19
transgenik mampu memperbaiki ketahanan terhadap kekeringan Cheng et al. 2001.
Hormon tumbuhan asam absisat ABA akan meningkat pada waktu terjadi cekaman kekeringan. Kenaikan
tingkat konsentrasi ABA selama
kekeringan terjadi karena ekspresi sejumlah gen yang mengatur biosintesis ABA Xiong et al. 2002. ABA dapat mengaktifkan sejumlah gen Leung Giraudat
1998. Beberapa gen memperlihatkan respon kekeringan tanpa melalui sinyal ABA. Terdapat dua sinyal transduksi yang melibatkan ABA dan dua sinyal
lainnya tidak melibatkan ABA pada respon tanaman terhadap cekaman kekeringan Shinozaki Yamaguchi-Shinozaki 1997. Lintasan yang tidak
melibatkan ABA diperkirakan terekspresi lebih dahulu dibandingkan lintasan yang melibatkan ABA Narusaka et al. 2003; Dubouzet et al. 2003.
1.3 Identifikasi gen potensial untuk padi tahan kering
Beberapa ciri fisiologi dan morfologi tanaman padi untuk bertahan pada saat cekaman kekeringan telah diidentifikasi Fukai Kamoshita 2005.
Penundaan waktu berbunga, warna hijau dari daun yang lebih dominan, dan pembentukan malai setelah periode kering merupakan ciri penting untuk tanaman
padi yang mampu bertahan dari cekaman kekeringan apabila cekaman datang pada fase vegetatif. Sedangkan ciri penting tanaman padi tahan cekaman
kekeringan jika kekeringan menyerang pada fase generatif antara lain adalah waktu berbunga yang lebih awal, tidak ada penundaan waktu berbunga,
kandungan air yang tinggi pada daun, dan sedikit jumlah daun yang mati. Identifikasi sifat tahan kering dapat dipakai sebagai dasar untuk mencari gen-gen
yang terlibat dalam mekanisme tahan kering. Pencarian sifat yang berperan penting dalam ketahanan kekeringan dari
tanaman padi dapat dilakukan dengan mempelajari fungsi gen yang terlibat. Fungsi gen dipelajari dengan meningkatan tingkat ekspresinya overexpression,
menghilangkan ekspresi knockout, dan mengidentifikasi pola ekspresi gen tersebut. Gen yang terlibat dapat diidentifikasi dengan pendekatan genetika
Reverse atau Forward. Pendekatan pertama memanfaatkan tanaman hasil mutasi
20
yang dapat memperlihatkan hilangnya ekspresi atau meningkatkan ekspresi suatu gen. Gen potensial dapat ditapis melalui tanaman hasil mutasi yang didapat.
Pendekatan yang kedua adalah dengan mengisolasi gen yang diduga memiliki fungsi pada mekanisme kekeringan.
Tanaman dapat dimutasi menggunakan proses penyisipan T-DNA yang sifatnya acak pada kromosom padi. Kombinasi dengan AcDs transposon
memungkinkan percepatan koleksi mutan yang dihasilkan Jin et al. 2004. Daerah pembatas kanan atau kiri dari T-DNA Agrobacterium
tumefaciens biasa
dipakai sebagai penanda. Beberapa cara telah dilaporkan dapat mengetahui daerah yang disisip oleh T-DNA, antara lain dengan plasmid resque, inverse PCR
Triglia et al. 1988; Does et al. 1991, atau TAIL thermal asymmetric interlaced PCR Liu
Whittieret al. 1995. Penggunaan pustaka cDNA telah dilakukan
untuk mengidentifikasi sejumlah gen novel yang responsif saat terjadi cekaman kekeringan pada padi Indica Reddy et al. 2002. Selain itu, teknologi microarray
cDNA telah dilakukan untuk mengetahui ekspresi gen yang responsif pada saat cekaman kekeringan Yamaguchi-Shinozaki et al. 2003. Teknik penapisan
diferensial telah dipakai untuk mengisolasi gen yang terinduksi kekeringan Ingram Bartels 1996.
2 HD-Zip Homeodomain Leucine Zipper
Gen HD-Zip merupakan gen yang mengkode protein HD-Zip yang berfungsi sebagai faktor transkripsi.
