5
Untuk merealisasikan tujuan tersebut dilakukan
serangkaian percobaan dilakukan
yang meliputi: 1 penapisan gen HD-Zip yang merespon kekeringan, 2 peningkatkan ekspresi overexpression gen Oshox4 yang merupakan salah
satu gen HD-Zip di bawah kendali promoter konstitutif 35S dari CaMV, 3 penghilangan knockout atau penurunan knockdown ekspresi gen Oshox4
menggunakan RNAi, 4 studi pola ekspresi gen Oshox4, 5 transformasi gen- gen penyandi lintasan biosintesis asam salisilat yaitu gen entC dan gen pmsB ke
tanaman padi, 6 analisis integrasi dan ekspresi gen entC dan gen pmsB pada level transkripsi dengan analisis Southern dan Northern, dan 7 analisis
kandungan asam salisilat pada tanaman trangenik. Secara keseluruhan diagram alur penelitian disajikan pada Gambar 1.
2.2 Manfaat penelitian
Manfaat yang diperoleh dari hasil penelitian karakterisasi gen-gen famili HD-Zip terhadap cekaman kekeringan adalah tersedianya informasi tentang gen
HD-Zip yang responsif terhadap cekaman kekeringan. Manfaat lebih jauh adalah diperoleh sumber gen yang dapat digunakan sebagai gen donor untuk merakit padi
transgenik yang tahan kekeringan. Hasil yang diperoleh dari penelitian introduksi gen-gen penyandi lintasan
biosintesis asam salisilat yang berasal dari bakteri ke dalam genom tanaman padi adalah selain diperoleh tanaman transgenik padi dengan kandungan asam salisilat
tinggi, juga menghasilkan tanaman padi transgenik yang tahan terhadap penyakit blas. Tanaman ini dapat dipakai untuk mengembangkan usaha ekstensifikasi
tanaman padi pada lahan-lahan marginal yang biasanya mengalami kondisi kekeringan yang berakibat tanaman padi menjadi rentan terhadap penyakit blas.
6
7
TINJAUAN PUSTAKA
1 Kekeringan 1.1 Budidaya padi dan kekeringan
Tanaman padi telah dibudidayakan di berbagai kondisi lingkungan seperti sawah tadah hujan, air-dalam, pasang surut, ladang
atau gogo, dan sawah irigasi
FAO 2004. Tanaman padi yang dibudidayakan saat ini adalah hasil evolusi tanaman padi semiakuatik O’toole 2004. Proses seleksi buatan dan seleksi alam
telah memungkinkan padi dibudidayakan pada lahan kering dan basah. Budidaya padi lahan kering meliputi budidaya padi ladang dan gogo, sedangkan budidaya
lahan basah meliputi budidaya padi di sawah, rawa, lebak, dan air-dalam. Istilah ladang dipakai untuk sistem
pada pertanian lahan berpindah yang menghendaki
adanya pembukaan lahan pada awal siklusnya, sedangkan sistem gogo tidak mengenal pembukaan lahan. Sistem gogo dan sawah dapat dipadukan menjadi
sistem gogorancah. Pada sistem padi sawah, air merupakan kebutuhan mutlak. Sumber air pada
sawah dapat berasal dari irigasi, tadah hujan, pasang surut, rawa pasang surut, dan lebak. Luas areal pertanaman padi di Indonesia diperkirakan 11 juta hektar
meliputi 69 sawah beririgasi, 16 lahan tadah hujan, dan 15 sawah pasang surut Suprapto 2002. Kira-kira 16-20 dari total luas areal pertanaman padi di
Indonesia tersebut rentan terhadap cekaman kekeringan Pandey Bhandari 2006. Kekeringan merupakan masalah utama pada budidaya padi sistem sawah
tadah hujan dan gogo. Kekeringan juga dapat mengancam sawah irigasi yang terjadi akibat meningkatnya tingkat kerusakan di daerah aliran sungai yang
berpengaruh pada ketersediaan air irigasi sepanjang tahun. Sistem budidaya padi air-dalam juga rentan kekeringan jika pada saat bibit tidak segera mendapat air.
