Ilmuan Temukan Cara Melindungi Kloroplas Tanaman dari Bahaya Sengatan Matahari

TrubusLife
Syahroni
24 Mar 2020   16:00 WIB

Komentar
Ilmuan Temukan Cara Melindungi Kloroplas Tanaman dari Bahaya Sengatan Matahari

Arabidopsis thaliana, tanaman yang dijadikan permodelan dalam penelitian ini. (Alchetron.)

Trubus.id -- Sinar matahari yang intens merusak kloroplas yang penting untuk fotosintesis tanaman, dan menghasilkan produk beracun yang dapat menyebabkan kematian sel. Ahli biologi Ludwig Maximilian University (LMU) di Munich kini telah mengidentifikasi jalur pensinyalan yang mengurangi efek stres cahaya ini.

Fotosintesis biologis — proses di mana radiasi matahari diubah menjadi energi kimia — dilakukan oleh cyanobacteria, ganggang dan tanaman, dan sangat penting untuk pemeliharaan kehidupan hewan di Bumi. Pada tumbuhan, fotosintesis terjadi pada organel khusus yang disebut kloroplas, yang ditemukan dalam daun. Kloroplas sebenarnya berevolusi dari bakteri fotosintetik, yang dimasukkan ke dalam sel berinti sebagai simbion. 

Selama evolusi, sebagian besar gen yang mereka bawa dipindahkan ke inti inang, tetapi kloroplas modern masih mempertahankan satu set gen kecil yang penting untuk fotosintesis. Akibatnya, fotosintesis pada tanaman memerlukan pertukaran informasi yang luas antara nukleus dan kloroplas. Jaringan yang terlibat sangat kompleks, dan banyak komponennya masih harus diidentifikasi. 

Menggunakan thale cress (Arabidopsis thaliana) sebagai sistem model, ahli biologi LMU yang dipimpin oleh Privatdozentin Dr. Tatjana Kleine sekarang mengkarakterisasi jalur pensinyalan yang sebelumnya tidak diketahui yang memberikan kontribusi signifikan terhadap toleransi stres dan menekan kematian sel terprogram yang diinduksi oleh cahaya. Jalur ini berpotensi dieksploitasi untuk meningkatkan ketahanan terhadap stres pada tanaman. Studi ini muncul dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences/ PNAS.

Paparan tanaman terhadap tingkat cahaya yang terlalu tinggi tak terhindarkan menghasilkan apa yang disebut 'spesies oksigen reaktif' (ROS), seperti 'oksigen singlet' (1O2) dalam kloroplas daun. Dalam konsentrasi tinggi ROS beracun bagi sel, tetapi juga berfungsi sebagai sinyal alarm yang mengaktifkan tindakan balasan. 

"Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa oksigen singlet berfungsi sebagai molekul sinyal, dan memicu respons stres yang dapat menyebabkan penghentian pertumbuhan atau bahkan kematian sel yang terprogram," kata Kleine. "Langkah selanjutnya yang jelas adalah mengidentifikasi protein yang terlibat dalam relay pensinyalan yang diinduksi 1O2." tambahnya.

Dalam percobaan mereka, Kleine dan rekannya menggunakan mutan ganda (flu ex1) dari Arabidopsis thaliana. Mutasi flu memungkinkan produksi oksigen singlet untuk diaktifkan secara terkontrol oleh paparan cahaya, sedangkan mutasi ex1 menonaktifkan gen yang disebut EXECUTER1. Protein EXECUTER1 diketahui diperlukan untuk menginduksi kematian sel terprogram. Oleh karena itu, mutasi ex1 memungkinkan konsentrasi oksigen singlet meningkat tanpa memicu kematian sel.

Untuk mengidentifikasi gen-gen lain yang terlibat dalam pensinyalan yang bergantung pada 1O2, tim memutasi strain flu ex1 sekali lagi, dan menskrining untuk mutan-mutan di mana respons kematian sel terhadap 1O2 dipulihkan. Desain eksperimental ini mengungkapkan bahwa protein yang disebut SAFEGUARD1 melindungi mutan ganda dari konsekuensi buruk penumpukan oksigen singlet. 

"Penonaktifan gen SAFE1 dalam mutan ganda lagi mengakibatkan kematian sel. Yang terpenting, ini bukan karena 'perbaikan' EXECUTER1. Oleh karena itu, gen SAFE1 harus mengkodekan komponen komponen jalur pensinyalan independen dan sebelumnya tidak diketahui, yang itu sendiri diinduksi oleh oksigen singlet, "jelas Liangsheng Wang, penulis utama makalah baru ini.

Khususnya, hilangnya SAFE1 dikaitkan dengan kerusakan pada margin tumpukan membran (dikenal sebagai 'grana') di mana reaksi yang digerakkan oleh cahaya terjadi. Oleh karena itu penulis mengusulkan bahwa 1O2 yang diproduksi di margin grana mengaktifkan relay pensinyalan independen-EXECUTER1, dan bahwa SAFE1 biasanya menekan jalur ini dengan melindungi margin grana dari kerusakan.

Dari semua jenis ROS yang dihasilkan oleh paparan tingkat cahaya tinggi, oksigen singlet adalah yang paling merusak fotosintesis. Sebagai penghambat efektif reaksi stres yang disebabkan oleh penumpukan oksigen singlet, SAFE1 merupakan titik awal yang menjanjikan untuk upaya meningkatkan ketahanan terhadap stres pada tanaman. 

"Mungkin ekspresi protein yang berlebihan akan membuat tanaman lebih toleran terhadap kadar oksigen singlet yang diproduksi di bawah sinar matahari yang intens," kata Kleine. [RN]

  0


500 Karakter

Artikel Terkait

Bagikan:          
Bagikan:          

Benarkah COVID-19 Lebih Parah pada Pasien Pria?

Health & Beauty   02 April 2020 - 13:01 WIB
Bagikan: