Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula
KARYA TULIS
ASPEK MOLEKULAR DAN SELULAR SIMBIOSIS CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
Oleh: Dr. Delvian, SP.MP. NIP. 132 299 348
JURUSAN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2006
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tulisan tentang kajian aspek molecular dan selular dalam hal simbiosis cendawan mikoriza arbuskula dengan tanaman inangnya.
Tulisan ini berisi tentang pengertian cendawan mikoriza arbuskula, perkembangan simbiosis dalam mikoriza arbuskula dan identifikasi dari gfen yang diinduksi selama simbiosis mikoriza arbuskula. Di samping itu juga membahas masalah pengangkutan nutrisi melewati interface cendawan mikoriza arbuskula yang meliputi proses transfer karbon dari tanaman inang dan transfer nutrisi dan air dari mikoriza.
Penulis berharap tulisan yang sederhana ini dapat bermanfaat sebagai bahan bacaan bagi para mahasiswa yang berminat dan dapat menjadi salah satu sumber referensi dalam melakukan penelitian dalam bidang yang berkaitan.
Akhirnya, pada kesempatan ini Penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya dalam penulusuran bahan tulisan ini.
Medan, Juni 2006
Penulis
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI
PENDAHULUAN
1
CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
1
PERKEMBANGAN SIMBIOSIS DALAM MIKORIZA ARBUSKULA Peristiwa Signaling Awal Pembentukan Appresorium Penetrasi Akar Pertumbuhan Internal dan Perkembangan Arbuskula Tipe Arum Perubahan Seluler dan Molekuler dalam Sel Selama Perkembangan Arbuskula Perkembangan Miselium Eksternal
4 4 5 5 7
8 9
IDENTIFKASI DARI GEN YANG DIINDUKSI SELAMA SIMBIOSIS MIKORIZA ARBUSKULA
Ekspresi Respon Pertahanan Ekspresi Gen Nodulasi dalam Simbiosis Mikoriza
9 10 11
PENGANGKUTAN NUTRISI MELEWATI INTERFACES CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
Transfer Karbon dari Tanaman ke Cendawan Transfer Fospat dari Tanah ke Tanaman Melalui Cendawan
12 12 13
KESIMPULAN
14
DAFTAR PUSTAKA
15
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
ASPEK MOLEKULAR DAN SELULAR SIMBIOSIS CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
DELVIAN Departemen Kehutanan Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara Jl. Tri Darma Ujung No. 1 Kampus USU Padang Bulan
Medan e-mail : dvilly6@yahoo.co.uk
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
PENDAHULUAN
Asosiasi simbiosis akar tanaman dengan cendawan di akhir 1880-an diberi nama mikoriza-berasal dari bahasa Greek yang berarti cendawan-akar. Observasi terbaru mengenai fosil tanaman dari era Devonian memberi kesan bahwa asosiasi mikoriza arbuskular, telah ada kira-kira 400 juta tahun yang lalu, tanaman telah membentuk asosiasi dengan mikoriza arbuskular (arbuscular mycorrizal = AM) sejak keduanya pertama kali mengkolonisasi tanah (Remy, et al., 1994). Saat ini, mikoriza arbuskular merupakan tipe asosiasi mikoriza yang tersebar sangat luas dan ada dalam ekosistem di seluruh dunia dimana asosiasi tersebut menciptakan suatu hubungan antara tanaman dan rizosfir (Trappe, 1987). Walaupun asosiasi ini penting dalam pergerakan hara antara tanaman dan tanah, pemahaman mengenai mekanisme yang mendasari perkembangan dan fungsi simbiosis ini masih terbatas.
Review ini akan mencoba membahas simbiosis mikoriza arbuskular, yaitu mengenai fisiologi dan regulasi simbiosis. Berdasarkan interaksi fisiologi antara simbion, Smith and Gianinazzi (1988) melihat perlunya pendekatan untuk menyediakan informasi fundamental pada level molekul mengenai perkembangan dan fungsi asosiasi. Lebih dari sepuluh tahun yang lalu terdapat ledakan molekular, genetik, dan analisis biokimia mengenai cendawan AM dan simbiosis AM.
CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULAR
Cendawan mikoriza arbuskular merupakan anggota semua zygomycota dan klasifikasi terbaru mengandung satu ordo, Glomales, mencakup enam genera dan 149 spesies (Morton and Benny, 1990). Faktor utama studi cendawan AM, termasuk taksonomi, asal biotropiknya; sejauh ini, cendawan AM tidak dikulturkan tanpa tanaman inang. Walaupun kurangnya kultur axenik, mungkin saja menanam cendawan AM dalam kultur steril dengan akar tanaman, atau dengan rambut akar yang ditransformasikan dengan Agrobacterium rhyzogenes (Mugnier and Mosse, 1987).
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Adaptasi terbaru pemanfaatan metode piring petri ini dimana cendawan dan akar dikulturkan bersama dalam satu kompartemen sementara miselium eksternal dibiarkan membentuk cabang-cabang dalam kompartemen kedua terpisah dari akar (St-Arnaud, et al., 1996). Peningkatan jumlah spesies cendawan sedang disusun dalam sistem kultur ini (Douds, 1997), yang terbukti bermanfaat bagi penelitian cendawan simbion. Sistem seperti ini juga memberikan akses kepada kemurnian, spora dan miselium cendawan steril yang esensial bagi analisis molekuler dan bermanfaat untuk menentukan taksonomi cendawan ini.
Analisis Molekuler Genom Cendawan Analisis genetik terbaru memberi kesan bahwa cendawan adalah aseksual dan
bereproduksi secara klonal (Rosendah, and Taylor, 1997). Sejumlah besar spora dibentuk oleh cendawan bersifat multinukleus dan, tergantung pada spesies, mengandung ribuan inti per spora (Becard and Fortin, 1988). Inti dalam spora tertahan dalam fase GO/GI (Bianciotto, Barbiero, and Bonfante, 1995) dan walaupun studi awal memberikan kesan bahwa replikasi DNA harus dalam tanaman inang (Burggraaf and Beringer, 1988), hal ini kemudian dibuktikan tidak benar; replikasi DNA dan pembelahan inti terjadi selama pertumbuhan awal tabung hifa, tanpa memperhatikan ada atau tidaknya tanaman inang (Becard and Pfeffer, 1993). Menggunakan pewarnaan pada inti dan aliran cytometry, kandungan DNA dari inti diestimasi pada kisaran 0.13 sampai 1.0 pg per nukleus pada 12 spesies yang diuji (Hosny, Gianinazzi-Pearson, and Delieu, 1988). Analisis komposisi basa sembilan spesies cendawan glomalian yang berbeda, mengandung representatif dari 4 genera yang berbeda, mengindikasikan bahwa genom cendawan ini mempunyai kandungan GC relatif rendah, rata-rata 33%, dari berlawanan dengan taxa cendawan yang lain, methylcytosine pada level yang tinggi (2.23 – 4.26%), walaupun tidak setinggi yang ada pada genom tanaman (Hosny et al., 1997).
Gen cendawan AM yang pertama disekuen adalah subunit kecil gen rRNA (SSU) dan daerah pengatur jarak rekam internal (ITS = internal transcribed spacer) yang menjadi target analisis phylogenetik (Simon, et al., 1993). Dari data sekuen SSU dimungkinkan untuk mengestimasi tanggal asal mula cendawan AM dan kapan terjadinya divergensi (perbedaan) dalam kelompok. Asal usul cendawan AM terletak
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
antara 462 dan 353 juta tahun yang lalu dan nenek moyang cendawan sangat mungkin seperti spesies Glomus. Famili Accaulosporaceae dan Gigasporaceae muncul kemudian dan diestimasi telah dibedakan satu sama lain 250 juta tahun yang lalu (Simon, et al., 1993).
Data sekuen SSU dan ITS juga memberikan desain primer spesifik yang, bila dipasangkan dengan amplifikasi PCR, memungkinkan indentifikasi cendawan AM dari spora dan dalam akar tanaman dalam situasi lapang (Simon, et al., 1993). Metode identifikasi berdasarkan DNA tambahan mengikuti (Zeze, et al., 1996), termasuk amplikasi analisis random DNA polymorphic (RAPD). Hal ini memungkinkan perkembangan pasangan primer spesifik untuk sejumlah spesies termasuk Glomus mosseae, Gigaspora margarita, dan Scutellospora castenea (Wyss and Bonafante, 1993). Primer ini berguna dalam penelitian taksonomi dan dalam pengujian PCR untuk mengkuantifikasi sejumlah cendawan dalam akar mikoriza.
Penemuan yang menarik tentang munculnya bagian ITS selama analisis molekular merupakan variabilitas komposisi genetik dalam dan antara spora spesies cendawan tunggal. Spora tunggal mengandung lebih dari satu sekuen ITS dan spora secara individu mempunyai sekuen ITS yang berbeda dari spora lain pada spesies yang sama (Sanders, et al., 1995). Variabilitas ini dikonfirmasi lebih lanjut dengan analisis lokus yang lain (Zeze, et al., 1997). Menggunakan marker berdasarkan minisatelit, diamati bahwa generasi pertama spora timbul dari kultur spora tunggal yang memperlihatkan level variasi tinggi, yang mengesankan bahwa multinukleus spora adalah heterokaryotik. Ada kemungkinan bahwa kembali bercampurnya inti (nuclei) yang secara genetik berbeda memberikan mekanisme dimana melalui mana cendawan ini memelihara perbedaan genetik (Zeze, et al., 1997).
Pustaka genom dipersiapkan dari spora dan pustaka cDNA dari spora dan akar mikoriza yang telah dikonstruksi untuk sejumlah spesies terbatas, dan klon cDNA pertama menggambarkan gen selain daripada rRNAS yang telah diidentifikasi. Glyceroldehyde-3 phospate dehydrogenase (GAPDH), β-tubulin, ATPase, nitrate reductase, dan sekuen protein pengikat DNA diantara yang pertama dilaporkan. Walaupun hal ini sebagian besar dianggap sebagai gen-gen berumah tangga (housekeeping gen), protein di atas merupakan marker molekul yang berguna untuk
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
analisis cendawan ini selama perkembangan simbiosis (Kaldorf, Schmelzer, and Bothe, 1998).
Pembedahan fungsi gen dalam cendawan mikoriza arbuskular dimana yang akan datang akan sulit tanpa kemungkinan mentransformasi cendawan ini secara genetik. Kemajuan ke arah tujuan ini telah dibuat dan ekspesi sementara konstruk gen reporter (pelapor) dalam spora Gigaspora Margarita telah dicapai. Ini dalam spora Gigaspora Margarita merupakan pencapaian teknologi yang penting dan akan meningkatkan analisis molekul cendawan AM (Forbes, et al., 1998).
PERKEMBANGAN SIMBIOSIS DALAM MIKORIZA ARBUSKULAR
Peristiwa Signaling Awal Perkembangan spora cendawan AM dan awal pertumbuhan tabung hifa dapat
terjadi pada kondisi tidak ada akar tanaman; sebaliknya, eksudat akar volatilisasi seperti CO2 dapat menstimulasi proses ini (Kape, et al., 1992). Pada beberapa kasus, eksudat akar juga mendatangkan percabangan hifa yang cepat dan ekstensif saat memasuki daerah akar, suatu respon yang diamati sebagai hifa mendekati akar tanaman inang tetapi tidak ketika bertemu dengan akar non tanaman inang, yang mengesankan pengenalan inang telah terjadi. Dalam kasus ini, kurangnya pengenalan akan non inang dapat dikarenakan kurangnya signal; akan tetapi, dalam hal lain status non inang mungkin dikarenakan senyawa penghambat (Schreiner and Koide, 1993).
Kisaran komponen aktif yang ada eksudat akar belum diketahui. Sebaliknya, beberapa aktivitas mungkin dikarenakan senyawa flavonoid dan phenolic yang menstimulasi pertumbuhan beberapa spesies cendawan AM sementara menghambat yang lain (Siqueira, Safir, and Nair, 1991). Tanggung jawab molekul tertentu untuk mendatangkan percabangan hifa juga belum diketahui tetapi, berdasarkan estimasi ukurannya, bisa saja turunan phenolic atau flavonoid. Karena senyawa-senyawa flavonoid aktic pada konsentrasi sangat rendah, diasumsikan bahwa senyawa-senyawa
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
tersebut tidak memiliki efek nutrisional cukup bertindak sebagai signal untuk menstimulasi atau menghambat pertumbuhan. Flavonoid/isoflavonoid terikat pada penerima estrogen, dan eksperimen terbaru menggunakan estrogen dan anti estrogen menghasilkan bukti pendahuluan bagi adanya kemampuan penerima cendawan AM mengikat biochanin A dan estrogen. Berdasarkan struktur molekul ini, ada kesan bahwa cincin (rings) A dan C dari kelompok isoflavonoid dan hydroxyl pada posisi A-7 merupakan hal penting untuk dikenal oleh penerima (Poulin, et al., 1997). Meskipun turunan flavonoid dapat mempengaruhi tahap awal siklus hidup cendawan, eksperimen dengan mutan jagung yang difesiensi flavonoid mengindikasikan bahwa mereka tidak penting bagi perkembangan simbiosis. Mungkin dalam lingkungan alami, stimulasi dengan media flavonoid pada pertumbuhan dan percabangan daerah akar membantu memastikan adanya kontak dengan akar dan membangun simbiosis. Perbedaan efek flavonoid/isoflavonoid pada spesies cendawan yang berbeda dapat dipertimbangkan untuk mempengaruhi populasi cendawan yang dihubungkan dengan tanaman tertentu.
