Isolasi dan karakterisasi fragmen cDNA dari gen penyandi glutathiones S-Conjugate transporter dari melastoma affine D.Don

I
ABSTRAK
SYARIFIN FIRDAUS. Isolasi dan Karakterisasi Fragmen cDNA dari Gel?
Penyandi Glutathione S-Conjugate Transporter dari M a@ne D. Don. Dibimbing
oleh SUHARSONO, UTUT WIDYASTUTI SUHARSONO.

M nfine memiliki inekanisme detoksifikasi cekaman A1 d m pH rendah
diperlihatkan oIeh pemmbuhannya yang baik pada tanah asam dengan kelarutan
A1 yang tinggi. Salah satu protein yang penting dalain detoksifikasi cekanan
xenobiotik adalah protein mzrlfi-drug resistance associated protein (MW)yang
disandi oleh gen mrp. MRP juga disebut dengan ~ f ~ ~ p - d e ~ e n dghtafhione
ent
sconjugate lmnsporter. (po~npaGS-X). Pompa GS-X didiuga merniliki peran penting
dalam ketahanan M nfJine terhadap cekaman A1 d m asam. Penelitian ini
bertujuan mengisolasi d m mengkarakterisasi fragmen cDNA yang inenyandi
poinpa GS-X dari Ad afine D. Don. Isolasi fragmen cDNA mrp M affine
{MclMp) diawali dengan isolasi RNA total. Dengan transkripsi balik, cDNA total
berhasi1 disintesis dari RNA total sebagai cetakan. Fraginen cDNA MaMrp (640
pb) telah berhasil diisolasi dengan PCR menggunakan cDNA total sebagai
cetakan dm primer generate rnrp yang dirancang dari AtMrpl dan AtM1y2 dari
Arabidopsis thaliana, ScYcJ1 dari sel ragi dan HmMrpl dari inanusia. Fragmen

MuMrp berhasil disisipkan ke dalam pGEM-T Easy dan plasinid rekombinan ini
diintroduksikan ke dalam Escherichia coli DH5a. Keberhasilan pengklonan E.
coli d i k ~ ~ n n a sdengan
i
PCR, plasmid rekornbinan dikonfrrmasi dengan
pelnotongan oleh enzim restriksi endonuklease EcoRl dan PCR. Fragmen MaMrp
disekuen menggunakan ABI Prism 310 automated DNA sequencer. Fragmen
MaMrp berukuran 633 pb yang menyandi 208 asam amino. Fragmen MaMrp
tid& meiniliki tempat pernotongan EcoRl . Analisis penyejajaran urutan
nukleotida dengan fraginen mrp lain menunjukkan bahwa fragmen MuMrp
inemliki kesanaan 70% dengan bagian WOO216655 (Acc: AX506697), 69%
dengan inRNA AMrpl(AF008 124) dan 63% dengan mRNA AtMrp2 (AF008124)
dari A. thaliaana. Berdasarkan urutan deduksi asamnya, MaMRP memiliki
kesamaan 81% dengan bagian AtMICP13 (EC Q9C8HO), 77% dengan AtMRPl
{Q9C8G9), 75% dengan AtMRP2 {Q42093), dan 73% dengan AtMW12
(Q9C8H1) masing-masing dari A. thaliana. Penyejajaran dengan AtMRPl
menunjukkan bahwa fragmen MaMRP terletak antara domain TMl sampai NBF1.

ISOLASI DAN KARAKTERTSASI FRAGMEN cDNA DARI GEN
PENYANDI GLUTATHIONE S-CONJUGA TE TRANSPORTER

DART Melastoma affiizc D. Don.

SYAR;'F:N FPRDAUS

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006

ABSTRAK
SYARIFIN FIRDAUS. Isolasi dan Karakterisasi Fragmen cDNA dari Gen
Penyandi Glutathione S-Conjugate Transporter dari M a z n e D. Don. Dibimbing
oleh SUHARSONO, UTUT WIDYASTUTI SUHARSONO.