Kekeringan dapat ditinjau dari sudut pandang meteorologi, hidrologi, dan pertanian. Kekeringan dari segi meteorologi didefinisikan sebagai kurangnya
curah hujan dari rata-rata curah hujan normal pada suatu periode waktu tertentu. Kekeringan secara hidrologi merupakan keadaan ketika jumlah air yang tersedia
lebih sedikit daripada jumlah air yang dibutuhkan. Di bidang pertanian, jumlah air yang tidak mencukupi untuk pertumbuhan optimal tanaman pertanian merupakan
8
definisi kekeringan Jodo 1995 sehingga kekeringan
tidak selalu berhubungan dengan kurangnya curah hujan.
Kekeringan memberi pengaruh pada tekanan osmosis sel tanaman
Shinozaki Yamaguchi-Shinozaki 1997. Cekaman kekeringan memiliki pengaruh yang nyata pada penurunan produktivitas
tanaman . Kekeringan dapat
mengancam budidaya padi pada fase vegetatif dan generatif. Tinggi tanaman, jumlah anakan, dan luas daun adalah hal yang terpengaruh jika cekaman
kekeringan terjadi pada fase vegetatif. Penurunan jumlah malai dapat terjadi apabila padi terpapar kekeringan pada fase generatif. Cekaman kekeringan terjadi
apabila jumlah air yang terbatas telah berpotensi untuk mengakibatkan kerusakan pada proses fisiologi. Kondisi ini mempengaruhi sifat fisik tanah, komposisi hara
tanah, dan interaksi biologi tanaman padi dengan hama, penyakit, dan tanaman lainnya. Kondisi tanah yang aerobik, cekaman kekeringan, dan kandungan nitrat
tinggi merupakan kondisi ideal bagi berkembangnya penyakit blas yang disebabkan oleh Magnaporthe grisea.
Tanaman akan memberikan respon yang berbeda-beda bila dihadapkan pada kondisi yang kurang menguntungkan bagi lingkungan tumbuhnya. Ada
sekelompok tanaman yang mampu bertahan sementara kelompok lainya tidak bisa bertahan pada kondisi cekaman yang sama. Ketahanan terhadap kekeringan dapat
berarti kestabilan hasil atau kemampuan bertahan pada kondisi kekeringan Price et al.
2002. Strategi tahan yang dikembangkan dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu melarikan diri escape, menghindar avoidance, dan
toleran membiarkan diri terpaparterhadap
cekaman tolerance. Tanaman tidak ter papar
cekam an
kekeringan pada strategi escape dan avoidance karena tanaman mampu menghindari cekaman kekeringan dengan mempertahankan kandungan air yang
ada. Apabila ketersediaan air tanaman terganggu, tanaman akan memberikan respon untuk tujuan mentoleransi cekaman Gambar 2. Kekeringan
mengakibatkan akumulas iu
racun meningkat sehingga tanaman perlu menetralisasi racun tersebut. Di samping itu, perlu mengontrol pertumbuhan dan
memperbaiki kerusakan yang ada. Sebagai akibatnya, pembelahan dan elongasi sel menjadi tertahan atau menjadi berkurang Bartels Sunkar 2005.
9
Gambar 2 Mekanisme toleransi kekeringan dan respon tanaman saat terpapar
kekeringan Bartels Sunkar 2005. Tanda panah menunjukkan arah pengaruh; kotak: bentuk respon sel; +: memberi pengaruh
meningkatkan; -: memberi pengaruh menurunkan; ROS: spesies oksigen reaktif.
Kotak menggambarkan proses dalam sel. Padi tahan kering yang ideal adalah padi yang memberikan hasil panen lebih
tinggi dibandingkan padi lain apabila ter papar pada
cekam an
kekeringan dan tetap berpenampilan baik bila tidak ada cekaman kekeringan Fukai Cooper 1995.