Pembentukan Appresorium Perkembangan simbiosis berawal ketika hifa cendawan mengadakan kontak
dengan akar tanaman inang dan berdiferensiasi membentuk appresorium. Walaupun komponen eksudat akar mampu menstimulasi pertumbuhan dan percabangan hifa, tetapi tidak dapat menghasilkan appresoria, yang awalnya hanya diamati pada akar tanaman utuh. Baru-baru ini, hal tersebut diperlihatkan bahwa Gigaspora margarita dapat membentuk appesoria in vitro pada pemurnian dinding sel epidermis akar wortel, inang untuk Gigaspora margarita, tetapi tidak pada dinding yang diisolasi dari tebu gula, bukan inang (Nagahashi and Douds, 1997). Cendawan juga mengenal secara spesifik dinding sel epidermis dan tidak membentuk appresoria pada dinding sel cortical atau vaskular. Eksperimen ini mengindikasikan bahwa signal untuk pembentukan appresorium terletak dalam dinding sel epidermis, hipotesis awal oleh Tester et al (1987). Eksperimen juga menegaskan bahwa signal percabangan meloncat ke dinding atau eksudat dari akar, karena pemurnian fragmen dinding tidak mendatangkan percabangan hifa yang diamati dalam akar utuh. Dinding yang dimurnikan ini mungkin terdiri dari campuran polisakarida, termasuk selusose dan polygalacturonan dan beberapa protein. Molekul karbohidrat bertindak sebagai signal dalam sejumlah
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
interaksi cendawan/tanaman lain dan mungkin merupakan kandidat untuk menginduksi appesoria dalam simbiosis AM.
Penetrasi Akar Pembentukan appresorium diikuti oleh perkembangan penetrasi hifa dan
penetrasi akar. Hal ini dapat terjadi dengan cara yang berbeda; pada beberapa spesies, hifa memaksa masuk diantara dua sel epidermis, sedangkan pada kasus lain, hifa memasuki epidermis atau dinding sel rambut akar dan tumbuh melalui sel. Mekanisme terperinci termasuk penetrasi belum diketahui; akan tetapi, dengan analogi sejumlah patogen biotropik, diduga bahwa spesifik, lokalisasi produksi dari degradasi enzim dinding sel, dikombinasikan dengan dorongan mekanik, memudahkan masuknya hifa tanpa induksi respon pertahanan. Cendawan AM memproduksi enzim exo-dan endoglucanses, cellulases, xyloglucanases dan pectolytic termasuk polygalacturonase (Garcia, et al., 1991), semua yang akan mempercepat penerimaan melalui dinding sel.
Karena appresoria yang dikembangkan pada fragmen dinding sel yang dimurnikan gagal membentuk penetrasi hifa dan tidak memasuki dinding, proses berikutnya untuk membentuk appresorium mungkin memerlukan sel lengkap. Luas kisaran tanaman mutan dimana cendawan AM dapat membentuk appresoria tetapi tidak berkembang lebih lanjut merupakan bukti bahwa tanaman mengontrol tahap perkembangan ini dalam asosiasi. Muta menahan pada tahap simbiosis ini digambarkan dalam Pisum sativum, Medicago sativa, Vicia vaba, Phaseolus vulgaris, Medicago truncatula, Lotus japonicus, dan Lycopersion esculentum.Phenotip asosiasi mutan ini agak mirip pada level morfologi dan dibagi dalam dua kelompok. Dalam asosiasi dengan mutan P. sativum, L. esculentum, dan Medicago, cendawan membentuk appresoria yang frekuensinya besar dan tidak sempurna (cacat) dan yang menjadi septate bila cendawan memasuki akar (Bradbury, Petreson, and Boeley, 1991). Dalam asosiasi dengan galur mutan Medicago sativa, jumlah appresoria yang terbentuk pada mutan meningkat, kemungkinan merupakan konsekuensi dari kegagalan penetrasi; sebaliknya, peningkatan jumlah appresoria tidak dilaporkan untuk mutan P. sativum. Dalam P. sativum, phenotip non penetrasi mengacu pada seperti myc(-1) dan 21 mutan ini telah digambarkan. Mereka termasuk dalam lima kelompok pelengkap, yang mengindikasikan bahwa pintu masuk ke akar dibawah kontrol kompleks genetik. Sifat
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
segregasi sebagai lokus resesif fan kondisi ditentukan oleh akar. Okulasi turunan tipe liar ke dalam stok mutan tidak menyelamatkan mutan. Rambut akar disiapkan dari genotip ini juga memelihara status non mikorizanya. Analisis sitokimia satu dari interaksi mutan P. sativum dan satu dari M. sativa mengindikasikan bahwa deposisi (penurunan) dinding sel, termasuk callose dan phenolic, ada dalam dinding sel yang berdekatan dengan appresoria (Peterson and Bradbury, 1995). Deposisi (penurunan) ini tidak dilihat dalam interaksi tipe liar, yang memberi kesan bahwa respon pertahanan diperoleh dalam mutan ini. Berdasarkan data ini, ada kemungkinan bahwa penindas (suppressor) respon pertahanan mengalami mutasi ini sehingga sekarang tanaman melihat cendawan sebagai patogen. Situasi ini mengingatkan kepada interaksi barley/Erisiphe granminis dimana mutasi diinduksi alel resesif dari lokus MIo yang memberikan resistensi terhadap kisaran yang luas isolat Erisiphe. Resistensi diperantarai oleh pembentukan apposition (keterangan tambahan) pada dinding sel dibawah appresoria dan MIo tipe liar merupakan regulator negatif respon pertahanan maupun kematian sel daun. Gen MIo diklon dan mengkode protein diprediksi menjadi membran protein integral; sebaliknya, fungsi protein dan mekanisme regulasi respon pertahanan tetap ditentukan (Buschges, et al., 1997).
Mutan P. vulgaris dan L. japonicus memperlihatkan phenotip agak berbeda dari spesies lain dan pembentukkan appresorium diikuti oleh penetrasi lapisan sel pertama. Asosiasi kemudian gugur dalam epidermis akar dimana membengkak dan merusak bentuk hifa tampak dalam sel-sel ini. Dalam mutan Lotus hifa kadang-kadang mengatasi penahanan dalam epidermis dan pertumbuhan dari hifa yang tidak sempurna terus berlanjut, menghasilkan struktur internal mikoriza normal. Karena hal ini tidak dapat dibedakan dari tipe liar, mengesankan bahwa gen yang mengalami mutasi tidak memerlukan fase pertumbuhan berikutnya (Wegel, et al., 1998). Semua mutan legum mikoriza juga terpengaruh kemampuannya untuk membentuk simbiosis fiksasi nitrogen dengan spesies Rhizobium dan karena itu mendefinisikan sekelompok gen, disebut gen sym, penting untuk kedua simbiosis. Kemiripan antara simbiosis ini baru mulai muncul, dan beberapa lintasan (pathway) singnaling dan peristiwa dowstream terjadi selama pembentukkan simbiosis secara jelas dikonservasi.
Mutan non penetrasi diidentifikasi dalam L. eskulentum merupakan mutan pertama dari tipe ini yang diidentifikasi dari spesies non leguminose. Mutan ini
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
memperlihatkan phenotip yang mirip dengan mutan legum, walaupun respon agak berbeda tergantung pada cendawan simbion yang terlihat. Glomus mossege tidak dapat memasuki akar mutan L. esculentum, sedangkan Gigaspora margarita kadang-kadang dapat masuk. Berlawanan dengan mutan L. japonicum, mutasi ini muncul untuk mempengaruhi tingkat internal perkembangan mikoriza, dan berikutnya masuk, G. margarita tidak berkembang secara ekstensif dalam akar dan tidak dapat membentuk arbuscule (Barker, et al., 1998). Kloning gen yang mengalami mutasi di masa yang akan datang, yang dapat dilakukan dengan mudah untuk L. esculentum dan juga untuk legum, L. japonicus dan M. truncatula, karena ukuran genomnya kecil, akan memberikan pengetahuan dalam mengontrol mekanisme.
Pertumbuhan Internal dan Perkembangan Arbuskular dan Mikoriza Tipe-Arum Perkembangan internal dari cendawan seperti masuknya hifa ke dalam akar
tanaman, dipengaruhi oleh; tanaman dan spesies tunggal cendawan, yang memiliki pola pertumbuhan morfologi yang berbeda dan tergantung kepada asosiasi partner tanaman. Dua pola utama perkembangan ini merujuk pada Tipe Paris dan Arum (Smith et al., 1997). Tipe Arum banyak diteliti seperti halnya pada tulisan ini.
Mikoriza tipe Arum, mula-mula penetrasi diikuti oleh pertumbuhan hifa. Saat mencapai bagian dalam korteks, cabang meningkat dari hifa interseluler yang melakukan penetrasi ke dinding sel korteks dan akhirnya berdiferensiasi antar sel untuk membentuk struktur cabang dikotom yang diketahui sebagai arbuskular (Gambar 1). Meskipun perkembangan arbuskular antar sel tanaman merupakan hal yang esensial, namun yang diperlebar adalah apoplastik plasma membran tanaman. Dinding sel fungi/cendawan berkembang menjadi arbuskular, dan kosekuensinya di dalam sel terdapat banyak interspace interseluler dari kedua simbion, secara ekstrim tidak terjadi kontak yang dipisahkan oleh membran dan apoplas tanaman (Smith dan Gianinazzi, 1988). Interspace ini disebutkan sebagai tempat phosphate dan carbon ditransfer antar simbion, juga diduga bahwa interseluler hifa itu responsive untuk pengambilan carbon (Smith et al., 1994). Meskipun usaha intensif dicurahkan oleh kedua simbion untuk perkembangan arbuskular simbion dan arbuskular interspace, namun waktu hidup arbuskular hanya beberapa hari yang selanjutnya mati dan hancur tanpa merusak sel hidup tanaman, dan memungkinkan ditempati oleh arbuskular yang lain. Hasil
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
pengamatan yang dilakukan terhadap variable pertumbuhan inang yang diamati pada mikoriza tipe Arum dan Paris, dan P. sativum mutan dimana arbuskular berkembang, menunjukkan bahwa tanaman juga mengontrol tahap asosiasi.
Mungikuti bentuk arbuskular, beberapa spesies dari fungsi AM juga membentuk butiran lipid antar akar, yang dianggap sebagai tempat penyimpanan untuk cendawan/fungi (Smith dan Gianinazzi, 1988).
Perubahan Selulerdan Molekuler dalam Sel Selama Perkembangan Arbuskular Penetrasi hifa fungi ke dinding sel korteks dan selanjutnya memulai untuk
diferensiasi menjadi arbuskular, maka terjadi respon sel yang terinvasi dengan fragmentasi dari vakuola, migrasi inti ke bagian tengah antar sel dan meningkatkan jumlah organel. Respon ini spesifik arbuskular dan tidak terjadi pada exodermal sel selama perkembangan koil. Pelebaran membran plasma kira-kira 4 kali lipat untuk membentuk peri-arbuskular membran yang menutup arbuskular, dan oleh karena itu meningkatkan konkomitan biosintesis yang terjadi. Meskipun membran peri arbuskularberhubungan dengan membran periperal pada sel tanaman, analisis sitokimia menunjukkan bahwa membran peri asburkular memiliki level A TPase yang tinggi (Smith dan Gianinazzi, 1988). Aktivitas H+-ATPase meningkat terhadap gradien proton yang diperlukan untuk berbagai aktivitas proses transport. Data ini mendukung dugaan transport aktif nutrien yang melewati membran. Diduga bahwa kemampuan untuk memelihara sintesis dan komponen deposit dinding sel, termasuk β-1,4 glucan saat ditemukan apoplastik kompartemen baru yang terbentuk antara membran peri arbuskular dan arbuskular. Analisis imunocytochemical menunjukkan bahwa adanya campuran matrix dari pectin, xyloglucan, nonekstrifield poligalacturan, arabinogalactan (AGP) dan Hydroxy prolin rich glycoprotein (HRGP) diinduksi oleh akar bermikoriza dari tanaman M. truncatula dan jagung, dan transkrip dilokalisasi secara spesifik dalam sel yang mengandung arbuskular (van Rhijn et al., 1997).
Pada tanaman yang berasosiasi dengan fungi patogen menghasilkan HRGP, yaitu protein yang dideposit dalam extrahoutorial matrix, komponen analog dengan matrix interface arbuskular yang diduga merupakan bentuk pertahanan dinding sel tanaman untuk mencegah dari perceiving patogen (Peterson dan Brodbury, 1995).