M a z n e memiliki inekanisme detoksifikasi cekaman A1 dan pH rendah
diperlihatkan oleh pertu~nbuhannyayang baik pada tanah asam dengan kelarutan
A1 yang tinggi. Salah satu protein yang penting dalam detoksifikasi cekaman
xenobiotik adalah protein mzrlti-drug resistance associated protein (MRP) yang
dent
sdisandi oleh gen mrp. MRP juga disebut dengan ~ F ~ ~ P - d e ~ e nglutathione

conjugale imnsporter (pompa GS-X). Pompa GS-X didiuga memiliki peran pentiug
dalan ketahanan M a z n e terhadap cekaman A1 dan asan. Penelitian ini
bertujuan mengisolasi dan mengkarakterisasi fragmen cDNA yang inenyandi
polnpa GS-X dari M a 8 n e D. Don. Isolasi fragmen cDNA mrp M af/ine
(MuMrp) diawali dengan isolasi RNA total. Dengan transkripsi balik, cDNA total
berhasil disintesis dari RNA total sebagai cetakan. Fragmen cDNA MaMrp (640
pb) telah berhasil diisolasi dengan PCR menggunakan cDNA total sebagai
cetakan dan primer generate lnrp yang dirancang dari AtMrpl dan AtMrp2 dari
Arabidopsis thaliana, ScYcJl dari sel ragi dan HmMrpl dari manusia. Fragmen
MaMrp berhasil disisipkan ke dalam pGEM-T Easy dan plasmid rekombinan ini
diintroduksikan ke dalam Escherichia coli DH5a. Keberhasilan pengklonan E.
coli dikonfirmasi dengan PCR, plasmid rekombinan dikonfirmasi dengan
pemotongan oleh enzim restriksi endonuklease EcoRl dan PCR. Fragrnen MaMrp
disekuen menggunakan ABI Prism 310 automated DNA sequencer. Fragmen
MaMvg berukuran 633 pb yang menyandi 208 asam amino. Fragmen MaMrp
tidak meiniliki tempat pemotongan EcoRl. Analisis penyejajaran umtan
nukleotida dengan fragmen mrp lain menunjukkan bahwa fragmen MaMrp
memliki kesamaan 70% dengan bagian WOO216655 (Acc: AX506697), 69%
dengan mRNA AlMrpl(AF008124) dan 63% dengan mRNA AtMrp2 (AF008124)
dari A. thaliana. Berdasarkan urutan deduksi asamnya, MaMRP memiliki

kesanaan 81% dengan bagian AtMRP13 (EC Q9C8HO), 77% dengan AtMRPl
(Q9CSG9), 75% dengan AtMRP2 (Q42093), dan 73% dengan AtMRP12
(Q9C8H1) masing-masing dari A. thaliana. Penyejajaran dengan AtMRPl
menunjukkan bahwa fragmen MaMRP terletak antara domain TM1 szunpai NBF1.
Kata kunci: Melastoma a z n e , mrp, glutathione s-conjugate transporter, cDNA

ABSTRACT
SYAIUFIN FIRDAUS. Isolation and Characterization of cDNA Fragment of
Gene Encoding Gltdathione S-Conjugate Transporter from M afine D. Don.
Under the direction of SUI-IARSONO, UTUT WIDYASTUTI SUHARSONO
It is reasonable that M aflne has a mechanism to detoxify A1 and acid stress
since it grows well in acid soil with high level of soluble aluminum. One of the
important proteins in the detoxifying xenobiotic stress is a multi-drug resistance
associated protein (MRP) encoded by mrp gene. MRP is also called M~'+ATPdependent glutathione s-conjugate transporter (GS-X pump). We suppose that GSX pump has an important role in the resistance of M afJine to A1 and acid
condition. The objective of this research is to isolate and characterize the fragment
of cDNA cncoding GS-X pump from M affine L. To isolate the cDNA fragment
of mrp fron: M aflne (MaMrp), we started by total RNA isolation. We had
successfully isolated total RNA. By reverse transcription, total cDNA had been
synthesized from the total RNA as template. The fragment of cDNA MaMrp (640
bp) had been successfully isolatetl by PCR by using total cDNA as template and

