glisin betain
TRANSCRIPT
-
7/26/2019 glisin betain
1/23
Ketika tanaman yang terkena kondisi stres, pergeseran metabolik terjadi dan
mengakibatkan perubahan kadar berbagai metabolit seluler. Seperti spesifkasi-
modi dalam respon terhadap stres abiotik tampaknya terkait dengan kemampuan
ditingkatkan untuk mentolerir kondisi seperti itu. Metabolit yang mungkin
diharapkan untuk berkontribusi toleransi stres ditingkatkan termasuk gula larut,
asam amino, asam organik, poliamina, dan lipid (Guy 199!. Satu kelompok pentingdari metabolit tersebut men"akup apa yang disebut #kompatibel $at terlarut#, yang
merupakan metabolit organik ke"il yang sangat larut dalam air dan tidak bera"un
pada konsentrasi tinggi. Salah satu $at terlarut kompatibel beststudied adalah
gly"inebetaine (%, %, %trimethylgly"ine, disingkat G&' hen ) Murata **' hen )
Murata *+!.
G& adalah senyaa amonium kuaterner yang ditemukan dalam bakteri,
ar"haeba"teria haemophili", inertebrata laut, tanaman dan mamalia (hodes )
/anson 1990' hen ) Murata **' akabe, ai ) /ibino *2' hen ) Murata
*+!. 3ni terakumulasi ke tingkat osmotik signifkan dalam banyak tanaman toleran
garam (hodes ) /anson 1990! dan halotoleran "yanoba"teria (hen ) Murata
*+!. ingkat G& berariasi antara spesies tanaman dan organ, seperti yangditunjukkan pada abel 1 (lihat #tingkat non-stres#!. anaman di banyak spesies
taksonomi yang jauh biasanya mengandung kadar rendah G& (tanaman ini dikenal
sebagai akumulator alami G&!, tetapi mereka menumpuk jumlah yang lebih besar
dari G& ketika mengalami stres abiotik (Storey, 4hmad ) 5yn 6ones 1977!. 8ada
banyak spesies lainnya, tidak ada G& terdeteksi dalam kondisi normal atau stres.
Sekarang ada bukti kuat baha G& memainkan peran penting dalam toleransi
terhadap "ekaman abiotik.
ungsi biologis dari G& telah dipelajari se"ara ekstensi: dalam tumbuhan tingkat
tinggi, seperti bayam, bit gula, barley dan jagung (hodes ) /anson 1990' hen )
Murata *+!. Ketersediaan aasan G&-mengumpulkan tanaman transgenik telahdisediakan dalam "ara di mana G& prote"ts sel tanaman. Selain itu, banyak baris
G&-mengumpulkan tanaman transgenik memperlihatkan se"ara sangat meningkat
toleransi terhadap berbagai jenis stres abiotik dan si:at mereka menyarankan
strategi yang menjanjikan untuk pengembangan tanaman tanaman stres-toleran.
;alam ulasan ini, kami merangkum dan membahas pemahaman saat biosintesis G&
dan mekanisme dimana meningkatkan kemampuan tanaman untuk mentolerir stres
abiotik. &eberapa ulasan tentang hubungan antara G& dan toleransi terhadap
"ekaman abiotik telah mun"ul baru-baru ini (Saka-moto ) Murata *' hen )
Murata **, *+'. akabe et al *2!, namun kemajuan di bidang telah "epat dan
penilaian yang segar sesuai. 8enelitian tentang tanaman transgenik yang
menumpuk $at terlarut kompatibel selain G& telah menunjukkan baha merekajuga menunjukkan peningkatan toleransi terhadap berbagai jenis stres abiotik, tapi
kami tidak akan membahas tanaman ini di sini. 8emba"a yang tertarik disebut
reie kami sebelumnya (Sakamoto ) Murata *' hen ) Murata **! dan
untuk kertas baru-baru, seperti yang oleh &hatnagar-Mathur,
-
7/26/2019 glisin betain
2/23
8ersiapan dari G& biosintesis
;ua jalur biosintesis menyebabkan generasi G& (hen ) Murata **!. ;alam
sebagian besar sistem biologis, termasuk kebanyakan hean, tumbuhan dan
mikroorganisme, G& disintesis dari kolin oleh reaksi oksidasi dua langkahA "holine
teroksidasi untuk betaine aldehyde, yang teroksidasi untuk menghasilkan G&.
=ksidasi pertama dikatalisis oleh kolin monooBygenase (M=! pada tanaman dandengan kolin dehidrogenase (;/! pada hean dan bakteri (dikodekan oleh gen
beta!, dan oksidasi kedua dikatalisis oleh %4; C -tergantung betaine aldehyde
dehydrogenase (&4;/! ( hen ) Murata **' akabe et al *2!.. ;i tanah bakteri
4rthroba"ter sp., G& disintesis dari kolin oleh en$im tunggal, kolin oksidase, yang
dikodekan oleh gen "oda (hen ) Murata **!.
;alam G&-de tanaman f sien, seperti tembakau, tidak adanya M= merupakan
kendala utama pada sintesis G& sedangkan pasokan endogen kolin juga bermasalah
(%u""io et al. 199+!. tanaman tembakau transgenik yang konstituti:
mengungkapkan ";%4 untuk bayam M= menghasilkan tingkat rendah G&, yaitu,
,D mmol g-1 berat segar (%u""io et al. 199+!. Ketika M= C tanaman telahtersedia dengan D mm kolin atau :os:okolin, tingkat G& meningkat setidaknya 0
kali lipat.
8ada tumbuhan, en$im kun"i dari sintesis kolin adalah phosphoethanolamineA %-
methyltrans:erase (8>4M' > *.1.1.10!, en$im sitosol, yang mengkatalisis ketiga
langkah reaksi metilasi di konersi phospohoethanolamine ke :os:okolin (M"%eil et
al, *1!. . >kspresi bayam 8>4M di tanaman tembakau transgenik meningkatkan
tingkat :os:okolin oleh D kali lipat dan kolin D kali lipat, mengakibatkan
peningkatan 0 kali lipat dalam tingkat G& melalui jalur rekayasa sintesis G&
(M"%eil et al. *1!.
8eel, Mi"kelbart ) hodes (*1! diman:aatkan garis dekat-isogeni" untukakumulasi G& untuk mengkarakterisasi dasar biokimia untuk G& defsiensi pada
jagung dan sorgum. ;i hadapan %al, G&-non mengumpulkan-garis meningkat
konsentrasi kolin dan :os:okolin, tapi tidak G&. 4nehnya, kurangnya akumulasi G& di
G&-nona""umulating garis ditemukan bukan karena kurangnya M=gene atau
M=protein.he penurunan sintesis dari G& dapat dijelaskan dengan konsentrasi
tinggi dari :os:okolin endogen, yang merupakan inhibitor kuat dari 8>4M in itro .
6alur kedua hanya ditemukan dalam bakteri phototrophi" eBtremehalophyti"
4"tinopolyspora /alophila dan halo"hloris >"tothiorhodospira. ;alam bakteri ini, G&
disintesis dari glisin oleh tiga langkah reaksi %methylation (hen ) Murata **'
akabe et al *2!. Gly"ine termetilasi untuk menghasilkan, f rstly, sar"osine dan
kemudian dimethylgly"ine, dan, di f nal metilasi langkah, G& terbentuk. S-4denosylmethionine adalah donor dari masing-masing kelompok metil. iga reaksi
metilasi dikatalisasi oleh dua en$im, yaitu, gly"inesar"osine methyltrans:erase
(GSM! dan sar"osine dimethylgly"ine methyltrans:erase (S;M!. eaksi pertama
dikatalisis oleh GSM dan ketiga dikatalisis oleh S;M. @angkah kedua adalah
dikatalisis oleh kedua GSM dan S;M. Kedua en$im memiliki sebagian tumpang
tindih substrat-spesifk kota fA baik glisin dan sar"osine ber:ungsi sebagai substrat
-
7/26/2019 glisin betain
3/23
untuk GSM, sedangkan kedua sar"osine dan %, %-dimethylgly"ine ber:ungsi
sebagai substrat untuk S;M.
@okalisasi G& di sel tumbuhan
idak ada bukti yang jelas untuk lokalisasi terkotak dari G& di spesifk situs " f di sel
tumbuhan. 8ada tanaman bayam, jumlah G& dalam kloroplas diperkirakan hampirDE dari jumlah total G& di daun (obinson ) 6ones 19+2! .suatu lokalisasi seluler
dari DE sisanya dari G& di daun tetap menjadi diklarifkasi . /al ini masuk akal
untuk mengasumsikan baha G& tersisa terletak di sitoplasma untuk memberikan
keseimbangan osmotik. Sejak akuola menempati sekitar 9E dari olume masing-
masing sel, kemungkinan adanya G& di akuola telah diperiksa. ;alam Suaeda
maritima, G& ditemukan telah dikeluarkan dari akuola sel daun :ree$e-tersubstitusi
(/all, /arey ) &unga 197+!. Sebaliknya, di akuola diisolasi dari jaringan
penyimpanan-akar bit merah (&eta ulgaris @.!, yang a"uolar kolam renang
menyumbang *2-+FE dari total G& dalam jaringan (@eigh, 4hmad ) 5yn 6ones
19+1!. Sejak hasil ini diperoleh hampir tiga dekade lalu, kompartementalisasi G&
dalam sel tanaman harus dikaji ulang dengan metode baru dan relean untukpemisahan organel dan kuantisasi G&.
Situs G& biosintesis pada tanaman yang lebih tinggi
>n$im yang terlibat dalam sintesis G& telah dipelajari dalam anggota
henopodia"eae, seperti bayam dan gula bit (/anson et al 19+D'. 5eigel,
5eretilnyk ) /anson 19+2' 5eretilnyk ) /anson 199' athinasabapathi et al
1997.!' di 4marantha"eae (@ing et al, *1'.. &huiyan et al *7!, khususnya,
4tripleB nummularia (abu"hi et al *D.!' dan di anggota Gramineae, seperti barley
(. %akamura et al, *1' ujiara et al *+.!. Meskipun kedua M= dan &4;/
terlokalisasi di kloroplas, mereka dikodekan oleh gen nuklir yang men"akup urutan
transit untuk menargetkan kloroplas. Skenario ini mungkin tampaknya menunjukkanbaha G& disintesis hanya dalam kloroplas. %amun, dalam beberapa tanaman
alami G&-terakumulasi, seperti bakau 4e"ennia marina (orsk.!H (/ibino et al.