Faktor transkripsi adalah urutan khusus asam amino yang mampu berikatan dengan DNA untuk mengontrol proses penempelan RNA
polymerase pada DNA sehingga akan mengontrol proses transkripsi suatu gen de Sauza et al. 2003. Identifikasi faktor transkripsi didasarkan pada domain khusus
dan daerah yang berperan dalam DNA-binding atau oligomerisasi Liu et al. 1999. Faktor transkripsi dapat dikelompokkan menjadi tiga kelas yaitu faktor
transkripsi umum, faktor transkripsi upstream, dan faktor transkripsi inducible. Faktor transkripsi umum bersifat ubiquitous dan terlibat dalam pembentukan
komplek inisiasi awal pada daerah core-promoter di sekitar daerah awal transkripsi. TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, dan TFIIH adalah contoh dari
faktor transkripsi kelompok faktor transkripsi umum. Faktor transkripsi upstream
21
merupakan protein yang berikatan pada daerah upstream dari inisiasi transkripsi yang berfungsi untuk menginduksi atau menghambat proses transkripsi. Faktor
transkripsi inducible adalah protein seperti faktor transkripsi upstream yang dapat mengalami aktivasi atau penghambatan untuk ekspresinya sendiri.
Transkripsi menjadi langkah awal untuk ekspresi dan pengaturan tingkat ekspresi. Kontrol ekspresi gen pada tanaman merupakan hal esensial untuk
regulasi proses biologi seperti pembentukan bagian tanaman, perkembangan, diferensiasi, dan respon terhadap beragam sinyal lingkungan Yanasigawa 1998.
Kontrol pada faktor transkripsi merupakan strategi yang menjanjikan untuk perbaikan toleran terhadap cekaman. Strategi ini memungkinkan pengaturan
dengan kisaran luas atas sejumlah gen target. Ekspresi yang meningkat dari faktor transkripsi kedelai SCOF-1 dari famili zinc finger mampu meningkatkan toleransi
dingin pada tembakau transgenik tanpa mempengaruhi pertumbuhan normal dan sekaligus juga meningkatkan toleransi beku pada
ArabidopsisA. thaliana transgenik.
Gambar 6 Urutan asam amino dari protein homeodomain Drosophila
melanogaster antp
http:www.biosci.ki.se . Daerah dengan tanda
segitiga terbalik merupakan asam amino yang juga dimiliki oleh gen yang mengandung homeobox lainnya.
HD-Zip merupakan anggota dari kelompok homeodomain. Anggota lain dari kelompok homeodomain adalah plant HD finger PHD-finger, HD GLABRA2
HD-Zip IV, HD-Knotted1 HD-KN1 atau KNOX knotted-like homeobox Ito et al.
2001, dan HD-BELL Bel1-like Yang et al. 2002. HD-BELL dan KNOX dapat dikelompokkan ke dalam kelas super TALE 3-aa acid loop extention.
Homeodomain memiliki fungsi pada proses penempelan DNA dan terdiri dari tiga heliks alfa Gambar 7. Heliks alfa pertama membentuk posisi memutar terhadap
heliks alfa ke dua. Heliks alfa ke
dua akan membelok terhadap heliks alfa ke tiga.
Heliks alfa ke tiga selanjutnya bersambungan dengan peptida yang mengandung
Formatted: Swedish Sweden
Formatted: Spanish Mexico
22
motif leusin zipper. Heliks alfa ke tiga memiliki peranan dalam pengenalan dan
penempelan daerah tertentu pada lekukan DNA. Heliks alfa ke dua dan pertama
akan memperkuat penempelan tersebut. Gen knotted1 kn1 dari jagung merupakan gen homeobox yang pertama diidentifikasi pada tanaman Vollbrecht
et al. 1991.
Gambar 7 Model struktur protein HD-Zip. A. Protein HD-Zip terdiri dari dua
motif. Motif HD berperan dalam pengikatan DNA pada ujung terminal N, sementara leucine zipper pada ujung terminal C berfungsi
untuk dimerisasi. B. Model struktur pengikatan HD-Zip dengan DNA http:w3.uniroma1.itcentricnr-canedocsire1.htm.