Sifat yang terdapat pada padi tahan kering dapat dibedakan menjadi sifat yang secara konstitutif terekspresi atau sifat yang respon
s if hanya bila ada kekeringan
Blum 2002; Blum 2005. Sifat konstitutif tidak dipengaruhi oleh ada tidaknya cekaman. Sifat respon
s if muncul pada saat tanaman terkena cekaman kekeringan
dan merupakan proses adaptasi tanaman. Yang tT
ermasuk sifat yang konstitutif adalah pe
mr bungaan, akar, sifat permukaan daun, kemampuan tetap hijau, dan
kandungan karbohidrat dan nitrogen batang. Beberapa sifat yang termasuk respon
s if adalah munculnya senyawa dan protein pelindung dari keracunan akibat
kekeringan serta perubahan komposisi ekspresi
protein.
10
1.2 Cekaman kekeringan: respon tanaman dan upaya rekayasa genetika untuk meningkatkan toleransi tanaman
Sejumlah faktor menentukan bentuk respon padi terhadap kekeringan. Faktor-faktor tersebut adalah genotipe, tahap perkembangan, dan tipe sel. Bentuk
respon faktor tersebut ditentukan oleh jumlah air yang hilang dan laju kehilangan air Bray 1993; Bray 1997. Laju kehilangan air yang lambat diperlukan untuk
mengurangi proses kerusakan sel sehingga memungkinkan tanaman dapat kembali pada kondisi semula. Tiga aspek penting dalam kemampuan tanaman untuk
kembali ke kondisi semula adalah 1 homeostatis ion; kontrol kerusakan, perbaikan, 2 detoksifikasi akibat cekaman; dan 3 kontrol pertumbuhan Zhu
2002. Laju kehilangan air yang cepat berakibat pada hilangnya kemampuan sel untuk kembali pada kondisi fisiologi normal.
Kekeringan memberikan cekaman osmotik yang mempengaruhi tekanan turgor sel dan cekaman oksidatif. Keseimbangan ion intraseluler menjadi
terganggu pada saat terjadi cekaman kekeringan. Sel akan mensintesis senyawa tertentu yang berfungsi menyeimbangkan tekanan. Sel juga akan menghasilkan
protein yang mampu melindungi sel dari keracunan dan memperbaiki kerusakan sel pada saat yang sama. Disamping itu, sel akan mengaktifkan atau menon-
aktifkan sejumlah gen untuk merespon cekaman kekeringan yang diterimanya. Gen dengan pola ekpresi yang respon
s if merupakan gen yang terlibat dalam
mekanisme adaptif padi terhadap kekeringan. Hasil respon ekspresi gen mempunyai fungsi dalam mekanisme mentolerir cekaman dan juga mengatur
ekspresi dan penyampaian sinyal ketahanan terhadap cekaman kekeringan Yamaguchi-Shinozaki Shinozaki 2005. Sejumlah gen yang teraktivasi
umumnya terkait dengan fungsi perbaikan dan kontrol kerusakan serta detoksifikasi Zhu 2002. Toleransi cekaman kekeringan juga melibatkan represi
dari sejumlah gen. Transkripsi dari gen-gen yang terlibat dalam fotosintesis pada tanaman Craterostigma plantagineum dilaporkan mengalami penurunan ekspresi
pada saat tanaman terpapar kekeringan Ingram Bartels 1996. Proses ini diperlukan untuk proses toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan
. Gen-gen yang merespon cekaman kekeringan dapat dikelompokkan menjadi
dua kelompok besar Gambar 3. Kelompok pertama adalah gen yang menyandi
11
protein yang berfungsi langsung dalam melindungsi sel protein fungsional. Kelompok kedua adalah gen yang menyandi protein yang mengatur ekspresi gen
lain pada saat cekaman kekeringan protein regulator Yamaguchi-Shinozaki et al.
2002. Apabila intensitas cekaman kekeringan yang diteriman sel mel ei
bihi batas kemampuan yang dapat diterimanya maka sel akan menghancurkan dirinya
sendiri melalui apoptosis.
Gambar 3 Penerimaan dan respon sel saat terpapar cekaman
kekeringan.Kekeringan akan mengubah komposisi protein regulator atau fungsional sel untuk keperluan adaptasi sel Shinozaki
Yamaguchi-Shinozaki 1997.