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Diduga bahwa perkembangan interface arbuskular menyebabkan perubahan dalam sel korteks. Pada M. truncatula, transkrip dari enzim yang mengkode lintasan biosintesis Flavonoid, Phenilalanine ammonia lyase (PAL) dan Chalcon synthase (CHS)di induksi pada sel yang mengandung arbuskular (Harisson, 1996). Fungsi Flavonoid ini dalam sel belum jelas, namun senyawa ini dapat menstimulasi pertumbuhan fungi AM saat simbiotik dan selama simbiosis. Dalam kasus lain Flavonoid berperan sebagai auksin inhibitor transport dan mengubah keseimbangan hormon dalam akar. Level hormon di dalam akar bermikoriza diketahui berubah dan kemungkinan diinduksi oleh gen-gen mikoriza (van Rhijn et al., 1997).
Miselium Eksternal Mengikuti kolonisasi dari korteks akar, perkembangan hifa fungi juga pesat di
dalam tanah. Miselium eksternal ini memegang peranan sangat penting pada simbiosis AM, yaitu dalam memperoleh nutrisi mineral dari tanah dan selanjutnya ditranslokasi ke tanaman, dan menstabilkan agregasi tanah melalui produksi glikoprotein oleh hifa. Studi tentang berbagai fungi hifa baik untuk tanaman maupun untuk fungsinya sendiri seharusnya menjadi topik kajian yang menarik dimasa mendatang.
IDENTIFIKASI DARI GEN YANG DI INDUKSI SELAMA SIMBIOSIS MIKORIZA ARBUSKULAR
Diferensial screening dari cDNA library disiapkan dari akar berley yang bermikoriza untuk identifikasi sharing sequence H+-ATPase. Kandidat potensial untuk ATPase berlokasi pada membran peri-arbuskular. cDNA yang mengkode kelompok protein intrinsic membran (MIP) sebenarnya diinduksi oleh akar seledri yang bermikoriza. Integral membran menfasilitasi perpindahan molekul kecil melewati membran dan diprediksi mempunyai peranan dalam transpor interface membran. cDNA psam1, diprediksi mengkode novel protein sharing menyerupai membrane anchore protein yang meregulasi aktivitas Ca++-ATPase. Fungsi gen psam1 dalam mikoriza belum diketahui. Kelompok xyloglucan endotransglycosylase (XET) terinduksi oleh
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
perkembangan dari assosiasi. Enzim XET yang dipotong dan membentuk ikatan zyloglucan antara dinding sel, diprediksi bahwa aktifitasnya membuat dinding sel longgar (loose) sehingga memungkinkan penetrasi hifa fungi atau fungi alternative untuk menjaga struktur interface matriks arbuskular (Van Rhijn et al., 1997). Gen Mt4 down-regulated dari transcrip yang terjadi pada mutan Medicago yaitu fungi yang gagal penetrasi ke akar dan hanya tumbuh pada permukaan external. Down-regulation dari gen Mt4 terjadi juga melalui signal dari fungi (Harisson, 1996).
Ekspresi Respon Pertahanan Interaksi tanaman dengan patogen fungi, invasi jaringan tanaman oleh fungi
sebagai hasil dari induksi dan ekspresi terus menerus dari kekuatan pertanaman yang mencegah patogen meningkat. AM terlihat secara lebih menyesuaikan assosiasi tanaman dengan fungi. Data dari berbagai assosiasi AM menunjukkan bahwa simbiosis AM dengan respon pertahanan tanaman umumnya menunjukkan transient meningkat pada awal simbiosis, diikuti dengan penekanan ke level yang lebih rendah dibawah tanaman yang tidak berkolonisasi (Koldorf, 1998).
Pada Allium porrum, chitinase dan dinding sel aktivitas peroksidase meningkat ekspresinya pada tahap awal perkembangan mikoriza; meskipun demikian assosiasi mikoriza yang telah terbentuk lebih rendah dibandingkan dengan kontrol. Selanjutnya, analisis immunocytokimia menunjukkan bahwa chitnase, saat terbentuk, dialokasikan di vakuola sehingga tidak kontak dengan hifa. Insitu hibridisasi menunjukkan bahwa regulasi dari isoflavon reduktase (IFR) ditranskiripsi secara eksklusive dibagian akar yang telah terbentuk arbuskular, hal ini menunjukkan adanya ekspresi lokal dan spesifik efek (Smith dan Gianinazzi, 1988).
Tekanan pertahanan tanaman terlihat terjadi secara menyeluruh dalam assosiasi AM, perlu untuk menekan ekspresi ini yaitu untuk menantang over-ekspresi dari khitinase, glucanase atau potogenesis-related (PT) protein yang muncul yang menyebabkan tidak efektifnya pembentukkan mikoriza. Over-ekspresi protein ini inhibitor terhadap pertumbuhan patogen fungi. Over-ekspresi chitinase menyebabkan tanaman lebih resisten terhadap Rhizoctonia solani, sebaliknya, over ekspresi PR-1a lebih resisten terhadap Penospora tabacina dan Phytophtora parasitiva (Douds, 1997). Gen over-ekspresi yang menekan calonisasi tanaman mikoriza yaitu PR-2, aktivitas
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
protein β-1,3 glucanase (Salzer et al., 1997). Pada akar alfalta yang bermikoriza yang berkolonisasi dengan G. margarita mengeluarkan senyawa fenolik dan isoflavonoid yang terakumulasi pada bagian akar yang terinfeksi membuat sel-sel necrotic dan mati (Douds, 1997). Nekrotik yang terjadi pada sel akar merupakan bentuk pertahanan patogen dengan melokalisasi infeksi. Lokalisasi itu mencegah perkembangan assosiasi, dengan demikian AM fungi gagal mengeluarkan respon pertahanan. Dengan demikian terdapat inkompatibilitas dan kompatibilitas tanaman terhadap mikoriza. Efek pengeluaran chitinase tidak mempengaruhi efek fungi melalui cleaving (pemotongan) menjadi unit yang tidak aktif. Dengan cara ini, respon pertahanan elisitasi dapat mencegah perkembangan dan simbiosis yang terjadi (Salzer et al., 1997).
Ekspresi Gen Nodulasi dalam Simbiosis Mikoriza Terdapat kesamaan antara simbiosis rhizobium-legum dan simbiosis mikoriza
arbuskular (AM), mestimulasi penelitian tentang ekspresi gen nodulasi selama simbiosis AM. Transkrip leghemoglobin di deteksi pada akar-akar bermikoriza tanaman Vicia faba (Fruhling et al., 1991), sedangkan pada Medicago sativa terdapat dua gen nodulasi MsENOD4O dan MsENOD2 yang diinduksi dalam akar-akar bermikoriza, dengan pola spesifik-jaringan yang serupa dengan ekspresi akar-akar yang diinokulasi dengan rhizobium (Van Rhijn et al., 1997). Ternyata kedua gen tersebut juga dapat diinduksi pada akar tanpa simbiosis, melalui aplikasi cytokinin. Dengan terjadinya peningkatan Level cytokinin selama nodulasi dan juga dalam akar-akar bermikoriza (Van Rhijn et al., 1997), maka diduga bahwa cytokinin adalah salah satu komponen signal transduction pathway mediating induction gen-gen yang terlibat selama simbiosis. Bukti lain dari signal transduction pathway untuk kedua simbiosis ini adalah studi pada gen-gen PsNOD5 dan PsNOD12A, yang diinduksi dalam akar-akar pe selama interaksi baik dengan cendawan AM ataupun dengan rhizobium. Pada muta pea sym8 yang tidak dapat membentuk simbiosis, ternyata ekspresi kedua gen tersebut diblokir. Dengan demikian SYM8 berfungsi dalam signal transduction pathway untuk menginduksi gengen tersebut dalam kedua simbiosis. Berdasarkan pemahaman tersebut dan dengan diperolehnya mutan simbiosis legum, maka jelaslah bahwa terdapat beberapa mekanisme yang digunakan oleh kedua simbiosis. Diduga bahwa simbiosis rhizobiumlegum terjadi karena exploitasi signaling pathway dari AM.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
PENGANGKUTAN NUTRISI MELEWATI INTERFACES CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
Transport nutrien antara simbion merupakan aspek central dalam simbiosis; meskipun demikian diketahui bahwa membran transporters bertanggung jawab terhadap pergerakan carbon atau phosphate antara simbion (Gambar 1).
Transfer Carbon dari Tanaman ke Fungi Telah diketahui selama lebih dari 20 tahun bahwa carbon dalam bentuk
glukosa ditransfer dari tanaman ke cendawan, serta hasil studi lanjut dari isolate arbuscular yang menggunakan glukosa untuk respirasi. Meskipun alokasi karbon menuju akar meningkat selama asosiasi mikoriza, namun sejumlah karbon tersebut diduga keluar dari sel-sel akar utuh menuju apoplast. Pada M. truncatula, ekspresi dari gen transporter hexose diinduksi pada akar-akar bermikoriza, secara spesifik yaitu dalam sel-sel korteks, disekitar cendawan. Pada keadaan ini tidak ada tekanan competing host mechanism (Horrison, 1996). Pada simbiosis lain, meningkatnya efflux nutrien distimulasi oleh permintaan microsimbion, yang telah diamati pada beberapa interaksi tanaman-cendawan. Fungi menghasilkan toksin yang mengubah proses transport membran menuju pelepasan metabolit (Galun dan Bubrick, 1984). Kejadian yang serupa dapat terjadi selama simbiosis AM, dan simbiosis fungal memiliki kemampuan untuk menstimulasi efflux carbon dari tanaman. Sampai saat ini belum diperoleh informasi molekuler tentang protein transport yang bertanggung jawab terhadap efflux carbon keluar sel tanaman; meskipun demikian hal ini masih merupakan objek penelitian, sejak tipe transporter ini diduga ada pada mesofil dan jaringan vascular dimana eksport gula terjadi (Sauer et al., 1994).
Keberadaan arbuscular terdapat pada area kontak langsung yang luas antara simbion, dan secara sederhana diasumsikan menuju interface dimana carbon di transfer. Hasil pengujian bahwa membran arbuscular kehilangan aktivitas ATPase yang mengakibatkan serapan karbon terjadi melalui hifa interseluler, yang mana membrannya memiliki aktivitas ATPase yang tinggi, dan selanjutnya merupakan energi untuk proses transport aktif (Gambar 1). Masih belum jelas apakah serapan dengan oleh cendawan AM memerlukan mekanisme transport aktif yang serupa dengan transporter tanaman, atau apakah konsentrasi karbon pada interface cukup tersedia untuk penyerapan melalui
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
fasilitas difusi, seperti yang terjadi pada yeast (Lagunas, 1993). Belum adanya informasi tentang konsentrasi keberadaan karbon dalam beberapa interface apoplastik, sangatlah sukar untuk menduga mekanisme potensial dari transport, baik yang keluar sel tanaman ataupun yang menuju sel-sel cendawan. Amanita muscaria yang merupakan cendawan ektomikoriza, menggunakan fruktosa maupun glukosa, namun juga tergantung pada invertase tanaman dalam pelepasan heksosa dari sukrosa (Chen dan Hampp, 1993). Transporter monosakarida telah diklon dari Amanita muscaria dan diduga transporter ini bertanggung jawab terhadap serapan heksosa baik pada tahapan tanpa simbiosis maupun dengan simbiosis. Transporter serupa dijumpai pada cendawan AM, meskipun tampaknya tidak mungkin keberadaan transporter tanpa keberadaan inang. Informasi sekuen transporter Amanita berpasangan dengan transporter dari yeast dan Neurospora crassa, yang diduga memfasilitasi cloning transporter dari fungi AM.
Transfer Phosphate dari Tanah ke Tanaman Melalui Cendawan Pergerakan phosphate dalam simbiosis melibatkan sejumlah tahapan transport
membran, penyerapan dimulai dengan melewati membran dari hifa eksternal. Selanjutnya diikuti oleh translokasi balik menuju struktur fungi internal, yang dilepaskan dari cendawan melewati membran arbuscular dan diambil tanaman melalui transporter pada membran peri-arbuscular (Gambar 1). Ada beberapa kemajuan mengenai pemahaman mekanisme penyerapan posfat oleh hifa eksternal cendawan AM, dan adanya affinitas tinggi dari transporter posfat telah diklon dari G. vesiforme (Harrison dan van Buuren, 1995). Transporter mempunyai nilai Km 18 μM sebagai penentu ekspresi dalam sel-sel yeast, suatu nilai yang konsisten dengan pengukuran sebelumnya terhadap serapan posfat oleh cendawan AM (Thomson et al., 1990). Transkrip transporter berada dalam miselium eksternal dan tidak ada dalam struktur internal dalam akar, dan oleh karena itu transporter diduga bertanggung jawab terhadap penyerapan awal posfat pada mikoriza (Harrison danvan Buuren, 1995). Belum adanya percobaan mengenai pemisahan gen-gen pada cendawan AM, mengakibatkan tidak diperoleh kepastian bukti langsung peranan transporter tersebut dalam simbiosis.
