada media tanah juga menunjukkan hasil serupa yakni mampu meningkatkan penyerapan, asimilasi dan akumulasi sulfur serta pertahanan Arabidopsis terhadap serangan larva S. exigua.

Gambaran Penelitian Lanjutan Sinyal Volatil Bakteri

Pada penelitian ini, induksi gen asimilator sulfur dan produksi glukosionilat oleh VOC bakteri B. amyloliquefaciens (GB03) hanya dilakukan pada tumbuhan Arabidopsis yang telah dikenal dapat menghasilkan glukosinolat, maka langkah selanjutnya adalah mengkaji potensi tersebut pada tumbuhan lain terutama tumbuhan pangan yang rawan serangan herbivora seperti kacang-kacangan (kacang panjang, kedelai, dan buncis) serta kapas. Objek kajian lain adalah dengan melihat potensi senyawa volatil tersebut dalam menginduksi produksi senyawa antimikrob.

Bacaan lanjutan  Mikrobiologi Air Minum Kemasan: Kasus Cemaran Bakteri AMK Kanada

Selain pengkajian diatas, perlu dilakukan identifikasi secara kimiawi senyawa volatil serta gen-gen yang bertanggung jawab dalam produksi sinyal volatil gang memiliki aktivitas pemicuan ekspresi gen terrsebut. Setelah gen tersebut berhasil diisolasi dan diamplifikasi, gen tersebut dapat dikloning dan diekspresikan pada bakteri PGPR yang persisten terhadap kondisi lingkungan ekstrim seperti pada bakteri kelompok Actinomycetes.

Bakteri B. amyloliquefaciens (GB03 dan aktinomiset transforman tersebut dapat diaplikasikan pada lahan dengan kandungan sulfur rendah hingga produktivitas dan pertahanannya terhadap serangan hama serta mikroorganisme dapat meningkat

 

author
Author: 
Laila Karomah yang lebih sering berpetualang di dunia maya sebagai evilgenius, merupakan mahasiswi Mikrobiologi Institut Pertanian Bogor. Bidang yang digemari oleh pegiat IT otodidak ini adalah mikrobiologi kesehatan, mikrobiologi lingkungan, bioteknologi mikrob, dan enzimologi.

Leave a reply "Peningkatan Metabolisme Sulfur oleh Sinyal Volatil Bakteri Pada Tumbuhan"

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.