*1! dan barley (ujiara et al. *+!, tidak ada aktiitas M= terdeteksi pada
kloroplas. 4da kemungkinan baha, dalam bakau dan barley, beberapa en$im yang
tidak spesifk untuk sintesis G& tetapi memiliki aktiitas M= mungkin
mengkatalisis langkah pertama dalam oksidasi kolin. Si:at dan lokasi seluler en$im
tersebut (s! dalam sel tidak diketahui. Selain itu, konersi kolin untuk betaine
aldehyde mungkin tidak memiliki syarat mutlak untuk M=. ;alam beberapa kasus,
trans:ormasi akumulator non-G& dengan gen tunggal untuk &4;/ itu men"ukupi
untuk membaa akumulasi G&. tanaman nonG&-terakumulasi tersebut mungkin
memiliki tingkat rendah aktiitas M= atau mereka mungkin memiliki beberapaen$im lain (s! yang dapat mengkatalisis langkah pertama dalam oksidasi kolin.
Selain itu, &4;/ mungkin tidak ber:ungsi se"ara eksklusi: dalam konersi betaine
aldehyde ke G&. Misalnya, &4;/ mengkatalisis oksidasi dan I atau detoBi f kasi dari
berbagai senyaa, yang meliputi dimethylsul:oniopropionaldehyde dan
aminoaldehydes (rossat, athinasabapathi ) /anson 1997!.
4da dua gen untuk &4;/ dalam genom jelaiA &&;1 dan &&;* (%akamura et al,
*1' ujiara et al *+..!. &&;1 mengkodekan en$im peroBisomal, sementara
-
7/26/2019 glisin betain
4/23
&&;* mengkodekan en$im sitosol (ujiara et al. *+!. Meskipun temuan ini tidak
mengesampingkan kemungkinan baha &4;/ atau kegiatan yang mungkin hadir
dalam kloroplas, itu menantang kesimpulan, men"apai sebagai hasil dari penelitian
di henopodia"eae, baha kedua langkah dalam sintesis G& terjadi se"ara eksklusi:
di kloroplas. 6ika G& dapat disintesis oleh sitosol &&;* di barley, langkah pertama
dalam oksidasi kolin juga mungkin terjadi di "ytosol.he yang sama mungkinberlaku untuk &&;1 di 8eroksisom. 8enelitian lebih lanjut diperlukan untuk "on f rm
biosintesis G& di sitosol.
8ada tanaman barley, akumulasi G& meningkatkan baah tekanan garam dan
tingkat akumulasi tersebut lebih besar di daun muda daripada yang lama (ujiara
et al. *+!. ingkat transkrip &&;* naik jauh di sel parenkim askular tanaman
garam-stres. ;i akar baah stres garam, &&;1 transkrip terdeteksi di sel epidermis,
sedangkan &&;* transkrip terdeteksi di 8eri"y"le tersebut. &4;/ sendiri terdeteksi
di sekitar pembuluh Bilem daun, dan di 8eri"y"le dan epidermal sel akar tanaman
saltstressed. /asil ini menunjukkan baha G& disintesis dalam jaringan askular
daun dan di 8eri"y"le akar.
ransporter dari G&
>ksogen diterapkan G& ini mudah diambil oleh sel-sel tanaman, tetapi sedikit yang
diketahui tentang transportasi dari G& dalam sel tanaman. Sangat mungkin baha
transporter dari G& yang terletak di membran plasma, tetapi tidak ada G&-spesifk
transporter telah dilaporkan sampai saat ini. 8engangkutan G& dari sitosol ke
berbagai kompartemen subselular juga kurang dipahami.
;alam bayam, misalnya, mayoritas G& yang terakumulasi dalam respon terhadap
stres garam ditemukan dalam kloroplas, dan konsentrasi G& di kloroplas terisolasi
dari kontrol dan tanaman bayam garam-stres adalah ,7 dan 2,2 mmol mg -1
klorofl, masing-masing (obinson ) 6ones 19+2! . suatu dihasilkan konsentrasigradien amplop kloroplas menunjukkan adanya mekanisme f " transportasi
tertentu. Meskipun sedikit yang diketahui tentang transportasi $at terlarut
kompatibel dalam sel tanaman, S"ha"ke et al. (1999! menunjukkan baha produk
dari gen @e8ro1 tomat, homolog dari transporter prolin di 4rabidopsis, mengangkut
G& dengan tinggi afnitas dan kedua prolin dan g-amino asam butirat (G4&4!
dengan rendah afnitas, jika dinyatakan dalam ragi. /asil yang sama juga dilaporkan
untuk transporter G4&4, 8ro*, yang gen dikloning dari 4rabidopsis (&reitkreu$ et
al. 1999!. ;alam hal ini, transportasi G4&4 dimediasi 8ro* as sangat dihambat
oleh G&, menunjukkan baha G& memiliki yang kuat afnitas untuk transporter.
/asil ini menunjukkan baha transporter kedua prolin dan G4&4 mungkin ber:ungsi
dalam transportasi G&. ?eda et al. (*1! kloning gen untuk transporter proline(/8ro! dari akar barley garam-stres. Mereka menunjukkan baha penyerapan
prolin oleh sel-sel ragi yang menyatakan /8ro tidak dihambat oleh G&,
menunjukkan baha /8ro tidak bertindak sebagai transporter dari G&.
ranslokasi G& pada tanaman
ranslokasi 1F-label G& pada tanaman barley menunjukkan baha G& translokasi,
kemungkinan besar, melalui Joem (@adyman, /it$ ) /anson 19+!. 8anas girdling
-
7/26/2019 glisin betain
5/23
selubung daun men"egah ekspor 1FH -G& dari helaian daun. ernyata G&,
disintesis oleh daun deasa saat terpapar tanaman terhadap stres abiotik,
berperilaku sebagai produk akhir inert, yang, setelah kembali penyiraman tanaman,
itu translokasi ke daun berkembang. Makela et al. (1992! men"apai kesimpulan
yang sama dari hasil per"obaan dengan tanaman tomat. ;i gula bit (&. ulgaris!
tanaman, ;11-betaine diterapkan eksogen ke daun tua itu translokasi istimeadalam daun muda dan akar (amada et al. *9!.
Ketika G& diaplikasikan daun deasa tunggal tanaman tomat, sebagian besar dari
G& dimasukkan itu translokasi ke jaringan meristem yang mengandung, yang
termasuk kun"up oer J dan menembak apeks (8ark ) hen *2!. &erbagai
tingkat G& dalam organ tanaman yang berbeda ditunjukkan akti: dan, mungkin,
translokasi diatur dari situs asli dari aplikasi dan akumulasi. ranslokasi G& dengan
asimilasi :otosintesis juga telah dilaporkan, khususnya untuk se"ara akti: tumbuh
dan berkembang bagian tanaman, yang menunjukkan baha transportasi jarak jauh
dari G& phloemrelated (Makela et al. 1992!. ;alam G&-terakumulasi 4rabidopsis
transgenik (Sulpi"e et al. *0! dan tomat (aman et al. *F, *7a! tanaman,
tingkat tertinggi G& ditemukan di akti: tumbuh jaringan, seperti bunga-bunga danpu"uk batang, menunjukkan baha G& adalah se"ara efsien translokasi dari
sumber ke jaringan melalui Joem.
eagenIindu"er dari biosintesis G&
8ada tanaman yang menumpuk G& se"ara alami, akumulasi kadar G& diinduksi oleh
stres abiotik, seperti garam yang tinggi, kekeringan dan dingin (6agendor: ) akabe
*1!. "ekaman abiotik adalah, apalagi, tidak hanya indu"er dari akumulasi G&.
&erbagai ma"am senyaa telah terbukti menginduksi akumulasi G& pada tanaman
barley (6agendor: ) akabe *1!, termasuk garam anorganik (Kl, Mal *, @il dan
%a*S=F!, oksidan (/*= dan kumena hidroperoksida! dan senyaa organik (absisat
asam, polymiBin &, n-butanol, asam salisilat dan asam asetilsalisilat!. 3ni masihharus ditentukan apakah pemi"u tersebut juga akti: dalam tanaman lain yang
menumpuk G&. 8enelitian lebih lanjut dengan induser ini dari akumulasi G&
mungkin memberikan petunjuk untuk jalur transduksi sinyal yang menginduksi
akumulasi G&.
>%G3%>>3%G G>%>3K ;43
&3=S3%>S3S = G& ;3 4%4M4%
Kloning berbagai gen untuk en$im yang pengkatalis biosintesis G& telah dilaporkan,
dan banyak jalur tanaman transgenik telah diproduksi yang mengekspresikan gen
G&-biosintesis dari bakteri (abel *! dan tanaman (abel 0!. &erbagai tanamantransgenik menumpuk G& di berbagai tingkat dan menunjukkan toleransi
ditingkatkan untuk berbagai jenis stres (abel * ) 0!. Sebagian baris tanaman yang
telah direkayasa untuk mensintesis G& yang berasal dari tanaman yang alami non-
akumulator dari G& dan tanaman transgenik mengakumulasi hanya tingkat rendah
G&. ;alam kelompok ini tanaman, akumulasi terbesar dari G& ditemukan di
tanaman padi od4-transgenik (D,0 mmol g-1 5' Sakamoto, 4lia ) Murata 199+!.
;alam akumulator alami G&, jagung, tingkat tertinggi G& terakumulasi dalam
-
7/26/2019 glisin betain
6/23
tanaman beta-transgeni" D,7 mmol g-1 5 daun (Luan et al. *Fa!. ingkat ini
lebih tinggi dari yang di-ild type (5! tanaman mengalami kekeringan,
menunjukkan baha tanaman transgenik mampu mengumpulkan jumlah yang lebih
besar dari G& dari jumlah maksimum tanaman 5 (abel 1!.
5aditee et al. (*D! mentrans:ormasi 4rabidopsis dengan gen untuk GSM dan
S;M dari 4phanothe"e halophyti"a (ditunjuk 4pGSM dan 4pS;M, masing-masing!. Mereka melaporkan baha jumlah G& akumulasi lebih tinggi daripada
mereka pada tanaman trans:orman dengan gen untuk en$im "holine-oBidi$ing.
%amun, tingkat maksimum G& pada tanaman transgenik mereka dekat dengan *,
mmol g -1 5, ketika tanaman disuplai dengan ,1 m %al dan D mm glisin. ;engan
demikian, tindakan gabungan 4pGSM dan 4p;M tidak tampak lebih berguna
daripada "holineoBidi$ing en$im untuk rekayasa biosintesis G& pada tanaman.
Su et al. (*2! menghasilkan beberapa baris tanaman padi transgeni" pemroduksi-
G&, di mana gen "oB untuk oksidase kolin dari 4rthroba"ter pas"ens, menyatu ke
urutan kloroplas-penargetan, diekspresikan di baah kontrol promotor indu"ible
stresi (S38! atau promotor dari gen untuk ubiuitin (?&3!, yang akti: se"arakonstituti:. ingkat tertinggi akumulasi G& (*,2 mmol g ;5! di lini S38 yang telah
tumbuh di baah kondisi garam tidak setinggi yang di lini ?&3 (0,1 mmol g -1 -1
;5!. =leh karena itu, penggunaan S38 tidak lebih e:ekti: untuk produksi G&
daripada konstituti: akti: ?&3 promotor. %amun, kondisi pertumbuhan garam
meningkatkan akumulasi G& sebanyak +9E di lini S38, sedangkan peningkatan
maksimal hanya FFE terlihat pada lini ?&3. Meskipun konsentrasi yang lebih rendah
dari G&, toleransi stres garis S38 adalah se"ara signifkan lebih tinggi dari garis ?&3,
menunjukkan baha toleransi stres tanaman S38 tidak disebabkan semata-mata
untuk peningkatan konten G&.