mrp generate primer designcd liom AtMrpI and AtMrp2 from Arabidopsis
thaliana, ScYcjl from yeast, and HmMrpl from human. The MaMrp fragment
was inserted into pGEM-T Easy and the recombinant plasmid was successfully
introduced into Escherichia coli DHSa. The success of the MaMrp fragment
cloning in the E. coli was confirmed by colony-PCR, recombinant plasmid
digestion by EcoRI and PCR by using recombinant plasmid as template. The
MaMrp fragment was sequenced by using ABI Prism 310 automated DNA
sequencer. The MaMrp fiagment is 633 bp encoding 208 amino acids. This
fragment does not contain EcoRI restriction site. Nucleotide alignment analysis
with other M W show that MaMrp fragment is 70% identical to part of
WOO216655 (Acc: AX506697), 69% to AlMrpl 1riRN.4 (AF008124) and 63% to
AtMrp2 (AF008124) from A. thaliana. Based on deduced amino acid sequence,
MaMW is 81% identical to part of AtMRP13 (EC Q9C8HO), 77% to AtMRPl
(Q9C8G9), 75% to AtMRP2 (Q42093), and 73% to AtMW12 (Q9C8H1) from A.
thaliana respectively. Alignment with AtMRPl show that MaMRP fragment is
located in TMl and NBFl domains.
Key words: Melastonza aflne, mrp, glulathione s-conjugate transporter, cDNA

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Ekstensifikasi pertanian di lahan asam sangat potensial untuk meningkatkan
11asil pertziiian di Indonesia. Terdapat sekitar 48.3 juta ha lahan asam jenis
podsolik merall-kuning di !ndonesia (Sudjadi 1984), dan sekitar 1600 juta ha di
permukaan bumi (Granados et al. 1993). Produktivitas 'tanaman di lahan asam
podsolik merah-kuning sangat rendah akibat keracunan .41.
Menurut Sudjadi (1984), tanah asam podsolik merah-kuning memiliki pH di
bawah 5, sehingga kerac~nanlogam berat terutama A1 merupakan masalah serius
pertanian di lahan asam. Pada pH di bawah 5.5, A1 menjadi terionisasi yang
sangat beracun bagi tanaman (Konislu & Niyamoto 1983). Pada pH di atas 5.5, A:
dalam bentuk tidak larut dan tidak beracun baa'
01 tanaman.
Ion Al ini memiliki a f d t a s yang tinggi dan inangat menganggu terhadap
biomolekul anionik seperti asam lemak, karbohidrat, protein dan asam nuklent
(Aniol 1984; de Lima & Copeland 1994; Kochian 1995; Sivaguru et ul. 1999). Ai
juga dapat menimbuikan cekaman oksidatif dengan terbentulaya oksigen radikal
(ROS) (Panda et al. 2003).
Merakit varietas tanaman toleran di lahan asam ~neiupakanlangkah yang
tepat dan lestari dibandingkan dengan mereklamasi lahan yang sifatnya temporer

dan tidak efisien. Persilangan secara konvensional untuk :nerakit tanaman toleran
di lahan asarn juga dihadapkan pada terbatasnya su~r.berdayagenetika untuk
toleransi di lahan asam. Oleh karena itu, merakit tanaman transgenik toleran di
lahan asam yang didasarkan pada mekanisme ketahanan tanarnan indikator tanah
asam diharapkan lebih efektif. Tanaman indikator ini juga dnpat digunakan
sebagai sumber gen-gen toleransi tanaman di lahan asam.
Salah satu tanaman indikator tanah asam yang cukup dominan ialah
Melastoma (M ufine D. Don.). Melastoma tahan terhadap cekaman A1 dan
malnpu mengakumulasi Al mencapai 14.4 mg.g-' berat kering daunnya tanpa
mengakibatkan kelainan (Osaki er al. 1997; Watanabe et ul. 1998). Pertumbuhan
Melast~majuga !cbih cepat pada media yang mengandung Al daripada yang tidak

of. 1997; 1998, Sanchez-Fernandez 1998). AiMrp juga terbukti berperan dalatn
pengaturan hormon auksin dan asam absisat (ABA) serta ketahanan terhadap
cekaman garam NaCl dan LiCl (Gaedeke et al.2001).
Jenis reduktan sebagai pengikat konjugat yang melewati pompa GS-X dapat
berupa GSH (Ishikawa et al. 1992), fitokelatin (Ortiz et al. 1995), metallotionein
(Dey et al. 1996), Glukosida dan glukoronida (Hortensteinei et al. 1993; Klein et
01. 1996; Gaedeke et al. 2001) dan sulfat (Jedlitkschky et al. 1996).
Peran mrp masih belum diketahui dengan jelas terlibat di dalam sisteln ketahanan Al. Akan tetapi, terdapat petunjuk yang mengarah keterlibatan ~21.pdalam