Aliran posfat melewati interface simbiotik pada mikoriza diduga pada 13 nmol M-2S-1, nilai ini akan meningkat jika posfat berlebih ditransfer ke mikoriza (Smith et al., 1994). Sedangkan laju umum efflux posfat dari hifa cendawan yang tumbuh
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
dalam medium kultur adalah 12 pmol M-2S-1. Berdasarkan hal ini, sepertinya cendawan AM memiliki beberapa tipe khusus mekanisme efflux yang terjadi dalam membran arbuscular, sehingga menyebabkan efflux posfat cukup tersedia ke interface arbuscular. Efflux posfat dari hifa ektomikoriza distimulasi oleh faktor divalent, dan mekanisme serupa mungkin dipacu oleh komponen matrix interface, seperti yang terjadi pada cendawan AM (Cairney dan Smith, 1993). Karena membran peri-arbuscular mempunyai aktivitas ATPase yang tinggi, sehingga serapan posfat selanjutnya oleh tanaman dapat terjadi melalui mekanisme transport pasangan proton. Namun demikian belum ada informasi mengenai kondisi fisiologi pada interface apoplasctic arbuscular, sehingga dugaan tersebut juga belum pasti.
Transporter posfat beberapa tahun yang lalu juga telah diklon dari akar-akar sejumlah spesies tanaman (Smith et al., 1997). Transporter-transporter ini di ekspresikan selama pertumbuhan tanaman pada lingkungan dengan kondisi rendah posfat, dan dimediasi oleh transport posfat affinitas tinggi menuju sel-sel epidermis dan kortex. Pada Medicago truncatula, ekspresi dari transporter ini adalah down-regulated pada akar-akar bermikoriza (Liu et al., 1998). Hal ini menunjukkan bahwa tanaman tidak menggunakan transporter ini selama simbiosis, dan oleh karena itu tidak seperti biasanya transporter ini bekerja pada membran peri-arbuscular. Serapan posfat secara langsung melalui sel-sel akar berkurang selama simbiosis, dan serapan posfat terbanyak terjadai melalui simbion cendawan, yang mana konsisten dengan mekanisme down regulated dari transporter posfat selama simbiosis.
KESIMPULAN
Mikoriza arbuscular merupakan asosiasi simbiotik yang berbentu antara spesies tanaman dalam skala luas termasuk angiosperm, gymnosperm, pteridophyta, dan beberapa bryophyta, dan skala cendawan terbatas termasuk dalam ordo tunggal, Glomales. Simbiosis terjadi dalam akar tanaman dimana cendawan mengkolonisasi apoplast dan sel korteks untuk memperoleh karbon dari tanaman. Kontribusi cendawan pada peristiwa simbiosis sangat kompleks, tetapi aspek utama meliputi transfer nutrien
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
mineral, khususnya phospat dari tanah ke tanaman. Perkembangan asosiasi yang sangat cocok ini memerlukan koordinasi molekular dan differensiasi selular dari kedua simbion untuk membentuk suatu sistem dimana transfer nutrien terjadi dua arah.
Walaupun mutan-mutan mikoriza yang ditemukan terbatas, namun telah banyak peranannya dalam membuktikan bahwa tanaman mengontrol berbagai tahapan perkembangan asosiasi simbiosis. Kompleksitas simbiosis ini menyebabkan diperlukannya pendekatan secara genetika dan identifikasi mutan-mutan baru harus ditekankan di masa yang akan datang.
DAFTAR PUSTAKA
Barker, SJ., Stummer, B., Gao, L., Dispain, I., O’Connor, PJ., and Smith, SE. 1998. Amutant in Lycopersicum esculentum Mill with highly reduced VA micorrhizal colonisation: isolation and and prelimenary characterisation. Plant J. 15:791799.
Becard, G. and Fortin, JA. 1988. Early everly events of vasicular-arbuscular mycorrhiza formation on Ri T-DNA transformed roots. New Phytiol. 108:11-18.
Becard, G., and Pfeffer, PE. 1993. Status of nuclear division in arbuscular mycorrhizal fungi during in vitro development. Protoplasma 174:62-68.
Bianciotto, V., Barbiero, G., and Bonfante, P. 1995. Analysis of the cell cycle in arbuscular mycorrhizal fungus by flow cymtometry and bromodeoxyudine labelling. Protoplasma 188:161-169.
Bradbury, SM., Petreson, RL., and Boeley, SR. 1991. Interaction between three alfalfa nodulation genotypes and two Glomus species. New Phytol. 119:115-120.
Burggraaf, AJP., and Beringer, JE. 1988. Absense of nuclear DNA synthesis in vesicular-arbuscular mycorrhyzal fungi during in vitro development. New Phytol. 111:25-37.
Buschges, R., Hollricher, K., Panstruga, R., Simon, G., and Wolter, M. 1997. The barley mlogene: a novel control element of plant pathogen resistance. Cell 88:695-705.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Cairney JGW, Smith SE. 1993. Efflux of phosphate from the ectomycorrhizal basidiomycete Pisolithus tinctorius : general characteristics and the influence of intracellular phosphorus concentration. Mycol. Res. 97:1261-1266.
Chen X-Y, Hampp R. 1993. Sugar uptake by protoplast of the ectomycorrizal fungus Amanita muscaria. New Phytol. 125:601-608.
Douds, DD Jr. 1997. A Procedure for the establishment of Glomus mosseae in dual culture with Ri T-DNA-transformed carrot roots. Mycorrhiza 7:57-61.
Forbes, PJ., Millam, S., Hooker, JE., and Harrier, LA. 1998. Transformation of the arbuscular mycorrhizal fungus Gigaspora rosea by article bombardment. Mycol. Res. 102:497-501.
Fruhling M, Roussel H, Gianinazzi Pearson V, Puhler A, Perlick AM. 1997. The Vicia faba leghemoglobin gene Vflb29 is induced in root nodules and in roots colonized by the arbuscular mycorrizal fungus Glomus fasciculatum.Mol. PlantMicrobe Interact. 10:124-131.
Galun M, Bubrick P. 1984. Physiological interactions between partners of the lichen symbiosis. In Celluler interactions. Encyclopedia of plant physiology, ed. HF Linskins, J Heslop-Harrison. 17:362-401. Berlin : Springer-Berlag.
Garcia-Romera, I., Garcia-Garrido, JM., Martinez-Molani, E., and Ocampo, JA. 1991. Production of pectolytic enzymes in lettuce root colonized by Glomus mosseae. Soil Biol. Biochem. 23:597-601.
Harrison MJ. 1996. A sugar transporter from Medicago truncatula. Altered expression pattern in roots during vesicular-arbuscular (VA) mycorrizal associations. Plant J. 9:491-503.
Harrison MJ, van Buuren ML. 1995. A phosphate transporter from the mycorrhizal fungus Glomus versiforme. Nature. 378:626-629.
Hosny, M., Gianinazzi-Pearson, V., and Dulieu, H. 1988. Nuclear DNA Contents of eleven fungal spesies in Glomales 41:22-28.
Hosny, M., de Barros J-PP, Gianinazzi-Pearson, V., and Dulieu, H. 1997. Base composition of DNA from glomalean fungi : high amounts of methylated cytosine. Fungal Genet. Biol. 22:103-111.
Kaldorf, M., Schmelzer, E., and Bothe, H. 1998. Expression of maize and fungal nitrate reductase genes in arbuscular mycorrhyza. Mol. Plant-Microbe Interact. 11:3948.
Kape, R., Wex, K., Parniske, M., George, E., Wetzel, A., and Werner, D. 1992. Legume root metabolites and VA-mycorrhiza development. J. Plant Physiol. 141:54-60.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Lagunas R. 1993. Sugar transport in Saccharomyces cereviside. FEMS Microbiol. Rev. 104:229-242.
Liu H, Trieu AT, Blaylock LA, Harrison MJ. 1998. Cloning and characterization of two phosphate transporters from Medicago truncatula roots: regulation in response to phosphate and to colonization by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. Mol. Plant-Microbe Interact. 11:14-22.
Morton, JB., and Benny, GL. 1990. Revised classification of arbuscular mychorrizal fungi (zygomyceter): a new order, glomales, two new suborder, glomineae and gigasporineae, and two new families, acaulosporaceae and gigasporaceae, with an amendation of glomaceae. Mycotaxon 37:471-91.
Mugnier, J., and mosse, B. 1987. Vesicular-arbuscular mychorrhizal infection in transformated root inducing T-DNA roots grown axenically. Phytopathology 77:45-50.
Nagahashi, G., and Douds, DD Jr. 1997. Appresorium formation by AM fungi on isolated cell walls of carrot roots. New Phytol. 136:299-304.
Peterson, RL., and Bradbury, SM. 1995. Use of plant mutans, intraspecific variant, and non-host in studying mycorrhiza formation and function. In mycorrhiza Structure, Function, Moleculer Biology, and Biotechnology, ed. A. Varma, B. Hock, pp. 157-180. Berlin : Springer-Berlag.
Poulin, M-J., Simard, J., Catford, J-G., Lbrie, F., and Piche, Y. 1997. Response of symbiotic endomycorrhizal fungi to estrogen and antiestrogens. Mol. PlantMicrobe Interect. 10:481-487.
Remy, W., Taylor, TN., Hass, H., and Kerp, H. 1994. Four hundred-million-year-old vesicular arbuscularmycorrhyzae. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:41-43.
Rosendah, S., and Taylor, JW. 1997. Development of multiple genetic markers for studies of genetic variation in arbuscular mycorrhizal fungi using AFLP. Mol. Ecol. 6:21-29.
Salzer P, Hubner B, Sirrenberg A, Hager A. 1997. Differential affect of purified spruce chitinases and β-1,3- glucanases on the activity of elicitors from ectomycorrhizal fungi. Plant Physiol. 114:957-968.
Sanders, IR., Alt, M., Groppe, K., Boller, T., and Wiwemken, A. 1995. Identification of ribosomal DNA polymorphisms in spores of the Glomales: aplication to studies on the genetic diversity of arbuscular mycorrhizal fungal communities. New Phytol. 130:19-27.
Sauer N, Baier K, Gahrtz M, Stadler R, Stolz J, Truernit E. 1994. Sugar transport across the plasma membranes of higher plants. Plant Mol. Biol. 26:1671-1679.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Schreiner, RP., and Koide, RT. 1993. Mustards, Mustard oils and mycorrhizas. New phytol. 123:107-113.
Simon, L., Bousquet, J., Levesque, RC., and Lalonde, M. 1993. Origin and diversification of endomycorrhizal fungi and coincidence with vascular land plants. Nature 363:67-69.
Siqueira, JO., Safir, GR., and Nair, MG. 1991. Stimulation of VA mycorrhiza formation and growth of white clover by flavonoid compound. New Phytol. 118:87-93.
Smith FW, Ealing PM, Dong B, Delhaize E. 1997. The coning of two Arabidopsis genes belonging to a phosphate transporter family. Plant J. 11:83-92.
Smith, SE., and Gianinazzi-Pearson, V. 1988. Physiological interactions between symbionts in vesicular-arbuscular mycorrhizal plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 39:221-44.
Smith, SE., Dickson S, Morris C, Smith FA. 1994. Transfer of phosphate from fungus to plant in VA mycorrhizal : calculation of the area of symbiotic interface and of fluxes of P from two different fungi to Allium porrum L. New Phytol. 127:9399.
St-Arnaund, M., Hamel, C., Vimard, B., Caron, M., Fortin, JA. 1996. Enhancved hyphal growth and spore production of thearbuscular mycorrhizal fungus Glomus in traradices in an in vitro system in the absence of hosts. Mycol. Res. 100:328332.
Tester, M., Smith, SE., Smith, FA. 1987. The phenomenon of “nonmycorrhizal” plants. Can J. Bot. 65:19-31.
Thomson BD, Clarkson DT, Brain P. 1990. Kinetics of phosphorus uptake by the germ tubes of the vesicular arbuscular mycorrhizal fungus, Gigaspora margarita. New Phytol. 116:647-653.
Trappe, JM. 1987. In Ecophysiology of VA Mychorrizal Plants, ed, GR Safir, pp. 5-25. Boca Raton, FL:CRC Press.
Van Rhijn P, Fang Y, Galili S, Shaul O, Atzmon N. 1997. Expression of early nodulin genes in alfalta Mycorrhizae indicates that signal transduction pathways used in forming arbuscular mycorrhizae and rhizobium-induced nodules may be conserved. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94:5467-5472.
Wegel, E., Schaser, L., Sandal, N., Stougaard, J., and Parniske, M. 1998. Mycorriza mutans of Lotus japonicus define genetically independent step during symbiotic infection. Mol. Plant-Microve Interact. 11:933-936.
Wyss, P., and Bonafante, P. 1993. Amplifacation of genomic DNA of arbuscularmycorrhizal (AM) fungi by PCR using short arbitrary primers. Mycol. Rs. 97:51-57.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Zeze, A., Hosny, M., Gianinazzi-Pearson, V., and Dulieu, H. 1996. Characterization of a highly repeated DNA sequence (SCI) from the arbuscular mycorrhizal fungus Scutellospora castanea and its detection in planta. Appl. Environ. Microbiol. 62:43-48.
Zeze, A., Susilowati, E., Ophel-Keller, K., Baker, S., and Smith, S. 1997. Intersporal genetiv variation of Gigaspora margarita, a vesicular arbuscular mycorrhizal fungus, revealed by M13 minisatelitte-primed PCR. Apll. Environ. Microbiol. 63:76-78.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
ASPEK MOLEKULAR DAN SELULAR SIMBIOSIS CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
Oleh: Dr. Delvian, SP.MP. NIP. 132 299 348
JURUSAN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2006
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tulisan tentang kajian aspek molecular dan selular dalam hal simbiosis cendawan mikoriza arbuskula dengan tanaman inangnya.