Proses adaptasi terhadap cekaman diawali dengan pengindraan dan penyampaian sinyal secara berurutan yang dikategorikan sebagai proses jangka
pendek. Lokasi subseluler dari reseptor dan jumlah reseptor yang terlibat dalam pengindraan cekaman kekeringan masih belum jelas Ingram Bartels 1996;
Bray 1997. Respon jangka pendek memiliki peran dalam respon jangka panjang Chaves et al. 2003. Respon jangka panjang dapat berbentuk antara lain
penggulungan daun, pengurangan laju respirasi, dan elongasi akar. Cekaman oksidatif sebagai akibat cekaman kekeringan mengakibatkan
peningkatan unsur senyawa species reaktif oksigen ROS Vranova et al. 2002.
Senyawa-senyawa ini dapat merusak komponen utama sel seperti lemak, protein,
12
karbohidrat, dan asam nukleat Blokhina et al. 2003. Dalam kondisi ini dibutuhkan protein yang berperan dalam mekanisme detoksifikasi dan proteksi
sel. Tanaman memiliki sejumlah enzim dan antioksidan yang berfungsi menetralkan ROS Rodriguez Redman 2005. Peningkatan ROS akan diubah
oleh sejumlah enzim seperti katalase dan askorbat peroksidase sehingga jumlahnya menurun pada saat cekaman abiotik Mittler 2002 Gambar 4
. Superoksida dismutase SOD pertama sekali mengkonversi O
2 -
menjadi H
2
O
2
. Askorbat peroksidase APX, GPX, dan CAT selanjutnya akan mendetoksifikasi
H
2
O
2
. Askorbat AsA dibutuhkan oleh APX sementara glutation GSH dibutuhkan oleh GPX untuk regenerasi siklus pda gambar 4A-4C. Siklus ini
menggunakan elektrron yang dihasilkan dari fotosintesis 4A atau NADPH Ekspresi superoksida dismutase pada alfalfa Medicago sativa L. transgenik
mampu meningkatkan toleransi terhadap cekaman kekeringan Samis et al. 2002. Ekspresi katalase katE dari
Escherichia E. coli
pada kloroplas tembakau mampu menahan laju hilangnya klorofil pada saat kekeringan Miyagawa et al. 2000.
Lintasan penyampaian sinyal cekaman kekeringan dimulai dari penerimaan sinyal. Sinyal akan diteruskan oleh caraka ke dua. Caraka ke dua pada proses ini
adalah inositol fosfat dan unsur ROS. Caraka ke dua memiliki peran antara lain mengatur kadar Ca
+2
intraseluler, mengawali proses fosforilasi protein target yang terlibat dalam fungsi proteksi, dan juga mengontrol faktor transkripsi Xiong et al.
2002; Boudsocq Lauriere 2005. Kekeringan akan menaikkan konsentrasi kalsium bebas di sitosol [Ca
+2
]
Cyt
melalui ROS. Kondisi ini merangsang pembukaan saluran kalsium pada membran vakuola Finkelstein et al. 2002.
Perubahan kalsium ditingkat seluler diterima oleh protein pengikat kalsium dan sensor molekul. Perubahan ini mampu menginduksi sejumlah gen antara lain gen
p5cs , rab18 Lang Palva 1992; Lang et al. 1994, dan Iti78 Knight et al. 1997.
Sensor Ca
+2
tumbuhan antara lain adalah kalmodulin CaM Zielinski 1998; Snedden Fromm 1997; Luan et al. 2002, protein kinase yang mengandung
domain CaM CDPK Sanders et al. 2002, dan calcineurin B-like CBL. Sensor kalsium mempunyai pola pengaturan yang berbeda pada respon cekaman
kekeringan, salinitas, dan suhu rendah Cheong et al. 2003. CDPK berfungsi sebagai sensor dan kinase. CaM dan CBL merupakan protein yang mengikat Ca
+2
.