ketahanan Al. Pompa ATPase (ABC transporter) dilaporkan berperan dalam
ketahanan tanaman terhadap A1 pada kedelai (Ermolayev 2001) dan pada barley
(Sasaki et al. 2002). GSH, metallotionein dan fitokelatin yang merupakan reduktan dalam transport melalui pompa GS-X juga dilaporkan terlibat dalam resistensi
tanaman terhadap A1 (Snowden & Gardner 1993; Cobbet 2000). MRP dari
Leismltnia tarentolae terlibat dalam penimbunan senyawa trivalen kationik seperti
arsenat [As(III)] dan antimoni [Sb(II!)] [sebagaimana ion AI(1II)I dengan reduktan
bempa GSH, fitokelatin, dan metallotionein (Dey et al. 1996). MRP juga berperan
dalam menjaga sel dari kerusakal oksidatif melalui reduksi GSH menjadi GSSG
(Leier et al. 1996; Renes et al. 2000), enzim glutathione s-transferase yang
mengkatalis reduksi GSSG dan berperan dalan cekaman oksidatif juga diinduksi
oleh cekaman A1 (Ulmasov, 1995; Ezaki et al. 1995; Richards et al. 1998; Ezaki
et al. 2004). F?.kta-fakta tersebut meyakinkan dugaan bahwa detoksifikasi dan
kompartementasi A1 pada Melastoma melibatkan pompa GS-X.
Pompa GS-X melastoma diduga juga berperan dalaln mobilisasi hormon
pertumbuha sebagaimana potnpa GS-X terlibat dalam regulasi hormon auksin
dan ABA pada Arabidopsis (Gaedeke et oi. 2001). Sidler et 01. (1998) menmjukkan bahwa ekspresi ponlpa GS-X di ujung akar dan pucuk batang mampu
meningkatkan pemanjxqgan hipokotil Arabidopsis. Melil~at peran mrp yang
sangat penting dalam ketahanan terhadap berbagai senyawa sitotoksik, isolasi
fragmen cDNA mrp Melastoma (MaMrp) sangat penting dilakukan untuk mengetahui peran mrp Melastoma khususnya dalam ketahanan terhadap cekaman Al.

1.2. l'o,ju:~n l'eneiiti:~n

I'enelitian ini bertl!juan iintuk rnen~isolas~
dan ~uenykarakterisasi fragmen
cDNA dari gen penyandi glufrrfliior?e.s-cor?jugcrfe tror?sl,orrer dari Melasto~na

(Mcihlrp).
1.3. Eipotesis Pei~elitian

Hipolesis penelitian ialah fragnlen cDNA dari nirp dapat diisolasi dari
Melasto~nanlenggunakan PCR dengan primer yany didesain Serdasarkan spesies
lain.

1.4. Kegunaan Penelitian
Frag~nencDNA fiIu1Mr1~dapat digunakan sebagai ~ e l a c a kdala~nanalisis
ekspresi gen rnrp di Melastoma dan clasar isolasi eDNA atau gen utuh MrlMrp.

Melastorna merupakrtn genus yang ~nemilikianggota jenis (spesies) cukup
besar. Salah sailt je~iisnyayang hidup dominan di tanah a s a n ialah Melcrstotncr

(!fine D. Don. Jenis ini lebih dikenal dengan nama Melastoma. Melastoma
memiliki nama daerah setiggcrnen atau lirrrendong (Jawa), sikudoekdoek
(Sumatera), c~17gkoc/ok(Kalimantan) dan rhododendron (Inggris). Kedudukan
Melastoma dalam taksonolni adalah sebagai berikut (Meyer 1999).
Kingdom

: Plantae

Subkingdom

: Tracheobionta

Superdivisi

: Spermatophyta

Divisi

: Magnoliopllyta

Kelas

: Magnoliopsida

Subkeias

: Kosidae

Ordo

: Myrtales

Famili

: Melasromaceae

Genus

: Melastoma

Spesies

: 12.1elcrsro~~ia
ulfine D. Don.

