Pottasium Channel Protein

RINGKASAN

‘EUROPEAN PATENT SPESIFICATION’ EP 1 280 398 B1 STRESS-RELATED POTASSIUM CHANNEL PROTEINS (SRPCP) AND THEIR USES IN PLANTS

DAN

‘UNITED STATES PATENT APPLICATION PUBLICATION’ US 2005/0014265 A1 POTASSIUM CHANNEL STRESS-RELATED PROTEINS (PCSRP) AND METHODS OF USE IN PLANT

LATAR BELAKANG PENEMUAN

Penemuan ini berdasarkan pada sekuens asam amino yang mengkode protein yang berhubungan dengan respon dan toleran terhadap cekaman abiotik pada tanaman.

LATAR BELAKANG PEMIKIRAN Cekaman atau stres lingkungan menyebabkan penurunan hasil yang sangat signifikan. Cekaman lingkungan dapat terjadi karena kekeringan, tingkat salinitas tinggi, suhu yang sangat ekstrim, hipoksia, defisiensi unsur hara, dan radiasi UV-B. Berbagai usaha telah dilakukan oleh agronomis dan pemulia tanaman baik secara konvensional maupun bioteknologi untuk mengatasi dan memanfaatkan kondisi tersebut. Secara bioteknologi, dapat ditingkatkan peran gen yang terlibat toleran cekaman dan mengkloning gen tersebut pada tanaman lain sehingga dapat mengekpresikan toleran cekaman abiotik tersebut (Quarrie SA, 1996 Plant Growth Reg. 20:167-178).

Respon tanaman terhadap tingkat toleransi dan kepekaan kekeringan merupakan proses akumulasi ion dan zat terlarut pada spesies toleran yang mengatur osmosis (Bohnert H.J dan Jensen. R.G., 1996 TIBTECH 14:89-97). Kekeringan dan unsur hara mineral dapat berinteraksi dalam jumlah besar yang dapat 1) mengurangi transportasi ion melalui tanah ke akar, atau 2) memodifikasi pengambilan ion oleh tanah. Kalium (potassium) adalah bagian penting dari tanaman yang tidak hanya sebagai unsur hara, tetapi juga sebagai osmotikum. Kalium juga berperan dalam proses pembukaan stomata, sehingga apabila ketersediaan kalium berkurang akan berpengaruh terhadap sistem kerja stomata (Terry, N. dan Ulrich, A., 1973 Plant Physiol. 51:783-786), karena kalium dapat terlepas dari dinding sel (Ehret, D.L. dan Boyer, J.S. 1979 J. Experi. Bot. 30: 225-234).

Gen-gen yang mengkode sinyal kalium (potassium channel) telah diidentifikasi pada beberapa spesies tanaman. Gen sinyal kalium AKT1 merupakan gen yang lebih dominan terekpresi pada akar dan secara analisis genetik mengindikasikan dapat memediasi penyerapan kalium pada skala mikromolar dan milimolar (Hirsch, R.H., et al., 1998 Science 280: 918-921). Transporter aktif juga berperan dalam penyerapan dan beberapa kandidat gen mengkode energi transporter juga telah diketahui (Hirsch. R.E dan Sussman. M.R., 1999 TIBTECH. 17:356-361). Di masa lalu, sinyal kalium dipelajari pada fungsi di tingkat molekuler, namun belum ditemukan gen yang dapat meningkatkan tingkat toleransi pada tanaman (planta). Saat ini, karena tuntutan komersial terhadap kerusakan lingkungan yang berpengaruh pada tanaman komersil, maka hal ini menjadi menarik untuk memahami bagaimana meningkatkan respon tanaman terhadap cekaman lingkungan kekeringan, temperatur ekstrim, dan salinitas. Dengan demikian, resiko cekaman lingkungan terhadap pertanian dan perkebunan dapat dikurangi. Tujuan dari artikel ini adalah bagaimana meningkatkan respon tanaman terhadap cekaman lingkungan abiotik dengan memanfaatkan potensi organisme melalui rekayasa genetika.

RINGKASAN PENEMUAN

Tanaman transgenik yang ditranformasi asam amino yang mengkode protein sinyal kalium (potassium channel stress related protein, PCSRP) menunjukkan peningkatan toleran dibandingkan tanaman liarnya atau non-transgenik. Penemuan ini menunjukkan bahwa PCSRP adalah AKT-1 (active potassium transport protein) sebagaimana yang telah dinyatakan sebelumnya. Asam amino dan protein yang mengkode PCSRP toleran kekeringan dapat ditemukan pada genus Physcomitrella (Physcomitrella patens).