Studi aal dari akumulator alami G& di:okuskan pada peran G& dalam menjaga
potensi osmotik sel, dan konsentrasi e:ekti: G& diasumsikan sangat tinggi. %amun,kontribusi G& yang diinduksi stress dan akumulasi G& se"ara transgeni" dengan
total potensi osmotik sel ke"il dan tidak sepenuhnya menjelaskan peningkatan
terkait dalam toleransi stres. ;i semua lini disebutkan sebelumnya tanaman
transgenik, tingkat G& berada di baah kisaran dilaporkan untuk tanaman yang
menghasilkan G& alami (abel 1!.
sehubungan dengan kemungkinan keuntungan dari modifkasi genom kloroplas,
sebagai perbedaan dari genom nuklear, dalam aplikasi pertanian, ada dua repost
dari rekayasa genetik genom plastid untuk sintesis G&. ekayasa genetika dari
genom kloroplas ortel, yang mengakibatkan ekspresi gen untuk &4;/ dari bayam,
diberikan toleransi yang kuat terhadap stres garam (Kumar, n;hingra ) ;aniell*F!. ingkat tertinggi G& dekat dengan 1 mmol g
-1 ;5, yang merupakan leel tertinggi yang dilaporkan di G&-mengumpulkan
tanaman transgenik sampai saat ini. Nhang et al. (*+! menggambarkan
trans:ormasi genetik genom plastid tanaman tembakau dengan gen untuk M=:rom
gula bit. ingkat G& dalam daun tanaman tembakau yang dihasilkan berkisar ,*-
,D mmol g -1 5, dan G& tampaknya dilokalisasi se"ara eksklusi: di kloroplas.
-
7/26/2019 glisin betain
7/23
Meskipun upaya besar telah dilakukan untuk meningkatkan tingkat keseluruhan G&
dalam tanaman transgenik, melaporkan tingkat G& masih relati: rendah jika
dibandingkan dengan tingkat di akumulator alami G& setelah eksposur mereka
terhadap stres abiotik (abel 1!. Selain itu, kami belum mengerti mengapa hal
tersebut tidak mungkin untuk men"apai tingkat yang lebih tinggi dari G& dalam
tanaman transgenik.4da dua :aktor yang dikenal yang dapat membatasi akumulasi G& di kloroplas
tanaman transgenikA ketersediaan kolin endogen (/uang et al, *.! ;an
transportasi kolin di amplop kloroplas (M"%eil et al, *.!. /uang et al. (*!
memperkenalkan langkah-langkah metabolisme untuk oksidasi kolin untuk G&
menjadi tiga spesies yang beragam - 4rabidopsis thaliana, &rassi"a napus dan
tembakau (%i"otiana taba"um!. ;alam spesies ini, pasokan eksogen kolin se"ara
signifkan meningkatkan tingkat akumulasi G&, menunjukkan baha suplemen kolin
diperlukan untuk peningkatan tingkat G& dalam tanaman transgenik. Selanjutnya,
pembentukan model untuk kinetika pelabelan metabolit kolin telah mengungkapkan
baha impor kolin dalam kloroplas membatasi sintesis G& di kompartemen ini
(M"%eil et al. *!. Selanjutnya, %u""io et al. (199+! menemukan baha aktiitas8>4M adalah 0 sampai 1 kali lebih rendah dalam tembakau dibandingkan
dengan bayam, menunjukkan baha mungkin menjadi alasan utama mengapa ada
keterbatasan dalam penyediaan kolin endogen di tanaman tembakau, non-G&-
akumulator. 8ada tumbuhan, biosintesis kolin terjadi se"ara eksklusi: di sitosol
(M"%eil et al. *! penelitian .Mereka telah memberikan f "ontoh pertama dari
biosintesis rekayasa kolin, dan telah menunjukkan baha akumulasi G& dapat
se"ara signifkan meningkat pada tanaman transgenik yang biasanya menumpuk
G& hanya untuk tingkat yang sangat terbatas (M"%eil et al. *1!. =leh karena itu,
ada kemungkinan baha peningkatan aktiitas 8>4M di non-G&-akumulator dapat
lebih meningkatkan tingkat akumulasi G& dalam tanaman transgenik.
GB MELINDUNGI THE fotosintesis MESIN TERHADAP EFEK Sinergis CAHAYA STRES
DAN JENIS LAIN ce!"!n !#iotice!"!n !#ioti "eng$!"#!t %er#!i!n fotosiste" II
%e"#&!!n org!nis"e fotosinteti ter$!'!% $!si( c!$!)! )!ng &!t '!(!" in!ti*!si fotosiste" II
+PSII, +Aro- .irgin / An'ersson 0112,3 Feno"en! ini 'ise#&t se#!g!i %$otoin$i#ition3 K!ren!energi c!$!)! !'!(!$ e&!t!n %en'orong &nt& fotosintesis- %$otoin$i#ition ti'! '!%!t
'i$in'!ri '!(!" org!nis"e fotosinteti3 N!"&n- org!nis"e fotosinteti )!ng
"!"%& "eng!t!si efe r!c&n c!$!)! 'eng!n %er#!i!n PSII ce%!t '!n efisien +Aro et !( 011243Go"#os- 5!'! / M&r!t! 01164 5!'!- Go"#os / M&r!t! 0116,3 7(e$ !ren! it&- se8!&$ "!n!
%$otoin$i#ition terg!nt&ng %!'! esei"#!ng!n !nt!r! %$oto'!"!ge &nt& PSII '!n %er#!i!n
er&s!!n terse#&t3 D!(!" se"! 9(!si9 "e!nis"e %$otoin$i#ition- 'i!s&"si!n #!$:!re!ti* o;)gen s%esies +R7S,- )!ng 'i%ro'&si o(e$ energi c!$!)! #er(e#i$- "enon!tif!n %&s!tre!si fotoi"i! PSII3 N!"&n- #&ti )!ng 'i&"%&(!n se!r!ng "en&n8&!n #!$:! efe
&t!"! R7S !'!(!$ %eng$!"#!t!n %er#!i!n %$oto'!"!ge' PSII ter&t!"! o(e$ %ene!n!n
sintesis %rotein 'e no*o +Nis$i)!"!- A((!$*er'ie* / M&r!t! ,3 P$oto'!"!ge "&ngin'i%r!!rs!i o(e$ efe (!ngs&ng '!ri c!$!)! %!'! PSII '!n- e"&ngin!n #es!r %!'! o"%(es
%enge"#!ng!n osigen +H!!(! et !(
-
7/26/2019 glisin betain
8/23
ingkat photodamage untuk 8S33 sebanding dengan intensitas "ahaya insiden (atau:oton densitas Juks! (yystjOri ) 4ro 1992' 4llakherdie ) Murata *F! .suatulaju perbaikan photodamaged 8S33 juga tergantung pada intensitas insiden "ahaya,tapi men"apai maksimum di baah "ahaya yang relati: lemah (4llakherdie )Murata *F!. ingkat perbaikan sangat tertekan oleh berbagai jenis stres, sepertistres oksidati: (%ishiyama et al, *1'. 4llakherdie ) Murata *F'. %ishiyama et
al *F!., Stres garam (4llakherdie et al, **' 4l-aeel et al . *7! dan stressuhu rendah (4llakherdie ) Murata *F!, dengan mengakibatkan peningkatan ditingkat photoinhibition. 8enelitian aal menunjukkan baha stres oksidati: dapatmenghambat pemanjangan peptida selama translasi (%ishiyama et al. *1, *F!.;alam sebuah analisis dari sistem translasi "yanoba"terial se"ara in itro, hidrogenperoksida mengoksidasi :aktor elongasi G (>-G!, menyebabkan perubahankon:ormasi dalam :aktor dan, dengan demikian, menyela translasi (Kojima et al.*7, *9!. ;engan demikian, stres ringan dan jenis-jenis stres abiotik mun"uluntuk bertindak se"ara sinergis pada 8S33 selama photoinhibition (Murata et al.*7!.8enghambatan perbaikan 8S33 oleh berbagai jenis stres abiotik mungkin dimediasioleh mekanisme yang melibatkan =S (akahashi ) Murata *+!. Gambar 1
menunjukkan skema hipotetis untuk hubungan antara transportasi elektron, fksasidari =* dalam siklus alin dan penghambatan sintesis protein ;1, yangmerupakan komponen utama dari 8S33. erbatasnya fksasi :otosintesis dari =*menurunkan peman:aatan %4;8/, dengan mengakibatkan penurunan di tingkat%4;8 C. Karena %4;8C merupakan akseptor utama elektron pada :otosistem 3(8S3!, pengurangan %4;8 C memper"epat transpot elektron untuk molekul oksigen,dengan menghasilkan /*=* ia =* (4sada 1999!. Konsisten dengan skema yangdiusulkan ini, terganggunya fBasi :otosintesis =* memper"epat produksi /*=*,yang, pada gilirannya, diasumsikan menghambat sintesis protein dan, dengandemikian, perbaikan 8S33.Sebuah studi di hlamydomonas reinhardtii menunjukkan baha terganggunyafBation :otosintesis =* dengan aplikasi glikolaldehida eksogen, penghambat
phosphoribulokinase, atau dengan mutasi missense pada gen untuk sub unit besarribulosa-1,D-bi:os:at karboksilase I oksigenase (ribulosa 1 P D-bi:os:at karboksilase Ioksigenase' ubis"o! gagal untuk memper"epat photodamage untuk 8S33 tetapitidak menghambat perbaikan photodamaged 8S33 (akahashi ) Murata *D!.;alam studi lain dengan kloroplas utuh dari bayam, penghambatan perbaikanphotodamaged 8S33 pada terganggunya fBation :otosintesis =* ini disebabkanpenghambatan sintesis protein 8S33 dan, khususnya, protein ;1, pada tingkattranslasi (akahashi ) Murata *2!.
stres %!n!sSe#&!$ st&'i #!r&@#!r& 'eng!n c)!no#!cteri&" co'A@tr!nsgeni- S)nec$ococc&s s%3 PCC 16@?6 C- '!n "e(in'&ngi
%&s!t re!si fotoi"i!- 'eng!n %ergeser!n e !t!s s&$& ?= in!ti*!si ?0@? C3 B!$!n-efe %e(in'&ng t!"#!$!n '!ri GB 8e(!s '!(!" on'isi stress c!$!)!3 Keti! se'!ng stres %!n!s-
se%erti in!si se( %!'! 6= C- 'io"#in!si!n 'eng!n stres ring!n- PSII ti'! !tif 'eng!n
ce%!t- "esi%&n "!sing@"!sing in'i*i'& stres- #i(! 'iter!%!n sec!r! ter%is!$- "engin!tif!n
o"%(es osigen@e*o(*ing "!&%&n %&s!t re!si fotoi"i!3 Pene(iti!n (e#i$ (!n8&t "en&n8&!n
-
7/26/2019 glisin betain
9/23
#!$:! stres %!n!s se'!ng "eng$!"#!t %er#!i!n PSII se(!"! %$otoin$i#ition 'eng!n
"engg!ngg& sintesis '!ri %rotein D0 'e no*o t!%i ti'! "e"%erce%!t %$oto'!"!ge sec!r!