Formatted: Pattern: Clear
13
Keduanya berfungsi melalui interaksi dengan protein target. Protein kinase yang berinteraksi dengan CBL CIPK adalah protein target dari CBL Luan et al.
2002. Calcineurin B merupakan homolog sensor kalsium SOS3 dari yeast berperan pada ketahanan salinitas Liu Zhu 1998. CBL1 merupakan regulator
positif untuk kekeringan dan salinitas. CBL1 juga menjadi regulator negatif untuk suhu rendah. CIPK3 diidentifikasi berperan dalam hubungan-lintas interaksi
antara asam absisat ABA dan lintasan transduksi sinyal abiotik Kim et al. 2003.
14
Gambar 4 Lintasan penghilangan ROS spesies oksigen reaktif pada
tanamanMitler 2002. A. Siklus air-air. B. Siklus glutation-askorbat C. Siklus glutation peroksidase GPX. D. Katalase CAT. PSI
fotosistem I; SOD: superoksida dismutase; MDA monodihidroaskorbat; AsA: askorbat; tAPX: tilakoid APX; DHA
dihidroaskorbat; MDAR: MDA reduktase; GSH: glutation; GSSG glutation teroksidasi; DHAR: DHA reduktase; GR: glutation reduktase.
Lintasan penyampaian sinyal cekaman kekeringan dimulai dari penerimaan sinyal. Sinyal akan diteruskan oleh caraka kedua. Caraka kedua pada proses ini
adalah inositol fosfat dan unsur ROS. Caraka kedua memiliki peran antara lain mengatur kadar Ca
+2
intraseluler, mengawali proses fosforilasi protein target yang terlibat dalam fungsi proteksi, dan juga mengontrol faktor transkripsi Xiong et al.
2002; Boudsocq Lauriere 2005. Kekeringan akan menaikkan konsentrasi kalsium bebas di sitosol [Ca
+2
]
Cyt
melalui ROS. Kondisi ini merangsang pembukaan saluran kalsium pada membran vakuola Finkelstein et al. 2002.
15
Perubahan kalsium ditingkat seluler diterima oleh protein pengikat kalsium dan sensor molekul. Perubahan ini mampu menginduksi sejumlah gen antara lain gen
p5cs , rab18 Lang Palva 1992; Lang et al. 1994, dan Iti78 Knight et al. 1997.
Sensor Ca
+2
tumbuhan antara lain adalah kalmodulin CaM Zielinski 1998; Snedden Fromm 1997; Luan et al. 2002, protein kinase yang mengandung
domain CaM CDPK Sanders et al. 2002, dan calcineurin B-like CBL. Sensor kalsium mempunyai pola pengaturan yang berbeda pada respon cekaman
kekeringan, salinitas, dan suhu rendah Cheong et al. 2003. CDPK berfungsi sebagai sensor dan kinase. CaM dan CBL merupakan protein yang mengikat Ca
+2
. Keduanya berfungsi melalui interaksi dengan protein target. Protein kinase yang
berinteraksi dengan CBL CIPK adalah protein target dari CBL Luan et al. 2002. Calcineurin B merupakan homolog sensor kalsium SOS3 dari yeast
berperan pada ketahanan salinitas Liu Zhu 1998. CBL1 merupakan regulator positif untuk kekeringan dan salinitas. CBL1 juga menjadi regulator negatif untuk
suhu rendah. CIPK3 diidentifikasi berperan dalam hubungan-lintas interaksi antara asam absisat ABA dan lintasan transduksi sinyal abiotik Kim et al.
2003. Sel dapat menerima cekaman kekeringan dengan menggunakan sistem dua
komponen Gambar 5. Sistem dua komponen pada Escherichia E.
