glisin betain

7/26/2019 glisin betain

1/23

Ketika tanaman yang terkena kondisi stres, pergeseran metabolik terjadi dan

mengakibatkan perubahan kadar berbagai metabolit seluler. Seperti spesifkasi-

modi dalam respon terhadap stres abiotik tampaknya terkait dengan kemampuan

ditingkatkan untuk mentolerir kondisi seperti itu. Metabolit yang mungkin

diharapkan untuk berkontribusi toleransi stres ditingkatkan termasuk gula larut,

asam amino, asam organik, poliamina, dan lipid (Guy 199!. Satu kelompok pentingdari metabolit tersebut men"akup apa yang disebut #kompatibel $at terlarut#, yang

merupakan metabolit organik ke"il yang sangat larut dalam air dan tidak bera"un

pada konsentrasi tinggi. Salah satu $at terlarut kompatibel beststudied adalah

gly"inebetaine (%, %, %trimethylgly"ine, disingkat G&' hen ) Murata **' hen )

Murata *+!.

G& adalah senyaa amonium kuaterner yang ditemukan dalam bakteri,

ar"haeba"teria haemophili", inertebrata laut, tanaman dan mamalia (hodes )

/anson 1990' hen ) Murata **' akabe, ai ) /ibino *2' hen ) Murata

*+!. 3ni terakumulasi ke tingkat osmotik signifkan dalam banyak tanaman toleran

garam (hodes ) /anson 1990! dan halotoleran "yanoba"teria (hen ) Murata

*+!. ingkat G& berariasi antara spesies tanaman dan organ, seperti yangditunjukkan pada abel 1 (lihat #tingkat non-stres#!. anaman di banyak spesies

taksonomi yang jauh biasanya mengandung kadar rendah G& (tanaman ini dikenal

sebagai akumulator alami G&!, tetapi mereka menumpuk jumlah yang lebih besar

dari G& ketika mengalami stres abiotik (Storey, 4hmad ) 5yn 6ones 1977!. 8ada

banyak spesies lainnya, tidak ada G& terdeteksi dalam kondisi normal atau stres.

Sekarang ada bukti kuat baha G& memainkan peran penting dalam toleransi

terhadap "ekaman abiotik.

ungsi biologis dari G& telah dipelajari se"ara ekstensi: dalam tumbuhan tingkat

tinggi, seperti bayam, bit gula, barley dan jagung (hodes ) /anson 1990' hen )

Murata *+!. Ketersediaan aasan G&-mengumpulkan tanaman transgenik telahdisediakan dalam "ara di mana G& prote"ts sel tanaman. Selain itu, banyak baris

G&-mengumpulkan tanaman transgenik memperlihatkan se"ara sangat meningkat

toleransi terhadap berbagai jenis stres abiotik dan si:at mereka menyarankan

strategi yang menjanjikan untuk pengembangan tanaman tanaman stres-toleran.

;alam ulasan ini, kami merangkum dan membahas pemahaman saat biosintesis G&

dan mekanisme dimana meningkatkan kemampuan tanaman untuk mentolerir stres

abiotik. &eberapa ulasan tentang hubungan antara G& dan toleransi terhadap

"ekaman abiotik telah mun"ul baru-baru ini (Saka-moto ) Murata *' hen )

Murata **, *+'. akabe et al *2!, namun kemajuan di bidang telah "epat dan

penilaian yang segar sesuai. 8enelitian tentang tanaman transgenik yang

menumpuk $at terlarut kompatibel selain G& telah menunjukkan baha merekajuga menunjukkan peningkatan toleransi terhadap berbagai jenis stres abiotik, tapi

kami tidak akan membahas tanaman ini di sini. 8emba"a yang tertarik disebut

reie kami sebelumnya (Sakamoto ) Murata *' hen ) Murata **! dan

untuk kertas baru-baru, seperti yang oleh &hatnagar-Mathur,


2/23

8ersiapan dari G& biosintesis

;ua jalur biosintesis menyebabkan generasi G& (hen ) Murata **!. ;alam

sebagian besar sistem biologis, termasuk kebanyakan hean, tumbuhan dan

mikroorganisme, G& disintesis dari kolin oleh reaksi oksidasi dua langkahA "holine

teroksidasi untuk betaine aldehyde, yang teroksidasi untuk menghasilkan G&.

=ksidasi pertama dikatalisis oleh kolin monooBygenase (M=! pada tanaman dandengan kolin dehidrogenase (;/! pada hean dan bakteri (dikodekan oleh gen

beta!, dan oksidasi kedua dikatalisis oleh %4; C -tergantung betaine aldehyde

dehydrogenase (&4;/! ( hen ) Murata **' akabe et al *2!.. ;i tanah bakteri

4rthroba"ter sp., G& disintesis dari kolin oleh en$im tunggal, kolin oksidase, yang

dikodekan oleh gen "oda (hen ) Murata **!.

;alam G&-de tanaman f sien, seperti tembakau, tidak adanya M= merupakan

kendala utama pada sintesis G& sedangkan pasokan endogen kolin juga bermasalah

(%u""io et al. 199+!. tanaman tembakau transgenik yang konstituti:

mengungkapkan ";%4 untuk bayam M= menghasilkan tingkat rendah G&, yaitu,

,D mmol g-1 berat segar (%u""io et al. 199+!. Ketika M= C tanaman telahtersedia dengan D mm kolin atau :os:okolin, tingkat G& meningkat setidaknya 0

kali lipat.

8ada tumbuhan, en$im kun"i dari sintesis kolin adalah phosphoethanolamineA %-

methyltrans:erase (8>4M' > *.1.1.10!, en$im sitosol, yang mengkatalisis ketiga

langkah reaksi metilasi di konersi phospohoethanolamine ke :os:okolin (M"%eil et

al, *1!. . >kspresi bayam 8>4M di tanaman tembakau transgenik meningkatkan

tingkat :os:okolin oleh D kali lipat dan kolin D kali lipat, mengakibatkan

peningkatan 0 kali lipat dalam tingkat G& melalui jalur rekayasa sintesis G&

(M"%eil et al. *1!.

8eel, Mi"kelbart ) hodes (*1! diman:aatkan garis dekat-isogeni" untukakumulasi G& untuk mengkarakterisasi dasar biokimia untuk G& defsiensi pada

jagung dan sorgum. ;i hadapan %al, G&-non mengumpulkan-garis meningkat

konsentrasi kolin dan :os:okolin, tapi tidak G&. 4nehnya, kurangnya akumulasi G& di

G&-nona""umulating garis ditemukan bukan karena kurangnya M=gene atau

M=protein.he penurunan sintesis dari G& dapat dijelaskan dengan konsentrasi

tinggi dari :os:okolin endogen, yang merupakan inhibitor kuat dari 8>4M in itro .

6alur kedua hanya ditemukan dalam bakteri phototrophi" eBtremehalophyti"

4"tinopolyspora /alophila dan halo"hloris >"tothiorhodospira. ;alam bakteri ini, G&

disintesis dari glisin oleh tiga langkah reaksi %methylation (hen ) Murata **'

akabe et al *2!. Gly"ine termetilasi untuk menghasilkan, f rstly, sar"osine dan

kemudian dimethylgly"ine, dan, di f nal metilasi langkah, G& terbentuk. S-4denosylmethionine adalah donor dari masing-masing kelompok metil. iga reaksi

metilasi dikatalisasi oleh dua en$im, yaitu, gly"inesar"osine methyltrans:erase

(GSM! dan sar"osine dimethylgly"ine methyltrans:erase (S;M!. eaksi pertama

dikatalisis oleh GSM dan ketiga dikatalisis oleh S;M. @angkah kedua adalah

dikatalisis oleh kedua GSM dan S;M. Kedua en$im memiliki sebagian tumpang

tindih substrat-spesifk kota fA baik glisin dan sar"osine ber:ungsi sebagai substrat


3/23

untuk GSM, sedangkan kedua sar"osine dan %, %-dimethylgly"ine ber:ungsi

sebagai substrat untuk S;M.

@okalisasi G& di sel tumbuhan

idak ada bukti yang jelas untuk lokalisasi terkotak dari G& di spesifk situs " f di sel

tumbuhan. 8ada tanaman bayam, jumlah G& dalam kloroplas diperkirakan hampirDE dari jumlah total G& di daun (obinson ) 6ones 19+2! .suatu lokalisasi seluler

dari DE sisanya dari G& di daun tetap menjadi diklarifkasi . /al ini masuk akal

untuk mengasumsikan baha G& tersisa terletak di sitoplasma untuk memberikan

keseimbangan osmotik. Sejak akuola menempati sekitar 9E dari olume masing-

masing sel, kemungkinan adanya G& di akuola telah diperiksa. ;alam Suaeda

maritima, G& ditemukan telah dikeluarkan dari akuola sel daun :ree$e-tersubstitusi

(/all, /arey ) &unga 197+!. Sebaliknya, di akuola diisolasi dari jaringan

penyimpanan-akar bit merah (&eta ulgaris @.!, yang a"uolar kolam renang

menyumbang *2-+FE dari total G& dalam jaringan (@eigh, 4hmad ) 5yn 6ones

19+1!. Sejak hasil ini diperoleh hampir tiga dekade lalu, kompartementalisasi G&

dalam sel tanaman harus dikaji ulang dengan metode baru dan relean untukpemisahan organel dan kuantisasi G&.

Situs G& biosintesis pada tanaman yang lebih tinggi

>n$im yang terlibat dalam sintesis G& telah dipelajari dalam anggota

henopodia"eae, seperti bayam dan gula bit (/anson et al 19+D'. 5eigel,

5eretilnyk ) /anson 19+2' 5eretilnyk ) /anson 199' athinasabapathi et al

1997.!' di 4marantha"eae (@ing et al, *1'.. &huiyan et al *7!, khususnya,

4tripleB nummularia (abu"hi et al *D.!' dan di anggota Gramineae, seperti barley

(. %akamura et al, *1' ujiara et al *+.!. Meskipun kedua M= dan &4;/

terlokalisasi di kloroplas, mereka dikodekan oleh gen nuklir yang men"akup urutan

transit untuk menargetkan kloroplas. Skenario ini mungkin tampaknya menunjukkanbaha G& disintesis hanya dalam kloroplas. %amun, dalam beberapa tanaman

alami G&-terakumulasi, seperti bakau 4e"ennia marina (orsk.!H (/ibino et al.