(!ngs&ng3 Co'A tr!nsgen '!n 8&g! !&"&(!si GB "eng&r!ngi efe %eng$!"#!t!n '!ri stres%!n!s "o'er!t ter$!'!% %er#!i!n PSII 'eng!n "e"%erce%!t sintesis %rotein D03tanaman transgenik tembakau, yang telah diubah dengan gen &4;/ untuk betainealdehyde dehydrogenase dari bayam, akumulasi G& di tingkat ,F2-F,2 mmol g-15 di kloroplas mereka (ang, @iang ) @u *D!. 4similasi =* oleh tanamantransgenik itu se"ara signifkan lebih toleran terhadap suhu tinggi daripadatanaman 5. ang et al. (*D! menguantifkasi aktiitas 8S33 dengan mengukurklorofl J uores"en"e dan aktiitas ubis"o dengan memantau penggabungan 1F=* dan mereka menemukan baha penignkatan perlindungan :otosintesisterhadap suhu tinggi dalam tanaman transgenik adalah tidak berhubungan denganaktiasi langsung dari 8S33, tapi disebabkan oleh peningkatan aktiasi ubis"o olehubis"o a"tiase.8ada suhu tinggi, ubis"o a"tiase di :raksi stroma menjadi terkait denganmembran tilakoid, dengan mengakibatkan penurunan di tingkat aktiasi ubis"o(ang et al. *D!. G& mun"ul untuk mendukung aktiasi ubis"o dengan men"egah
penyerapan, dalam membran tilakoid, dari ubis"o a"tiase dari :raksi stroma ygterlarut dan, dengan "ara ini, ia meningkatkan toleransi asimilasi =* stres suhutinggi. /asil ini menunjukkan baha akumulasi G& in io mengarah padapeningkatan thermotoleran"e dari ubis"o a"tiase melalui pen"egahan asosiasisuhu diinduksi tinggi ubis"o a"tiase dengan membran tilakoid (ang et al. *D!.4nalisis lebih lanjut dari tanaman tembakau transgenik (ang et al. *7!menunjukkan baha akumulasi G& in io tampaknya mengurangi akumulasi =Sselama stres panas dengan mempertahankan atau meningkatkan kegiatan =Ss"aenging en$im (yaitu, katalase, peroksidase askorbat,glutathione reduktase, dehydroas"orbate reduktase, dan monodehydroas"orbatereduktase! dan, juga, dengan meningkatkan kadar antioksidan, seperti askorbat danglutation tereduksi. /asil ini menunjukkan baha akumulasi G& mungkin
meningkatkan thermotoleran"e melalui penindasan akumulasi =S dan, juga,melalui perbaikan disempurnakan 8S33 yang telah akti: oleh stres ringan.
stres g!r!"t!n!"!n tr!nsgeni 'ire!)!s! &nt& "en&"%& GB 'i 'iting!t!n %!"er!n egi!t!n PSII *i*o
'i #!:!$ stres g!r!"3 t!n!"!n terse#&t ter"!s& g!ris Ar!#i'o%sis tr!nsgeni )!ng
"enges%resi!n- "!sing@"!sing- gen #!teri Co'! +H!)!s$i et !(3 011,- gen CM7 '!ri #!)!"
+Hi#ino et !(3
-
7/26/2019 glisin betain
10/23
"eng&r!ngi efe %eng$!"#!t!n ini3 #(otting Ut!r! "eng&ng!%!n #!$:! ting!t tr!nsri% gen
PSBA- )!ng "en)!n'i!n %rotein D0- ti'! sec!r! signifi!n 'i%eng!r&$i o(e$ stres g!r!" !t!&
tr!nsfor"!si3 H!si( ini "en&n8&!n #!$:! stres g!r!" "ening!t!n %$otoin$i#ition 'eng!n"eng$!"#!t %er#!i!n PSII '!n #!$:! tr!nsgen !tE "ening!t!n et!$!n!n ter$!'!% stres
g!r!" '!ri "esin tr!ns(!si 'i (oro%(!s3
Y!ng et !(3 +
-
7/26/2019 glisin betain
11/23
dingin itu sangat berkurang di 4rabidopsistanaman yang telah diubah dengan gen "oda "himeri" untuk kloroplas bertargetkolin oksidase. Mereka menemukan baha tingkat photoinhibition setelah dinginperaatan di D Q selama F jam di baah sinar konstan pada *D mmol :oton m-*s-1 adalah sekitar +E di daun 5, tetapi hanya FDE di daun dari tanamantransgenik.
4lia et al. (1999! menunjukkan baha, ketika daun dari tanaman 5 4rabidopsisyang telah tumbuh pada ** Q diinkubasi pada 1 Q dalam kegelapan atau dibaah "ahaya intensitas rendah (7 mmol :oton m-* s-1! untuk berbagai periodeaktu , tidak ada inaktiasi jelas dalam 8S33 terjadi di daun baik dari 5 atautanaman transgenik. Ketika daun terkena intensitas tinggi "ahaya (1,* mmol :otonm-* s-1! pada 1 Q dan *D Q , kompleks 8S33 itu tidak akti: dalam daun dari kedua
jenis. %amun, daun tanaman transgenik kurang sensiti: dibandingkan 5 daunphotoinhibition pada kedua suhu. 3naktiasi :oto-diinduksi dari 8S33 karena, mungkin,kerusakan pada protein ;1, sedangkan perbaikan kompleks 8S33 meliputi degradasiprotein ;1, serta sintesis, re-penggabungan ke kompleks 8S33, dan pengolahan dariprekursor protein ;1 untuk menghasilkan protein ;1 :ungsional.?ntuk menyelidiki apakah e:ek perlindungan dari G& pada 8S33 in io mungkin
terkait dengan sintesis protein di kloroplas pada suhu rendah, 4lia et al. (1999!dipantau photodamage ke 8S33 di hadapan lin"omy"in, inhibitor sintesis protein dikloroplas. ;i baah "ahaya yang kuat (1,* mmol :oton m-* s-1! pada 1 Q atau *DQ , lin"omy"in se"ara signifkan mengurangi perbedaan dalam tingkatphotoinhibition antara 5 dan daun transgenik, sedangkan lin"omy"in tidakberpengaruh pada aktiitas 8S33 kompleks selama inkubasi daun dalam kegelapan.Selain itu, e:ek dari suhu pada photodamage untuk 8S33 menghilang di kedua jenisdaun. 8er"obaan ini menunjukkan baha pemulihan photodamage dari 8S33diper"epat dengan kehadiran G& dalam kloroplas tanaman transgenik. Ketika 8S33dalam daun dari 5 dan tanaman transgenik itu tidak akti: ke berbagai luasan olehpaparan "ahaya yang kuat dan kemudian dibiarkan untuk pulih, 8S33 di daun daritanaman transgenik pulih lebih "epat dari yang di daun dari tanaman 5.
8engamatan ini menunjukkan baha langkah di mana G& melindungi 8S33 terhadapkombinasi stres ringan dan stres dingin adalah perbaikan 8S33 dan, khususnya,perbaikan kompleks oksigen berkembang. 4da kemungkinan baha G& mungkinmenstabilkan ubis"o dan mengurangi produksi =S pada suhu rendah (Murata etal. *7!.otosistem 33 dari tanaman 4rabidopsis transgenik dijelaskan sebelumnya jugadipamerkan toleransi ditingkatkan untuk pembekuan (Sakamoto et al. *!. 5dan daun transgenik dibekukan dengan suhu dari sampai -1* Q , dan kemudiandipanaskan sampai suhu kamar. 8S33 di daun transgenik tetap lebih akti: setelahsebuah episode dari kedinginan suhu yang lebih rendah dari yang di daun 5.
stres os"oti
&!n et !(3 +=== %!'! !ti*it!s PSII %!'! t!$!% tig! '!&n3 Se(!"!%er!:!t!n os"oti@stres 'i foton f(&s e%!'!t!n 0 ""o( foton "@< s@0 &nt& ? '- !ti*it!s PSII
%!'! t!n!"!n 5T- se#!g!i"!n! 'itent&!n 'eng!n "e"!nt!& ineti! f( &orescence- #er&r!ng
"en8!'i ? '!ri egi!t!n !:!(- se"ent!r! )!ng %!'! t!n!"!n tr!nsgeni $!n)! 'i&r!ngi"en8!'i =@? '!ri egi!t!n !:!(3 Ting!t #ersi$ fotosintesis %!'! t&"#&$!n 5T 8!t&$ e 2?
'!ri ting!t !:!(- se'!ng!n %!'! t!n!"!n tr!nsgeni 8!t&$ e 6=@?= '!ri ting!t !:!(3 H!si(
ini "en&n8&!n #!$:! !ti*it!s fotosintesis (e#i$ st!#i( '!(!" t!n!"!n tr!nsgeni
-
7/26/2019 glisin betain
12/23
'i#!n'ing!n t!n!"!n 5T #!:!$ te!n!n os"oti3 Keti! stres os"oti 'iter!%!n %!'!
t!n!"!n- t!rget %ert!"! t!"%!n)! ATP sint!se- '!n in!ti*!si )!ng "eng!r!$ e 'efisit ATP
'!(!" se( +F(e;!s / Me'r!no K intraseluler />
@=K4@3S4S3 = G& =% =@>4%S3
?%?K "ekaman abiotik
8ada kebanyakan studi tanaman rekayasa genetika yang terakumulasi G&, en$im
untuk sintesis G& yang ditargetkan untuk kloroplas, sedangkan, dalam penelitian
lain, en$im yang ditargetkan ke sitosol (non-target!, ke mitokondria, atau untuk baik
sitosol dan kloroplas se"ara bersamaan (abel * ) 0!. >:ek dari akumulasi G& di
kloroplas telah diperiksa se"ara luas pada tanaman rekayasa genetika yang
mengekspresikan gen "oda bakteri yang produknya ditargetkan organel ini (abel
*!. tanaman transgenik tersebut terakumulasi G& terutama di kloroplas mereka,
dan mereka menunjukkan toleransi terhadap berbagai "ekaman abiotik pada
berbagai tahap perkembangan (aman et al. *F! ditingkatkan. =leh karena itu,
upaya telah dilakukan untuk menentukan apakah itu adalah lokalisasi sintesis G& di
kompartemen subselular tertentu dan I atau tingkat akumulasi G& yang
menentukan tingkat toleransi tersebut.