Sinonim

: M rnulahuthricum L. ssp. rnalabathriczrm L.,

M n~crlahuthricumAuct. Non L., M polyanthutn Blume.
Melastonla inerupakan tumbuhan perdu.yang tegak dengan tinggi antzra 0.5
111 sampai

4 in.Uaun melastoma merupakan daun tunggal, bertangkai, letak berha-

dapan dan jarang berkarang. bentuk daun lancet, ujung runcing, pangkal membulat, tepi rata dan pennukaan berbulu. Bunga melastoma merupakan bunga majemuk berupa malai ratta deagan jumlah 5-12 kuntum bunga, kelopak bunga (kaliks)
dellgall 5 sepal, mahkota (korola) dengan 5 petal tersusun secara menyirap

(irnhricatu). Hipantium tertutup dan agak muncul. Bentuk mahkota membulat
dengan warna ungu cerah. Benang sari lurus dan panjangnya tidak sama. Bakal
buah terdiri atas 5 ruang yang dihubungkan oleh tabung kelopak, buah buni
b ~ b e n t u kperiuk. Bijl berukuran sangat icecii dan keras berv~arnaiokelat muda.

Mclasto~na banyak ditemukan di daerah lropis terutama di lahan asam.
sehingga sering disebut tanaman indikator tanah asam (Osaki e/ (11. 1997; Baker ef
al. 2000). Melastoma mengakun~ulasi A1 di daun teruta~na pada daun tua

(Watanabe el 01. 1998). Menurut Watalrabe el 01. (2001), Melastonla tidak hanya
toleran ter!:adap cekan~anAl, tetapi pertumbuhamlya juga dipacu oleh Al.
Melastolna mainpu ~ilenginaktivasi A1 yang telah masuk ke dalain sel,
padahai. AI" melniliki atinitas 10.7 kali lebih h a t daripada k e ~ n a m p ~ ~~a ng "
terhadap domain pengikatan kofaktor pada enzim. Alurni~liu~n
cenderung terikat
kuat pacla konlponen sel yang ~ne~niliki
gugus hidroksil, karboksil, pospzt dan
sulfida. Reaktifitas A1 juga nienyebabkan terbentuknya oksida radikal (ROS,
reucth~eoxigen species) yang beracun bagi sel. Melihat ketnhanan bielastoma
terhadap cekainan A1 di lahan asam. teniunya tanaman ini menliliki ~nekanislne
molekuler spesifik untuk menghindari pengaruh k l .
Wata~labeet 01. (2003) menyatakan bahwa A1 nlalnpu rnenelnbus jaringan
endodermis dan masuk ke peinbuluh xiieln yang ketnudian ditimbun tli daun.
Bukti ini menunjukkan balnva Melastoma memiliki keinal~puacInenyerap Al,
lneaobilisasi dan menimbunllya di daun tanpa meni~nbulkan nasala ah kelainan
fisiologis.
Cekaman A1 dala~nkultur air dapat menlacu pertumbuhan Melaston~n
(Osaki et al. 1997: Watanabe er al. 1998). Mekanislne iqduksi p e r t u ~ n b ~ ~ h a n
Melastoma oleh A1 masih belum jelas. Pertumbuhan tanaman diatur oleh hormon
pertumbuhan seperti auksin. sitokinin dan ABA (Wareing & Philips 1981).
C e k m a n A1 pada tanalnan tcleran akan menginduksi sejulnlah gen untuk
meng!lindari pengaruh ion Al. Pada Melastoma, produk gen-gen ini tidak hanya
sebagai pendetoksi Al, akan tetapi juga berperan dalam ~nenggiaika~~
hor~non
pertumbuhan. Detoksifikasi .41 dan peningkatan mohilitas hormon pertu:?~S.d~an
ini dapat diiskukan oleh dua enzim berbeda yang ekspresinya sama-sama
diinduksi 01th A1 atau ole11 satu enziln saja.
2.2. Fitotoksisitas Tanah Asam clan Aluminium