*1! dan barley (ujiara et al. *+!, tidak ada aktiitas M= terdeteksi pada

kloroplas. 4da kemungkinan baha, dalam bakau dan barley, beberapa en$im yang

tidak spesifk untuk sintesis G& tetapi memiliki aktiitas M= mungkin

mengkatalisis langkah pertama dalam oksidasi kolin. Si:at dan lokasi seluler en$im

tersebut (s! dalam sel tidak diketahui. Selain itu, konersi kolin untuk betaine

aldehyde mungkin tidak memiliki syarat mutlak untuk M=. ;alam beberapa kasus,

trans:ormasi akumulator non-G& dengan gen tunggal untuk &4;/ itu men"ukupi

untuk membaa akumulasi G&. tanaman nonG&-terakumulasi tersebut mungkin

memiliki tingkat rendah aktiitas M= atau mereka mungkin memiliki beberapaen$im lain (s! yang dapat mengkatalisis langkah pertama dalam oksidasi kolin.

Selain itu, &4;/ mungkin tidak ber:ungsi se"ara eksklusi: dalam konersi betaine

aldehyde ke G&. Misalnya, &4;/ mengkatalisis oksidasi dan I atau detoBi f kasi dari

berbagai senyaa, yang meliputi dimethylsul:oniopropionaldehyde dan

aminoaldehydes (rossat, athinasabapathi ) /anson 1997!.

4da dua gen untuk &4;/ dalam genom jelaiA &&;1 dan &&;* (%akamura et al,

*1' ujiara et al *+..!. &&;1 mengkodekan en$im peroBisomal, sementara


4/23

&&;* mengkodekan en$im sitosol (ujiara et al. *+!. Meskipun temuan ini tidak

mengesampingkan kemungkinan baha &4;/ atau kegiatan yang mungkin hadir

dalam kloroplas, itu menantang kesimpulan, men"apai sebagai hasil dari penelitian

di henopodia"eae, baha kedua langkah dalam sintesis G& terjadi se"ara eksklusi:

di kloroplas. 6ika G& dapat disintesis oleh sitosol &&;* di barley, langkah pertama

dalam oksidasi kolin juga mungkin terjadi di "ytosol.he yang sama mungkinberlaku untuk &&;1 di 8eroksisom. 8enelitian lebih lanjut diperlukan untuk "on f rm

biosintesis G& di sitosol.

8ada tanaman barley, akumulasi G& meningkatkan baah tekanan garam dan

tingkat akumulasi tersebut lebih besar di daun muda daripada yang lama (ujiara

et al. *+!. ingkat transkrip &&;* naik jauh di sel parenkim askular tanaman

garam-stres. ;i akar baah stres garam, &&;1 transkrip terdeteksi di sel epidermis,

sedangkan &&;* transkrip terdeteksi di 8eri"y"le tersebut. &4;/ sendiri terdeteksi

di sekitar pembuluh Bilem daun, dan di 8eri"y"le dan epidermal sel akar tanaman

saltstressed. /asil ini menunjukkan baha G& disintesis dalam jaringan askular

daun dan di 8eri"y"le akar.

ransporter dari G&

>ksogen diterapkan G& ini mudah diambil oleh sel-sel tanaman, tetapi sedikit yang

diketahui tentang transportasi dari G& dalam sel tanaman. Sangat mungkin baha

transporter dari G& yang terletak di membran plasma, tetapi tidak ada G&-spesifk

transporter telah dilaporkan sampai saat ini. 8engangkutan G& dari sitosol ke

berbagai kompartemen subselular juga kurang dipahami.

;alam bayam, misalnya, mayoritas G& yang terakumulasi dalam respon terhadap

stres garam ditemukan dalam kloroplas, dan konsentrasi G& di kloroplas terisolasi

dari kontrol dan tanaman bayam garam-stres adalah ,7 dan 2,2 mmol mg -1

klorofl, masing-masing (obinson ) 6ones 19+2! . suatu dihasilkan konsentrasigradien amplop kloroplas menunjukkan adanya mekanisme f " transportasi

tertentu. Meskipun sedikit yang diketahui tentang transportasi $at terlarut

kompatibel dalam sel tanaman, S"ha"ke et al. (1999! menunjukkan baha produk

dari gen @e8ro1 tomat, homolog dari transporter prolin di 4rabidopsis, mengangkut

G& dengan tinggi afnitas dan kedua prolin dan g-amino asam butirat (G4&4!

dengan rendah afnitas, jika dinyatakan dalam ragi. /asil yang sama juga dilaporkan

untuk transporter G4&4, 8ro*, yang gen dikloning dari 4rabidopsis (&reitkreu$ et

al. 1999!. ;alam hal ini, transportasi G4&4 dimediasi 8ro* as sangat dihambat

oleh G&, menunjukkan baha G& memiliki yang kuat afnitas untuk transporter.

/asil ini menunjukkan baha transporter kedua prolin dan G4&4 mungkin ber:ungsi

dalam transportasi G&. ?eda et al. (*1! kloning gen untuk transporter proline(/8ro! dari akar barley garam-stres. Mereka menunjukkan baha penyerapan

prolin oleh sel-sel ragi yang menyatakan /8ro tidak dihambat oleh G&,

menunjukkan baha /8ro tidak bertindak sebagai transporter dari G&.

ranslokasi G& pada tanaman

ranslokasi 1F-label G& pada tanaman barley menunjukkan baha G& translokasi,

kemungkinan besar, melalui Joem (@adyman, /it$ ) /anson 19+!. 8anas girdling


5/23

selubung daun men"egah ekspor 1FH -G& dari helaian daun. ernyata G&,

disintesis oleh daun deasa saat terpapar tanaman terhadap stres abiotik,

berperilaku sebagai produk akhir inert, yang, setelah kembali penyiraman tanaman,

itu translokasi ke daun berkembang. Makela et al. (1992! men"apai kesimpulan

yang sama dari hasil per"obaan dengan tanaman tomat. ;i gula bit (&. ulgaris!

tanaman, ;11-betaine diterapkan eksogen ke daun tua itu translokasi istimeadalam daun muda dan akar (amada et al. *9!.

Ketika G& diaplikasikan daun deasa tunggal tanaman tomat, sebagian besar dari

G& dimasukkan itu translokasi ke jaringan meristem yang mengandung, yang

termasuk kun"up oer J dan menembak apeks (8ark ) hen *2!. &erbagai

tingkat G& dalam organ tanaman yang berbeda ditunjukkan akti: dan, mungkin,

translokasi diatur dari situs asli dari aplikasi dan akumulasi. ranslokasi G& dengan

asimilasi :otosintesis juga telah dilaporkan, khususnya untuk se"ara akti: tumbuh

dan berkembang bagian tanaman, yang menunjukkan baha transportasi jarak jauh

dari G& phloemrelated (Makela et al. 1992!. ;alam G&-terakumulasi 4rabidopsis

transgenik (Sulpi"e et al. *0! dan tomat (aman et al. *F, *7a! tanaman,

tingkat tertinggi G& ditemukan di akti: tumbuh jaringan, seperti bunga-bunga danpu"uk batang, menunjukkan baha G& adalah se"ara efsien translokasi dari

sumber ke jaringan melalui Joem.

eagenIindu"er dari biosintesis G&

8ada tanaman yang menumpuk G& se"ara alami, akumulasi kadar G& diinduksi oleh

stres abiotik, seperti garam yang tinggi, kekeringan dan dingin (6agendor: ) akabe

*1!. "ekaman abiotik adalah, apalagi, tidak hanya indu"er dari akumulasi G&.

&erbagai ma"am senyaa telah terbukti menginduksi akumulasi G& pada tanaman

barley (6agendor: ) akabe *1!, termasuk garam anorganik (Kl, Mal *, @il dan

%a*S=F!, oksidan (/*= dan kumena hidroperoksida! dan senyaa organik (absisat

asam, polymiBin &, n-butanol, asam salisilat dan asam asetilsalisilat!. 3ni masihharus ditentukan apakah pemi"u tersebut juga akti: dalam tanaman lain yang

menumpuk G&. 8enelitian lebih lanjut dengan induser ini dari akumulasi G&

mungkin memberikan petunjuk untuk jalur transduksi sinyal yang menginduksi

akumulasi G&.

>%G3%>>3%G G>%>3K ;43

&3=S3%>S3S = G& ;3 4%4M4%

Kloning berbagai gen untuk en$im yang pengkatalis biosintesis G& telah dilaporkan,

dan banyak jalur tanaman transgenik telah diproduksi yang mengekspresikan gen

G&-biosintesis dari bakteri (abel *! dan tanaman (abel 0!. &erbagai tanamantransgenik menumpuk G& di berbagai tingkat dan menunjukkan toleransi

ditingkatkan untuk berbagai jenis stres (abel * ) 0!. Sebagian baris tanaman yang

telah direkayasa untuk mensintesis G& yang berasal dari tanaman yang alami non-

akumulator dari G& dan tanaman transgenik mengakumulasi hanya tingkat rendah

G&. ;alam kelompok ini tanaman, akumulasi terbesar dari G& ditemukan di

tanaman padi od4-transgenik (D,0 mmol g-1 5' Sakamoto, 4lia ) Murata 199+!.

;alam akumulator alami G&, jagung, tingkat tertinggi G& terakumulasi dalam


6/23

tanaman beta-transgeni" D,7 mmol g-1 5 daun (Luan et al. *Fa!. ingkat ini

lebih tinggi dari yang di-ild type (5! tanaman mengalami kekeringan,

menunjukkan baha tanaman transgenik mampu mengumpulkan jumlah yang lebih

besar dari G& dari jumlah maksimum tanaman 5 (abel 1!.

5aditee et al. (*D! mentrans:ormasi 4rabidopsis dengan gen untuk GSM dan

S;M dari 4phanothe"e halophyti"a (ditunjuk 4pGSM dan 4pS;M, masing-masing!. Mereka melaporkan baha jumlah G& akumulasi lebih tinggi daripada

mereka pada tanaman trans:orman dengan gen untuk en$im "holine-oBidi$ing.

%amun, tingkat maksimum G& pada tanaman transgenik mereka dekat dengan *,

mmol g -1 5, ketika tanaman disuplai dengan ,1 m %al dan D mm glisin. ;engan

demikian, tindakan gabungan 4pGSM dan 4p;M tidak tampak lebih berguna

daripada "holineoBidi$ing en$im untuk rekayasa biosintesis G& pada tanaman.

Su et al. (*2! menghasilkan beberapa baris tanaman padi transgeni" pemroduksi-

G&, di mana gen "oB untuk oksidase kolin dari 4rthroba"ter pas"ens, menyatu ke

urutan kloroplas-penargetan, diekspresikan di baah kontrol promotor indu"ible

stresi (S38! atau promotor dari gen untuk ubiuitin (?&3!, yang akti: se"arakonstituti:. ingkat tertinggi akumulasi G& (*,2 mmol g ;5! di lini S38 yang telah

tumbuh di baah kondisi garam tidak setinggi yang di lini ?&3 (0,1 mmol g -1 -1

;5!. =leh karena itu, penggunaan S38 tidak lebih e:ekti: untuk produksi G&

daripada konstituti: akti: ?&3 promotor. %amun, kondisi pertumbuhan garam

meningkatkan akumulasi G& sebanyak +9E di lini S38, sedangkan peningkatan

maksimal hanya FFE terlihat pada lini ?&3. Meskipun konsentrasi yang lebih rendah

dari G&, toleransi stres garis S38 adalah se"ara signifkan lebih tinggi dari garis ?&3,

menunjukkan baha toleransi stres tanaman S38 tidak disebabkan semata-mata

untuk peningkatan konten G&.