>:ek dari lokalisasi subselular dari sintesis dan akumulasi G& pada toleransi stress f
rstly diperiksa pada tanaman padi (Sakamoto et al. 199+!. tanaman padi
menunjukkan tingkat yang lebih tinggi toleransi terhadap "ekaman abiotik ketika
mereka mengekspresikan kolin oksidase kloroplas bertarget dan G& lebih
terakumulasi dalam kloroplas daripada di sitosol. Mesin :otosintesis juga lebih
terlindungi terhadap stres garam dan stres dingin ketika tanaman mengekspresikan
oda gen kloroplas bertarget daripada gen "oda nontargeted, yang produknya lokal
terutama dalam sitosol, meskipun tanaman selanjutnya dapat mengakumulasi
hingga lima kali lebih G& dari sebelumnya (Sakamoto et al.199+!.
aman et al. (*F! yang dihasilkan tanaman tomat transgenik yang
mengekspresikan gen oda bakteri untuk kolin oksidase yang ditargetkan kloroplas.
anaman akumulasi G& di kloroplas dan dipamerkan ditingkatkan toleransi terhadap
dingin selama seluruh siklus hidup mereka, dari perke"ambahan biji ke tahap
reproduksi (aman et al. *F!. Menargetkan kolin oksidase ke kloroplas
mengakibatkan hanya akumulasi yang sangat terbatas G& di daun transgenik (,9-
,0 mmol g-1 5'. aman et al *F!. anaman tomat transgenik yang
-
7/26/2019 glisin betain
13/23
mengekspresikan kloroplas bertarget kolin oksidase akumulasi sampai dengan +2E
dari total G& di kloroplas mereka, memberikan "ontoh terbaik dari korelasi tertinggi
antara konten G& dan tingkat toleransi dingin dalam hal perlindungan 8S33 terhadap
rendah suhu (aman et al. *F!.
aman et al. (*7a! dibandingkan tanaman transgenik tomat yang kolin oksidase
ditargetkan kloroplas (hl-oda garis!, ke sitosol (yt-oda garis!, dan untuk keduakloroplas dan sitosol se"ara bersamaan (hlyt-oda garis!. he yt-oda dan
hlyt-oda garis akumulasi sampai dengan D.- dan 2,2 kali lipat lebih G&,
masing-masing, dalam daun mereka daripada garis hl-oda (,0 mmol g 5!.
;alam pemeriksaan daun 5 D-minggu-tua dan bibit transgenik terkena stres
dingin, tanaman transgenik dipamerkan toleransi lebih kuat dari 5plants. %amun,
tanaman yt oda dengan tingkat tinggi G& di sitosol tampaknya kurang mampu
melindungi sel dari kebo"oran ion dan kurang mampu menurunkan kadar /*=* dari
tanaman hl-oda. pengamatan ini menunjukkan baha akumulasi G& di kloroplas
lebih e:ekti: dalam menurunkan tingkat /*=* dan dalam melindungi sel-sel dari
kebo"oran ion (mungkin karena kematian sel! daripada akumulasi G& di sitosol.
aman et al. (*7a! juga membandingkan tanggapan dari 5 dan tiga jenis
tanaman tomat transgenik stres dingin dan garam pada tahap pembibitan dan pada
tahap perke"ambahan, masing-masing, serta luasan dari photoinhibition baah
tekanan dingin dan stres oksidati:. ?ntuk semua parameter yang diukur, tanaman
transgenik umumnya lebih toleran terhadap "ekaman abiotik. Garis hl-oda
dipamerkan sama (ketika I m dan tingkat perke"ambahan dibandingkan! atau
lebih besar (saat pertumbuhan bibit dibandingkan! toleransi terhadap tekanan ini
dibandingkan dengan dua jenis tanaman transgenik, meskipun tingkat G& adalah
terendah di tanaman hl-oda. 4da f kan korelasi signifkan antara tingkat G& di
kloroplas (* R .D, 8 ,1! dan tingkat toleransi terhadap stres oksidati:,
sedangkan tidak ada korelasi jelas antara tingkat sitosol dari G& dan toleransi stres,
menunjukkan baha tingkat yang lebih tinggi dari G& di kloroplas mungkin lebih
meningkatkan toleransi stres. aman et al. (*7a! menyimpulkan baha akumulasi
G& di kloroplas adalah parameter yang paling penting dalam perlindungan tanaman
terhadap "ekaman abiotik.
8ark, 6ekni"# ) hen (*2! menunjukkan baha eksogen diterapkan dan
dimasukkan G& terlokalisasi terutama di sitosol, sementara hanya sebagian
terbatas dari G& dimasukkan dibaa ke kloroplas. =leh karena itu, adalah mungkin
baha kedua daun-diterapkan G& dan G& yang disintesis di sitosol diangkut ke
kloroplas, tetapi hanya sampai batas ke"il.
8ada tanaman jagung yang telah diubah dengan gen beta untuk sitosol bertarget
;/, jumlah total G& di daun setinggi D,7 mmol g-1 5, yang jauh lebih tinggi dari
yang di daun tanaman 5 (1,2 mmol g -1 5! (Luan et al. *Fa, b!. %amun,
konsentrasi G& di kloroplas tanaman jagung and5 transgenik dekat dengan ,1
mmol g-1 5, dan tidak ada perbedaan yang signifkan antara kedua jenis tanaman
(Luan et al. *Fa! . =leh karena itu, Luan et al. (*Fa, b! mendalilkan baha
ditingkatkan toleransi terhadap stres dingin dan kekeringan telah dihasilkan dari G&
sitosol. ara di mana sitosol G& dapat melindungi aktiitas :otosintesis kloroplas
masih harus ditentukan.
-
7/26/2019 glisin betain
14/23
4kumulasi G& di mitokondria (akabe et al. 199+! dan peroksisom (Kishitani et al.
*! tanaman padi juga meningkatkan toleransi terhadap "ekaman abiotik.
Misalnya, menargetkan produk gen dari gen beta dimodifkasi untuk mitokondria
meningkatkan toleransi tanaman padi transgenik terhadap stres garam (akabe et
al. 199+!. Kishitani et al. (*! melaporkan pengenalan ";%4 dari gen untuk &4;/
peroBisomal dari barley menjadi beras. anaman padi transgenik dikonersi tingkattinggi eksogen diterapkan betaine aldehyde untuk G& dan dipamerkan toleransi
tinggi terhadap garam, stres dingin dan panas, mempertahankan lebih tinggi dari
tingkat kontrol aktiitas 8S33 di baah stres garam. Meskipun produk dari transgen
untuk &4;/ ditargetkan peroksisom, tidak jelas di mana sintesis G& telah terjadi.
6ika G& disintesis di peroksisom, bagaimana mungkin melindungi 8S33 di kloroplasT
G& meningkatkan =@>4%S3 =G4% >8=;?KS3 terhadap "ekaman abiotik
;alam banyak tanaman tanaman, tahap reproduksi adalah tahap yang paling
sensiti: terhadap "ekaman abiotik, dan hasil akhir yang berkurang serius jika stres
abiotik terjadi pada tahap ini. ;engan demikian, perlindungan terhadap stres abiotik
pada tahap reproduksi sangat penting untuk hasil yang tinggi dari tanaman panendi daerah raan stres di seluruh dunia. 8engenalan jalur biosintesis dari G& menjadi
tanaman tanaman tampaknya menjadi strategi yang e:ekti: untuk meningkatkan
toleransi terhadap "ekaman abiotik dan meningkatkan hasil.
tanaman 4rabidopsis transgenik direkayasa untuk mensintesis G& pameran
ditingkatkan toleransi terhadap berbagai jenis stres selama perke"ambahan benih
dan pertumbuhan egetati: bibit (4lia et al 199+a, b'. /ayashi et al 199+'. 4lia et al
1999.!. 4nalisis tingkat G& pada tanaman 4rabidopsis oda-transgenik (dengan
kolin oksidase ditargetkan kloroplas! mengungkapkan baha organ yang berbeda
akumulasi berbagai tingkat G&, meskipun gen oda didorong oleh aM< 0DS
promoter konstituti: (Sulpi"e et al. *0!. ingkat G& di bunga, siliues dan apeks
perbungaan adalah sekitar lima kali lebih tinggi daripada di daun. 8engobatantanaman 5 dengan 1 mm %al selama 0 d mengakibatkan aborsi dari kun"up
bunga dan penurunan jumlah biji per siliue. pemeriksaan mikroskopis struktur
bunga mengungkapkan baha stres garam telah menghambat pengembangan
anter, putik dan kelopak. 8roduksi serbuk sari dan bakal biji juga se"ara dramatis
terhambat.
%amun, akumulasi G& tanaman transgenik, e:ek ini stres garam se"ara signifkan
berkurang. Selain itu, tanaman transgenik yang dihasilkan *1E lebih siliues dan
FDE lebih bibit dari tanaman 5 setelah pengobatan dengan 1 mm %al selama
0 d. ;engan demikian, akumulasi G& di organ reproduksi se"ara e:ekti: dilindungi
pembentukan bunga dan biji terhadap stres garam.Luan et al. (*Fa, b! mengubah jagung elit garis inbrida ;/F+22 dengan gen beta
untuk ;/ dari >. "oli. idak ada perbedaan dalam perkembangan reproduksi
antara garis transgenik dan kontrol (5! tanaman dengan tidak adanya "ekaman
kekeringan. Ketika tanaman di lapangan yang mengalami stres kekeringan selama 0
minggu, jumlah serbuk sari jatuh dan pembentukan telinga tertunda di kedua 5
dan tanaman transgenik. %amun, pengembangan reproduksi (dalam hal jumlah
serbuk sari dan aktu silking! tanaman transgenik adalah kurang serius terkena
-
7/26/2019 glisin betain
15/23
dampak kekeringan dibandingkan tanaman 5. Setelah pengobatan kekeringan
selama 0 minggu, biomassa akar, tinggi tanaman, batang biomassa dan biomassa
daun garis transgenik semua lebih besar daripada tanaman 5. &erat gabah per
tanaman adalah 1 sampai *0E lebih tinggi di jalur transgenik dibandingkan
tanaman 5 karena jumlah yang lebih besar dari biji-bijian dan bobot 1 butir
lebih besar. ;engan demikian, organ-organ reproduksi G&-mengumpulkan tanamanjagung transgenik yang kurang dipengaruhi oleh kekeringan dibandingkan 5. idak
diketahui apakah atau tidak organ reproduksi tanaman jagung transgenik berisi
tingkat G& mirip dengan yang ditemukan di 4rabidopsis transgenik (Sulpi"e et al.