Tanah asaln merupakan lahan ekstri~n bagi tanaman. Keracunan A1
merupakan faktor utama yang membatasi produktivitcs t ~ n a n ~ aperllnian
n
di
tanah asam. Menurut Arkin & Taylor (1981) produksi (anamari tetap nor~nalpada

pI-I tanah di atas 5.5. Tetapi pada pI-1 di bawah 5.5, produktivitas tanaman
menurun drastis dan bahkan menyebabkan kematian tanaman.
Aluminum tidak dike~lalsebagai unsur hara tanaman. Pada pH yang tinggi
(basa). A1 dala~nbel~tukAl(0Hk-, seda~lgkanpada pH netral A1 dalaln bentuk
AI(0H): yang keduanya tidak larut di air dan tidak ineni~nbulkan nasala ah bagi
tanaman. Alurniniu~n akan terio~~isasiine~nbentuk AI(OH)'+ atau A]+, dan
A I ( o H ) ~ ' ~atau AI" pada pH di. bawah 5.5 dan akan terionisasi sempurna
lnelnbentuk oktahedral heksahidrat AI(H~o)~'+atau A13+ pada pH di bawah 5
(Konishi & Niyanoto 1983).
Bentuk A13+ merupakan bentuk yang paling beracun bagi kslnbuhan. A13+
~ne~npengaruhi
proses absorbsi nutrisi dan merusak struktur dan fungsi komponen
sel, sehingga dapat menghentikan aktivitas rnetabolislne secara sistemik. Menurut
Kinraide (1997), AI(oI-I)~~+
dan AI(OH)'+ juga menyebabkan keracunan bagi
tanaman. Aluminium juga dapat berasosisasi ~nembentuk Al-silikat, .41S04+,
A1(SO4)Y, AIP04, A I F ~ +dan AIF~' serta asam organik yang tidak hciacun bagi
Keracunan A1 mempakan hambatan yang paling nyata terhadap produksi
pertanian di tanall asam, keracunan A1 ini lnampu menurunkan produksi tanaman
25% sampai 85%. Rendahnya produktivitas menyebabkan tanah asam yang cukup
luas ini masih belutn dilnanfaatkan secara optimal sebagai lahai pertanian.
Terdapat dua cara lneinanfaatkan lahan asam sebagai lahan pertanian, yaitu (1)
inereklamasi lahan dengan lnenaikkan pH tanah sa~npai bat.?:, yang tidak
berpengaruh pada tanaman, tetapi cara ini tidak tahan lama dan tidak efisien
biaya; (2) merakit kultivar tanaman toleran di lahan asam lnelalui persilangan dan
seleksi secara konvensionai atau rnelalui perakitan tanaman transgenik.
Akar merupakan organ tanalnan yakkg paling sensitif terlladap keracunan Al.
A1 akan me~natikantitik tulnbuh ujung akar dan lnenghambat pemanjacgan. sel di
ujung akar (Marschner 1995). Ryan er al. (1993) dan Sasaki et al. (i994)
menunjukkan bahwa tanaman yang terceka~nA1 lnelniliki akar yang pendek.
Ion A1 y a ~ g~nasukke dala~njaringan akar akan terikat pada protein dan
fosfolipid pada membran sel, sehingga rne~nbran menjadi kaku (rigid) dan
fluiditasnya menurun (Deelers