Studi aal dari akumulator alami G& di:okuskan pada peran G& dalam menjaga

potensi osmotik sel, dan konsentrasi e:ekti: G& diasumsikan sangat tinggi. %amun,kontribusi G& yang diinduksi stress dan akumulasi G& se"ara transgeni" dengan

total potensi osmotik sel ke"il dan tidak sepenuhnya menjelaskan peningkatan

terkait dalam toleransi stres. ;i semua lini disebutkan sebelumnya tanaman

transgenik, tingkat G& berada di baah kisaran dilaporkan untuk tanaman yang

menghasilkan G& alami (abel 1!.

sehubungan dengan kemungkinan keuntungan dari modifkasi genom kloroplas,

sebagai perbedaan dari genom nuklear, dalam aplikasi pertanian, ada dua repost

dari rekayasa genetik genom plastid untuk sintesis G&. ekayasa genetika dari

genom kloroplas ortel, yang mengakibatkan ekspresi gen untuk &4;/ dari bayam,

diberikan toleransi yang kuat terhadap stres garam (Kumar, n;hingra ) ;aniell*F!. ingkat tertinggi G& dekat dengan 1 mmol g

-1 ;5, yang merupakan leel tertinggi yang dilaporkan di G&-mengumpulkan

tanaman transgenik sampai saat ini. Nhang et al. (*+! menggambarkan

trans:ormasi genetik genom plastid tanaman tembakau dengan gen untuk M=:rom

gula bit. ingkat G& dalam daun tanaman tembakau yang dihasilkan berkisar ,*-

,D mmol g -1 5, dan G& tampaknya dilokalisasi se"ara eksklusi: di kloroplas.


7/23

Meskipun upaya besar telah dilakukan untuk meningkatkan tingkat keseluruhan G&

dalam tanaman transgenik, melaporkan tingkat G& masih relati: rendah jika

dibandingkan dengan tingkat di akumulator alami G& setelah eksposur mereka

terhadap stres abiotik (abel 1!. Selain itu, kami belum mengerti mengapa hal

tersebut tidak mungkin untuk men"apai tingkat yang lebih tinggi dari G& dalam

tanaman transgenik.4da dua :aktor yang dikenal yang dapat membatasi akumulasi G& di kloroplas

tanaman transgenikA ketersediaan kolin endogen (/uang et al, *.! ;an

transportasi kolin di amplop kloroplas (M"%eil et al, *.!. /uang et al. (*!

memperkenalkan langkah-langkah metabolisme untuk oksidasi kolin untuk G&

menjadi tiga spesies yang beragam - 4rabidopsis thaliana, &rassi"a napus dan

tembakau (%i"otiana taba"um!. ;alam spesies ini, pasokan eksogen kolin se"ara

signifkan meningkatkan tingkat akumulasi G&, menunjukkan baha suplemen kolin

diperlukan untuk peningkatan tingkat G& dalam tanaman transgenik. Selanjutnya,

pembentukan model untuk kinetika pelabelan metabolit kolin telah mengungkapkan

baha impor kolin dalam kloroplas membatasi sintesis G& di kompartemen ini

(M"%eil et al. *!. Selanjutnya, %u""io et al. (199+! menemukan baha aktiitas8>4M adalah 0 sampai 1 kali lebih rendah dalam tembakau dibandingkan

dengan bayam, menunjukkan baha mungkin menjadi alasan utama mengapa ada

keterbatasan dalam penyediaan kolin endogen di tanaman tembakau, non-G&-

akumulator. 8ada tumbuhan, biosintesis kolin terjadi se"ara eksklusi: di sitosol

(M"%eil et al. *! penelitian .Mereka telah memberikan f "ontoh pertama dari

biosintesis rekayasa kolin, dan telah menunjukkan baha akumulasi G& dapat

se"ara signifkan meningkat pada tanaman transgenik yang biasanya menumpuk

G& hanya untuk tingkat yang sangat terbatas (M"%eil et al. *1!. =leh karena itu,

ada kemungkinan baha peningkatan aktiitas 8>4M di non-G&-akumulator dapat

lebih meningkatkan tingkat akumulasi G& dalam tanaman transgenik.

GB MELINDUNGI THE fotosintesis MESIN TERHADAP EFEK Sinergis CAHAYA STRES

DAN JENIS LAIN ce!"!n !#iotice!"!n !#ioti "eng$!"#!t %er#!i!n fotosiste" II

%e"#&!!n org!nis"e fotosinteti ter$!'!% $!si( c!$!)! )!ng &!t '!(!" in!ti*!si fotosiste" II

+PSII, +Aro- .irgin / An'ersson 0112,3 Feno"en! ini 'ise#&t se#!g!i %$otoin$i#ition3 K!ren!energi c!$!)! !'!(!$ e&!t!n %en'orong &nt& fotosintesis- %$otoin$i#ition ti'! '!%!t

'i$in'!ri '!(!" org!nis"e fotosinteti3 N!"&n- org!nis"e fotosinteti )!ng

"!"%& "eng!t!si efe r!c&n c!$!)! 'eng!n %er#!i!n PSII ce%!t '!n efisien +Aro et !( 011243Go"#os- 5!'! / M&r!t! 01164 5!'!- Go"#os / M&r!t! 0116,3 7(e$ !ren! it&- se8!&$ "!n!

%$otoin$i#ition terg!nt&ng %!'! esei"#!ng!n !nt!r! %$oto'!"!ge &nt& PSII '!n %er#!i!n

er&s!!n terse#&t3 D!(!" se"! 9(!si9 "e!nis"e %$otoin$i#ition- 'i!s&"si!n #!$:!re!ti* o;)gen s%esies +R7S,- )!ng 'i%ro'&si o(e$ energi c!$!)! #er(e#i$- "enon!tif!n %&s!tre!si fotoi"i! PSII3 N!"&n- #&ti )!ng 'i&"%&(!n se!r!ng "en&n8&!n #!$:! efe

&t!"! R7S !'!(!$ %eng$!"#!t!n %er#!i!n %$oto'!"!ge' PSII ter&t!"! o(e$ %ene!n!n

sintesis %rotein 'e no*o +Nis$i)!"!- A((!$*er'ie* / M&r!t! ,3 P$oto'!"!ge "&ngin'i%r!!rs!i o(e$ efe (!ngs&ng '!ri c!$!)! %!'! PSII '!n- e"&ngin!n #es!r %!'! o"%(es

%enge"#!ng!n osigen +H!!(! et !(


8/23

ingkat photodamage untuk 8S33 sebanding dengan intensitas "ahaya insiden (atau:oton densitas Juks! (yystjOri ) 4ro 1992' 4llakherdie ) Murata *F! .suatulaju perbaikan photodamaged 8S33 juga tergantung pada intensitas insiden "ahaya,tapi men"apai maksimum di baah "ahaya yang relati: lemah (4llakherdie )Murata *F!. ingkat perbaikan sangat tertekan oleh berbagai jenis stres, sepertistres oksidati: (%ishiyama et al, *1'. 4llakherdie ) Murata *F'. %ishiyama et

al *F!., Stres garam (4llakherdie et al, **' 4l-aeel et al . *7! dan stressuhu rendah (4llakherdie ) Murata *F!, dengan mengakibatkan peningkatan ditingkat photoinhibition. 8enelitian aal menunjukkan baha stres oksidati: dapatmenghambat pemanjangan peptida selama translasi (%ishiyama et al. *1, *F!.;alam sebuah analisis dari sistem translasi "yanoba"terial se"ara in itro, hidrogenperoksida mengoksidasi :aktor elongasi G (>-G!, menyebabkan perubahankon:ormasi dalam :aktor dan, dengan demikian, menyela translasi (Kojima et al.*7, *9!. ;engan demikian, stres ringan dan jenis-jenis stres abiotik mun"uluntuk bertindak se"ara sinergis pada 8S33 selama photoinhibition (Murata et al.*7!.8enghambatan perbaikan 8S33 oleh berbagai jenis stres abiotik mungkin dimediasioleh mekanisme yang melibatkan =S (akahashi ) Murata *+!. Gambar 1

menunjukkan skema hipotetis untuk hubungan antara transportasi elektron, fksasidari =* dalam siklus alin dan penghambatan sintesis protein ;1, yangmerupakan komponen utama dari 8S33. erbatasnya fksasi :otosintesis dari =*menurunkan peman:aatan %4;8/, dengan mengakibatkan penurunan di tingkat%4;8 C. Karena %4;8C merupakan akseptor utama elektron pada :otosistem 3(8S3!, pengurangan %4;8 C memper"epat transpot elektron untuk molekul oksigen,dengan menghasilkan /*=* ia =* (4sada 1999!. Konsisten dengan skema yangdiusulkan ini, terganggunya fBasi :otosintesis =* memper"epat produksi /*=*,yang, pada gilirannya, diasumsikan menghambat sintesis protein dan, dengandemikian, perbaikan 8S33.Sebuah studi di hlamydomonas reinhardtii menunjukkan baha terganggunyafBation :otosintesis =* dengan aplikasi glikolaldehida eksogen, penghambat

phosphoribulokinase, atau dengan mutasi missense pada gen untuk sub unit besarribulosa-1,D-bi:os:at karboksilase I oksigenase (ribulosa 1 P D-bi:os:at karboksilase Ioksigenase' ubis"o! gagal untuk memper"epat photodamage untuk 8S33 tetapitidak menghambat perbaikan photodamaged 8S33 (akahashi ) Murata *D!.;alam studi lain dengan kloroplas utuh dari bayam, penghambatan perbaikanphotodamaged 8S33 pada terganggunya fBation :otosintesis =* ini disebabkanpenghambatan sintesis protein 8S33 dan, khususnya, protein ;1, pada tingkattranslasi (akahashi ) Murata *2!.

stres %!n!sSe#&!$ st&'i #!r&@#!r& 'eng!n c)!no#!cteri&" co'A@tr!nsgeni- S)nec$ococc&s s%3 PCC 16@?6 C- '!n "e(in'&ngi

%&s!t re!si fotoi"i!- 'eng!n %ergeser!n e !t!s s&$& ?= in!ti*!si ?0@? C3 B!$!n-efe %e(in'&ng t!"#!$!n '!ri GB 8e(!s '!(!" on'isi stress c!$!)!3 Keti! se'!ng stres %!n!s-

se%erti in!si se( %!'! 6= C- 'io"#in!si!n 'eng!n stres ring!n- PSII ti'! !tif 'eng!n

ce%!t- "esi%&n "!sing@"!sing in'i*i'& stres- #i(! 'iter!%!n sec!r! ter%is!$- "engin!tif!n

o"%(es osigen@e*o(*ing "!&%&n %&s!t re!si fotoi"i!3 Pene(iti!n (e#i$ (!n8&t "en&n8&!n


9/23

#!$:! stres %!n!s se'!ng "eng$!"#!t %er#!i!n PSII se(!"! %$otoin$i#ition 'eng!n

"engg!ngg& sintesis '!ri %rotein D0 'e no*o t!%i ti'! "e"%erce%!t %$oto'!"!ge sec!r!