*0! dan tomat (aman et al. *F, *7b! tanaman meningkat.
tanaman tomat rentan terhadap stres dingin, dan paparan suhu di baah 1 Q
menyebabkan berbagai jenis kerusakan selama pertumbuhan tanaman dan
deelopment.4t tahap berbunga, dingin mengurangi iabilitas serbuk sari, dan
kegagalan antera merilis hasil serbuk sari dalam substansial pengurangan buah
yield.he hasil akhir dari tanaman tomat setelah episode stres dingin tergantung
pada persentase tanaman hidup, jumlah bunga tetap dan :ruitset. aman et al.
(*F! melaporkan baha, ketika 5 dan tanaman tomat oda-transgenik (dengankolin oksidase ditargetkan kloroplas! dingin pada 0 Q selama 7 d dan kemudian
kembali ke rumah ka"a yang hangat, *E dari tanaman 5 meninggal dalam aktu
tiga atau empat hari sedangkan hampir semua tanaman transgenik selamat.
Selama minggu pertama kembali rumah ka"a, hanya +*E dari bunga 5
dipertahankan, dibandingkan dengan ++-1E dari bunga oda-transgenik. Selain
itu, buah-set sangat berkurang pada tanaman 5 dibandingkan dengan tanaman
transgenik. Se"ara keseluruhan, G&-mengumpulkan tanaman tomat transgenik
dihasilkan rata-rata buah 1 sampai 0E lebih setelah "hilling.he ditingkatkan
toleransi pada tahap reproduksi mungkin dihasilkan dari akumulasi tingkat tinggi G&
di organ reproduksi. ingkat G& di kelopak, putik, dan antera (aman et al. *F!
yang *,+-0,+ kali lebih tinggi daripada di daun tanaman tomat transgenik, sepertiyang diamati sama pada tanaman 4rabidopsis oda-transgenik (Sulpi"e et al.
*0 !.
anaman transgeni" yang mengakumulasi G& M>M3@3K3 =G4% >8=;?KS3 @>&3/
&>S4 ;4% I 44? 4%GK4 &>S4 ;43 &363 ;43 K=%=@ K>3K4 tumbuh di baah
kondisi %=%-S>SS
&anyak gen yang terkait dengan stres toleransi telah digunakan dalam upaya untuk
insinyur toleransi stres, dan upaya ini telah bertemu dengan berbagai keberhasilan
(8ark ) hen *2!. %amun, tanaman transgenik yang dihasilkan sering
menunjukkan karakteristik :enotip yang tidak diinginkan, seperti retardasi
pertumbuhan ketika tanaman tumbuh di baah kondisi non-stres. Misalnya, -repeat :aktor yang mengikat (&! 1- tanaman tomat transgenik menunjukkan
darfsme jelas, selain penurunan buah-set dan dalam jumlah biji per buah (/sieh
et al **a'.. @ee et al *0!, dan tanaman kentang yang oereBpress 4t& gen
menghasilkan lebih sedikit dan lebih ke"il umbi dari tanaman 5 lakukan (8ino et
al. *7!. rans:ormasi dari 4rabidopsis dengan elemen-mengikat (;>&! 1a
konstruk dehidrasi-responsi: dan beras dengan baik membangun ;>&1 atau
=s;>&1 orthologous membangun pertumbuhan tanaman terhambat dalam setiap
-
7/26/2019 glisin betain
16/23
kasus (Kasuga et al 1999'. 3to et al *2.!. ?ntuk meminimalkan e:ek samping
seperti yang tidak diinginkan, maka perlu menggunakan promotor stres tertentu,
seperti promotor dari gen yang dikenal sebagai responsi: terhadap pengeringan *94
(rd*94! dan baha gen untuk abs"isi" a"idresponsie kompleks 1 (4&1!, untuk
memastikan ekspresi gen masing di baah kondisi lingkungan tertentu (Kasuga et
al 1999'. @ee et al *0'.. 8ino et al *7!. tanaman transgenik yang mgakumulasitingkat tinggi manitol, sorbitol dan trehalosa juga menunjukkan peningkatan
toleransi terhadap stres, tetapi menunjukkan berbagai si:at yang tidak diinginkan
dalam kondisi nonstress (hen ) Murata **!.
?ntuk tanggal dan untuk yang terbaik dari pengetahuan kita, tidak ada laporan dari
G&-mengumpulkan tanaman transgenik yang menunjukkan si:at-si:at yang tidak
diinginkan ketika tumbuh di baah kondisi non-stres. Memang, beberapa G&-
mengumpulkan tanaman transgenik sebenarnya mengungguli tanaman 5
sehubungan dengan menghasilkan komponen. ;engan demikian, rekayasa genetika
dari akumulasi G& dalam tanaman transgenik tidak hanya meningkatkan toleransi
terhadap "ekaman abiotik tetapi juga dapat meningkatkan potensi hasil ketika
tanaman tumbuh di baah kondisi non-stres, memberikan kesempatan unik untukbioteknologi pertanian (hen ) Murata *+!.
8ada penelitian aal, kami men"atat baha, dalam kondisi non-stres, transgen
oda, dengan urutan kloroplas-penargetan, tidak memiliki e:ek negati: pada
perke"ambahan biji (4lia et al. 199+a, b! dan pertumbuhan tanaman 4rabidopsis
muda (4lia et al. 199+a!, sementara itu e:ek yang diinginkan dalam kondisi non-
stres, khususnya, pada tahap reproduksi. Misalnya, tanaman 4rabidopsis oda-
transgenik diproduksi **E lebih banyak bunga (dan siliues! dan *+E lebih bibit
dari tanaman 5 ketika tumbuh di baah kondisi non-stres (Sulpi"e et al. *0!.
Ketika 5 dan tanaman tomat oda-transgenik yang ditanam se"ara hidroponik
dalam rumah ka"a dalam kondisi normal, tidak ada perbedaan yang terlihat antaramereka di
hal :rekuensi perke"ambahan benih dan pertumbuhan tanaman muda sebelum
mun"ulnya kun"up bunga (aman et al. *7b!. &erbeda dengan dampaknya pada
organ egetati:, transgen oda jelas meningkatkan ukuran dari kun"up bunga dan
bunga dari tanaman tomat dalam kondisi normal (aman et al. *7b!. 8eningkatan
ukuran yang jelas dalam semua organ bunga. Se"ara khusus, oarium yang luar
biasa besar. bunga indiidu dari tanaman transgenik beratnya sekitar dua kali lebih
banyak seperti yang berasal dari tanaman 5 dan kelopak adalah sekitar 1,7 kali
lipat lebih lama daripada rekan-rekan 5 mereka. %amun, jumlah segmen kelopak
adalah sama di 5 dan tanaman transgenik, dan tanaman "od4transgeni"menghasilkan sekitar 0E lebih sedikit bunga per perbungaan dari tanaman did5.
;engan tidak adanya penyerbukan tangan di rumah ka"a, tingkat buah-set
tanaman transgenik (F*E! lebih rendah dibandingkan tanaman 5 (2+E!.
&uah matang dari tanaman tomat transgenik yang jauh lebih besar daripada
tanaman 5, dengan buah matang dari tanaman transgenik menjadi DFE lebih
berat, rata-rata, dibandingkan dari tanaman 5 (aman et al. *7b!. Selanjutnya,
buah transgenik matang berisi enam atau tujuh lo"ules, dibandingkan dengan dua
-
7/26/2019 glisin betain
17/23
atau tiga lo"ules dalam buah-buahan tanaman 5. %amun, jumlah biji per buah
transgenik adalah 2*E lebih rendah daripada di 5.
=rgan reproduksi akumulasi tingkat tertinggi G& di antara berbagai organ
4rabidopsis oda-transgenik (Sulpi"e et al. *0! dan tomat (aman et al. *7b!
tanaman. Kun"up bunga, menembak apeks, dan rongga lokulus buah tomat
transgenik matang terkandung G& pada tingkat di atas ,D mmol g-1 5. ingkatG& di daun, peri"arp dan benih sekitar setengah nilai ini, sedangkan tingkat G& di
organ egetati:, seperti batang, akar dan epidermis, berada di baah ,1 mmol g-1
5. 8embesaran bunga dan buah-buahan mungkin telah berhubungan dengan
tingginya tingkat G& di organ-organ ini, yang mirip dengan yang di 4rabidopsis
(Sulpi"e et al. *0!.
G& M>%3%GK4K4% pertahanan antioksidan ;3 4%4M4%
;alam kondisi pertumbuhan normal, tanaman menghasilkan =S terus menerus
melalui berbagai jalur metabolisme, tetapi mereka telah bereolusi berbagai
en$imatik dan non-en$imatik sistem antioksidan untuk men"egah =S men"apai
tingkat bera"un (4shra: *9'. Miller et al *1!. %amun, dalam kondisi stres,jumlah =S diproduksi dalam #ledakan oksidati:# mungkin melebihi kapasitas dari
sistem =S-pemulungan, dengan akumulasi dihasilkan dari tingkat tinggi bentuk
intraseluler =S.4ll stres abiotik, termasuk garam yang tinggi, dingin, pembekuan
dan kekeringan, dapat menyebabkan ledakan oksidati: dalam sel tanaman, dan
akumulasi =S dapat menyebabkan berbagai jenis kerusakan dan bahkan kematian
sel (4shra: *9!. Sejak G& dapat meningkatkan toleransi terhadap "ekaman
abiotik, tampaknya tepat untuk mempertimbangkan e:ek dari G& pada sistem
pertahanan antioksidan, yang berkaitan dengan toleransi stres ditingkatkan.
G& menstabilkan oksigen-eoling kompleks 8S33 dengan merangsang perbaikan
ketika tanaman terkena jenis "ahaya dan lainnya stres (lihat pembahasansebelumnya!. Selain itu, dingin dapat mengganggu :ungsi membran sel,
menyebabkan denaturasi protein, dan mengganggu sistem ele"trontransport yang
tertanam dalam membran mitokondria dan kloroplas. Kemudian mengganggu hasil
ele"trontransport dalam produksi =S. >leasi konsentrasi intraseluler =S dapat
menghambat sintesis protein de noo (%ishiyama et al, *1'. akahashi ) Murata
*+!. G& menstabilkan integritas membran terhadap e:ek dari suhu ekstrim (Nhao,
4spinal ) 8aleg 199*' Gorham 199D! dan melindungi kompleks 33 di mitokondria
(/amilton ) /e"kathorn *1!.