Tulisan ini berisi tentang pengertian cendawan mikoriza arbuskula, perkembangan simbiosis dalam mikoriza arbuskula dan identifikasi dari gfen yang diinduksi selama simbiosis mikoriza arbuskula. Di samping itu juga membahas masalah pengangkutan nutrisi melewati interface cendawan mikoriza arbuskula yang meliputi proses transfer karbon dari tanaman inang dan transfer nutrisi dan air dari mikoriza.
Penulis berharap tulisan yang sederhana ini dapat bermanfaat sebagai bahan bacaan bagi para mahasiswa yang berminat dan dapat menjadi salah satu sumber referensi dalam melakukan penelitian dalam bidang yang berkaitan.
Akhirnya, pada kesempatan ini Penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya dalam penulusuran bahan tulisan ini.
Medan, Juni 2006
Penulis
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI
PENDAHULUAN
1
CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
1
PERKEMBANGAN SIMBIOSIS DALAM MIKORIZA ARBUSKULA Peristiwa Signaling Awal Pembentukan Appresorium Penetrasi Akar Pertumbuhan Internal dan Perkembangan Arbuskula Tipe Arum Perubahan Seluler dan Molekuler dalam Sel Selama Perkembangan Arbuskula Perkembangan Miselium Eksternal
4 4 5 5 7
8 9
IDENTIFKASI DARI GEN YANG DIINDUKSI SELAMA SIMBIOSIS MIKORIZA ARBUSKULA
Ekspresi Respon Pertahanan Ekspresi Gen Nodulasi dalam Simbiosis Mikoriza
9 10 11
PENGANGKUTAN NUTRISI MELEWATI INTERFACES CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
Transfer Karbon dari Tanaman ke Cendawan Transfer Fospat dari Tanah ke Tanaman Melalui Cendawan
12 12 13
KESIMPULAN
14
DAFTAR PUSTAKA
15
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
ASPEK MOLEKULAR DAN SELULAR SIMBIOSIS CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
DELVIAN Departemen Kehutanan Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara Jl. Tri Darma Ujung No. 1 Kampus USU Padang Bulan
Medan e-mail : dvilly6@yahoo.co.uk
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
PENDAHULUAN
Asosiasi simbiosis akar tanaman dengan cendawan di akhir 1880-an diberi nama mikoriza-berasal dari bahasa Greek yang berarti cendawan-akar. Observasi terbaru mengenai fosil tanaman dari era Devonian memberi kesan bahwa asosiasi mikoriza arbuskular, telah ada kira-kira 400 juta tahun yang lalu, tanaman telah membentuk asosiasi dengan mikoriza arbuskular (arbuscular mycorrizal = AM) sejak keduanya pertama kali mengkolonisasi tanah (Remy, et al., 1994). Saat ini, mikoriza arbuskular merupakan tipe asosiasi mikoriza yang tersebar sangat luas dan ada dalam ekosistem di seluruh dunia dimana asosiasi tersebut menciptakan suatu hubungan antara tanaman dan rizosfir (Trappe, 1987). Walaupun asosiasi ini penting dalam pergerakan hara antara tanaman dan tanah, pemahaman mengenai mekanisme yang mendasari perkembangan dan fungsi simbiosis ini masih terbatas.
Review ini akan mencoba membahas simbiosis mikoriza arbuskular, yaitu mengenai fisiologi dan regulasi simbiosis. Berdasarkan interaksi fisiologi antara simbion, Smith and Gianinazzi (1988) melihat perlunya pendekatan untuk menyediakan informasi fundamental pada level molekul mengenai perkembangan dan fungsi asosiasi. Lebih dari sepuluh tahun yang lalu terdapat ledakan molekular, genetik, dan analisis biokimia mengenai cendawan AM dan simbiosis AM.
CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULAR
Cendawan mikoriza arbuskular merupakan anggota semua zygomycota dan klasifikasi terbaru mengandung satu ordo, Glomales, mencakup enam genera dan 149 spesies (Morton and Benny, 1990). Faktor utama studi cendawan AM, termasuk taksonomi, asal biotropiknya; sejauh ini, cendawan AM tidak dikulturkan tanpa tanaman inang. Walaupun kurangnya kultur axenik, mungkin saja menanam cendawan AM dalam kultur steril dengan akar tanaman, atau dengan rambut akar yang ditransformasikan dengan Agrobacterium rhyzogenes (Mugnier and Mosse, 1987).
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Adaptasi terbaru pemanfaatan metode piring petri ini dimana cendawan dan akar dikulturkan bersama dalam satu kompartemen sementara miselium eksternal dibiarkan membentuk cabang-cabang dalam kompartemen kedua terpisah dari akar (St-Arnaud, et al., 1996). Peningkatan jumlah spesies cendawan sedang disusun dalam sistem kultur ini (Douds, 1997), yang terbukti bermanfaat bagi penelitian cendawan simbion. Sistem seperti ini juga memberikan akses kepada kemurnian, spora dan miselium cendawan steril yang esensial bagi analisis molekuler dan bermanfaat untuk menentukan taksonomi cendawan ini.
Analisis Molekuler Genom Cendawan Analisis genetik terbaru memberi kesan bahwa cendawan adalah aseksual dan
bereproduksi secara klonal (Rosendah, and Taylor, 1997). Sejumlah besar spora dibentuk oleh cendawan bersifat multinukleus dan, tergantung pada spesies, mengandung ribuan inti per spora (Becard and Fortin, 1988). Inti dalam spora tertahan dalam fase GO/GI (Bianciotto, Barbiero, and Bonfante, 1995) dan walaupun studi awal memberikan kesan bahwa replikasi DNA harus dalam tanaman inang (Burggraaf and Beringer, 1988), hal ini kemudian dibuktikan tidak benar; replikasi DNA dan pembelahan inti terjadi selama pertumbuhan awal tabung hifa, tanpa memperhatikan ada atau tidaknya tanaman inang (Becard and Pfeffer, 1993). Menggunakan pewarnaan pada inti dan aliran cytometry, kandungan DNA dari inti diestimasi pada kisaran 0.13 sampai 1.0 pg per nukleus pada 12 spesies yang diuji (Hosny, Gianinazzi-Pearson, and Delieu, 1988). Analisis komposisi basa sembilan spesies cendawan glomalian yang berbeda, mengandung representatif dari 4 genera yang berbeda, mengindikasikan bahwa genom cendawan ini mempunyai kandungan GC relatif rendah, rata-rata 33%, dari berlawanan dengan taxa cendawan yang lain, methylcytosine pada level yang tinggi (2.23 – 4.26%), walaupun tidak setinggi yang ada pada genom tanaman (Hosny et al., 1997).
Gen cendawan AM yang pertama disekuen adalah subunit kecil gen rRNA (SSU) dan daerah pengatur jarak rekam internal (ITS = internal transcribed spacer) yang menjadi target analisis phylogenetik (Simon, et al., 1993). Dari data sekuen SSU dimungkinkan untuk mengestimasi tanggal asal mula cendawan AM dan kapan terjadinya divergensi (perbedaan) dalam kelompok. Asal usul cendawan AM terletak
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
antara 462 dan 353 juta tahun yang lalu dan nenek moyang cendawan sangat mungkin seperti spesies Glomus. Famili Accaulosporaceae dan Gigasporaceae muncul kemudian dan diestimasi telah dibedakan satu sama lain 250 juta tahun yang lalu (Simon, et al., 1993).
Data sekuen SSU dan ITS juga memberikan desain primer spesifik yang, bila dipasangkan dengan amplifikasi PCR, memungkinkan indentifikasi cendawan AM dari spora dan dalam akar tanaman dalam situasi lapang (Simon, et al., 1993). Metode identifikasi berdasarkan DNA tambahan mengikuti (Zeze, et al., 1996), termasuk amplikasi analisis random DNA polymorphic (RAPD). Hal ini memungkinkan perkembangan pasangan primer spesifik untuk sejumlah spesies termasuk Glomus mosseae, Gigaspora margarita, dan Scutellospora castenea (Wyss and Bonafante, 1993). Primer ini berguna dalam penelitian taksonomi dan dalam pengujian PCR untuk mengkuantifikasi sejumlah cendawan dalam akar mikoriza.
Penemuan yang menarik tentang munculnya bagian ITS selama analisis molekular merupakan variabilitas komposisi genetik dalam dan antara spora spesies cendawan tunggal. Spora tunggal mengandung lebih dari satu sekuen ITS dan spora secara individu mempunyai sekuen ITS yang berbeda dari spora lain pada spesies yang sama (Sanders, et al., 1995). Variabilitas ini dikonfirmasi lebih lanjut dengan analisis lokus yang lain (Zeze, et al., 1997). Menggunakan marker berdasarkan minisatelit, diamati bahwa generasi pertama spora timbul dari kultur spora tunggal yang memperlihatkan level variasi tinggi, yang mengesankan bahwa multinukleus spora adalah heterokaryotik. Ada kemungkinan bahwa kembali bercampurnya inti (nuclei) yang secara genetik berbeda memberikan mekanisme dimana melalui mana cendawan ini memelihara perbedaan genetik (Zeze, et al., 1997).
Pustaka genom dipersiapkan dari spora dan pustaka cDNA dari spora dan akar mikoriza yang telah dikonstruksi untuk sejumlah spesies terbatas, dan klon cDNA pertama menggambarkan gen selain daripada rRNAS yang telah diidentifikasi. Glyceroldehyde-3 phospate dehydrogenase (GAPDH), β-tubulin, ATPase, nitrate reductase, dan sekuen protein pengikat DNA diantara yang pertama dilaporkan. Walaupun hal ini sebagian besar dianggap sebagai gen-gen berumah tangga (housekeeping gen), protein di atas merupakan marker molekul yang berguna untuk
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
analisis cendawan ini selama perkembangan simbiosis (Kaldorf, Schmelzer, and Bothe, 1998).
Pembedahan fungsi gen dalam cendawan mikoriza arbuskular dimana yang akan datang akan sulit tanpa kemungkinan mentransformasi cendawan ini secara genetik. Kemajuan ke arah tujuan ini telah dibuat dan ekspesi sementara konstruk gen reporter (pelapor) dalam spora Gigaspora Margarita telah dicapai. Ini dalam spora Gigaspora Margarita merupakan pencapaian teknologi yang penting dan akan meningkatkan analisis molekul cendawan AM (Forbes, et al., 1998).
PERKEMBANGAN SIMBIOSIS DALAM MIKORIZA ARBUSKULAR
Peristiwa Signaling Awal Perkembangan spora cendawan AM dan awal pertumbuhan tabung hifa dapat
terjadi pada kondisi tidak ada akar tanaman; sebaliknya, eksudat akar volatilisasi seperti CO2 dapat menstimulasi proses ini (Kape, et al., 1992). Pada beberapa kasus, eksudat akar juga mendatangkan percabangan hifa yang cepat dan ekstensif saat memasuki daerah akar, suatu respon yang diamati sebagai hifa mendekati akar tanaman inang tetapi tidak ketika bertemu dengan akar non tanaman inang, yang mengesankan pengenalan inang telah terjadi. Dalam kasus ini, kurangnya pengenalan akan non inang dapat dikarenakan kurangnya signal; akan tetapi, dalam hal lain status non inang mungkin dikarenakan senyawa penghambat (Schreiner and Koide, 1993).
Kisaran komponen aktif yang ada eksudat akar belum diketahui. Sebaliknya, beberapa aktivitas mungkin dikarenakan senyawa flavonoid dan phenolic yang menstimulasi pertumbuhan beberapa spesies cendawan AM sementara menghambat yang lain (Siqueira, Safir, and Nair, 1991). Tanggung jawab molekul tertentu untuk mendatangkan percabangan hifa juga belum diketahui tetapi, berdasarkan estimasi ukurannya, bisa saja turunan phenolic atau flavonoid. Karena senyawa-senyawa flavonoid aktic pada konsentrasi sangat rendah, diasumsikan bahwa senyawa-senyawa
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
tersebut tidak memiliki efek nutrisional cukup bertindak sebagai signal untuk menstimulasi atau menghambat pertumbuhan. Flavonoid/isoflavonoid terikat pada penerima estrogen, dan eksperimen terbaru menggunakan estrogen dan anti estrogen menghasilkan bukti pendahuluan bagi adanya kemampuan penerima cendawan AM mengikat biochanin A dan estrogen. Berdasarkan struktur molekul ini, ada kesan bahwa cincin (rings) A dan C dari kelompok isoflavonoid dan hydroxyl pada posisi A-7 merupakan hal penting untuk dikenal oleh penerima (Poulin, et al., 1997). Meskipun turunan flavonoid dapat mempengaruhi tahap awal siklus hidup cendawan, eksperimen dengan mutan jagung yang difesiensi flavonoid mengindikasikan bahwa mereka tidak penting bagi perkembangan simbiosis. Mungkin dalam lingkungan alami, stimulasi dengan media flavonoid pada pertumbuhan dan percabangan daerah akar membantu memastikan adanya kontak dengan akar dan membangun simbiosis. Perbedaan efek flavonoid/isoflavonoid pada spesies cendawan yang berbeda dapat dipertimbangkan untuk mempengaruhi populasi cendawan yang dihubungkan dengan tanaman tertentu.