(!ngs&ng3 Co'A tr!nsgen '!n 8&g! !&"&(!si GB "eng&r!ngi efe %eng$!"#!t!n '!ri stres%!n!s "o'er!t ter$!'!% %er#!i!n PSII 'eng!n "e"%erce%!t sintesis %rotein D03tanaman transgenik tembakau, yang telah diubah dengan gen &4;/ untuk betainealdehyde dehydrogenase dari bayam, akumulasi G& di tingkat ,F2-F,2 mmol g-15 di kloroplas mereka (ang, @iang ) @u *D!. 4similasi =* oleh tanamantransgenik itu se"ara signifkan lebih toleran terhadap suhu tinggi daripadatanaman 5. ang et al. (*D! menguantifkasi aktiitas 8S33 dengan mengukurklorofl J uores"en"e dan aktiitas ubis"o dengan memantau penggabungan 1F=* dan mereka menemukan baha penignkatan perlindungan :otosintesisterhadap suhu tinggi dalam tanaman transgenik adalah tidak berhubungan denganaktiasi langsung dari 8S33, tapi disebabkan oleh peningkatan aktiasi ubis"o olehubis"o a"tiase.8ada suhu tinggi, ubis"o a"tiase di :raksi stroma menjadi terkait denganmembran tilakoid, dengan mengakibatkan penurunan di tingkat aktiasi ubis"o(ang et al. *D!. G& mun"ul untuk mendukung aktiasi ubis"o dengan men"egah

penyerapan, dalam membran tilakoid, dari ubis"o a"tiase dari :raksi stroma ygterlarut dan, dengan "ara ini, ia meningkatkan toleransi asimilasi =* stres suhutinggi. /asil ini menunjukkan baha akumulasi G& in io mengarah padapeningkatan thermotoleran"e dari ubis"o a"tiase melalui pen"egahan asosiasisuhu diinduksi tinggi ubis"o a"tiase dengan membran tilakoid (ang et al. *D!.4nalisis lebih lanjut dari tanaman tembakau transgenik (ang et al. *7!menunjukkan baha akumulasi G& in io tampaknya mengurangi akumulasi =Sselama stres panas dengan mempertahankan atau meningkatkan kegiatan =Ss"aenging en$im (yaitu, katalase, peroksidase askorbat,glutathione reduktase, dehydroas"orbate reduktase, dan monodehydroas"orbatereduktase! dan, juga, dengan meningkatkan kadar antioksidan, seperti askorbat danglutation tereduksi. /asil ini menunjukkan baha akumulasi G& mungkin

meningkatkan thermotoleran"e melalui penindasan akumulasi =S dan, juga,melalui perbaikan disempurnakan 8S33 yang telah akti: oleh stres ringan.

stres g!r!"t!n!"!n tr!nsgeni 'ire!)!s! &nt& "en&"%& GB 'i 'iting!t!n %!"er!n egi!t!n PSII *i*o

'i #!:!$ stres g!r!"3 t!n!"!n terse#&t ter"!s& g!ris Ar!#i'o%sis tr!nsgeni )!ng

"enges%resi!n- "!sing@"!sing- gen #!teri Co'! +H!)!s$i et !(3 011,- gen CM7 '!ri #!)!"

+Hi#ino et !(3


10/23

"eng&r!ngi efe %eng$!"#!t!n ini3 #(otting Ut!r! "eng&ng!%!n #!$:! ting!t tr!nsri% gen

PSBA- )!ng "en)!n'i!n %rotein D0- ti'! sec!r! signifi!n 'i%eng!r&$i o(e$ stres g!r!" !t!&

tr!nsfor"!si3 H!si( ini "en&n8&!n #!$:! stres g!r!" "ening!t!n %$otoin$i#ition 'eng!n"eng$!"#!t %er#!i!n PSII '!n #!$:! tr!nsgen !tE "ening!t!n et!$!n!n ter$!'!% stres

g!r!" '!ri "esin tr!ns(!si 'i (oro%(!s3

Y!ng et !(3 +


11/23

dingin itu sangat berkurang di 4rabidopsistanaman yang telah diubah dengan gen "oda "himeri" untuk kloroplas bertargetkolin oksidase. Mereka menemukan baha tingkat photoinhibition setelah dinginperaatan di D Q selama F jam di baah sinar konstan pada *D mmol :oton m-*s-1 adalah sekitar +E di daun 5, tetapi hanya FDE di daun dari tanamantransgenik.

4lia et al. (1999! menunjukkan baha, ketika daun dari tanaman 5 4rabidopsisyang telah tumbuh pada ** Q diinkubasi pada 1 Q dalam kegelapan atau dibaah "ahaya intensitas rendah (7 mmol :oton m-* s-1! untuk berbagai periodeaktu , tidak ada inaktiasi jelas dalam 8S33 terjadi di daun baik dari 5 atautanaman transgenik. Ketika daun terkena intensitas tinggi "ahaya (1,* mmol :otonm-* s-1! pada 1 Q dan *D Q , kompleks 8S33 itu tidak akti: dalam daun dari kedua

jenis. %amun, daun tanaman transgenik kurang sensiti: dibandingkan 5 daunphotoinhibition pada kedua suhu. 3naktiasi :oto-diinduksi dari 8S33 karena, mungkin,kerusakan pada protein ;1, sedangkan perbaikan kompleks 8S33 meliputi degradasiprotein ;1, serta sintesis, re-penggabungan ke kompleks 8S33, dan pengolahan dariprekursor protein ;1 untuk menghasilkan protein ;1 :ungsional.?ntuk menyelidiki apakah e:ek perlindungan dari G& pada 8S33 in io mungkin

terkait dengan sintesis protein di kloroplas pada suhu rendah, 4lia et al. (1999!dipantau photodamage ke 8S33 di hadapan lin"omy"in, inhibitor sintesis protein dikloroplas. ;i baah "ahaya yang kuat (1,* mmol :oton m-* s-1! pada 1 Q atau *DQ , lin"omy"in se"ara signifkan mengurangi perbedaan dalam tingkatphotoinhibition antara 5 dan daun transgenik, sedangkan lin"omy"in tidakberpengaruh pada aktiitas 8S33 kompleks selama inkubasi daun dalam kegelapan.Selain itu, e:ek dari suhu pada photodamage untuk 8S33 menghilang di kedua jenisdaun. 8er"obaan ini menunjukkan baha pemulihan photodamage dari 8S33diper"epat dengan kehadiran G& dalam kloroplas tanaman transgenik. Ketika 8S33dalam daun dari 5 dan tanaman transgenik itu tidak akti: ke berbagai luasan olehpaparan "ahaya yang kuat dan kemudian dibiarkan untuk pulih, 8S33 di daun daritanaman transgenik pulih lebih "epat dari yang di daun dari tanaman 5.

8engamatan ini menunjukkan baha langkah di mana G& melindungi 8S33 terhadapkombinasi stres ringan dan stres dingin adalah perbaikan 8S33 dan, khususnya,perbaikan kompleks oksigen berkembang. 4da kemungkinan baha G& mungkinmenstabilkan ubis"o dan mengurangi produksi =S pada suhu rendah (Murata etal. *7!.otosistem 33 dari tanaman 4rabidopsis transgenik dijelaskan sebelumnya jugadipamerkan toleransi ditingkatkan untuk pembekuan (Sakamoto et al. *!. 5dan daun transgenik dibekukan dengan suhu dari sampai -1* Q , dan kemudiandipanaskan sampai suhu kamar. 8S33 di daun transgenik tetap lebih akti: setelahsebuah episode dari kedinginan suhu yang lebih rendah dari yang di daun 5.

stres os"oti

&!n et !(3 +=== %!'! !ti*it!s PSII %!'! t!$!% tig! '!&n3 Se(!"!%er!:!t!n os"oti@stres 'i foton f(&s e%!'!t!n 0 ""o( foton "@< s@0 &nt& ? '- !ti*it!s PSII

%!'! t!n!"!n 5T- se#!g!i"!n! 'itent&!n 'eng!n "e"!nt!& ineti! f( &orescence- #er&r!ng

"en8!'i ? '!ri egi!t!n !:!(- se"ent!r! )!ng %!'! t!n!"!n tr!nsgeni $!n)! 'i&r!ngi"en8!'i =@? '!ri egi!t!n !:!(3 Ting!t #ersi$ fotosintesis %!'! t&"#&$!n 5T 8!t&$ e 2?

'!ri ting!t !:!(- se'!ng!n %!'! t!n!"!n tr!nsgeni 8!t&$ e 6=@?= '!ri ting!t !:!(3 H!si(

ini "en&n8&!n #!$:! !ti*it!s fotosintesis (e#i$ st!#i( '!(!" t!n!"!n tr!nsgeni


12/23

'i#!n'ing!n t!n!"!n 5T #!:!$ te!n!n os"oti3 Keti! stres os"oti 'iter!%!n %!'!

t!n!"!n- t!rget %ert!"! t!"%!n)! ATP sint!se- '!n in!ti*!si )!ng "eng!r!$ e 'efisit ATP

'!(!" se( +F(e;!s / Me'r!no K intraseluler />

@=K4@3S4S3 = G& =% =@>4%S3

?%?K "ekaman abiotik

8ada kebanyakan studi tanaman rekayasa genetika yang terakumulasi G&, en$im

untuk sintesis G& yang ditargetkan untuk kloroplas, sedangkan, dalam penelitian

lain, en$im yang ditargetkan ke sitosol (non-target!, ke mitokondria, atau untuk baik

sitosol dan kloroplas se"ara bersamaan (abel * ) 0!. >:ek dari akumulasi G& di

kloroplas telah diperiksa se"ara luas pada tanaman rekayasa genetika yang

mengekspresikan gen "oda bakteri yang produknya ditargetkan organel ini (abel

*!. tanaman transgenik tersebut terakumulasi G& terutama di kloroplas mereka,

dan mereka menunjukkan toleransi terhadap berbagai "ekaman abiotik pada

berbagai tahap perkembangan (aman et al. *F! ditingkatkan. =leh karena itu,

upaya telah dilakukan untuk menentukan apakah itu adalah lokalisasi sintesis G& di

kompartemen subselular tertentu dan I atau tingkat akumulasi G& yang

menentukan tingkat toleransi tersebut.