Motif leusin zipper
yang bersambungan dengan homeodomain pada HD-Zip dinamakan daerah leucine zipper. Keberadaan leusin yang berulang pada urutan
tertentu menunjukkan fungsi untuk pembentukan gulungan yang bergelung untuk membentuk dimer Sessa et al. 1993. Daerah dengan motif leusin mengandung
empat sampai lima leusin dengan motif khusus. Masing-masing leusin dipisahkan oleh enam asam amino. Dua buah protein HD-Zip akan membentuk dimer pada
daerah motif membentuk gulungan yang bergelung. Dimer yang terbentuk seolah- olah akan membentuk zipper. Pembentukan zipper merupakan syarat awal untuk
proses penempelan DNA. Dua buah protein HD-Zip perlu berikatan membentuk dimer untuk dapat berfungsi. Protein dari kelas yang sama dapat membentuk
homodimer atau heterodimer Meijer et al. 1997. HD-Zip diklasifikasikan menjadi empat famili yaitu I, II, III dan IV. Famili
I-IV mampu mengenali pola urutan DNA tertentu yang akan diikatnya dalam bentuk pseudopalindromic Tabel 1. Protein HD-Zip merupakan faktor
transkripsi. Protein HD-Zip akan berikatan sebagai dimer pada daerah pengenalan pseudopalindromic
Tabel 1. Famili I dan II memiliki pseudopalindromic yang
Formatted: I ndent: First line: 0 cm
23
mirip CAATNATTG kecuali pada daerah tengah N yaitu AT pada famili I dan GC pada famili II Sessa et al. 1993; Meijer et al. 2000. Famili III
mengenali urutan DNA GTAATGCATTAC dan TAAATGCTA akan dikenali oleh famili IV Sessa et al. 1998; Abe et al. 2001; Ohashi-Ito Fukuda
2003. Tabel 1
Target urutan nukleotidasekuens
dari HD-Zip berupa psudopalindromic
HD-Zip Pseudopalindromic
Famili I CAATATATTG
Famili II CAATGCATTG
Famili III GTAATGCATTAC
Famili IV CATTATAATG
Meijer et al. 2000 Tron et al. 2001
Protein HD-Zip famili I dan II dibedakan berdasarkan jumlah asam amino leusin pada daerah leucine zipper. Jumlah leusin Famili I lebih banyak daripada
Famili II Meijer et al. 2000. Di samping itu, pada famili I dan II memiliki pola intron-ekson khusus Hendriksson et al. 2005. Famili III dan IV memiliki domain
START setelah daerah HD-Zip Schrick et al. 2004. Famili IV memiliki motif zipper loop zipper Nakamura et al. 2006.
Protein HD-Zip diduga memiliki peran khusus dalam proses perkembangan yang berhubungan dengan sinyal lingkungan Schena Davis 1992; Meijer et al.
2000. Peran HD-Zip ini telah diidentifikasi pada beberapa tanaman seperti
Arabidopsis A. thaliana
Ruberti et al. 1991, Oryza O.
sativa Meijer et al.
1997, C . eraterostigma
plantigineum Frank et al. 1998, dan Physcomitrella
patens Sakakibara et al. 2001. Ekspresi gen Athb6, Athb7, dan Athb12 HD-Zip
I dari Arabidopsis
A. thaliana diinduksi oleh cekaman kekeringan Söderman et
al. 1996; Lee Chun 1998; Söderman et al. 1999. Beberapa gen HD-Zip
Ceraterostigma plantagineum menunjukkan respon terhadap kekeringan Frank et
al. 1998; Deng et al. 2002. Pada tanaman padi yang memiliki sejumlah gen HD-
Zip, baru satu gen HD-Zip padi yang telah dikarakterisasi. Oshox1 HD-Zip II padi diperkirakan berfungsi dalam perkembangan tanaman antara lain sebagai
Formatted: Font: I talic
24
penentu spesifikasi sel pada perkembangan jaringan pembuluh Scarpella et al. 2000; Scarpella et al. 2002. Sejumlah gen-gen HD-Zip padi diperkirakan
memperlihatkan respon terhadap sinyal lingkungan antra lain kekeringan.
3 Asam salisilat SA
Tanaman dan mikroorganisme dapat mensintesis atau menghasilkan produk perantara asam salisilat melalui beberapa lintasan Gambar 8. Asam salisilat
dapat dibentuk melalui lintasan fenilalanin atau asam korismat pada tanaman. Produk perantara pembentukan asam salisilat menggunakan asam korismat dapat
ditemui pada mikroorganisme seperti Pseudomonas P.
fluorescens dan
Escherichia E.
coli . Mikroorganisme Yarsinia enterocolitica mampu
mengkonversi langsung asam korismat menjadi asam salisilat.
Gambar 8 Ringkasan biosintesis asam salisilat. Tanda panah memperlihatkan
alternatif sintesis asam salisilat pada tanaman. Tanda panah putus- putus merupakan sintesis asam salisilat pada mikroorganisme melalui
konversi langsung asam korismat menjadi asam salisilat. Tanda panah dengan titik-titik adalah lintasan produk perantara yang dapat
dipakai untuk mensintesis asam salisilat pada mikroganisme.
Formatted: Swedish Sweden
Formatted: Spanish Mexico
25
3.1 Asam salisilat pada tanaman