el

a/. 1986; Akenson et al. 1989). Terikatnya A1

pada protein ~iiembranjuga menyebabkan tcrgangganyu sirkkulasi ~ a "dan
berbagai senyawa hara pcnting (I-Iuang el 01. 1992; Kochiun 1995). Ion Al juga
reaklif dengan asam lenlak dan menyebabkan peningkatan peroksidasi asarn
lemak membran sel (Ono et 01. 1995).
A1 dapat terikat kuat pada asani nukleat dan mengganggu replikasi DNA
ilalaln pembelahan sei serla transhipsi dalam ekspresi gen (Aniol 1984). Reaktifitas A1 berpengaruh terlladap mitokonaria (de Lima & Copeland 1994), sitoskeleton (Kochian 1995; Sivaguru ei al. 1999) dan aktin kerangka sel (Grabski &
Schindler 1995). Silva et 01. (2000) memperlihatkan terhambztnya pembelahan sel
di daerah meristimatis ujung akar kedelai disebabkan oleh akumulasi aluminium
pada inti sel. Adanya ikatan A1 terhadap senyawa-senyawa penyusun kolnponzn
sel itulah yang menyebabkan perubahaii struktur dan fisiologi sel tanaman.
Kelainan akar karena cekarnan Al akan mengganggu proses penyerapan
sejumlah unsur esensial seperti fosfor, kalsium dan hara lnikro oleh buluh akar
(Marschner 1995). Kelninaii akar menyebabkan terh~nbatnyapenyerapan NH4
dan No3 serta terganggunya aktivitas enzirn nitrat redilktase (Cumming & Taylor
1990).
Al juga menlpengaruhi metabolislne tanaman selain oryan akar, lnisalnya
terhmbztnya asimilasi CGz karena kerosekan struktur tilakoid (Pereira er rrl.
2000). Al juga menyebabkan penurunan kandungan g!ukosa, sorbitol dan
karbohidrat pada daun tanaman persik (Prunuspersicrr) (Chen et al. 2005).
2.3. Mekanisme Toleransi Tanaman terhadap Cekamart Aluminium
Terdapat tiga kelolnpok tanaman toleran cekzi-;lan A1 (Foy e l crl. 1978).
Kelolnpok pertama adalah kandungan A1 di akar tanaman taleran lebih rendah
daripada tanaman yang sensitif sedangkan bagian atasnya sama, seperti pada
gandum, barley dan kedelai. Kelompok kedxa adalah tanaman toiera!: ~riemiliki
kandungan Al lebih tinggi pada akarnya dan lebih rendah pacia organ bagian atas,
seperti padi dan alfalfa. Kelompok ketiga adalah tananlan toleran memiliki
kandungan Al sangat tinggi di bagian atas terutama pada daun, lnisalnya tell yang
mengakurnulasi Al mencapai 30000 mg.kg-' berat krl-ing (BK) daun lua dan 600
rng.kg-l BK d a m 11;uda (Matsumoto er a1 197G), pcla tiydr~lngec~
mencapai 3000

mg.kg-' BK sepal (Ma el a/. 1997). Tanaman-tanaman keloinpok tiga ini ole11
Baker ef NI.(2000) disebut dengan tanaman hypevrrccumz//~rlor.
Taylor (1991) membagi mekanisine toleransi tanaman terhadap cekaman
aluminium menjadi dua bagian. Mekanis~ne pertama ialah eksklusi, yaitu
mengeluarkan A1 atau senyawa organik dari ujung akar, sehingga ion A1 tidak
mencapai daerah metabolik. hlekanis~neini jug2 dikenal dengan nlekanisme
eksternal atau eksudasi. Mekanisnie kedua adalah inklusi, yaitu detoksifikasi atau
inaktivasi A1 yang telah mencapai sel dan kemudian ditimbun. Mekanisme ini
juga dikenal dengan mekanisme internal.
Mekanisme eksklusi dilakukan dengan tiga cara. Pertama dengan
meningkatkan selektifitas membran. Selektifitas mernbran terutama terhadap ion
logan berat dapat dilakukan dengan mengatur per~neabilitasmembran yaitu
melalui perubahan tingkat kejenuhan asam lemak dan fosfolipid penyusun
~ne~nbran
(Cumming & Taylor 1990).
Cara kedua adaiah dengan mengatur effluks ion logam. Gandum baik yang
toleran maupun yang peka apabila diberi perlakuen sik!oheksamida maka akan
kehilangan toleransinya, toleransi ini diduga terkait dengan produksi protein
rnembrm (effluks Q A T P ~ S ~(Zhang
)
and Taylor 1989). Ryan et al. (1997)
mengamati juga bahwa A1 menginduksi pembentul.an kana1 ion pada protoplas
yang diisolasi dari akar gandwn.
Cara ketiga adalah dengan memodifikasi rhizosfer aka. Modifikasi
dilakukan dengan melepaskan a s m organik ke perrnukaan akar. Menurut Li ef al.
(2000) asam organik yang dikeluarkan melalui akar akan mengikat

untuk

menglundari pengaruh A1 terhadap siste~nyang ada di dalam daii ruang antar sel.
Asam organik tersebut di antaranya adalah asan oksalat (Ma et al. 1997;
Watauabe et 01. 1998), asam sitrat pada jagung (Pellet et a!. 1995; Yang et 01.
2000), asm. sitrat dan malat pada triticale (Ma et al. 2000); asam sitrat, suksinat
dan malat (Miyasaka et al. 1991; Zheng et al. 1998; Osawa & Matsumoto 2001).
Kasim et al. (2001) juga mengamati adanya peningkatan produksi asam sitrat dan
malat di akar tanaman kedelai yang toleran Al. Modifikasi juga dilakukan dengz?
melepaskan ion fosfat (Larsen et al. 1998).