coli terdiri dari
osmosensor EnvZ dan regulator respon OmpR. Keduanya mentransmisikan informasi cekaman osmotik dari permukaan sel. Sistem dua komponen pada
eukariotik memiliki sinyal tambahan berupa modul mitogen-activated protein kinase
MAPK. Modul ini dibutuhkan untuk membawa informasi tentang cekaman osmotik ke tingkat ekspresi gen. Homologi sistem dua komponen pada
kapang terdiri dari osmosensor SLN1, protein penyambung YPD1, dan respon regulator SSK1. Pada kondisi osmotik normal, SLN1 aktif secara konstitutif dan
memfosforilasi regulator respon SSK1. SSK1 yang aktif akibat fosforilasi akan menekan aktivitas dua MAPKKK yaitu SSK2 dan SSKK2. Represi ini menon-
aktifkan modul MAPK sehingga high osmolarity glycerol 1 HOG1 menjadi tidak aktif. HOG1 memiliki fungsi menginduksi ekspresi faktor transkripsi yang
induktif untuk selanjutnya mengaktifkan gen yang menjadi target. Homologi SLN1 pada tumbuhan adalah protein transmembran histidin kinase dari
16
Arabidopsis thaliana
AtHK1. Sel tumbuhan yang mengkerut akibat cekaman osmotik menjadi rangsangan mekanik. Protein AtHK1 diduga merupakan
osmosensor yang mengontrol sinyal cekaman pada modul MAPK Urao Yamaguchi-Shinozaki 2002.
Gen responsif cekaman kekeringan dapat memiliki elemen cis dan atau trans Ingram Bartels 1996; Shinozaki et al. 2003; Rabbani et al. 2003. Beberapa
gen-gen terinduksi ABA mempunyai elemen cis- yang responsif terhadap ABA ABRE; ACGTGGTC pada daerah promoter Bonetta McCourt 1998.
Beberapa faktor basic region leucine zipper bZIP EmBP1, OSBZ8, dan osZIP- 1a yang berikatan dengan ABRE telah diisolasi Ko Kamada 2002. Promoter
gandum HVA1 mempunyai elemen CE3 ACGCGTGTCCTG dan ABRE. Elemen CE menginduksi ekspresi gen melalui ABA Shen Ho 1995.
Walaupun demikian, urutan basa AGCGT tidak mutlak diperlukan sebagai bagian dari CE Rogers Rogers 1992; Shen Ho 1995; Kao et al. 1996; Hobo
et al. 1999. Jumlah salinan ABRE dapat meningkatkan respon gen oleh ABA
Skriver et al. 1991. Promoter gandum Em memiliki dua motif ABRE yaitu Em1a dan Em1b yang memiliki peran besar dalam aktivasi gen Guiltinan et al.
1990. Gen dengan ABRE pada daerah promoter akan diaktifkan oleh faktor trans
. AREB1, AREB2, dan AREB3 merupakan faktor transkripsi dari tipe bZIP yang berperan sebagai protein yang berikatan dengan ABRE pada rd29B Uno et
al. 2000. Protein lain yang identik dengan AREB1 dan AREB2 adalah ABF
Choi et al. 2000.
Formatted: Font: I talic
17
Gambar 5 Sistem dua komponen pada
Escherichia E. coli
dan Saccharomyces serevisiae
Kultz Burg 1998. Huruf miring menunjukkan gen yang dipengaruhi.
Gen responsif cekaman kekeringan dapat memiliki elemen cis dan atau trans
Ingram Bartels 1996; Shinozaki et al. 2003; Rabbani et al. 2003. Beberapa gen-gen terinduksi ABA mempunyai elemen cis- yang responifresponsif
terhadap ABA ABRE; ACGTGGTC pada daerah promoter Bonetta McCourt 1998. Beberapa faktor basic region leucine zipper bZIP EmBP1,
OSBZ8, dan osZIP-1a yang berikatan dengan ABRE telah diisolasi Ko Kamada 2002. Promoter gandum HVA1 mempunyai elemen CE3
ACGCGTGTCCTG dan ABRE. Elemen CE menginduksi ekspresi gen melalui ABA Shen Ho 1995. Walaupun demikian, urutan basa AGCGT tidak mutlak
diperlukan sebagai bagian dari CE Rogers Rogers 1992; Shen Ho 1995; Kao et al.