Metode yang dilakukan untuk merekayasa tanaman transgenik yang memiliki gen PCSRP yaitu dengan a) melakukan transformasi sel tanaman dengan vektor yang terdapat asam amino pengkode PCSRP, dan b) membuat generasi dari sel tanaman transgenic dengan meningkatkan sifat toleran cekaman kekeringan yang dibandingkan dengan tanaman liarnya. Metode untuk mengidentifikasi AKT terdiri dari a) penggunaan respon antibody spesifik terhadap AKT, atau fragment (potongan beberapa asam amino), b) skrining bahan AKT putatif dengan antibodi, dimana terdapat ikatan spesifik yang mengindikasi keberadaan AKT, dan c) menganalisis keberadaan AKT dengan membandingkan tanaman liarnya untuk penemuan terbaru. Perlu dilakukan hibridisasi menggunakan probe (gen pelacak) asam amino yang digunakan untuk mengidentifikasi asam amino PCSRP. Dapat juga dilakukan metode memodifikasi toleransi cekaman dan ekpresi PCSRP pada tanaman dan dikendalikan sifat toleransi dengan menurunkan dan meningkatkan toleransi tersebut.

METODOLOGI

Secara garis besar, metode rekayasa genetika untuk mendapatkan tanaman transgenik yang toleran terhadap kekeringan dan cekaman abiotik lainnya yaitu dengan menyediakan sumber gen sifat toleran cekaman biotik. Gen tersebut diperoleh dari spesies Physcomitrella patens yang dikoleksi University of Hamburg dan berasal dari H.L.K. White-house in Gransden Wood, Huntingdonshire (Inggris). Subkultur berasal dari spora oleh Engel (1968, Am. J. Bot. 55, 438-446). Sekuen nukleotida AKT-1 dari P. patens baik total maupun parsial telah diketahui dan diagram ekpresi vektor pGMSG yang mengandung super promoter yang mengendalikan ekpresi P. patens AKT-1 (Potassium channel protein) juga telah di kontruksi.

Aktivitas laboratorium untuk rekayasa genetika mendapatkan tanaman trasgenik toleran cekaman abiotik dilakukan dengan 1) menumbuhkan kultur Physcomitrella patens, 2) isolasi DNA total dari tanaman target (misal kelapa sawit), 3) isolasi RNA total dan poly-(A)+ RNA dan cDNA library construction dari Physcomitrella patens, 4) sekuensing dan function annotation Physcomitrella patens ESTs, 5) identifikasi ORF (Open Reading Frame) Physcomitrella patens yang berkorespondensi terhadap PpAKT-1, 6) kloning seluruh cDNA Physcomitrella patens yang mengkode PpAKT-1.

Aplikasi rekayasa genetika telah dilakukan terhadap tanaman Arabidopsis, kedelai, jagung, dan gandum. Tanaman-tanaman tersebut telah ditransformasi gen AKT-1 dari P. patens, sehingga toleran terhadap cekaman kekeringan. Rekayasa genetika tanaman Arabidopsis dan lainnya pada prinsipnya dilakukan dengan 1) desain kontruksi binary vektor pGMSG (plasmid), 2) subkloning PpAKT-1 ke binary vektor, 3) transformasi dengan Agrobacterium, 4) identifikasi transformasi gen ke tanaman target, 5) skrining tanaman transgenik, dan 6) deteksi transgen PpAKT-1 dan mRNA transgen PpAKT-1 pada tanaman transgenik target. Setelah melewati seluruh proses atau tahap di atas, tanaman transgenik tersebut dapat diberi perlakuan toleran abiotik terhadap kekeringan, salinitas, atau temperatur ektrim (freezing tolerance).

KESIMPULAN

Telah diketahui sekuens asam amino yang mengkode protein yang berhubungan dengan respon dan karakter toleran terhadap cekaman abiotik pada tanaman. Asam amino atau gen tersebut adalah AKT-1 (active potassium transport protein) yang mengkode PCSRP (potassium channel stress related protein). PCSRP dan AKT-1 ditemukan pada organ akar spesies Physcomitrella patens. Penyisipan gen AKT-1 telah ditransformasi ke tanaman Arabidopsis, gandum, kedelai, dan jagung. Untuk tanaman kelapa sawit, belum ditemukan artikel yang menunjukkan aplikasi gen AKT-1 dalam usaha mendapatkan varietas kelapa sawit toleran cekaman abiotik.

NB: Mohon maaf bila ada istilah, penulisan, pemahaman, atau hal yang keliru mengenai tulisan ini. Segala kesalahan adalah keterbatasan saya dalam menyampaikan ilmu dan pengetahuan ini. Dengan senang hati, mari perbaiki kesalahan dan kekeliruan ini agar menjadi lebih bermanfaat. Salam.

One response to “Pottasium Channel Protein

  1. dadag bayuadhi

    bagaimana cara budidaya sawit di areal batu kapur ?
    k

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s