Mekanisme inaktivasi, translokasi dan kompartemenlasi A1 pada tanaman
pengakumulasi Al masih belum dapat dijelaskan. Menurut Shen & Ma (2001),
arah translokasi A1 dipengaruhi oleh laju transpirasi melalui xilem dan oleh
pergerakan asimilat melaiui floem. Kandungan asan sitrat pada pembuluh xilem

M rnalabathricurn L. mengalami peningkatar. dengan adanya perlakuan Al,
sedangkan asam inalat, asam suksinat, dan a-ketoglutarat menurun (Watanabe &
Osaki 2002a). Asan1 oksalat yang merupakan pengikat Al pada daun, tidak terdeteksi keberadaannya pada jaringan pembuluh xilem melastoma baik yang diberi
perlakuan maupun yang tidak (Watanabe & Osaki 2002b). Dari hasil ini, Watanabe & Osaki (2002b) belum dapat memastikan keterlibatan asanl organik dalam
translokasi Al. Pada Fagopyrum esculenlum asam sitrat diproduksi cukup tinggi
baik yang diperlakukan A1 maupun yang tidak, sedangkan asam sitrat dan asan
rnalat tidak mengalami perubahan dan tetap diproduksi dalam jumlah sedikit.
Detoksifikasi A1 dapat dilakukan dengan cara diikatkan dengan protein kaya
sisrein seperti

GSH, metallotionein, fitokelatin (Pilon-Smith & Filon 2002).

Menurut Larsen et al. (1996) dan Gunse er al. (1997), fitokelatin tidak efektif
sebagai pengikat Al, sebab

Al cenderung mengikat gugus karboksil atau fosfat

daripada mengikat gugus sulfida yang merupakan gugus fungsional gluthatione
(GSH), metallotionein dan fitokelatin. Hasil penelitian Snowden & Gardner
(1993); Snowden et al. (1995) dan Wu er al. (2000) menunjukkan bahwa protein
seperti metallotionein dan fitokelatin berperan dalam toleransi tanaman terhadap
Al, sebab telah terdapat gen yang horr,olog dengan penyandi nletallotionein dan
ekspresinya diinduksi oleh cekaman 1.1. Cobbet (2000) juga menyatakan bahwa
fitokelatin efektif dalam mengikat (mengkelat) Al. Menurut Benavides (2005),
gugus sulfida pada peptida kaya sistein berpotensi merniliki afinitas yang tinggi
terhadap berbagai jenis ion logam. Ekspresi berlebih (over expression) enzim
glutathione s-transferase (GST) mampu menlngkatkan !:etahanan

tembakau

terhadap cekaman Al dan tembaga (Cu) (Ezaki et al. 2000). GST merupakan
enzim yang mengkatalisis konjugasi glutathion (GSH) atau turunannya dengan
berbagai senyawa elektrofilik dan hidrofobik.
Menurut Ishikawa (1992), Sakamoto el al. (1999), dan Qian et al. (2001),
detoksifikasi internal senyawa sitotoksik yang berupa senyawa xenobiotik atau

~netabolitsekunder dilakukan melalui 3 tahapan yaitu (1) aktivasi senyawa toksik
dengan cara oksidasi. reduksi. hidrolisis atau hidrasi; (2) konjugasi senyawa
xenobiotik dengan reduktm seperti GSI-I dan turunalmya, g!ukoronida, glukosida,
atau su!fat me!alui tio!asi, glikosilasi atau sulfasi; dan (3) sekresi atau penimbutlan
ko~nplek GS-konjugat atau gl~kosida-konjugatdi vakuola dengan meqeinbus
membran melalui g/!!tnthione s-conjtrgule frcmsporter (j~ompaGS-X). I