Systemin adalah hormon peptida tanaman terkenal yang memainkan peran penting dalam memicu respons pertahanan pada tanaman. Sebagai pemasok Systemin, saya telah menyaksikan meningkatnya minat untuk memahami mekanisme di balik respons pertahanan yang dipicu oleh Systemin. Di blog ini, saya akan mempelajari mekanisme utama yang mengatur respons ini, dengan menyoroti pentingnya Systemin dalam perlindungan tanaman.
Penemuan Systemin dan Fungsi Umum
Systemin pertama kali ditemukan pada tanaman tomat. Ini adalah peptida kecil dengan 18 asam amino yang dilepaskan sebagai respons terhadap luka, biasanya disebabkan oleh serangan herbivora atau kerusakan mekanis. Setelah dilepaskan, Systemin bertindak sebagai molekul sinyal, memulai serangkaian peristiwa yang mengarah pada aktivasi berbagai mekanisme pertahanan di pabrik.
Pengikatan Reseptor dan Inisiasi Sinyal
Langkah pertama dalam respons pertahanan yang diinduksi Systemin adalah pengikatan Systemin ke reseptor spesifiknya pada membran sel tumbuhan. Reseptor Systemin pada tanaman tomat telah diidentifikasi sebagai kinase mirip reseptor berulang yang kaya leusin (LRR - RLK) yang disebut SR160. Ketika Systemin berikatan dengan SR160, ia mengaktifkan aktivitas kinase reseptor. Peristiwa fosforilasi ini memicu reaksi berantai di dalam sel, mirip dengan bagaimana sebuah kunci menghidupkan mesin yang kompleks.
Reseptor yang diaktifkan kemudian merekrut dan memfosforilasi molekul pemberi sinyal hilir. Molekul-molekul ini sering terlibat dalam kaskade MAPK (mitogen-activated protein kinase). Kaskade MAPK adalah jalur pensinyalan yang sangat terpelihara pada tumbuhan dan hewan. Dalam konteks pensinyalan Systemin, aktivasi MAPK menyebabkan fosforilasi faktor transkripsi. Faktor transkripsi ini adalah protein yang dapat berikatan dengan rangkaian DNA tertentu dan mengatur ekspresi gen.
Aktivasi Jalur Asam Jasmonic
Salah satu efek hilir yang paling penting dari pensinyalan Systemin adalah aktivasi jalur asam jasmonic (JA). JA adalah hormon tumbuhan terkenal yang terlibat dalam berbagai respons stres, termasuk pertahanan melawan herbivora.
Ketika Systemin mengaktifkan kaskade MAPK, hal ini pada akhirnya mengarah pada sintesis JA. Sintesis JA dimulai dengan pelepasan asam linolenat dari membran sel. Asam linolenat kemudian diubah menjadi asam 12 - okso - fitodienoat (OPDA) melalui serangkaian reaksi enzimatik. OPDA kemudian diangkut ke peroksisom, yang selanjutnya diubah menjadi JA.
Setelah JA disintesis, ia berikatan dengan reseptornya, COI1 (coronatine - insensitive 1). Kompleks JA - COI1 kemudian menargetkan protein penekan spesifik untuk degradasi. Protein penekan ini biasanya menghambat aktivitas faktor transkripsi yang terlibat dalam ekspresi gen yang berhubungan dengan pertahanan. Dengan degradasi represor, faktor transkripsi bebas berikatan dengan daerah promotor gen yang berhubungan dengan pertahanan dan memulai transkripsinya.
Ekspresi Pertahanan - Gen Terkait
Aktivasi jalur JA mengarah pada peningkatan regulasi sejumlah besar gen terkait pertahanan. Gen-gen ini mengkode berbagai protein dengan fungsi berbeda dalam pertahanan tanaman.
Beberapa gen mengkode protease inhibitor. Protease inhibitor merupakan protein yang dapat menghambat aktivitas protease di usus herbivora. Ketika herbivora memakan tanaman yang mengandung protease inhibitor, pencernaan mereka terganggu, karena protease sangat penting untuk memecah protein dalam makanan. Hal ini mengurangi nilai gizi tanaman bagi herbivora dan pada akhirnya dapat menyebabkan berkurangnya pertumbuhan dan kelangsungan hidup herbivora.
Gen terkait pertahanan lainnya mengkode protein yang terlibat dalam sintesis metabolit sekunder. Metabolit sekunder seperti alkaloid, fenolik, dan terpenoid mempunyai berbagai fungsi dalam pertahanan tanaman. Misalnya, beberapa alkaloid dapat menjadi racun bagi herbivora, sedangkan fenolik dapat bertindak sebagai antioksidan dan juga memiliki sifat antimikroba.