Pembentukan Appresorium Perkembangan simbiosis berawal ketika hifa cendawan mengadakan kontak
dengan akar tanaman inang dan berdiferensiasi membentuk appresorium. Walaupun komponen eksudat akar mampu menstimulasi pertumbuhan dan percabangan hifa, tetapi tidak dapat menghasilkan appresoria, yang awalnya hanya diamati pada akar tanaman utuh. Baru-baru ini, hal tersebut diperlihatkan bahwa Gigaspora margarita dapat membentuk appesoria in vitro pada pemurnian dinding sel epidermis akar wortel, inang untuk Gigaspora margarita, tetapi tidak pada dinding yang diisolasi dari tebu gula, bukan inang (Nagahashi and Douds, 1997). Cendawan juga mengenal secara spesifik dinding sel epidermis dan tidak membentuk appresoria pada dinding sel cortical atau vaskular. Eksperimen ini mengindikasikan bahwa signal untuk pembentukan appresorium terletak dalam dinding sel epidermis, hipotesis awal oleh Tester et al (1987). Eksperimen juga menegaskan bahwa signal percabangan meloncat ke dinding atau eksudat dari akar, karena pemurnian fragmen dinding tidak mendatangkan percabangan hifa yang diamati dalam akar utuh. Dinding yang dimurnikan ini mungkin terdiri dari campuran polisakarida, termasuk selusose dan polygalacturonan dan beberapa protein. Molekul karbohidrat bertindak sebagai signal dalam sejumlah
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
interaksi cendawan/tanaman lain dan mungkin merupakan kandidat untuk menginduksi appesoria dalam simbiosis AM.
Penetrasi Akar Pembentukan appresorium diikuti oleh perkembangan penetrasi hifa dan
penetrasi akar. Hal ini dapat terjadi dengan cara yang berbeda; pada beberapa spesies, hifa memaksa masuk diantara dua sel epidermis, sedangkan pada kasus lain, hifa memasuki epidermis atau dinding sel rambut akar dan tumbuh melalui sel. Mekanisme terperinci termasuk penetrasi belum diketahui; akan tetapi, dengan analogi sejumlah patogen biotropik, diduga bahwa spesifik, lokalisasi produksi dari degradasi enzim dinding sel, dikombinasikan dengan dorongan mekanik, memudahkan masuknya hifa tanpa induksi respon pertahanan. Cendawan AM memproduksi enzim exo-dan endoglucanses, cellulases, xyloglucanases dan pectolytic termasuk polygalacturonase (Garcia, et al., 1991), semua yang akan mempercepat penerimaan melalui dinding sel.
Karena appresoria yang dikembangkan pada fragmen dinding sel yang dimurnikan gagal membentuk penetrasi hifa dan tidak memasuki dinding, proses berikutnya untuk membentuk appresorium mungkin memerlukan sel lengkap. Luas kisaran tanaman mutan dimana cendawan AM dapat membentuk appresoria tetapi tidak berkembang lebih lanjut merupakan bukti bahwa tanaman mengontrol tahap perkembangan ini dalam asosiasi. Muta menahan pada tahap simbiosis ini digambarkan dalam Pisum sativum, Medicago sativa, Vicia vaba, Phaseolus vulgaris, Medicago truncatula, Lotus japonicus, dan Lycopersion esculentum.Phenotip asosiasi mutan ini agak mirip pada level morfologi dan dibagi dalam dua kelompok. Dalam asosiasi dengan mutan P. sativum, L. esculentum, dan Medicago, cendawan membentuk appresoria yang frekuensinya besar dan tidak sempurna (cacat) dan yang menjadi septate bila cendawan memasuki akar (Bradbury, Petreson, and Boeley, 1991). Dalam asosiasi dengan galur mutan Medicago sativa, jumlah appresoria yang terbentuk pada mutan meningkat, kemungkinan merupakan konsekuensi dari kegagalan penetrasi; sebaliknya, peningkatan jumlah appresoria tidak dilaporkan untuk mutan P. sativum. Dalam P. sativum, phenotip non penetrasi mengacu pada seperti myc(-1) dan 21 mutan ini telah digambarkan. Mereka termasuk dalam lima kelompok pelengkap, yang mengindikasikan bahwa pintu masuk ke akar dibawah kontrol kompleks genetik. Sifat
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
segregasi sebagai lokus resesif fan kondisi ditentukan oleh akar. Okulasi turunan tipe liar ke dalam stok mutan tidak menyelamatkan mutan. Rambut akar disiapkan dari genotip ini juga memelihara status non mikorizanya. Analisis sitokimia satu dari interaksi mutan P. sativum dan satu dari M. sativa mengindikasikan bahwa deposisi (penurunan) dinding sel, termasuk callose dan phenolic, ada dalam dinding sel yang berdekatan dengan appresoria (Peterson and Bradbury, 1995). Deposisi (penurunan) ini tidak dilihat dalam interaksi tipe liar, yang memberi kesan bahwa respon pertahanan diperoleh dalam mutan ini. Berdasarkan data ini, ada kemungkinan bahwa penindas (suppressor) respon pertahanan mengalami mutasi ini sehingga sekarang tanaman melihat cendawan sebagai patogen. Situasi ini mengingatkan kepada interaksi barley/Erisiphe granminis dimana mutasi diinduksi alel resesif dari lokus MIo yang memberikan resistensi terhadap kisaran yang luas isolat Erisiphe. Resistensi diperantarai oleh pembentukan apposition (keterangan tambahan) pada dinding sel dibawah appresoria dan MIo tipe liar merupakan regulator negatif respon pertahanan maupun kematian sel daun. Gen MIo diklon dan mengkode protein diprediksi menjadi membran protein integral; sebaliknya, fungsi protein dan mekanisme regulasi respon pertahanan tetap ditentukan (Buschges, et al., 1997).
Mutan P. vulgaris dan L. japonicus memperlihatkan phenotip agak berbeda dari spesies lain dan pembentukkan appresorium diikuti oleh penetrasi lapisan sel pertama. Asosiasi kemudian gugur dalam epidermis akar dimana membengkak dan merusak bentuk hifa tampak dalam sel-sel ini. Dalam mutan Lotus hifa kadang-kadang mengatasi penahanan dalam epidermis dan pertumbuhan dari hifa yang tidak sempurna terus berlanjut, menghasilkan struktur internal mikoriza normal. Karena hal ini tidak dapat dibedakan dari tipe liar, mengesankan bahwa gen yang mengalami mutasi tidak memerlukan fase pertumbuhan berikutnya (Wegel, et al., 1998). Semua mutan legum mikoriza juga terpengaruh kemampuannya untuk membentuk simbiosis fiksasi nitrogen dengan spesies Rhizobium dan karena itu mendefinisikan sekelompok gen, disebut gen sym, penting untuk kedua simbiosis. Kemiripan antara simbiosis ini baru mulai muncul, dan beberapa lintasan (pathway) singnaling dan peristiwa dowstream terjadi selama pembentukkan simbiosis secara jelas dikonservasi.
Mutan non penetrasi diidentifikasi dalam L. eskulentum merupakan mutan pertama dari tipe ini yang diidentifikasi dari spesies non leguminose. Mutan ini
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
memperlihatkan phenotip yang mirip dengan mutan legum, walaupun respon agak berbeda tergantung pada cendawan simbion yang terlihat. Glomus mossege tidak dapat memasuki akar mutan L. esculentum, sedangkan Gigaspora margarita kadang-kadang dapat masuk. Berlawanan dengan mutan L. japonicum, mutasi ini muncul untuk mempengaruhi tingkat internal perkembangan mikoriza, dan berikutnya masuk, G. margarita tidak berkembang secara ekstensif dalam akar dan tidak dapat membentuk arbuscule (Barker, et al., 1998). Kloning gen yang mengalami mutasi di masa yang akan datang, yang dapat dilakukan dengan mudah untuk L. esculentum dan juga untuk legum, L. japonicus dan M. truncatula, karena ukuran genomnya kecil, akan memberikan pengetahuan dalam mengontrol mekanisme.
Pertumbuhan Internal dan Perkembangan Arbuskular dan Mikoriza Tipe-Arum Perkembangan internal dari cendawan seperti masuknya hifa ke dalam akar
tanaman, dipengaruhi oleh; tanaman dan spesies tunggal cendawan, yang memiliki pola pertumbuhan morfologi yang berbeda dan tergantung kepada asosiasi partner tanaman. Dua pola utama perkembangan ini merujuk pada Tipe Paris dan Arum (Smith et al., 1997). Tipe Arum banyak diteliti seperti halnya pada tulisan ini.
Mikoriza tipe Arum, mula-mula penetrasi diikuti oleh pertumbuhan hifa. Saat mencapai bagian dalam korteks, cabang meningkat dari hifa interseluler yang melakukan penetrasi ke dinding sel korteks dan akhirnya berdiferensiasi antar sel untuk membentuk struktur cabang dikotom yang diketahui sebagai arbuskular (Gambar 1). Meskipun perkembangan arbuskular antar sel tanaman merupakan hal yang esensial, namun yang diperlebar adalah apoplastik plasma membran tanaman. Dinding sel fungi/cendawan berkembang menjadi arbuskular, dan kosekuensinya di dalam sel terdapat banyak interspace interseluler dari kedua simbion, secara ekstrim tidak terjadi kontak yang dipisahkan oleh membran dan apoplas tanaman (Smith dan Gianinazzi, 1988). Interspace ini disebutkan sebagai tempat phosphate dan carbon ditransfer antar simbion, juga diduga bahwa interseluler hifa itu responsive untuk pengambilan carbon (Smith et al., 1994). Meskipun usaha intensif dicurahkan oleh kedua simbion untuk perkembangan arbuskular simbion dan arbuskular interspace, namun waktu hidup arbuskular hanya beberapa hari yang selanjutnya mati dan hancur tanpa merusak sel hidup tanaman, dan memungkinkan ditempati oleh arbuskular yang lain. Hasil
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
pengamatan yang dilakukan terhadap variable pertumbuhan inang yang diamati pada mikoriza tipe Arum dan Paris, dan P. sativum mutan dimana arbuskular berkembang, menunjukkan bahwa tanaman juga mengontrol tahap asosiasi.
Mungikuti bentuk arbuskular, beberapa spesies dari fungsi AM juga membentuk butiran lipid antar akar, yang dianggap sebagai tempat penyimpanan untuk cendawan/fungi (Smith dan Gianinazzi, 1988).
Perubahan Selulerdan Molekuler dalam Sel Selama Perkembangan Arbuskular Penetrasi hifa fungi ke dinding sel korteks dan selanjutnya memulai untuk
diferensiasi menjadi arbuskular, maka terjadi respon sel yang terinvasi dengan fragmentasi dari vakuola, migrasi inti ke bagian tengah antar sel dan meningkatkan jumlah organel. Respon ini spesifik arbuskular dan tidak terjadi pada exodermal sel selama perkembangan koil. Pelebaran membran plasma kira-kira 4 kali lipat untuk membentuk peri-arbuskular membran yang menutup arbuskular, dan oleh karena itu meningkatkan konkomitan biosintesis yang terjadi. Meskipun membran peri arbuskularberhubungan dengan membran periperal pada sel tanaman, analisis sitokimia menunjukkan bahwa membran peri asburkular memiliki level A TPase yang tinggi (Smith dan Gianinazzi, 1988). Aktivitas H+-ATPase meningkat terhadap gradien proton yang diperlukan untuk berbagai aktivitas proses transport. Data ini mendukung dugaan transport aktif nutrien yang melewati membran. Diduga bahwa kemampuan untuk memelihara sintesis dan komponen deposit dinding sel, termasuk β-1,4 glucan saat ditemukan apoplastik kompartemen baru yang terbentuk antara membran peri arbuskular dan arbuskular. Analisis imunocytochemical menunjukkan bahwa adanya campuran matrix dari pectin, xyloglucan, nonekstrifield poligalacturan, arabinogalactan (AGP) dan Hydroxy prolin rich glycoprotein (HRGP) diinduksi oleh akar bermikoriza dari tanaman M. truncatula dan jagung, dan transkrip dilokalisasi secara spesifik dalam sel yang mengandung arbuskular (van Rhijn et al., 1997).
Pada tanaman yang berasosiasi dengan fungi patogen menghasilkan HRGP, yaitu protein yang dideposit dalam extrahoutorial matrix, komponen analog dengan matrix interface arbuskular yang diduga merupakan bentuk pertahanan dinding sel tanaman untuk mencegah dari perceiving patogen (Peterson dan Brodbury, 1995).