>:ek dari lokalisasi subselular dari sintesis dan akumulasi G& pada toleransi stress f

rstly diperiksa pada tanaman padi (Sakamoto et al. 199+!. tanaman padi

menunjukkan tingkat yang lebih tinggi toleransi terhadap "ekaman abiotik ketika

mereka mengekspresikan kolin oksidase kloroplas bertarget dan G& lebih

terakumulasi dalam kloroplas daripada di sitosol. Mesin :otosintesis juga lebih

terlindungi terhadap stres garam dan stres dingin ketika tanaman mengekspresikan

oda gen kloroplas bertarget daripada gen "oda nontargeted, yang produknya lokal

terutama dalam sitosol, meskipun tanaman selanjutnya dapat mengakumulasi

hingga lima kali lebih G& dari sebelumnya (Sakamoto et al.199+!.

aman et al. (*F! yang dihasilkan tanaman tomat transgenik yang

mengekspresikan gen oda bakteri untuk kolin oksidase yang ditargetkan kloroplas.

anaman akumulasi G& di kloroplas dan dipamerkan ditingkatkan toleransi terhadap

dingin selama seluruh siklus hidup mereka, dari perke"ambahan biji ke tahap

reproduksi (aman et al. *F!. Menargetkan kolin oksidase ke kloroplas

mengakibatkan hanya akumulasi yang sangat terbatas G& di daun transgenik (,9-

,0 mmol g-1 5'. aman et al *F!. anaman tomat transgenik yang


13/23

mengekspresikan kloroplas bertarget kolin oksidase akumulasi sampai dengan +2E

dari total G& di kloroplas mereka, memberikan "ontoh terbaik dari korelasi tertinggi

antara konten G& dan tingkat toleransi dingin dalam hal perlindungan 8S33 terhadap

rendah suhu (aman et al. *F!.

aman et al. (*7a! dibandingkan tanaman transgenik tomat yang kolin oksidase

ditargetkan kloroplas (hl-oda garis!, ke sitosol (yt-oda garis!, dan untuk keduakloroplas dan sitosol se"ara bersamaan (hlyt-oda garis!. he yt-oda dan

hlyt-oda garis akumulasi sampai dengan D.- dan 2,2 kali lipat lebih G&,

masing-masing, dalam daun mereka daripada garis hl-oda (,0 mmol g 5!.

;alam pemeriksaan daun 5 D-minggu-tua dan bibit transgenik terkena stres

dingin, tanaman transgenik dipamerkan toleransi lebih kuat dari 5plants. %amun,

tanaman yt oda dengan tingkat tinggi G& di sitosol tampaknya kurang mampu

melindungi sel dari kebo"oran ion dan kurang mampu menurunkan kadar /*=* dari

tanaman hl-oda. pengamatan ini menunjukkan baha akumulasi G& di kloroplas

lebih e:ekti: dalam menurunkan tingkat /*=* dan dalam melindungi sel-sel dari

kebo"oran ion (mungkin karena kematian sel! daripada akumulasi G& di sitosol.

aman et al. (*7a! juga membandingkan tanggapan dari 5 dan tiga jenis

tanaman tomat transgenik stres dingin dan garam pada tahap pembibitan dan pada

tahap perke"ambahan, masing-masing, serta luasan dari photoinhibition baah

tekanan dingin dan stres oksidati:. ?ntuk semua parameter yang diukur, tanaman

transgenik umumnya lebih toleran terhadap "ekaman abiotik. Garis hl-oda

dipamerkan sama (ketika I m dan tingkat perke"ambahan dibandingkan! atau

lebih besar (saat pertumbuhan bibit dibandingkan! toleransi terhadap tekanan ini

dibandingkan dengan dua jenis tanaman transgenik, meskipun tingkat G& adalah

terendah di tanaman hl-oda. 4da f kan korelasi signifkan antara tingkat G& di

kloroplas (* R .D, 8 ,1! dan tingkat toleransi terhadap stres oksidati:,

sedangkan tidak ada korelasi jelas antara tingkat sitosol dari G& dan toleransi stres,

menunjukkan baha tingkat yang lebih tinggi dari G& di kloroplas mungkin lebih

meningkatkan toleransi stres. aman et al. (*7a! menyimpulkan baha akumulasi

G& di kloroplas adalah parameter yang paling penting dalam perlindungan tanaman

terhadap "ekaman abiotik.

8ark, 6ekni"# ) hen (*2! menunjukkan baha eksogen diterapkan dan

dimasukkan G& terlokalisasi terutama di sitosol, sementara hanya sebagian

terbatas dari G& dimasukkan dibaa ke kloroplas. =leh karena itu, adalah mungkin

baha kedua daun-diterapkan G& dan G& yang disintesis di sitosol diangkut ke

kloroplas, tetapi hanya sampai batas ke"il.

8ada tanaman jagung yang telah diubah dengan gen beta untuk sitosol bertarget

;/, jumlah total G& di daun setinggi D,7 mmol g-1 5, yang jauh lebih tinggi dari

yang di daun tanaman 5 (1,2 mmol g -1 5! (Luan et al. *Fa, b!. %amun,

konsentrasi G& di kloroplas tanaman jagung and5 transgenik dekat dengan ,1

mmol g-1 5, dan tidak ada perbedaan yang signifkan antara kedua jenis tanaman

(Luan et al. *Fa! . =leh karena itu, Luan et al. (*Fa, b! mendalilkan baha

ditingkatkan toleransi terhadap stres dingin dan kekeringan telah dihasilkan dari G&

sitosol. ara di mana sitosol G& dapat melindungi aktiitas :otosintesis kloroplas

masih harus ditentukan.


14/23

4kumulasi G& di mitokondria (akabe et al. 199+! dan peroksisom (Kishitani et al.

*! tanaman padi juga meningkatkan toleransi terhadap "ekaman abiotik.

Misalnya, menargetkan produk gen dari gen beta dimodifkasi untuk mitokondria

meningkatkan toleransi tanaman padi transgenik terhadap stres garam (akabe et

al. 199+!. Kishitani et al. (*! melaporkan pengenalan ";%4 dari gen untuk &4;/

peroBisomal dari barley menjadi beras. anaman padi transgenik dikonersi tingkattinggi eksogen diterapkan betaine aldehyde untuk G& dan dipamerkan toleransi

tinggi terhadap garam, stres dingin dan panas, mempertahankan lebih tinggi dari

tingkat kontrol aktiitas 8S33 di baah stres garam. Meskipun produk dari transgen

untuk &4;/ ditargetkan peroksisom, tidak jelas di mana sintesis G& telah terjadi.

6ika G& disintesis di peroksisom, bagaimana mungkin melindungi 8S33 di kloroplasT

G& meningkatkan =@>4%S3 =G4% >8=;?KS3 terhadap "ekaman abiotik

;alam banyak tanaman tanaman, tahap reproduksi adalah tahap yang paling

sensiti: terhadap "ekaman abiotik, dan hasil akhir yang berkurang serius jika stres

abiotik terjadi pada tahap ini. ;engan demikian, perlindungan terhadap stres abiotik

pada tahap reproduksi sangat penting untuk hasil yang tinggi dari tanaman panendi daerah raan stres di seluruh dunia. 8engenalan jalur biosintesis dari G& menjadi

tanaman tanaman tampaknya menjadi strategi yang e:ekti: untuk meningkatkan

toleransi terhadap "ekaman abiotik dan meningkatkan hasil.

tanaman 4rabidopsis transgenik direkayasa untuk mensintesis G& pameran

ditingkatkan toleransi terhadap berbagai jenis stres selama perke"ambahan benih

dan pertumbuhan egetati: bibit (4lia et al 199+a, b'. /ayashi et al 199+'. 4lia et al

1999.!. 4nalisis tingkat G& pada tanaman 4rabidopsis oda-transgenik (dengan

kolin oksidase ditargetkan kloroplas! mengungkapkan baha organ yang berbeda

akumulasi berbagai tingkat G&, meskipun gen oda didorong oleh aM< 0DS

promoter konstituti: (Sulpi"e et al. *0!. ingkat G& di bunga, siliues dan apeks

perbungaan adalah sekitar lima kali lebih tinggi daripada di daun. 8engobatantanaman 5 dengan 1 mm %al selama 0 d mengakibatkan aborsi dari kun"up

bunga dan penurunan jumlah biji per siliue. pemeriksaan mikroskopis struktur

bunga mengungkapkan baha stres garam telah menghambat pengembangan

anter, putik dan kelopak. 8roduksi serbuk sari dan bakal biji juga se"ara dramatis

terhambat.

%amun, akumulasi G& tanaman transgenik, e:ek ini stres garam se"ara signifkan

berkurang. Selain itu, tanaman transgenik yang dihasilkan *1E lebih siliues dan

FDE lebih bibit dari tanaman 5 setelah pengobatan dengan 1 mm %al selama

0 d. ;engan demikian, akumulasi G& di organ reproduksi se"ara e:ekti: dilindungi

pembentukan bunga dan biji terhadap stres garam.Luan et al. (*Fa, b! mengubah jagung elit garis inbrida ;/F+22 dengan gen beta

untuk ;/ dari >. "oli. idak ada perbedaan dalam perkembangan reproduksi

antara garis transgenik dan kontrol (5! tanaman dengan tidak adanya "ekaman

kekeringan. Ketika tanaman di lapangan yang mengalami stres kekeringan selama 0

minggu, jumlah serbuk sari jatuh dan pembentukan telinga tertunda di kedua 5

dan tanaman transgenik. %amun, pengembangan reproduksi (dalam hal jumlah

serbuk sari dan aktu silking! tanaman transgenik adalah kurang serius terkena


15/23

dampak kekeringan dibandingkan tanaman 5. Setelah pengobatan kekeringan

selama 0 minggu, biomassa akar, tinggi tanaman, batang biomassa dan biomassa

daun garis transgenik semua lebih besar daripada tanaman 5. &erat gabah per

tanaman adalah 1 sampai *0E lebih tinggi di jalur transgenik dibandingkan

tanaman 5 karena jumlah yang lebih besar dari biji-bijian dan bobot 1 butir

lebih besar. ;engan demikian, organ-organ reproduksi G&-mengumpulkan tanamanjagung transgenik yang kurang dipengaruhi oleh kekeringan dibandingkan 5. idak

diketahui apakah atau tidak organ reproduksi tanaman jagung transgenik berisi

tingkat G& mirip dengan yang ditemukan di 4rabidopsis transgenik (Sulpi"e et al.