Sinyal Sistemik
Salah satu ciri luar biasa dari respons pertahanan yang diinduksi Systemin adalah kemampuannya untuk memicu respons sistemik. Ketika suatu bagian tanaman rusak, Systemin tidak hanya mengaktifkan respon pertahanan pada jaringan yang rusak tetapi juga pada bagian tanaman lain yang tidak terkena dampak langsung.
Sinyal sistemik diperkirakan melibatkan pergerakan Systemin itu sendiri atau molekul pemberi sinyal lainnya melalui floem. Setelah Systemin atau sinyal hilirnya mencapai bagian tanaman yang jauh, mereka memulai kaskade sinyal pertahanan yang sama seperti pada jaringan yang rusak. Hal ini memungkinkan tanaman mempersiapkan seluruh tubuhnya untuk menghadapi potensi serangan herbivora, meskipun pada awalnya hanya sebagian kecil tanaman yang rusak.
Perbandingan dengan Sistem Persinyalan Peptida Lainnya
Dalam dunia pensinyalan peptida tanaman, Systemin bukanlah satu-satunya pemain. Ada peptida lain, sepertiAnnorfin A (1 - 9),Peptida Terkait Pesan Galanin (44 - 59) Amida, Dan6×Peptidanya, yang juga memainkan peran penting dalam berbagai proses fisiologis.
Meskipun peptida ini memiliki fungsi dan mekanisme sinyal yang berbeda dibandingkan dengan Systemin, mereka semua memiliki ciri umum yang sama yaitu molekul bioaktif kecil yang dapat memicu respons spesifik pada tanaman atau organisme lain. Misalnya, Dynorphin A (1 - 9) telah dipelajari dalam konteks modulasi nyeri pada hewan, namun peran potensialnya pada tumbuhan atau sistem non-hewan lainnya masih menjadi area penelitian.
Implikasinya bagi Pertanian
Memahami mekanisme respons pertahanan yang dipicu oleh Systemin memiliki implikasi signifikan terhadap pertanian. Dengan meningkatkan jalur sinyal Systemin, kita berpotensi meningkatkan kemampuan pertahanan alami tanaman terhadap herbivora dan hama. Hal ini dapat mengurangi ketergantungan terhadap pestisida kimia yang mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan.
Misalnya, teknik rekayasa genetika dapat digunakan untuk mengekspresi Systemin atau reseptornya secara berlebihan pada tanaman. Hal ini akan menghasilkan aktivasi kaskade sinyal pertahanan yang lebih kuat dan perlindungan yang lebih baik terhadap serangan herbivora. Selain itu, pengetahuan tentang pensinyalan Systemin dapat digunakan dalam pengembangan biopestisida baru yang meniru kerja Systemin atau meningkatkan aktivitasnya.
Kesimpulan
Kesimpulannya, respons pertahanan yang dipicu oleh Systemin adalah proses yang kompleks dan sangat diatur. Dari pengikatan awal Systemin ke reseptornya, melalui aktivasi kaskade MAPK dan jalur JA, hingga ekspresi gen terkait pertahanan dan sinyal sistemik, setiap langkah sangat penting untuk kemampuan tanaman mempertahankan diri dari herbivora.
Sebagai pemasok Systemin, saya gembira dengan potensi penerapan Systemin di bidang pertanian dan penelitian tanaman. Jika Anda tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang Systemin atau sedang mempertimbangkan untuk membeli Systemin untuk kebutuhan penelitian atau pertanian Anda, saya mendorong Anda untuk mengikuti diskusi pengadaan. Memahami mekanisme respons pertahanan yang dipicu oleh Systemin tidak hanya menarik dari sudut pandang ilmiah tetapi juga menjanjikan pendekatan perlindungan tanaman yang lebih berkelanjutan dan ramah lingkungan.
Referensi
- Pearce, G., Strydom, D., Johnson, S., & Ryan, CA (1991). Polipeptida dari daun tomat menginduksi sintesis inhibitor proteinase yang diinduksi luka. Sains, 253(5024), 895 - 898.
- Ryan, CA, & Pearce, G. (2003). Systemin: sinyal polipeptida untuk respons pertahanan tanaman. Review Tahunan Biologi Tumbuhan, 54, 111 - 136.
- Wasternack, C., & Hause, B. (2013). Jasmonat: biosintesis, persepsi, transduksi sinyal dan tindakan dalam respon stres tanaman, pertumbuhan dan perkembangan. Pembaruan pada ulasan tahun 2007 di Annals of Botany. Sejarah Botani, 111(1), 1021 - 1058.