Mekanisme Infeksi dan Transformasi Genetik pada Tanaman oleh Agrobacterium Tumefaciens
Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri patogen pada tumbuhan yang terkenal karena kemampuannya yang unik untuk mentransfer DNA ke dalam genom tumbuhan, yang menyebabkan penyakit crown gall. Kemampuan luar biasa ini telah menjadikan A. tumefaciens sebagai alat yang sangat diperlukan dalam rekayasa genetika tumbuhan dan bioteknologi. Artikel ini membahas mekanisme yang mendasari infeksi dan transformasi genetik pada tumbuhan yang dimediasi oleh A. tumefaciens, yang menyoroti interaksi kompleks antara patogen bakteri ini dan inangnya.
Pengenalan Patogen Tumbuhan: Agrobacterium Tumefaciens
A. tumefaciens adalah bakteri gram-negatif yang hidup di dalam tanah yang menginfeksi berbagai tanaman dikotil, yang menyebabkan pembentukan tumor yang dikenal sebagai crown gall. Penyakit crown gall ditandai dengan pertumbuhan jaringan tumbuhan yang berlebihan di lokasi infeksi, yang biasanya berada di pangkal batang atau akar. Kemampuan A. tumefaciens untuk menyebabkan penyakit crown gall terletak pada kemampuannya untuk mentransfer sebagian kecil materi genetiknya, yang dikenal sebagai T-DNA (DNA yang ditransfer), ke dalam sel tumbuhan.
Proses Transformasi Genetik yang Dimediasi oleh T-DNA
Transformasi genetik yang dimediasi oleh A. tumefaciens adalah proses yang kompleks yang melibatkan beberapa langkah penting. Setelah bakteri merasakan sinyal dari tanaman yang terluka, seperti senyawa fenolik, ia mengaktifkan ekspresi gen virulensi (vir) yang terletak pada plasmid Ti (penginduksi tumor). Gen vir mengkodekan protein yang terlibat dalam pemrosesan dan transfer T-DNA ke dalam sel tumbuhan.
Mekanisme Pengiriman T-DNA ke Sel Tumbuhan
Plasmid Ti mengandung wilayah T-DNA, yang diapit oleh urutan batas kiri (LB) dan kanan (RB). Urutan batas ini penting untuk pengenalan dan pemrosesan T-DNA oleh mesin vir. Protein Vir, yang diproduksi oleh bakteri, memotong plasmid Ti di urutan batas, melepaskan untai tunggal T-DNA (untaian T). Untai T kemudian diikat oleh protein Vir dan diangkut ke dalam sel tumbuhan melalui kompleks transpor yang dibentuk oleh protein Vir.
Integrasi dan Ekspresi T-DNA di Dalam Sel Tumbuhan
Setelah berada di dalam sel tumbuhan, kompleks untai T-Vir menargetkan nukleus, tempat T-DNA terintegrasi ke dalam genom tumbuhan. Mekanisme integrasi yang tepat masih belum sepenuhnya dipahami, tetapi diyakini melibatkan mesin perbaikan DNA sel tumbuhan. Setelah terintegrasi, T-DNA ditranskripsi dan diterjemahkan oleh mesin sel tumbuhan, yang mengarah pada ekspresi gen yang dikodekan oleh T-DNA.
Konsekuensi Transformasi Genetik pada Tanaman
Gen yang dibawa oleh T-DNA mengkodekan enzim yang terlibat dalam biosintesis hormon tumbuhan, auksin dan sitokinin. Produksi hormon-hormon ini yang berlebihan di lokasi infeksi menyebabkan proliferasi sel tumbuhan yang tidak terkendali, yang menyebabkan pembentukan tumor crown gall. Selain itu, T-DNA juga membawa gen untuk produksi opin, seperti opin dan nopalin. Opin adalah turunan asam amino yang digunakan oleh A. tumefaciens sebagai sumber karbon dan nitrogen.
Kesimpulan
A. tumefaciens telah berevolusi menjadi mekanisme yang canggih untuk menginfeksi tumbuhan dan memanfaatkan mesin selulernya untuk kepentingannya sendiri. Kemampuan bakteri untuk mentransfer DNA ke dalam sel tumbuhan telah merevolusi bidang bioteknologi tumbuhan. Para ilmuwan telah memanfaatkan sistem transformasi genetik yang dimediasi oleh A. tumefaciens untuk mengembangkan tanaman transgenik dengan sifat-sifat yang ditingkatkan, seperti peningkatan hasil panen, peningkatan nilai gizi, dan ketahanan terhadap hama, penyakit, dan herbisida. Pemahaman kita tentang mekanisme infeksi dan transformasi genetik pada tumbuhan oleh A. tumefaciens telah membuka jalan baru untuk rekayasa genetika tumbuhan dan berkontribusi pada kemajuan dalam pertanian dan bioteknologi.