1996; Hobo et al. 1999. Jumlah salinan ABRE dapat meningkatkan respon gen oleh ABA Skriver et al. 1991. Promoter gandum Em memiliki dua motif
18
ABRE yaitu Em1a dan Em1b yang memiliki peran besar dalam aktivasi gen Guiltinan et al. 1990. Gen dengan ABRE pada daerah promoter akan diaktifkan
oleh faktor trans. AREB1, AREB2, dan AREB3 merupakan faktor transkripsi dari tipe bZIP yang berperan sebagai protein yang berikatan dengan ABRE pada
rd29 B Uno et al. 2000. Protein lain yang identik dengan AREB1 dan AREB2
adalah ABF Choi et al. 2000. Sejumlah gen seperti cor15a dan rd29A terinduksi melalui lintasan
yang tidak melibatkan ABA. Promoter gen-gen tersebut memiliki urutan basa khusus yang merespon kekeringan DRE TACCGACAT. Elemen cis dengan
motif yang serupa dengan GACCGAC ditemukan pada CRT dan LTRE Baker et al.
1994; Jiang et al. 1996; Thomashow 1999. CRT dan LTRE merupakan elemen yang berperan pada respon suhu rendah. Gen yang mengandung elemen
cis DRE akan diaktifkan oleh faktor transkripsi yang berikatan dengan daerah
tersebut yaitu DREBCBF Stockinger et al. 1997; Liu et al. 1998. Peningkatan tingkat ekspresi protein AP2EREBP CBF-1 dapat meningkatkan toleransi
terhadap dingin dan DREB1a dapat meningkatkan toleransi terhadap kekeringan atau salinitas atau dingin pada
Arabidopsis A. thaliana
Jaglo-Ottosen et al. 1998; Kasuga et al. 1999; Yamaguchi-Shinozaki Shinozaki 2001.
Tanaman akan memproduksi osmoprotektan pada sel saat terjadi cekaman. Osmoprotektan berfungsi menjaga sel dari ROS. Osmoprotektan seperti trehalosa
dan fruktan dihasilkan oleh beberapa mikroorganisme. Introduksi gen penyandi osmoprotektan asal mikrob dapat meningkatkan ketahanan terhadap kekeringan.
Akumulasi trehalose pada padi transgenik menunjukkan peningkatan tingkat toleransi terhadap cekaman kekeringan. Gen-gen yang diintroduksi adalah
penyandi lintasan biosintesis trehalosa otsA dan otsB dari Escherichia E.
coli Wu
Garg 2003. Ekspresi gen penyandi fruktan SacB dari Bacillus subtilis meningkatkan ketahanan terhadap kekeringan pada tembakau transgenik Pilon-
Smits et al. 1995. Introduksi osmoprotektan yang lain seperti glisin betain dan prolin juga mampu meningkatkan ketahanan tanaman terhadap cekaman
kekeringan. Tanaman transgenik ArabidopsisA. thaliana
mengandung gen penyandi biosintesis glisin betain mampu meningkatkan toleransi tanaman saat
cekaman abiotik Chen Murata 2002. Peningkatan kandungan prolin pada padi
Formatted: Font: I talic
19
transgenik mampu memperbaiki ketahanan terhadap kekeringan Cheng et al. 2001.
Hormon tumbuhan asam absisat ABA akan meningkat pada waktu terjadi cekaman kekeringan. Kenaikan
tingkat konsentrasi ABA selama
kekeringan terjadi karena ekspresi sejumlah gen yang mengatur biosintesis ABA Xiong et al. 2002. ABA dapat mengaktifkan sejumlah gen Leung Giraudat
1998. Beberapa gen memperlihatkan respon kekeringan tanpa melalui sinyal ABA. Terdapat dua sinyal transduksi yang melibatkan ABA dan dua sinyal
lainnya tidak melibatkan ABA pada respon tanaman terhadap cekaman kekeringan Shinozaki Yamaguchi-Shinozaki 1997. Lintasan yang tidak
melibatkan ABA diperkirakan terekspresi lebih dahulu dibandingkan lintasan yang melibatkan ABA Narusaka et al. 2003; Dubouzet et al. 2003.
1.3 Identifikasi gen potensial untuk padi tahan kering