*0! dan tomat (aman et al. *F, *7b! tanaman meningkat.

tanaman tomat rentan terhadap stres dingin, dan paparan suhu di baah 1 Q

menyebabkan berbagai jenis kerusakan selama pertumbuhan tanaman dan

deelopment.4t tahap berbunga, dingin mengurangi iabilitas serbuk sari, dan

kegagalan antera merilis hasil serbuk sari dalam substansial pengurangan buah

yield.he hasil akhir dari tanaman tomat setelah episode stres dingin tergantung

pada persentase tanaman hidup, jumlah bunga tetap dan :ruitset. aman et al.

(*F! melaporkan baha, ketika 5 dan tanaman tomat oda-transgenik (dengankolin oksidase ditargetkan kloroplas! dingin pada 0 Q selama 7 d dan kemudian

kembali ke rumah ka"a yang hangat, *E dari tanaman 5 meninggal dalam aktu

tiga atau empat hari sedangkan hampir semua tanaman transgenik selamat.

Selama minggu pertama kembali rumah ka"a, hanya +*E dari bunga 5

dipertahankan, dibandingkan dengan ++-1E dari bunga oda-transgenik. Selain

itu, buah-set sangat berkurang pada tanaman 5 dibandingkan dengan tanaman

transgenik. Se"ara keseluruhan, G&-mengumpulkan tanaman tomat transgenik

dihasilkan rata-rata buah 1 sampai 0E lebih setelah "hilling.he ditingkatkan

toleransi pada tahap reproduksi mungkin dihasilkan dari akumulasi tingkat tinggi G&

di organ reproduksi. ingkat G& di kelopak, putik, dan antera (aman et al. *F!

yang *,+-0,+ kali lebih tinggi daripada di daun tanaman tomat transgenik, sepertiyang diamati sama pada tanaman 4rabidopsis oda-transgenik (Sulpi"e et al.

*0 !.

anaman transgeni" yang mengakumulasi G& M>M3@3K3 =G4% >8=;?KS3 @>&3/

&>S4 ;4% I 44? 4%GK4 &>S4 ;43 &363 ;43 K=%=@ K>3K4 tumbuh di baah

kondisi %=%-S>SS

&anyak gen yang terkait dengan stres toleransi telah digunakan dalam upaya untuk

insinyur toleransi stres, dan upaya ini telah bertemu dengan berbagai keberhasilan

(8ark ) hen *2!. %amun, tanaman transgenik yang dihasilkan sering

menunjukkan karakteristik :enotip yang tidak diinginkan, seperti retardasi

pertumbuhan ketika tanaman tumbuh di baah kondisi non-stres. Misalnya, -repeat :aktor yang mengikat (&! 1- tanaman tomat transgenik menunjukkan

darfsme jelas, selain penurunan buah-set dan dalam jumlah biji per buah (/sieh

et al **a'.. @ee et al *0!, dan tanaman kentang yang oereBpress 4t& gen

menghasilkan lebih sedikit dan lebih ke"il umbi dari tanaman 5 lakukan (8ino et

al. *7!. rans:ormasi dari 4rabidopsis dengan elemen-mengikat (;>&! 1a

konstruk dehidrasi-responsi: dan beras dengan baik membangun ;>&1 atau

=s;>&1 orthologous membangun pertumbuhan tanaman terhambat dalam setiap


16/23

kasus (Kasuga et al 1999'. 3to et al *2.!. ?ntuk meminimalkan e:ek samping

seperti yang tidak diinginkan, maka perlu menggunakan promotor stres tertentu,

seperti promotor dari gen yang dikenal sebagai responsi: terhadap pengeringan *94

(rd*94! dan baha gen untuk abs"isi" a"idresponsie kompleks 1 (4&1!, untuk

memastikan ekspresi gen masing di baah kondisi lingkungan tertentu (Kasuga et

al 1999'. @ee et al *0'.. 8ino et al *7!. tanaman transgenik yang mgakumulasitingkat tinggi manitol, sorbitol dan trehalosa juga menunjukkan peningkatan

toleransi terhadap stres, tetapi menunjukkan berbagai si:at yang tidak diinginkan

dalam kondisi nonstress (hen ) Murata **!.

?ntuk tanggal dan untuk yang terbaik dari pengetahuan kita, tidak ada laporan dari

G&-mengumpulkan tanaman transgenik yang menunjukkan si:at-si:at yang tidak

diinginkan ketika tumbuh di baah kondisi non-stres. Memang, beberapa G&-

mengumpulkan tanaman transgenik sebenarnya mengungguli tanaman 5

sehubungan dengan menghasilkan komponen. ;engan demikian, rekayasa genetika

dari akumulasi G& dalam tanaman transgenik tidak hanya meningkatkan toleransi

terhadap "ekaman abiotik tetapi juga dapat meningkatkan potensi hasil ketika

tanaman tumbuh di baah kondisi non-stres, memberikan kesempatan unik untukbioteknologi pertanian (hen ) Murata *+!.

8ada penelitian aal, kami men"atat baha, dalam kondisi non-stres, transgen

oda, dengan urutan kloroplas-penargetan, tidak memiliki e:ek negati: pada

perke"ambahan biji (4lia et al. 199+a, b! dan pertumbuhan tanaman 4rabidopsis

muda (4lia et al. 199+a!, sementara itu e:ek yang diinginkan dalam kondisi non-

stres, khususnya, pada tahap reproduksi. Misalnya, tanaman 4rabidopsis oda-

transgenik diproduksi **E lebih banyak bunga (dan siliues! dan *+E lebih bibit

dari tanaman 5 ketika tumbuh di baah kondisi non-stres (Sulpi"e et al. *0!.

Ketika 5 dan tanaman tomat oda-transgenik yang ditanam se"ara hidroponik

dalam rumah ka"a dalam kondisi normal, tidak ada perbedaan yang terlihat antaramereka di

hal :rekuensi perke"ambahan benih dan pertumbuhan tanaman muda sebelum

mun"ulnya kun"up bunga (aman et al. *7b!. &erbeda dengan dampaknya pada

organ egetati:, transgen oda jelas meningkatkan ukuran dari kun"up bunga dan

bunga dari tanaman tomat dalam kondisi normal (aman et al. *7b!. 8eningkatan

ukuran yang jelas dalam semua organ bunga. Se"ara khusus, oarium yang luar

biasa besar. bunga indiidu dari tanaman transgenik beratnya sekitar dua kali lebih

banyak seperti yang berasal dari tanaman 5 dan kelopak adalah sekitar 1,7 kali

lipat lebih lama daripada rekan-rekan 5 mereka. %amun, jumlah segmen kelopak

adalah sama di 5 dan tanaman transgenik, dan tanaman "od4transgeni"menghasilkan sekitar 0E lebih sedikit bunga per perbungaan dari tanaman did5.

;engan tidak adanya penyerbukan tangan di rumah ka"a, tingkat buah-set

tanaman transgenik (F*E! lebih rendah dibandingkan tanaman 5 (2+E!.

&uah matang dari tanaman tomat transgenik yang jauh lebih besar daripada

tanaman 5, dengan buah matang dari tanaman transgenik menjadi DFE lebih

berat, rata-rata, dibandingkan dari tanaman 5 (aman et al. *7b!. Selanjutnya,

buah transgenik matang berisi enam atau tujuh lo"ules, dibandingkan dengan dua


17/23

atau tiga lo"ules dalam buah-buahan tanaman 5. %amun, jumlah biji per buah

transgenik adalah 2*E lebih rendah daripada di 5.

=rgan reproduksi akumulasi tingkat tertinggi G& di antara berbagai organ

4rabidopsis oda-transgenik (Sulpi"e et al. *0! dan tomat (aman et al. *7b!

tanaman. Kun"up bunga, menembak apeks, dan rongga lokulus buah tomat

transgenik matang terkandung G& pada tingkat di atas ,D mmol g-1 5. ingkatG& di daun, peri"arp dan benih sekitar setengah nilai ini, sedangkan tingkat G& di

organ egetati:, seperti batang, akar dan epidermis, berada di baah ,1 mmol g-1

5. 8embesaran bunga dan buah-buahan mungkin telah berhubungan dengan

tingginya tingkat G& di organ-organ ini, yang mirip dengan yang di 4rabidopsis

(Sulpi"e et al. *0!.

G& M>%3%GK4K4% pertahanan antioksidan ;3 4%4M4%

;alam kondisi pertumbuhan normal, tanaman menghasilkan =S terus menerus

melalui berbagai jalur metabolisme, tetapi mereka telah bereolusi berbagai

en$imatik dan non-en$imatik sistem antioksidan untuk men"egah =S men"apai

tingkat bera"un (4shra: *9'. Miller et al *1!. %amun, dalam kondisi stres,jumlah =S diproduksi dalam #ledakan oksidati:# mungkin melebihi kapasitas dari

sistem =S-pemulungan, dengan akumulasi dihasilkan dari tingkat tinggi bentuk

intraseluler =S.4ll stres abiotik, termasuk garam yang tinggi, dingin, pembekuan

dan kekeringan, dapat menyebabkan ledakan oksidati: dalam sel tanaman, dan

akumulasi =S dapat menyebabkan berbagai jenis kerusakan dan bahkan kematian

sel (4shra: *9!. Sejak G& dapat meningkatkan toleransi terhadap "ekaman

abiotik, tampaknya tepat untuk mempertimbangkan e:ek dari G& pada sistem

pertahanan antioksidan, yang berkaitan dengan toleransi stres ditingkatkan.

G& menstabilkan oksigen-eoling kompleks 8S33 dengan merangsang perbaikan

ketika tanaman terkena jenis "ahaya dan lainnya stres (lihat pembahasansebelumnya!. Selain itu, dingin dapat mengganggu :ungsi membran sel,

menyebabkan denaturasi protein, dan mengganggu sistem ele"trontransport yang

tertanam dalam membran mitokondria dan kloroplas. Kemudian mengganggu hasil

ele"trontransport dalam produksi =S. >leasi konsentrasi intraseluler =S dapat

menghambat sintesis protein de noo (%ishiyama et al, *1'. akahashi ) Murata

*+!. G& menstabilkan integritas membran terhadap e:ek dari suhu ekstrim (Nhao,

4spinal ) 8aleg 199*' Gorham 199D! dan melindungi kompleks 33 di mitokondria

(/amilton ) /e"kathorn *1!.

