DEFISIT AIR (GEN LEA)   

  

                                         BY : DECE ELISABETH SAHERTIAN

Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi pertumbuhan tanaman. Pada kondisi tertentu tanaman dapat mengalami defisit air, akibat transpirasi yang berlebihan atau kurangnya ketersediaan air di daerah perakaran. Untuk mempertahankan diri dari kondisi defisit air tersebut tanaman memiliki berbagai mekanisme, salah satu adalah mekanisme secara fisiologi. Tanaman yang mengalami defisit air akan menghasilkan produk-produk yang merupakan respons tanaman terhadap kondisi stress tersebut. Produk yang dihasilkan merupakan hasil dari ekspresi gen yang mengalami induksi sebagai respons terhadap signal defisit air yang diterimanya. Produk yang dihasilkan gen diklasifikasikan ke dalam 2 grup yaitu: grup protein yang berfungsi dalam toleransi terhadap stress dan grup protein yang berhubungan dengan pengaturan tranduksi signal dan ekspresi gen sebagai respons terhadap stress.

Ekspresi Gen Selama Periode Defisit Air

Sejumlah respons terhadap defisit air dikontrol oleh gen dengan berbagai fungsi yang berbeda. Ketika air hilang dari sel, proses pengaturan dimulai dari metabolisme sel ke kondisi seluler baru. Pada waktu yang bersamaan, penghambatan pertumbuhan, dan perubahan lintasan perkembangan akan menghasilkan perubahan ekspresi gen. Beberapa gen yang diinduksi oleh defisit air mengkode produk gen yang diduga berfungsi untuk melindungi fungsi sel.

Stress air mengakibatkan munculnya suatu signal. Signal tersebut diterima oleh suatu penerima signal (signal perception) yang selanjutnya ditranduksi oleh berbagai faktor seperti ABA, Ca⁺ dan IP₃ signal yang ditransduksikan tersebut diterima oleh gen sehingga gen terinduksi dan menghasilkan berbagai produk. Produk yang dihasilkan gen diklasifikasikan ke dalam 2 grup yaitu :

1.    Grup protein yang berfungsi dalam toleransi terhadap stress yaitu : (1) Protein yang memiliki celah  saluran air yang berhubungan dengan perpindahan air melalui membrane, (2) Enzim yang dibutuhkan dalam biosintesis osmolit (prolin, betain, dan sukrosa), (3) Protein yang berfungsi melindungi makromolekul dan membran (LEA protein, osmotin, chaperon, dan protein pengikat mRNA), (4) Protease untuk perombakan protein (thiol proteases, clp proteases, ubiquitin), (5) Detoxifikase enzim (glutathione S-superoxide dismutase, ascorbat peroksidase)

2.   Grup protein yang berhubungan dengan pengaturan transduksi signal dan ekspresi gen sebagai respons terhadap stress yaitu protein kinase, faktor transkripsi, PLC, dan protein 14-3-3.

Beberapa gen yang diinduksi oleh defisit air mengkode produk gen yang diduga berfungsi untuk melindungi fungsi sel. Secara garis besar ada dua fungsi grup protein yang berfungsi dalam toleransi terhadap stress yaitu :

a.    Proteksi Struktur Sel

Sejumlah produk gen yang dihasilkan diduga untuk melindungi struktur sel dari efek kehilangan air. Gen-gen ini sering disebut LEA yang merupakan gen yang pertama kali dieskpresikan selama permatangan dan fase pengeringan dalam perkembangan biji. Gen-gen ini diekspresikan pada jaringan vegetatif selama periode kehilangan air akibat defisit air, stress osmotis, dan stress suhu rendah. Paling sedikit ada 6 kelompok gen LEA yang telah teridentifikasi, berdasarkan rangkaian asam amino yang mirip pada beberapa spesies. Mayoritas produk LEA gen adalah hidropilik predominan, komposisi asam amino umumnya tidak terdapat Cys dan Trp dan terdapat di sitoplasma. Rangkaian asam amino individual dan protein struktur yang masing-masing grup LEA protein diduga mempunyai fungsi spesifik. Fungsi yang diperkirakan termasuk mengendalikan ion asing, proteksi protein, proteksi membran, dan renaturasi protein.

Grup protein LEA (family D-7 atau grup 3) diduga mempunyai peranan dalam mengendalikan ion yang terkonsentrasi selama dehidrasi sel. Protein ini memiliki pola 11-mer asam amino degan rangkaian umum TAQAAKEKAGE yang diulang sebanyak 13 kali. Pola ini diduga membentuk amphiphilic a-helix. Permukaan hidrofobik penting dalam pembentukan homodimer dan permukaan luar yang mengendalikan ion yang konsentrasinya meningkat selama defisit air. Grup LEA protein family D-29 atau grup 5 juga diduga mengendalikan ion selama kehilangan air. Family D-19 atau grup 1 diduga meningkatkan kapasitas mengikat air. Protein-protein ini memiliki persentase asam amino Glysin.

Stress air menginduksi aktivitas gen yang berguna untuk melindungi struktur sel. Protein-protein yang disintesis sebagai akibat ekspresi gen mempnnyai fungsi penting pada kondisi defisit tersebut ekspresi gen berbeda akan menyebabkan perbedaan toleransi dalam spesies. Fungsi produk gen ini akan dibutuhkan selama stress berat, karena bila air yang cukup tersedia hilang mengakibatkan kerusakan sel.

b.   Penyesuaian Osmotis (Osmotic Adjustment)

Mempertahankam potensial air total selama defisit air dapat dicapai melalui osmotic adjustment. Reduksi potensial air sel di bawah potensial air eksternal dihasilkan dari penurunan potensial osmotis, menyebabkan air pindah ke dalam sel. Potensial osmosis da dalam sel lebih rendah dengan cara mengakumulasi osmolit (solut yang cocok) dalam sitoplasma. Gen-gen yang mengkode enzim untuk tahap-tahap ini untuk pembentukan osmolit telah diidentifikasi dalam beberapa kasus menunjukkan bahwa gen-gen tersebut diinduksi oleh defisit air.

Gen mempunyai peranan dalam proteksi dan osmotic adjustment. Gen yang berhubungan dalam 2 tipe mekanisme degradasi protein yaitu protease dan ubiquitin, dirangsang oleh stress air. Produk gen ini berhubungan dengan degradasi protein yang mengalami denaturasi selama sel kehilangan air. Sebagai tambahan gen yang berpotensial dalam mengatur dan memberi signal selama periode stress air seperti protein kinase, protein inti dan protein pengikat RNA. 

Tanaman jagung yang mengalami stress air selama 10 hari menunjukkan perubahan protein dalam daun, yaitu 78 perubahan protein dari 413 protein menunjukkan variasi kuantitatif yang nyata, dengan 38 jenis menunjukkan ekspresi yang berbeda dalam 2 genotipe, 11 protein meningkat 1.3-5 kali pada tanaman stress, dan 8 protein ditemui hanya pada tanaman stress.

DAFTAR PUSTAKA

Anominous. 2010. Stress Air Pada Tanaman Jagung. id.wikipedia.org/wiki/jagung. (3 Desember 2010)

Gie_ana. 2008. Fisiologi Cekaman. www.scribd.com. (3 desember 2010)

Nurhayati, Rizman & Hanifah. 2006. Ekspresi Gen Defisit Air. www.repository.usu.ac.id/bitstream/ ekspresi/gen/defisit/air. (3 Desember 2010)

Salisbury, F.B. & C.W. Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan, Jilid 3. Penerbit ITB. Bandung.

07/12/2010