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Diduga bahwa perkembangan interface arbuskular menyebabkan perubahan dalam sel korteks. Pada M. truncatula, transkrip dari enzim yang mengkode lintasan biosintesis Flavonoid, Phenilalanine ammonia lyase (PAL) dan Chalcon synthase (CHS)di induksi pada sel yang mengandung arbuskular (Harisson, 1996). Fungsi Flavonoid ini dalam sel belum jelas, namun senyawa ini dapat menstimulasi pertumbuhan fungi AM saat simbiotik dan selama simbiosis. Dalam kasus lain Flavonoid berperan sebagai auksin inhibitor transport dan mengubah keseimbangan hormon dalam akar. Level hormon di dalam akar bermikoriza diketahui berubah dan kemungkinan diinduksi oleh gen-gen mikoriza (van Rhijn et al., 1997).
Miselium Eksternal Mengikuti kolonisasi dari korteks akar, perkembangan hifa fungi juga pesat di
dalam tanah. Miselium eksternal ini memegang peranan sangat penting pada simbiosis AM, yaitu dalam memperoleh nutrisi mineral dari tanah dan selanjutnya ditranslokasi ke tanaman, dan menstabilkan agregasi tanah melalui produksi glikoprotein oleh hifa. Studi tentang berbagai fungi hifa baik untuk tanaman maupun untuk fungsinya sendiri seharusnya menjadi topik kajian yang menarik dimasa mendatang.
IDENTIFIKASI DARI GEN YANG DI INDUKSI SELAMA SIMBIOSIS MIKORIZA ARBUSKULAR
Diferensial screening dari cDNA library disiapkan dari akar berley yang bermikoriza untuk identifikasi sharing sequence H+-ATPase. Kandidat potensial untuk ATPase berlokasi pada membran peri-arbuskular. cDNA yang mengkode kelompok protein intrinsic membran (MIP) sebenarnya diinduksi oleh akar seledri yang bermikoriza. Integral membran menfasilitasi perpindahan molekul kecil melewati membran dan diprediksi mempunyai peranan dalam transpor interface membran. cDNA psam1, diprediksi mengkode novel protein sharing menyerupai membrane anchore protein yang meregulasi aktivitas Ca++-ATPase. Fungsi gen psam1 dalam mikoriza belum diketahui. Kelompok xyloglucan endotransglycosylase (XET) terinduksi oleh
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
perkembangan dari assosiasi. Enzim XET yang dipotong dan membentuk ikatan zyloglucan antara dinding sel, diprediksi bahwa aktifitasnya membuat dinding sel longgar (loose) sehingga memungkinkan penetrasi hifa fungi atau fungi alternative untuk menjaga struktur interface matriks arbuskular (Van Rhijn et al., 1997). Gen Mt4 down-regulated dari transcrip yang terjadi pada mutan Medicago yaitu fungi yang gagal penetrasi ke akar dan hanya tumbuh pada permukaan external. Down-regulation dari gen Mt4 terjadi juga melalui signal dari fungi (Harisson, 1996).
Ekspresi Respon Pertahanan Interaksi tanaman dengan patogen fungi, invasi jaringan tanaman oleh fungi
sebagai hasil dari induksi dan ekspresi terus menerus dari kekuatan pertanaman yang mencegah patogen meningkat. AM terlihat secara lebih menyesuaikan assosiasi tanaman dengan fungi. Data dari berbagai assosiasi AM menunjukkan bahwa simbiosis AM dengan respon pertahanan tanaman umumnya menunjukkan transient meningkat pada awal simbiosis, diikuti dengan penekanan ke level yang lebih rendah dibawah tanaman yang tidak berkolonisasi (Koldorf, 1998).
Pada Allium porrum, chitinase dan dinding sel aktivitas peroksidase meningkat ekspresinya pada tahap awal perkembangan mikoriza; meskipun demikian assosiasi mikoriza yang telah terbentuk lebih rendah dibandingkan dengan kontrol. Selanjutnya, analisis immunocytokimia menunjukkan bahwa chitnase, saat terbentuk, dialokasikan di vakuola sehingga tidak kontak dengan hifa. Insitu hibridisasi menunjukkan bahwa regulasi dari isoflavon reduktase (IFR) ditranskiripsi secara eksklusive dibagian akar yang telah terbentuk arbuskular, hal ini menunjukkan adanya ekspresi lokal dan spesifik efek (Smith dan Gianinazzi, 1988).
Tekanan pertahanan tanaman terlihat terjadi secara menyeluruh dalam assosiasi AM, perlu untuk menekan ekspresi ini yaitu untuk menantang over-ekspresi dari khitinase, glucanase atau potogenesis-related (PT) protein yang muncul yang menyebabkan tidak efektifnya pembentukkan mikoriza. Over-ekspresi protein ini inhibitor terhadap pertumbuhan patogen fungi. Over-ekspresi chitinase menyebabkan tanaman lebih resisten terhadap Rhizoctonia solani, sebaliknya, over ekspresi PR-1a lebih resisten terhadap Penospora tabacina dan Phytophtora parasitiva (Douds, 1997). Gen over-ekspresi yang menekan calonisasi tanaman mikoriza yaitu PR-2, aktivitas
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
protein β-1,3 glucanase (Salzer et al., 1997). Pada akar alfalta yang bermikoriza yang berkolonisasi dengan G. margarita mengeluarkan senyawa fenolik dan isoflavonoid yang terakumulasi pada bagian akar yang terinfeksi membuat sel-sel necrotic dan mati (Douds, 1997). Nekrotik yang terjadi pada sel akar merupakan bentuk pertahanan patogen dengan melokalisasi infeksi. Lokalisasi itu mencegah perkembangan assosiasi, dengan demikian AM fungi gagal mengeluarkan respon pertahanan. Dengan demikian terdapat inkompatibilitas dan kompatibilitas tanaman terhadap mikoriza. Efek pengeluaran chitinase tidak mempengaruhi efek fungi melalui cleaving (pemotongan) menjadi unit yang tidak aktif. Dengan cara ini, respon pertahanan elisitasi dapat mencegah perkembangan dan simbiosis yang terjadi (Salzer et al., 1997).
Ekspresi Gen Nodulasi dalam Simbiosis Mikoriza Terdapat kesamaan antara simbiosis rhizobium-legum dan simbiosis mikoriza
arbuskular (AM), mestimulasi penelitian tentang ekspresi gen nodulasi selama simbiosis AM. Transkrip leghemoglobin di deteksi pada akar-akar bermikoriza tanaman Vicia faba (Fruhling et al., 1991), sedangkan pada Medicago sativa terdapat dua gen nodulasi MsENOD4O dan MsENOD2 yang diinduksi dalam akar-akar bermikoriza, dengan pola spesifik-jaringan yang serupa dengan ekspresi akar-akar yang diinokulasi dengan rhizobium (Van Rhijn et al., 1997). Ternyata kedua gen tersebut juga dapat diinduksi pada akar tanpa simbiosis, melalui aplikasi cytokinin. Dengan terjadinya peningkatan Level cytokinin selama nodulasi dan juga dalam akar-akar bermikoriza (Van Rhijn et al., 1997), maka diduga bahwa cytokinin adalah salah satu komponen signal transduction pathway mediating induction gen-gen yang terlibat selama simbiosis. Bukti lain dari signal transduction pathway untuk kedua simbiosis ini adalah studi pada gen-gen PsNOD5 dan PsNOD12A, yang diinduksi dalam akar-akar pe selama interaksi baik dengan cendawan AM ataupun dengan rhizobium. Pada muta pea sym8 yang tidak dapat membentuk simbiosis, ternyata ekspresi kedua gen tersebut diblokir. Dengan demikian SYM8 berfungsi dalam signal transduction pathway untuk menginduksi gengen tersebut dalam kedua simbiosis. Berdasarkan pemahaman tersebut dan dengan diperolehnya mutan simbiosis legum, maka jelaslah bahwa terdapat beberapa mekanisme yang digunakan oleh kedua simbiosis. Diduga bahwa simbiosis rhizobiumlegum terjadi karena exploitasi signaling pathway dari AM.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
PENGANGKUTAN NUTRISI MELEWATI INTERFACES CENDAWAN MIKORIZA ARBUSKULA
Transport nutrien antara simbion merupakan aspek central dalam simbiosis; meskipun demikian diketahui bahwa membran transporters bertanggung jawab terhadap pergerakan carbon atau phosphate antara simbion (Gambar 1).
Transfer Carbon dari Tanaman ke Fungi Telah diketahui selama lebih dari 20 tahun bahwa carbon dalam bentuk
glukosa ditransfer dari tanaman ke cendawan, serta hasil studi lanjut dari isolate arbuscular yang menggunakan glukosa untuk respirasi. Meskipun alokasi karbon menuju akar meningkat selama asosiasi mikoriza, namun sejumlah karbon tersebut diduga keluar dari sel-sel akar utuh menuju apoplast. Pada M. truncatula, ekspresi dari gen transporter hexose diinduksi pada akar-akar bermikoriza, secara spesifik yaitu dalam sel-sel korteks, disekitar cendawan. Pada keadaan ini tidak ada tekanan competing host mechanism (Horrison, 1996). Pada simbiosis lain, meningkatnya efflux nutrien distimulasi oleh permintaan microsimbion, yang telah diamati pada beberapa interaksi tanaman-cendawan. Fungi menghasilkan toksin yang mengubah proses transport membran menuju pelepasan metabolit (Galun dan Bubrick, 1984). Kejadian yang serupa dapat terjadi selama simbiosis AM, dan simbiosis fungal memiliki kemampuan untuk menstimulasi efflux carbon dari tanaman. Sampai saat ini belum diperoleh informasi molekuler tentang protein transport yang bertanggung jawab terhadap efflux carbon keluar sel tanaman; meskipun demikian hal ini masih merupakan objek penelitian, sejak tipe transporter ini diduga ada pada mesofil dan jaringan vascular dimana eksport gula terjadi (Sauer et al., 1994).
Keberadaan arbuscular terdapat pada area kontak langsung yang luas antara simbion, dan secara sederhana diasumsikan menuju interface dimana carbon di transfer. Hasil pengujian bahwa membran arbuscular kehilangan aktivitas ATPase yang mengakibatkan serapan karbon terjadi melalui hifa interseluler, yang mana membrannya memiliki aktivitas ATPase yang tinggi, dan selanjutnya merupakan energi untuk proses transport aktif (Gambar 1). Masih belum jelas apakah serapan dengan oleh cendawan AM memerlukan mekanisme transport aktif yang serupa dengan transporter tanaman, atau apakah konsentrasi karbon pada interface cukup tersedia untuk penyerapan melalui
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
fasilitas difusi, seperti yang terjadi pada yeast (Lagunas, 1993). Belum adanya informasi tentang konsentrasi keberadaan karbon dalam beberapa interface apoplastik, sangatlah sukar untuk menduga mekanisme potensial dari transport, baik yang keluar sel tanaman ataupun yang menuju sel-sel cendawan. Amanita muscaria yang merupakan cendawan ektomikoriza, menggunakan fruktosa maupun glukosa, namun juga tergantung pada invertase tanaman dalam pelepasan heksosa dari sukrosa (Chen dan Hampp, 1993). Transporter monosakarida telah diklon dari Amanita muscaria dan diduga transporter ini bertanggung jawab terhadap serapan heksosa baik pada tahapan tanpa simbiosis maupun dengan simbiosis. Transporter serupa dijumpai pada cendawan AM, meskipun tampaknya tidak mungkin keberadaan transporter tanpa keberadaan inang. Informasi sekuen transporter Amanita berpasangan dengan transporter dari yeast dan Neurospora crassa, yang diduga memfasilitasi cloning transporter dari fungi AM.
Transfer Phosphate dari Tanah ke Tanaman Melalui Cendawan Pergerakan phosphate dalam simbiosis melibatkan sejumlah tahapan transport
membran, penyerapan dimulai dengan melewati membran dari hifa eksternal. Selanjutnya diikuti oleh translokasi balik menuju struktur fungi internal, yang dilepaskan dari cendawan melewati membran arbuscular dan diambil tanaman melalui transporter pada membran peri-arbuscular (Gambar 1). Ada beberapa kemajuan mengenai pemahaman mekanisme penyerapan posfat oleh hifa eksternal cendawan AM, dan adanya affinitas tinggi dari transporter posfat telah diklon dari G. vesiforme (Harrison dan van Buuren, 1995). Transporter mempunyai nilai Km 18 μM sebagai penentu ekspresi dalam sel-sel yeast, suatu nilai yang konsisten dengan pengukuran sebelumnya terhadap serapan posfat oleh cendawan AM (Thomson et al., 1990). Transkrip transporter berada dalam miselium eksternal dan tidak ada dalam struktur internal dalam akar, dan oleh karena itu transporter diduga bertanggung jawab terhadap penyerapan awal posfat pada mikoriza (Harrison danvan Buuren, 1995). Belum adanya percobaan mengenai pemisahan gen-gen pada cendawan AM, mengakibatkan tidak diperoleh kepastian bukti langsung peranan transporter tersebut dalam simbiosis.