Studi in itro telah menunjukkan baha G&, dengan sendirinya, tidak memiliki
aktiitas antioksidan (SmirnoU ) umbes 19+9!. ;engan demikian, :ungsi =S-
pemulungan yang harus langsung, misalnya, melalui induksi sintesis atau aktiasisistem =S-pertahanan. skenario seperti telah ditunjukkan kedua setelah aplikasi
eksogen G& dan tanaman transgenik yang menumpuk G&. /oue et al. (*7!
meneliti e:ek dari eksogen diterapkan G& pada tingkat antioksidan dan pada
kegiatan en$im dalam askorbat-glutathione (4S-GS/! siklus (3shikaa ) Shigeoka
*+! dalam sel suspensi-berbudaya tembakau yang terkena stres garam. Mereka
menunjukkan baha stres garam se"ara signifkan menurunkan tingkat dari 4S
dan GS/, serta aktiitas en$im dalam siklus 4S-GS/, seperti askorbat peroksidase
-
7/26/2019 glisin betain
18/23
(48V!, monodehydroas"orbate reduktase (M;/4!, reduktase dehydroas"orbate
(;/4! dan glutathione reduktase (G!.penerapan G& >ksogen meningkatkan
aktiitas semua en$im ini dengan penge"ualian M;/4. %amun, G& tidak memiliki
e:ek langsung pada kegiatan en$im dalam siklus 4S-GS/ dalam kondisi normal,
hanya meningkatkan aktiitas en$im seperti di baah stres garam. ;engan
demikian, G& meningkatkan aktiitas en$im dalam siklus 4S-GS/ mungkinmelindungi sel tembakau terhadap stres oksidati: garam-diinduksi. Selanjutnya,
stres garam meningkatkan karbonilasi protein' tingkat tiol, disulfda dan
mengurangi (GS/! dan teroksidasi bentuk yang (GSSG! glutathione' dan kegiatan
dari kedua glutathione-S-trans:erase dan glyoBylase 33. Selain itu, stres garam
mengubah keadaan redoks tiol-disulfda dan glutathione, dan menekan aktiitas
glutation peroksidase dan glyoBylase 3, yang terlibat dalam =S dan sistem
methylglyoBal-detoksifkasi (/oue et al. *+!. 4plikasi eksogen G&
mengakibatkan pengurangan karbonilasi protein dan kenaikan tingkat bentuk
tereduksi glutathione dan dalam kegiatan glutation peroksidase, glutation-S-
trans:erase dan glyoBalase 3 di baah garam stress.hese menunjukkan baha G&
mungkin melindungi tanaman terhadap dis:ungsi garam-diinduksi karena =S
dengan mengurangi karbonilasi protein dan meningkatkan pertahanan antioksidan
dan methylglyoBal-detoksifkasi sistem (/oue et al. *+!.
peningkatan kadar /*=* saat terpapar tanaman stres dingin atau garam sering
diamati. ;alam 4rabidopsis, misalnya, tingkat /*=* meningkat dua sampai tiga kali
lipat jika tanaman terkena dingin atau garam stres (4lia et al. 1999!. G&-
mengumpulkan tanaman 4rabidopsis oda-transgenik lebih toleran terhadap stres
ringan dibandingkan tanaman 5, sebagai konsekuensi dari per"epatan pemulihan
8S33 dari photodamage. elah diusulkan baha akumulasi stres diinduksi /*=*
menginduksi aktiasi en$im =S-pemulungan (8rasad et al. 199F!. 4lia et al. (1999!
menganalisis kegiatan dari sejumlah =S-pemulungan en$im, termasuk katalase
(4!, 48V, M;/4, ;/4, G, dan superoksida dismutase (S=;!. /anya kegiatan4 dan 4S8 se"ara signifkan lebih tinggi pada tanaman 4rabidopsis oda-
transgenik dibandingkan tanaman 5. tingkat yang lebih tinggi dari 4 dan
kegiatan 4S8 di tanaman transgenik mungkin men"egah akumulasi jumlah bera"un
/*=*.
;alam G&-mengumpulkan tanaman tembakau yang telah diubah dengan gen untuk
&4;/ dari bayam, akumulasi G& peningkatan resistensi terhadap panas-
ditingkatkan photoinhibition (ang et al. *7!. stres panas se"ara signifkan
menurunkan aktiitas 4, 48V, G, ;/4 dan M;/4 pada tanaman 5,
sedangkan kegiatan en$im ini baik menurun jauh, tetap tidak berubah, atau bahkan
meningkat pada tanaman transgenik. Selama stres panas, tanaman transgenik juga
berisi jumlah yang lebih besar dari askorbat dan bentuk tereduksi glutathione
dibandingkan tanaman 5. pengamatan ini menunjukkan baha akumulasi G&
dalam tanaman transgenik mungkin menekan kadar =S, yang mungkin, pada
gilirannya, memberikan kontribusi pada peningkatan thermotoleran"e tanaman
transgenik. 8eraatan yang meningkatkan produksi /*=* juga mengangkat tingkat
kedua transkrip at0 dan aktiitas 40, dengan resultan yang lebih tinggi daripada
tingkat 5 dari kelangsungan hidup dan pertumbuhan pada paparan bibit jagung
-
7/26/2019 glisin betain
19/23
stres dingin (8rasad et al. 199F!. >kspresi gen 4rabidopsis &1 (untuk I ;>-
binding :a"tor 1! pada tanaman tomat ditingkatkan toleransi terhadap dingin, stres
oksidati: dan air, dan toleransi dikaitkan dengan peningkatan kadar aktiitas
katalase dan ekspresi dari 44@4S>1 ("at1! gen, menunjukkan baha toleransi
ditingkatkan dari tanaman tomat transgenik mungkin karena, sebagian besar, untuk
induksi ekspresi gen ku"ing (/sieh et al. **a, b!. 4plikasi eksogen G& untuktanaman tomat 5 menurunkan tingkat /*=* dan peningkatan aktiitas katalase
dan tingkat transkrip "at1 saat tanaman terkena stres dingin (aman et al. *2!.
/asil yang sama juga diamati ketika tanaman transgenik yang telah diubah dengan
gen oda dibandingkan dengan tanaman 5 (aman et al. *F!. ;engan demikian,
pada tanaman tomat, ada kemungkinan baha G& menginduksi sistem antioksidan
/*=* dimediasi, yang meliputi ekspresi ditingkatkan gen 4 dan peningkatan
aktiitas katalase.
uin ) Shabala (*7! menunjukkan baha penerapan radikal hidroksil (=/! ke
akar 4rabidopsis mengakibatkan eWuB s"r besar ion K C dari sel epidermis di $ona
perpanjangan. 4 konsentrasi rendah (D mm! dari G& se"ara signifkan mengurangi
eWuB dari K C ion. Sejak G& hanya memiliki pengaruh tidak langsung padapemulungan radikal bebas, G& harus memainkan beberapa peran yang belum
diketahui lainnya dalam mengurangi e:ek negati: dari stres oksidati:. Se"ara
bersama-sama, pengamatan ini menunjukkan bahaA (1! akumulasi =S yang
diinsuksi stress terlibat dalam dis:ungsi seluler' (*! beberapa aspek toleransi G&-
ditingkatkan untuk stres adalah karena peran G& dalam aktiasi sistem =S-
pemulungan' (0! G& menginduksi ekspresi gen spesifk untuk en$im=S
pemulungan (lihat di baah!' dan (F! G& langsung melindungi membran plasma,
transporter tertanam dan protein ion-"hannel.
G&->%/4%>; =@>4%S3 ?%?K "ekaman abiotik 3S &>/?&?%G4% ;>%G4%
3%;?KS3 ;43 ekspresi gen tertentuSeperti yang disebutkan sebelumnya (lihat juga abel * ) 0!, G&-mengumpulkan
tanaman transgenik dengan peningkatan toleransi terhadap berbagai bentuk stres
abiotik telah didokumentasikan dengan baik, dan berbagai mekanisme telah
diusulkan untuk menjelaskan toleransi ditingkatkan ini. %amun, sampai saat ini,
tidak ada penjelasan sepenuhnya memuaskan. Salah satu masalah utama adalah
baha tingkat G& terkait dengan toleransi stres pada tanaman transgenik "ukup
rendah. 4pakah mungkin baha G&, pada tingkat rendah seperti, memainkan :ungsi
regulasi dalam ekspresi gen yang menyebabkan peningkatan toleransi stresT
;alam per"obaan dengan G& in itro, konsentrasi e:ekti: G& umumnya jauh lebih
tinggi (di kisaran molar! daripada di sebagian besar per"obaan in io. 4dakemungkinan baha, dalam per"obaan in itro, G& mungkin mengerahkan e:ek
pelindung melalui e:ek langsung. Sebaliknya, dalam per"obaan in io, konsentrasi
e:ekti: G& berada di kisaran mikromolar, seperti, misalnya, konsentrasi e:ekti:
hormon tanaman (>inset et al. *7!.
4llard et al. (199+! melaporkan baha aplikasi eksogen G& meningkatkan toleransi
pembekuan tanaman gandum. Mereka memeriksa akumulasi tiga protein diinduksi
suhu rendah. Salah satu protein ini, 5=F1, akumulasi di hadapan G&, dan
-
7/26/2019 glisin betain
20/23
tingkat akhir tergantung pada konsentrasi G&. 4kumulasi dari dua protein lain,
5S1* dan 5S1*, tidak terpengaruh oleh penerapan G&. analisis blotting ?tara
mengungkapkan baha transkrip dari kedua gen 5=F1 dan 5=F10
akumulasi setelah terpapar tanaman untuk *D mm G&. 3nduksi ekspresi gen suhu-
responsi: rendah dengan G& mun"ul untuk berkontribusi pada toleransi tinggi untuk
pembekuan. 8ada tanaman tomat, aplikasi eksogen dari 1 mm G& peningkatanaktiitas katalase dan tingkat transkrip "at1 di daun baah kondisi non-stres (hari
!, dengan tingkat tertinggi yang ter"atat pada hari 1 dari stres dingin (aman et al.
*2!.
Sakamoto et al. (*! meneliti ekspresi empat gen "or pada tanaman 4rabidopsis
oda-transgenik untuk menentukan
apakah ditingkatkan toleransi terhadap pembekuan mungkin terkait dengan
ekspresi ("or! gen dingin diatur. idak ada perubahan jelas dalam ekspresi empat
gen "or ("or1Da, "or2.2, "orF7 dan "or7+! pada tanaman transgenik, menunjukkan
baha, dalam hal ini, peningkatan toleransi pembekuan bukan disebabkan oleh
perubahan dalam ekspresi gen "or . aman et al. (*7b! melakukan analisismi"roarray dari ekspresi gen di kun"up bunga o:5 dan oda-transgenik tomat dan
menemukan baha ekspresi 0 gen ditingkatkan dan baha dari *9 gen yang
ditekan oleh transgen. 4plikasi eksogen G& untuk tomat daun juga meningkatkan
ekspresi sejumlah gen yang terlibat dalam transpor elektron di kloroplas dan
mitokondria (aman et al. *2!. hen, Gollop ) /euer (*9! menyelidiki, dengan
pendekatan proteomik, e:ek eksogen diterapkan G& pada garam inhibisi stres
akibat pertumbuhan bibit tomat #8atio# (relati: garam toleran kultiar! dan #1FF# (a
garam kultiar sensiti:!. Mereka menemukan baha G& bisa meringankan
hambatan pertumbuhan disebabkan oleh stres garam melalui perubahan tingkat
enam protein dalam #8atio# dan dua protein dalam #1FF#. 4nalisis interaksi
berdasarkan bioin:ormatika komputasi mengungkapkan baha jaringan peraturanutama tampaknya 8S33, ubis"o, dan superoksida dismutase (S=;!.
