Jamur jamur putih Sclerotinia sclerotiorum mendetoksifikasi bom minyak mustard pada tanaman keluarga kubis – Sains Terkini

Tanaman kubis membela diri terhadap herbivora dan patogen dengan mengerahkan mekanisme pertahanan yang disebut bom minyak mustard: ketika jaringan tanaman rusak, isotiosianat beracun terbentuk dan secara efektif dapat menangkis penyerang. Para peneliti di Institut Max Planck untuk Ekologi Kimia dan Universitas Pretoria kini telah mampu menunjukkan dalam sebuah studi baru bahwa pertahanan ini juga efektif sampai batas tertentu terhadap jamur Sclerotinia sclerotiorum yang tersebar luas dan merugikan. Namun, patogen menggunakan setidaknya dua mekanisme detoksifikasi berbeda yang memungkinkan jamur berhasil menyebar pada tanaman yang dipertahankan dengan cara ini. Produk metabolik yang terbentuk tidak beracun bagi jamur, sehingga dapat tumbuh pada tanaman ini.

Sclerotinia sclerotiorum adalah patogen jamur yang menghancurkan yang dapat menginfeksi lebih dari 400 spesies tanaman. Gejala utama penyakit yang disebut layu Sclerotinia atau jamur putih adalah layu. Terlihat juga putih, spora jamur seperti kapas yang tumbuh melebihi daun dan tangkai tanaman. Di bidang pertanian, budidaya lobak sangat berisiko. Penyakit tanaman dapat memengaruhi anggota keluarga kubis lainnya, dan juga kentang, kacang-kacangan dan stroberi.


Para ilmuwan di Institut Max Planck untuk Ekologi Kimia di Jena telah lama mempelajari glukosinolat dan isotiosianat yang merupakan mekanisme pertahanan khusus tanaman keluarga kubis, yang meliputi lobak, lobak, dan mustard. "Kami ingin mengetahui bagaimana patogen tanaman berhasil mengatasi pertahanan tanaman dan menjajah tanaman ini. Oleh karena itu kami bertanya pada diri sendiri apakah patogen jamur yang tersebar luas memiliki strategi untuk beradaptasi dengan pertahanan kimia tanaman keluarga kubis," Jingyuan Chen, penulis pertama penelitian, jelaskan.

Para peneliti mampu menunjukkan secara eksperimental bahwa pertahanan yang didasarkan pada glukosinolat sebenarnya efektif terhadap serangan jamur. Namun, mereka juga menemukan dua strategi yang berbeda dari jamur kapur putih untuk mendetoksifikasi zat pertahanan: Yang pertama adalah jalur detoksifikasi umum yang mengikat glutathione dengan racun isothiocyanate. Jenis detoksifikasi racun organik ini cukup umum pada serangga dan bahkan mamalia. Cara kedua dan jauh lebih efektif untuk membuat isothiocyanate tidak berbahaya adalah dengan menghidrolisis mereka, yaitu membelah mereka secara enzimatik dengan molekul air. Para peneliti ingin mengidentifikasi enzim dan gen yang sesuai yang mendasari mekanisme detoksifikasi ini. Gen yang memungkinkan keberhasilan detoksifikasi zat-zat ini sudah dijelaskan pada bakteri. Mereka disebut gen Sax setelah percobaan dengan model tanaman Arabidopsis thaliana: Survival in Arabidopsis eXtracts.

"Kami mendasarkan pencarian kami pada protein SaxA bakteri yang dikenal untuk memilih kandidat gen untuk penyelidikan lebih lanjut. Kami kemudian menguji apakah gen ini sebenarnya diekspresikan dalam jumlah yang lebih besar dalam jamur yang terpapar racun, dan apakah protein yang dihasilkan dapat membuat racun tidak berbahaya," Daniel Vassão menjelaskan, salah satu pemimpin penelitian. Dengan menggunakan metode analitik resolusi tinggi, para ilmuwan dapat mengidentifikasi dan mengukur metabolit yang dihasilkan oleh jamur selama detoksifikasi. Mereka juga menggunakan mutan jamur di mana gen penyandiaksis SaxA telah dihilangkan untuk perbandingan. Ini mengungkapkan bahwa protein Sax dari jamur kapur putih aktif terhadap sejumlah isotiosianat, memungkinkannya untuk menjajah berbagai tanaman dari keluarga kubis.

Mutan yang kekurangan gen untuk jalur detoksifikasi ini berkurang secara dramatis dalam kapasitasnya untuk mentolerir isotiosianat. "Namun, mengejutkan ketika melihat bahwa mutan-mutan ini mengatur jalur umum detoksifikasi mereka, meskipun ini tidak mengimbangi mutasi," kata Jingyuan Chen. Konjugasi glutathione tidak dapat mendetoksifikasi isotiosianat hampir sama efektifnya dengan hidrolisis. Meskipun secara metabolisme tampaknya lebih mahal untuk jamur, jalur umum ini selalu ada karena membantu jamur untuk mendetoksifikasi berbagai macam racun. "Ada kemungkinan bahwa jalur umum ini melindungi jamur pada awalnya, sementara mesin yang diperlukan untuk jalur yang lebih khusus dirakit setelah paparan awal toksin dan dapat mengambil alih nanti dalam infeksi," kata Daniel Vassão.


Dalam percobaan lebih lanjut, para peneliti ingin menyelidiki apakah jamur lain yang berhasil menginfeksi tanaman dari keluarga kubis juga mendetoksifikasi isothiocyanate melalui jalur yang sama, dan apakah spesies jamur yang tidak terkait juga mampu mendegradasi racun ini. "Maka kita akan tahu apakah detoksifikasi luas ini disebabkan oleh evolusi berulang pada mustard yang menjajah jamur, atau merupakan fitur yang telah dilestarikan dari waktu ke waktu dan oleh karena itu ditemukan di banyak garis jamur," Jonathan Gershenzon, direktur Departemen Biokimia di mana penelitian dilakukan, menyimpulkan.

Referensi:

Material disediakan oleh Institut Max Planck untuk Ekologi Kimia. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.