Aliran posfat melewati interface simbiotik pada mikoriza diduga pada 13 nmol M-2S-1, nilai ini akan meningkat jika posfat berlebih ditransfer ke mikoriza (Smith et al., 1994). Sedangkan laju umum efflux posfat dari hifa cendawan yang tumbuh
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
dalam medium kultur adalah 12 pmol M-2S-1. Berdasarkan hal ini, sepertinya cendawan AM memiliki beberapa tipe khusus mekanisme efflux yang terjadi dalam membran arbuscular, sehingga menyebabkan efflux posfat cukup tersedia ke interface arbuscular. Efflux posfat dari hifa ektomikoriza distimulasi oleh faktor divalent, dan mekanisme serupa mungkin dipacu oleh komponen matrix interface, seperti yang terjadi pada cendawan AM (Cairney dan Smith, 1993). Karena membran peri-arbuscular mempunyai aktivitas ATPase yang tinggi, sehingga serapan posfat selanjutnya oleh tanaman dapat terjadi melalui mekanisme transport pasangan proton. Namun demikian belum ada informasi mengenai kondisi fisiologi pada interface apoplasctic arbuscular, sehingga dugaan tersebut juga belum pasti.
Transporter posfat beberapa tahun yang lalu juga telah diklon dari akar-akar sejumlah spesies tanaman (Smith et al., 1997). Transporter-transporter ini di ekspresikan selama pertumbuhan tanaman pada lingkungan dengan kondisi rendah posfat, dan dimediasi oleh transport posfat affinitas tinggi menuju sel-sel epidermis dan kortex. Pada Medicago truncatula, ekspresi dari transporter ini adalah down-regulated pada akar-akar bermikoriza (Liu et al., 1998). Hal ini menunjukkan bahwa tanaman tidak menggunakan transporter ini selama simbiosis, dan oleh karena itu tidak seperti biasanya transporter ini bekerja pada membran peri-arbuscular. Serapan posfat secara langsung melalui sel-sel akar berkurang selama simbiosis, dan serapan posfat terbanyak terjadai melalui simbion cendawan, yang mana konsisten dengan mekanisme down regulated dari transporter posfat selama simbiosis.
KESIMPULAN
Mikoriza arbuscular merupakan asosiasi simbiotik yang berbentu antara spesies tanaman dalam skala luas termasuk angiosperm, gymnosperm, pteridophyta, dan beberapa bryophyta, dan skala cendawan terbatas termasuk dalam ordo tunggal, Glomales. Simbiosis terjadi dalam akar tanaman dimana cendawan mengkolonisasi apoplast dan sel korteks untuk memperoleh karbon dari tanaman. Kontribusi cendawan pada peristiwa simbiosis sangat kompleks, tetapi aspek utama meliputi transfer nutrien
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
mineral, khususnya phospat dari tanah ke tanaman. Perkembangan asosiasi yang sangat cocok ini memerlukan koordinasi molekular dan differensiasi selular dari kedua simbion untuk membentuk suatu sistem dimana transfer nutrien terjadi dua arah.
Walaupun mutan-mutan mikoriza yang ditemukan terbatas, namun telah banyak peranannya dalam membuktikan bahwa tanaman mengontrol berbagai tahapan perkembangan asosiasi simbiosis. Kompleksitas simbiosis ini menyebabkan diperlukannya pendekatan secara genetika dan identifikasi mutan-mutan baru harus ditekankan di masa yang akan datang.
DAFTAR PUSTAKA
Barker, SJ., Stummer, B., Gao, L., Dispain, I., O’Connor, PJ., and Smith, SE. 1998. Amutant in Lycopersicum esculentum Mill with highly reduced VA micorrhizal colonisation: isolation and and prelimenary characterisation. Plant J. 15:791799.
Becard, G. and Fortin, JA. 1988. Early everly events of vasicular-arbuscular mycorrhiza formation on Ri T-DNA transformed roots. New Phytiol. 108:11-18.
Becard, G., and Pfeffer, PE. 1993. Status of nuclear division in arbuscular mycorrhizal fungi during in vitro development. Protoplasma 174:62-68.
Bianciotto, V., Barbiero, G., and Bonfante, P. 1995. Analysis of the cell cycle in arbuscular mycorrhizal fungus by flow cymtometry and bromodeoxyudine labelling. Protoplasma 188:161-169.
Bradbury, SM., Petreson, RL., and Boeley, SR. 1991. Interaction between three alfalfa nodulation genotypes and two Glomus species. New Phytol. 119:115-120.
Burggraaf, AJP., and Beringer, JE. 1988. Absense of nuclear DNA synthesis in vesicular-arbuscular mycorrhyzal fungi during in vitro development. New Phytol. 111:25-37.
Buschges, R., Hollricher, K., Panstruga, R., Simon, G., and Wolter, M. 1997. The barley mlogene: a novel control element of plant pathogen resistance. Cell 88:695-705.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Cairney JGW, Smith SE. 1993. Efflux of phosphate from the ectomycorrhizal basidiomycete Pisolithus tinctorius : general characteristics and the influence of intracellular phosphorus concentration. Mycol. Res. 97:1261-1266.
Chen X-Y, Hampp R. 1993. Sugar uptake by protoplast of the ectomycorrizal fungus Amanita muscaria. New Phytol. 125:601-608.
Douds, DD Jr. 1997. A Procedure for the establishment of Glomus mosseae in dual culture with Ri T-DNA-transformed carrot roots. Mycorrhiza 7:57-61.
Forbes, PJ., Millam, S., Hooker, JE., and Harrier, LA. 1998. Transformation of the arbuscular mycorrhizal fungus Gigaspora rosea by article bombardment. Mycol. Res. 102:497-501.
Fruhling M, Roussel H, Gianinazzi Pearson V, Puhler A, Perlick AM. 1997. The Vicia faba leghemoglobin gene Vflb29 is induced in root nodules and in roots colonized by the arbuscular mycorrizal fungus Glomus fasciculatum.Mol. PlantMicrobe Interact. 10:124-131.
Galun M, Bubrick P. 1984. Physiological interactions between partners of the lichen symbiosis. In Celluler interactions. Encyclopedia of plant physiology, ed. HF Linskins, J Heslop-Harrison. 17:362-401. Berlin : Springer-Berlag.
Garcia-Romera, I., Garcia-Garrido, JM., Martinez-Molani, E., and Ocampo, JA. 1991. Production of pectolytic enzymes in lettuce root colonized by Glomus mosseae. Soil Biol. Biochem. 23:597-601.
Harrison MJ. 1996. A sugar transporter from Medicago truncatula. Altered expression pattern in roots during vesicular-arbuscular (VA) mycorrizal associations. Plant J. 9:491-503.
Harrison MJ, van Buuren ML. 1995. A phosphate transporter from the mycorrhizal fungus Glomus versiforme. Nature. 378:626-629.
Hosny, M., Gianinazzi-Pearson, V., and Dulieu, H. 1988. Nuclear DNA Contents of eleven fungal spesies in Glomales 41:22-28.
Hosny, M., de Barros J-PP, Gianinazzi-Pearson, V., and Dulieu, H. 1997. Base composition of DNA from glomalean fungi : high amounts of methylated cytosine. Fungal Genet. Biol. 22:103-111.
Kaldorf, M., Schmelzer, E., and Bothe, H. 1998. Expression of maize and fungal nitrate reductase genes in arbuscular mycorrhyza. Mol. Plant-Microbe Interact. 11:3948.
Kape, R., Wex, K., Parniske, M., George, E., Wetzel, A., and Werner, D. 1992. Legume root metabolites and VA-mycorrhiza development. J. Plant Physiol. 141:54-60.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Lagunas R. 1993. Sugar transport in Saccharomyces cereviside. FEMS Microbiol. Rev. 104:229-242.
Liu H, Trieu AT, Blaylock LA, Harrison MJ. 1998. Cloning and characterization of two phosphate transporters from Medicago truncatula roots: regulation in response to phosphate and to colonization by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. Mol. Plant-Microbe Interact. 11:14-22.
Morton, JB., and Benny, GL. 1990. Revised classification of arbuscular mychorrizal fungi (zygomyceter): a new order, glomales, two new suborder, glomineae and gigasporineae, and two new families, acaulosporaceae and gigasporaceae, with an amendation of glomaceae. Mycotaxon 37:471-91.
Mugnier, J., and mosse, B. 1987. Vesicular-arbuscular mychorrhizal infection in transformated root inducing T-DNA roots grown axenically. Phytopathology 77:45-50.
Nagahashi, G., and Douds, DD Jr. 1997. Appresorium formation by AM fungi on isolated cell walls of carrot roots. New Phytol. 136:299-304.
Peterson, RL., and Bradbury, SM. 1995. Use of plant mutans, intraspecific variant, and non-host in studying mycorrhiza formation and function. In mycorrhiza Structure, Function, Moleculer Biology, and Biotechnology, ed. A. Varma, B. Hock, pp. 157-180. Berlin : Springer-Berlag.
Poulin, M-J., Simard, J., Catford, J-G., Lbrie, F., and Piche, Y. 1997. Response of symbiotic endomycorrhizal fungi to estrogen and antiestrogens. Mol. PlantMicrobe Interect. 10:481-487.
Remy, W., Taylor, TN., Hass, H., and Kerp, H. 1994. Four hundred-million-year-old vesicular arbuscularmycorrhyzae. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:41-43.
Rosendah, S., and Taylor, JW. 1997. Development of multiple genetic markers for studies of genetic variation in arbuscular mycorrhizal fungi using AFLP. Mol. Ecol. 6:21-29.
Salzer P, Hubner B, Sirrenberg A, Hager A. 1997. Differential affect of purified spruce chitinases and β-1,3- glucanases on the activity of elicitors from ectomycorrhizal fungi. Plant Physiol. 114:957-968.
Sanders, IR., Alt, M., Groppe, K., Boller, T., and Wiwemken, A. 1995. Identification of ribosomal DNA polymorphisms in spores of the Glomales: aplication to studies on the genetic diversity of arbuscular mycorrhizal fungal communities. New Phytol. 130:19-27.
Sauer N, Baier K, Gahrtz M, Stadler R, Stolz J, Truernit E. 1994. Sugar transport across the plasma membranes of higher plants. Plant Mol. Biol. 26:1671-1679.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Schreiner, RP., and Koide, RT. 1993. Mustards, Mustard oils and mycorrhizas. New phytol. 123:107-113.
Simon, L., Bousquet, J., Levesque, RC., and Lalonde, M. 1993. Origin and diversification of endomycorrhizal fungi and coincidence with vascular land plants. Nature 363:67-69.
Siqueira, JO., Safir, GR., and Nair, MG. 1991. Stimulation of VA mycorrhiza formation and growth of white clover by flavonoid compound. New Phytol. 118:87-93.
Smith FW, Ealing PM, Dong B, Delhaize E. 1997. The coning of two Arabidopsis genes belonging to a phosphate transporter family. Plant J. 11:83-92.
Smith, SE., and Gianinazzi-Pearson, V. 1988. Physiological interactions between symbionts in vesicular-arbuscular mycorrhizal plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 39:221-44.
Smith, SE., Dickson S, Morris C, Smith FA. 1994. Transfer of phosphate from fungus to plant in VA mycorrhizal : calculation of the area of symbiotic interface and of fluxes of P from two different fungi to Allium porrum L. New Phytol. 127:9399.
St-Arnaund, M., Hamel, C., Vimard, B., Caron, M., Fortin, JA. 1996. Enhancved hyphal growth and spore production of thearbuscular mycorrhizal fungus Glomus in traradices in an in vitro system in the absence of hosts. Mycol. Res. 100:328332.
Tester, M., Smith, SE., Smith, FA. 1987. The phenomenon of “nonmycorrhizal” plants. Can J. Bot. 65:19-31.
Thomson BD, Clarkson DT, Brain P. 1990. Kinetics of phosphorus uptake by the germ tubes of the vesicular arbuscular mycorrhizal fungus, Gigaspora margarita. New Phytol. 116:647-653.
Trappe, JM. 1987. In Ecophysiology of VA Mychorrizal Plants, ed, GR Safir, pp. 5-25. Boca Raton, FL:CRC Press.
Van Rhijn P, Fang Y, Galili S, Shaul O, Atzmon N. 1997. Expression of early nodulin genes in alfalta Mycorrhizae indicates that signal transduction pathways used in forming arbuscular mycorrhizae and rhizobium-induced nodules may be conserved. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94:5467-5472.
Wegel, E., Schaser, L., Sandal, N., Stougaard, J., and Parniske, M. 1998. Mycorriza mutans of Lotus japonicus define genetically independent step during symbiotic infection. Mol. Plant-Microve Interact. 11:933-936.
Wyss, P., and Bonafante, P. 1993. Amplifacation of genomic DNA of arbuscularmycorrhizal (AM) fungi by PCR using short arbitrary primers. Mycol. Rs. 97:51-57.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006
Zeze, A., Hosny, M., Gianinazzi-Pearson, V., and Dulieu, H. 1996. Characterization of a highly repeated DNA sequence (SCI) from the arbuscular mycorrhizal fungus Scutellospora castanea and its detection in planta. Appl. Environ. Microbiol. 62:43-48.
Zeze, A., Susilowati, E., Ophel-Keller, K., Baker, S., and Smith, S. 1997. Intersporal genetiv variation of Gigaspora margarita, a vesicular arbuscular mycorrhizal fungus, revealed by M13 minisatelitte-primed PCR. Apll. Environ. Microbiol. 63:76-78.
Delvian: Aspek Molekular dan Selular Simbiosis Cendawan Mikoriza Arbuskula , 2006
USU Repository©2006