Studi in itro telah menunjukkan baha G&, dengan sendirinya, tidak memiliki

aktiitas antioksidan (SmirnoU ) umbes 19+9!. ;engan demikian, :ungsi =S-

pemulungan yang harus langsung, misalnya, melalui induksi sintesis atau aktiasisistem =S-pertahanan. skenario seperti telah ditunjukkan kedua setelah aplikasi

eksogen G& dan tanaman transgenik yang menumpuk G&. /oue et al. (*7!

meneliti e:ek dari eksogen diterapkan G& pada tingkat antioksidan dan pada

kegiatan en$im dalam askorbat-glutathione (4S-GS/! siklus (3shikaa ) Shigeoka

*+! dalam sel suspensi-berbudaya tembakau yang terkena stres garam. Mereka

menunjukkan baha stres garam se"ara signifkan menurunkan tingkat dari 4S

dan GS/, serta aktiitas en$im dalam siklus 4S-GS/, seperti askorbat peroksidase


18/23

(48V!, monodehydroas"orbate reduktase (M;/4!, reduktase dehydroas"orbate

(;/4! dan glutathione reduktase (G!.penerapan G& >ksogen meningkatkan

aktiitas semua en$im ini dengan penge"ualian M;/4. %amun, G& tidak memiliki

e:ek langsung pada kegiatan en$im dalam siklus 4S-GS/ dalam kondisi normal,

hanya meningkatkan aktiitas en$im seperti di baah stres garam. ;engan

demikian, G& meningkatkan aktiitas en$im dalam siklus 4S-GS/ mungkinmelindungi sel tembakau terhadap stres oksidati: garam-diinduksi. Selanjutnya,

stres garam meningkatkan karbonilasi protein' tingkat tiol, disulfda dan

mengurangi (GS/! dan teroksidasi bentuk yang (GSSG! glutathione' dan kegiatan

dari kedua glutathione-S-trans:erase dan glyoBylase 33. Selain itu, stres garam

mengubah keadaan redoks tiol-disulfda dan glutathione, dan menekan aktiitas

glutation peroksidase dan glyoBylase 3, yang terlibat dalam =S dan sistem

methylglyoBal-detoksifkasi (/oue et al. *+!. 4plikasi eksogen G&

mengakibatkan pengurangan karbonilasi protein dan kenaikan tingkat bentuk

tereduksi glutathione dan dalam kegiatan glutation peroksidase, glutation-S-

trans:erase dan glyoBalase 3 di baah garam stress.hese menunjukkan baha G&

mungkin melindungi tanaman terhadap dis:ungsi garam-diinduksi karena =S

dengan mengurangi karbonilasi protein dan meningkatkan pertahanan antioksidan

dan methylglyoBal-detoksifkasi sistem (/oue et al. *+!.

peningkatan kadar /*=* saat terpapar tanaman stres dingin atau garam sering

diamati. ;alam 4rabidopsis, misalnya, tingkat /*=* meningkat dua sampai tiga kali

lipat jika tanaman terkena dingin atau garam stres (4lia et al. 1999!. G&-

mengumpulkan tanaman 4rabidopsis oda-transgenik lebih toleran terhadap stres

ringan dibandingkan tanaman 5, sebagai konsekuensi dari per"epatan pemulihan

8S33 dari photodamage. elah diusulkan baha akumulasi stres diinduksi /*=*

menginduksi aktiasi en$im =S-pemulungan (8rasad et al. 199F!. 4lia et al. (1999!

menganalisis kegiatan dari sejumlah =S-pemulungan en$im, termasuk katalase

(4!, 48V, M;/4, ;/4, G, dan superoksida dismutase (S=;!. /anya kegiatan4 dan 4S8 se"ara signifkan lebih tinggi pada tanaman 4rabidopsis oda-

transgenik dibandingkan tanaman 5. tingkat yang lebih tinggi dari 4 dan

kegiatan 4S8 di tanaman transgenik mungkin men"egah akumulasi jumlah bera"un

/*=*.

;alam G&-mengumpulkan tanaman tembakau yang telah diubah dengan gen untuk

&4;/ dari bayam, akumulasi G& peningkatan resistensi terhadap panas-

ditingkatkan photoinhibition (ang et al. *7!. stres panas se"ara signifkan

menurunkan aktiitas 4, 48V, G, ;/4 dan M;/4 pada tanaman 5,

sedangkan kegiatan en$im ini baik menurun jauh, tetap tidak berubah, atau bahkan

meningkat pada tanaman transgenik. Selama stres panas, tanaman transgenik juga

berisi jumlah yang lebih besar dari askorbat dan bentuk tereduksi glutathione

dibandingkan tanaman 5. pengamatan ini menunjukkan baha akumulasi G&

dalam tanaman transgenik mungkin menekan kadar =S, yang mungkin, pada

gilirannya, memberikan kontribusi pada peningkatan thermotoleran"e tanaman

transgenik. 8eraatan yang meningkatkan produksi /*=* juga mengangkat tingkat

kedua transkrip at0 dan aktiitas 40, dengan resultan yang lebih tinggi daripada

tingkat 5 dari kelangsungan hidup dan pertumbuhan pada paparan bibit jagung


19/23

stres dingin (8rasad et al. 199F!. >kspresi gen 4rabidopsis &1 (untuk I ;>-

binding :a"tor 1! pada tanaman tomat ditingkatkan toleransi terhadap dingin, stres

oksidati: dan air, dan toleransi dikaitkan dengan peningkatan kadar aktiitas

katalase dan ekspresi dari 44@4S>1 ("at1! gen, menunjukkan baha toleransi

ditingkatkan dari tanaman tomat transgenik mungkin karena, sebagian besar, untuk

induksi ekspresi gen ku"ing (/sieh et al. **a, b!. 4plikasi eksogen G& untuktanaman tomat 5 menurunkan tingkat /*=* dan peningkatan aktiitas katalase

dan tingkat transkrip "at1 saat tanaman terkena stres dingin (aman et al. *2!.

/asil yang sama juga diamati ketika tanaman transgenik yang telah diubah dengan

gen oda dibandingkan dengan tanaman 5 (aman et al. *F!. ;engan demikian,

pada tanaman tomat, ada kemungkinan baha G& menginduksi sistem antioksidan

/*=* dimediasi, yang meliputi ekspresi ditingkatkan gen 4 dan peningkatan

aktiitas katalase.

uin ) Shabala (*7! menunjukkan baha penerapan radikal hidroksil (=/! ke

akar 4rabidopsis mengakibatkan eWuB s"r besar ion K C dari sel epidermis di $ona

perpanjangan. 4 konsentrasi rendah (D mm! dari G& se"ara signifkan mengurangi

eWuB dari K C ion. Sejak G& hanya memiliki pengaruh tidak langsung padapemulungan radikal bebas, G& harus memainkan beberapa peran yang belum

diketahui lainnya dalam mengurangi e:ek negati: dari stres oksidati:. Se"ara

bersama-sama, pengamatan ini menunjukkan bahaA (1! akumulasi =S yang

diinsuksi stress terlibat dalam dis:ungsi seluler' (*! beberapa aspek toleransi G&-

ditingkatkan untuk stres adalah karena peran G& dalam aktiasi sistem =S-

pemulungan' (0! G& menginduksi ekspresi gen spesifk untuk en$im=S

pemulungan (lihat di baah!' dan (F! G& langsung melindungi membran plasma,

transporter tertanam dan protein ion-"hannel.

G&->%/4%>; =@>4%S3 ?%?K "ekaman abiotik 3S &>/?&?%G4% ;>%G4%

3%;?KS3 ;43 ekspresi gen tertentuSeperti yang disebutkan sebelumnya (lihat juga abel * ) 0!, G&-mengumpulkan

tanaman transgenik dengan peningkatan toleransi terhadap berbagai bentuk stres

abiotik telah didokumentasikan dengan baik, dan berbagai mekanisme telah

diusulkan untuk menjelaskan toleransi ditingkatkan ini. %amun, sampai saat ini,

tidak ada penjelasan sepenuhnya memuaskan. Salah satu masalah utama adalah

baha tingkat G& terkait dengan toleransi stres pada tanaman transgenik "ukup

rendah. 4pakah mungkin baha G&, pada tingkat rendah seperti, memainkan :ungsi

regulasi dalam ekspresi gen yang menyebabkan peningkatan toleransi stresT

;alam per"obaan dengan G& in itro, konsentrasi e:ekti: G& umumnya jauh lebih

tinggi (di kisaran molar! daripada di sebagian besar per"obaan in io. 4dakemungkinan baha, dalam per"obaan in itro, G& mungkin mengerahkan e:ek

pelindung melalui e:ek langsung. Sebaliknya, dalam per"obaan in io, konsentrasi

e:ekti: G& berada di kisaran mikromolar, seperti, misalnya, konsentrasi e:ekti:

hormon tanaman (>inset et al. *7!.

4llard et al. (199+! melaporkan baha aplikasi eksogen G& meningkatkan toleransi

pembekuan tanaman gandum. Mereka memeriksa akumulasi tiga protein diinduksi

suhu rendah. Salah satu protein ini, 5=F1, akumulasi di hadapan G&, dan


20/23

tingkat akhir tergantung pada konsentrasi G&. 4kumulasi dari dua protein lain,

5S1* dan 5S1*, tidak terpengaruh oleh penerapan G&. analisis blotting ?tara

mengungkapkan baha transkrip dari kedua gen 5=F1 dan 5=F10

akumulasi setelah terpapar tanaman untuk *D mm G&. 3nduksi ekspresi gen suhu-

responsi: rendah dengan G& mun"ul untuk berkontribusi pada toleransi tinggi untuk

pembekuan. 8ada tanaman tomat, aplikasi eksogen dari 1 mm G& peningkatanaktiitas katalase dan tingkat transkrip "at1 di daun baah kondisi non-stres (hari

!, dengan tingkat tertinggi yang ter"atat pada hari 1 dari stres dingin (aman et al.

*2!.

Sakamoto et al. (*! meneliti ekspresi empat gen "or pada tanaman 4rabidopsis

oda-transgenik untuk menentukan

apakah ditingkatkan toleransi terhadap pembekuan mungkin terkait dengan

ekspresi ("or! gen dingin diatur. idak ada perubahan jelas dalam ekspresi empat

gen "or ("or1Da, "or2.2, "orF7 dan "or7+! pada tanaman transgenik, menunjukkan

baha, dalam hal ini, peningkatan toleransi pembekuan bukan disebabkan oleh

perubahan dalam ekspresi gen "or . aman et al. (*7b! melakukan analisismi"roarray dari ekspresi gen di kun"up bunga o:5 dan oda-transgenik tomat dan

menemukan baha ekspresi 0 gen ditingkatkan dan baha dari *9 gen yang

ditekan oleh transgen. 4plikasi eksogen G& untuk tomat daun juga meningkatkan

ekspresi sejumlah gen yang terlibat dalam transpor elektron di kloroplas dan

mitokondria (aman et al. *2!. hen, Gollop ) /euer (*9! menyelidiki, dengan

pendekatan proteomik, e:ek eksogen diterapkan G& pada garam inhibisi stres

akibat pertumbuhan bibit tomat #8atio# (relati: garam toleran kultiar! dan #1FF# (a

garam kultiar sensiti:!. Mereka menemukan baha G& bisa meringankan

hambatan pertumbuhan disebabkan oleh stres garam melalui perubahan tingkat

enam protein dalam #8atio# dan dua protein dalam #1FF#. 4nalisis interaksi

berdasarkan bioin:ormatika komputasi mengungkapkan baha jaringan peraturanutama tampaknya 8S33, ubis"o, dan superoksida dismutase (S=;!.