>inset et al. (*7, *+! menunjukkan, dalam 4rabidopsis, baha aplikasi eksogen
1 mm G& untuk kedua daun dan akar meningkatkan toleransi dari akar ke stres
dingin melalui regulasi ekspresi sejumlah gen stres toleransi. emuan tersebut
menyarankan pendekatan eksperimental baru untuk mengidentifkasi gen yang
terlibat dalam toleransi terhadap stres dingin. >inset et al. (*7! mendalilkan
baha, setidaknya sebagian, G&-ditingkatkan toleransi terhadap "ekaman abiotik
mungkin as"ribable untuk ekspresi gen yang penting untuk toleransi stres.
8eman:aatan analisis mi"roarray, mereka mengidentifkasi 11 #G&-up-diatur# gen di
akar 4rabidopsis (>inset ) onnolly *9!. gen G&-up-diatur termasuk gen untuk
:aktor transkripsi, komponen perdagangan membran, en$im =S-pemulungan danreduktase besi %4;8 tergantung dari membran plasma. analisis blotting ?tara
mengungkapkan baha ekspresi empat gen se"ara signifkan ditingkatkan di akar
*F jam setelah dimulainya pengobatan dengan G& (>inset et al. *7!. 8roduk gen
ini membran-perdagangan ab4"F protein (4tDgF792!, %4;8-dependent besi
reduktase =* (4t1g1D+!, mitokondria katalase * (4tFg0D9! dan dinding sel
peroksidase 480a (4t Dg2F1!. >inset et al. (*7! diperlakukan tanaman 5 dan
tanaman mutan, di mana gen ab4"F telah terganggu, dengan menerapkan 1
-
7/26/2019 glisin betain
21/23
mm G& untuk kedua daun dan akar. ;ua puluh empat jam setelah dimulainya
pengobatan ini, mereka menundukkan tanaman untuk bersantai pada F Q selama
F+ jam dan kemudian diinkubasi mereka dalam kondisi hangat selama F d. tanaman
5 menanggapi kuat untuk G& dalam hal pertumbuhan ditingkatkan tunas dan
akar, sedangkan, pada tanaman mutan dengan gen ab4F terganggu, G& tidak
meningkatkan pertumbuhan. 8ara penulis ini menyimpulkan baha ab4"Fdiperlukan untuk e:ek G& pada pemulihan tanaman dari kerusakan mengerikan
yang disebabkan, dan mereka mengusulkan baha ditingkatkan toleransi terhadap
stres dingin disebabkan, setidaknya sebagian, untuk aktiasi gen.
;alam kasus gen =* untuk reduktase besi, mutan =-nol, :rd1-1, gagal
menanggapi G& di tes dingin dalam hal kedua pemulihan pertumbuhan akar dan
penghambatan akumulasi =S (>inset et al. *+!. 8ada tumbuhan 5, penerapan
G& tidak berpengaruh signifkan pada aktiitas reduktase besi. Selain itu,
oerekspresi gen =* tidak meningkatkan toleransi dingin. %amun, aktiitas
reduktase besi di 5 dan =*- mengekspresikan garis transgenik yang telah pra-
diperlakukan dengan G& adalah beberapa kali lipat lebih tinggi setelah dingin
daripada di kontrol nonpre-diobati. /asil ini menunjukkan baha (1! =* blokakumulasi =S selama dingin dan, dengan demikian, meningkatkan toleransi
dingin' dan (*! G& memiliki e:ek pas"a transkripsi besar pada aktiitas =* dalam
dingin. Se"ara keseluruhan, setidaknya tiga protein, yakni, ab4F" G8ase
(4tDgF792!, b$ip :aktor transkripsi (4t0g2*F*! dan =* besi reduktase
(4t1g1D+!, yang diperlukan untuk G&-diinduksi toleransi dingin (>inset et al.
*7, *+!. 8erhatikan baha, dalam ketiga kasus, ada hubungan yang kuat
antara akumulasi =S dan stres dingin.
Seperti yang dinyatakan sebelumnya, produksi =S sangat erat kaitannya dengan
berbagai jenis stres abiotik. 8eran sistem pemulungan =S dalam toleransi G&-
dimediasi sel tanaman untuk stres abiotik telah menjadi lebih dan lebih penting.Memang, 7 dari 11 gen yang up-diatur dalam 4rabidopsis pada aplikasi eksogen G&
diketahui menyandi protein yang terlibat langsung dalam pemulungan =S. 8rotein
ini termasuk glutation reduktase (4t0g*F17!, sitoplasma u I Nn superoBidase
dismutase (4t1g++0!, glutathione S-trans:erase (4t1g*9*!, peroBisomal u I Nn
superoksida dismutase (4tDg1+1!, katalase * (4tFg0D9!,
monodehydroas"orbate reduktase (4tDg020!, dan askorbat oksidase (4tDg*11!
(>inset ) onnolly *9!. 8engamatan ini memberikan bukti kuat untuk keterlibatan
sistem =S-pemulungan toleransi stres G&-dimediasi. >inset et al. (*7, *+!
mengusulkan sebuah model untuk menjelaskan bagaimana gen G&-up-diatur dalam
akar 4rabidopsis mungkin men"egah akumulasi =S di dinding sel, dengan
demikian memainkan peran penting dalam toleransi terhadap "ekaman abiotik.
Kathuria et al. (*9! yang diproduksi tanaman padi indi"a transgenik yang telah
diubah dengan "oda membangun untuk kloroplas bertarget kolin oksidase. anaman
padi transgenik dipamerkan peningkatan toleransi terhadap stres air dan
ditingkatkan detoksifkasi =S di baah tekanan air. analisis mi"roarray
mengungkapkan baha setidaknya D gen, di antara 12D ekspresi gen yang
ditingkatkan lebih dari dua kali lipat dalam tanaman transgenik, yang diketahui
terlibat dalam respon tanaman terhadap stres abiotik. Studi mereka memberikan
-
7/26/2019 glisin betain
22/23
bukti kuat baha ekspresi ditingkatkan gen stres-responsi: dalam G&-
mengumpulkan tanaman transgenik mungkin penjelasan yang masuk akal untuk
toleransi stres G&-dimediasi.
;engan demikian, G&, baik diterapkan eksogen atau disintesis in io pada
tanaman transgenik, mampu mengakti:kan gen-gen tertentu. ungsi gen ini
berkontribusi, setidaknya sebagian, untuk pengurangan akumulasi stres akibat =S.8enelitian lebih lanjut identitas gen G&-diinduksi dan :ungsi produk mereka akan
meningkatkan pemahaman kita tentang toleransi G&-ditingkatkan tanaman
terhadap stres abiotik.
K>S3M8?@4% ;4% 8>S8>K3
&erbagai gen telah digunakan untuk menghasilkan tanaman transgenik yang
menumpuk G& dan menunjukkan toleransi ditingkatkan untuk stres abiotik. ;i
antara tanaman transgenik seperti, tanaman oda-transgenik telah diteliti paling
menyeluruh dalam hal aspek fsiologis dan mor:ologi toleransi stres pada semua
tahap siklus hidup tanaman, dari imbibisi benih, melalui pertumbuhan tanaman
muda dan aktiitas :otosintesis dari tanaman deasa, untuk produksi buah-buahandan seeds.he ketersediaan G&-mengumpulkan tanaman transgenik telah tersedia
alat untuk penyelidikan dari dua aspek penting dari kemampuan tanaman untuk
mentolerir stres abiotik. Salah satu aspek adalah mekanisme molekuler (s! dari e:ek
protekti: G& terhadap berbagai jenis stres abiotik. G& melindungi mesin :otosintesis
dan, khususnya, 8S33 terhadap stres abiotik. Kami masih perlu mengidentifkasi
langkah-langkah yang paling penting dalam perbaikan 8S33 yang dipengaruhi oleh
jenis indiidu stres abiotik dan dilindungi oleh G&. 4spek kedua adalah eksplorasi,
untuk aplikasi pertanian, perbaikan dalam produktiitas tanaman tanaman dalam
kondisi stres dan non-stres tumbuh. >:ek perlindungan dari G& pada organ
reproduksi tanaman telah diamati di 4rabidopsis, jagung dan tomat. perlindungan
tersebut mungkin melibatkan tingkat tinggi G& yang menumpuk di organ reproduksisebagai akibat dari translokasi G& dari organ lain, seperti daun.
;idasarkan pada model baru ini diusulkan untuk mekanisme photodamage ke 8S33
(akahashi ) Murata *+!, skema hipotetis yang menjelaskan peran pelindung G&
terhadap "ekaman abiotik dalam sel tanaman disajikan pada Gambar. 1. Mekanisme
yang mungkin dari G&-ditingkatkan toleransi terhadap berbagai jenis stres abiotik
meliputiA (1! stabilisasi oleh G& struktur yang sangat memerintahkan protein
kompleks tertentu untuk men"egah denaturasi ketika tanaman atau sel tanaman
yang terkena stres kondisi' (*! induksi dengan G& ekspresi gen tertentu yang
mengkodekan =S-pemulungan en$im dan depresi berikutnya dari tingkat =S
dalam sel tanaman' dan (0! pen"egahan dengan G& akumulasi kelebihan =S,mengakibatkan perlindungan mesin :otosintesis dari e:ek gabungan dari stres
ringan dan jenis lain dari stres, serta protein ion-"hannel dan integritas membran
sel.
Gambar 1. Skema hipotetik untuk peran G& dalam perlindungan tanaman terhadap
"ekaman abiotik. Ketika fksasi :otosintesis =* tertekan di baah tekanan abiotik,
kelebihan elektron dari 8S3 dikonersi ke =S, yang menghambat perbaikan
potodamaged 8S33 dengan menghambat sintesis protein pre-;1 pada tahap
-
7/26/2019 glisin betain
23/23
translasi. G& mungkin melindungi en$im fksasi-=* (ubis"o dan ubis"o a"tiase!
di baah tekanan abiotik, sehingga mempertahankan fksasi =*, yang kemudian
menekan produksi =S. Selain itu, G& mengakti:kan ekspresi gen untuk en$im =S-
s"aenging, yang merusak =S dan menurunkan kadar =S dalam sel, dengan
menghasilkan keringanan dari e:ek stres abiotik pada mesin :otosintesis. G&
mungkin juga langsung melindungi mesin translasi terhadap "ekaman abiotik danmembatasi eWuks ion K C, yang disebabkan oleh =S, baik dengan melindungi
integritas membran atau :ungsi saluran-blo"king.