>inset et al. (*7, *+! menunjukkan, dalam 4rabidopsis, baha aplikasi eksogen

1 mm G& untuk kedua daun dan akar meningkatkan toleransi dari akar ke stres

dingin melalui regulasi ekspresi sejumlah gen stres toleransi. emuan tersebut

menyarankan pendekatan eksperimental baru untuk mengidentifkasi gen yang

terlibat dalam toleransi terhadap stres dingin. >inset et al. (*7! mendalilkan

baha, setidaknya sebagian, G&-ditingkatkan toleransi terhadap "ekaman abiotik

mungkin as"ribable untuk ekspresi gen yang penting untuk toleransi stres.

8eman:aatan analisis mi"roarray, mereka mengidentifkasi 11 #G&-up-diatur# gen di

akar 4rabidopsis (>inset ) onnolly *9!. gen G&-up-diatur termasuk gen untuk

:aktor transkripsi, komponen perdagangan membran, en$im =S-pemulungan danreduktase besi %4;8 tergantung dari membran plasma. analisis blotting ?tara

mengungkapkan baha ekspresi empat gen se"ara signifkan ditingkatkan di akar

*F jam setelah dimulainya pengobatan dengan G& (>inset et al. *7!. 8roduk gen

ini membran-perdagangan ab4"F protein (4tDgF792!, %4;8-dependent besi

reduktase =* (4t1g1D+!, mitokondria katalase * (4tFg0D9! dan dinding sel

peroksidase 480a (4t Dg2F1!. >inset et al. (*7! diperlakukan tanaman 5 dan

tanaman mutan, di mana gen ab4"F telah terganggu, dengan menerapkan 1


21/23

mm G& untuk kedua daun dan akar. ;ua puluh empat jam setelah dimulainya

pengobatan ini, mereka menundukkan tanaman untuk bersantai pada F Q selama

F+ jam dan kemudian diinkubasi mereka dalam kondisi hangat selama F d. tanaman

5 menanggapi kuat untuk G& dalam hal pertumbuhan ditingkatkan tunas dan

akar, sedangkan, pada tanaman mutan dengan gen ab4F terganggu, G& tidak

meningkatkan pertumbuhan. 8ara penulis ini menyimpulkan baha ab4"Fdiperlukan untuk e:ek G& pada pemulihan tanaman dari kerusakan mengerikan

yang disebabkan, dan mereka mengusulkan baha ditingkatkan toleransi terhadap

stres dingin disebabkan, setidaknya sebagian, untuk aktiasi gen.

;alam kasus gen =* untuk reduktase besi, mutan =-nol, :rd1-1, gagal

menanggapi G& di tes dingin dalam hal kedua pemulihan pertumbuhan akar dan

penghambatan akumulasi =S (>inset et al. *+!. 8ada tumbuhan 5, penerapan

G& tidak berpengaruh signifkan pada aktiitas reduktase besi. Selain itu,

oerekspresi gen =* tidak meningkatkan toleransi dingin. %amun, aktiitas

reduktase besi di 5 dan =*- mengekspresikan garis transgenik yang telah pra-

diperlakukan dengan G& adalah beberapa kali lipat lebih tinggi setelah dingin

daripada di kontrol nonpre-diobati. /asil ini menunjukkan baha (1! =* blokakumulasi =S selama dingin dan, dengan demikian, meningkatkan toleransi

dingin' dan (*! G& memiliki e:ek pas"a transkripsi besar pada aktiitas =* dalam

dingin. Se"ara keseluruhan, setidaknya tiga protein, yakni, ab4F" G8ase

(4tDgF792!, b$ip :aktor transkripsi (4t0g2*F*! dan =* besi reduktase

(4t1g1D+!, yang diperlukan untuk G&-diinduksi toleransi dingin (>inset et al.

*7, *+!. 8erhatikan baha, dalam ketiga kasus, ada hubungan yang kuat

antara akumulasi =S dan stres dingin.

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, produksi =S sangat erat kaitannya dengan

berbagai jenis stres abiotik. 8eran sistem pemulungan =S dalam toleransi G&-

dimediasi sel tanaman untuk stres abiotik telah menjadi lebih dan lebih penting.Memang, 7 dari 11 gen yang up-diatur dalam 4rabidopsis pada aplikasi eksogen G&

diketahui menyandi protein yang terlibat langsung dalam pemulungan =S. 8rotein

ini termasuk glutation reduktase (4t0g*F17!, sitoplasma u I Nn superoBidase

dismutase (4t1g++0!, glutathione S-trans:erase (4t1g*9*!, peroBisomal u I Nn

superoksida dismutase (4tDg1+1!, katalase * (4tFg0D9!,

monodehydroas"orbate reduktase (4tDg020!, dan askorbat oksidase (4tDg*11!

(>inset ) onnolly *9!. 8engamatan ini memberikan bukti kuat untuk keterlibatan

sistem =S-pemulungan toleransi stres G&-dimediasi. >inset et al. (*7, *+!

mengusulkan sebuah model untuk menjelaskan bagaimana gen G&-up-diatur dalam

akar 4rabidopsis mungkin men"egah akumulasi =S di dinding sel, dengan

demikian memainkan peran penting dalam toleransi terhadap "ekaman abiotik.

Kathuria et al. (*9! yang diproduksi tanaman padi indi"a transgenik yang telah

diubah dengan "oda membangun untuk kloroplas bertarget kolin oksidase. anaman

padi transgenik dipamerkan peningkatan toleransi terhadap stres air dan

ditingkatkan detoksifkasi =S di baah tekanan air. analisis mi"roarray

mengungkapkan baha setidaknya D gen, di antara 12D ekspresi gen yang

ditingkatkan lebih dari dua kali lipat dalam tanaman transgenik, yang diketahui

terlibat dalam respon tanaman terhadap stres abiotik. Studi mereka memberikan


22/23

bukti kuat baha ekspresi ditingkatkan gen stres-responsi: dalam G&-

mengumpulkan tanaman transgenik mungkin penjelasan yang masuk akal untuk

toleransi stres G&-dimediasi.

;engan demikian, G&, baik diterapkan eksogen atau disintesis in io pada

tanaman transgenik, mampu mengakti:kan gen-gen tertentu. ungsi gen ini

berkontribusi, setidaknya sebagian, untuk pengurangan akumulasi stres akibat =S.8enelitian lebih lanjut identitas gen G&-diinduksi dan :ungsi produk mereka akan

meningkatkan pemahaman kita tentang toleransi G&-ditingkatkan tanaman

terhadap stres abiotik.

K>S3M8?@4% ;4% 8>S8>K3

&erbagai gen telah digunakan untuk menghasilkan tanaman transgenik yang

menumpuk G& dan menunjukkan toleransi ditingkatkan untuk stres abiotik. ;i

antara tanaman transgenik seperti, tanaman oda-transgenik telah diteliti paling

menyeluruh dalam hal aspek fsiologis dan mor:ologi toleransi stres pada semua

tahap siklus hidup tanaman, dari imbibisi benih, melalui pertumbuhan tanaman

muda dan aktiitas :otosintesis dari tanaman deasa, untuk produksi buah-buahandan seeds.he ketersediaan G&-mengumpulkan tanaman transgenik telah tersedia

alat untuk penyelidikan dari dua aspek penting dari kemampuan tanaman untuk

mentolerir stres abiotik. Salah satu aspek adalah mekanisme molekuler (s! dari e:ek

protekti: G& terhadap berbagai jenis stres abiotik. G& melindungi mesin :otosintesis

dan, khususnya, 8S33 terhadap stres abiotik. Kami masih perlu mengidentifkasi

langkah-langkah yang paling penting dalam perbaikan 8S33 yang dipengaruhi oleh

jenis indiidu stres abiotik dan dilindungi oleh G&. 4spek kedua adalah eksplorasi,

untuk aplikasi pertanian, perbaikan dalam produktiitas tanaman tanaman dalam

kondisi stres dan non-stres tumbuh. >:ek perlindungan dari G& pada organ

reproduksi tanaman telah diamati di 4rabidopsis, jagung dan tomat. perlindungan

tersebut mungkin melibatkan tingkat tinggi G& yang menumpuk di organ reproduksisebagai akibat dari translokasi G& dari organ lain, seperti daun.

;idasarkan pada model baru ini diusulkan untuk mekanisme photodamage ke 8S33

(akahashi ) Murata *+!, skema hipotetis yang menjelaskan peran pelindung G&

terhadap "ekaman abiotik dalam sel tanaman disajikan pada Gambar. 1. Mekanisme

yang mungkin dari G&-ditingkatkan toleransi terhadap berbagai jenis stres abiotik

meliputiA (1! stabilisasi oleh G& struktur yang sangat memerintahkan protein

kompleks tertentu untuk men"egah denaturasi ketika tanaman atau sel tanaman

yang terkena stres kondisi' (*! induksi dengan G& ekspresi gen tertentu yang

mengkodekan =S-pemulungan en$im dan depresi berikutnya dari tingkat =S

dalam sel tanaman' dan (0! pen"egahan dengan G& akumulasi kelebihan =S,mengakibatkan perlindungan mesin :otosintesis dari e:ek gabungan dari stres

ringan dan jenis lain dari stres, serta protein ion-"hannel dan integritas membran

sel.

Gambar 1. Skema hipotetik untuk peran G& dalam perlindungan tanaman terhadap

"ekaman abiotik. Ketika fksasi :otosintesis =* tertekan di baah tekanan abiotik,

kelebihan elektron dari 8S3 dikonersi ke =S, yang menghambat perbaikan

potodamaged 8S33 dengan menghambat sintesis protein pre-;1 pada tahap


23/23

translasi. G& mungkin melindungi en$im fksasi-=* (ubis"o dan ubis"o a"tiase!

di baah tekanan abiotik, sehingga mempertahankan fksasi =*, yang kemudian

menekan produksi =S. Selain itu, G& mengakti:kan ekspresi gen untuk en$im =S-

s"aenging, yang merusak =S dan menurunkan kadar =S dalam sel, dengan

menghasilkan keringanan dari e:ek stres abiotik pada mesin :otosintesis. G&

mungkin juga langsung melindungi mesin translasi terhadap "ekaman abiotik danmembatasi eWuks ion K C, yang disebabkan oleh =S, baik dengan melindungi

integritas membran atau :ungsi saluran-blo"king.

glisin betain

Documents