Fungsi Sitokinin Respon Pertumbuhan Perkembangan Akar Terhadap Kerusakan DNA

Gambar. Paparan presentasi yang disampaikan oleh Dr. La Ode Muhammad Muchdar Davis, Peneliti BRIN, pada acara Friday Scientific Sharing Seminar Series 27. (Foto dokumentasi; koleksi pribadi).

Peneliti Pusat Riset Rakayasa Genetik BRIN, La Ode Muhammad Muchdar Davis, mengatakan tanaman dan seluruh organisme hidup memiliki genom yang tersusun atas DNA sebagai material genetik. Selama kehidupannya organisme menghadapi tekanan ekstrinsik dan intrinsik yang mengancam integritas genom.

Lebih lanjut La Ode menjelaskan, kerusakan DNA adalah perubahan struktur DNA yang umumnya mengakibatkan dampak yang tidak menguntungkan mulai dari mutasi informasi genetik hingga penyusunan ulang kromosom (chromosome rearrangement).

"Salah satu faktor internal penyebab kerusakan DNA adalah kesalahan (error) dalam proses replikasi yang secara alami terjadi. Selain itu, radikal-radikal bebas dalam bentuk reactive oxygen species (ROS) yang secara natural diproduksi selama respirasi sel di mitokondria atau dalam fotosintesis di kloroplas juga berpotensi merusak DNA," ungkap La Ode pada acara Friday Scientific Sharing Seminar Series” 27, pada Jumat (10/11).

Dirinya menambahkan, faktor eksternal, misalnya cekaman (stress) abiotik dan patogen memacu produksi ROS lebih tinggi. Cekaman yang ditimbulkan akibat kerusakan DNA dikenal dengan istilah cekaman genotoksik.

"Kerusakan DNA sangat bervariasi mulai dari kesalahan pasang basa (mismatch pairing), modifikasi basa nukleotida (modified base), crosslinking utas DNA, dan putus utas DNA (DNA strand break)", ujarnya.

"Sel memiliki mekanisme respons terhadap kerusakan DNA (DNA damage responses) yang berfungsi sebagai sensor kerusakan DNA dan mentransduksikan informasi tersebut melalui lintasan persinyalan seluler (cellular signaling pathway) ke efektor di sel yang berperan dalam mitigasi dampak cekaman genotoksik," terang La Ode.

Lebih lanjut La Ode menjelaskan, Arabidopsis thaliana adalah tanaman model yang populer digunakan untuk studi fisiologi molekuler pada tanaman. A. thaliana adalah pesies tanaman pertama yang berhasil disekuensing.

Sumberdaya bioinformatik genomik yang masif dan koleksi mutan-mutan yang lengkap menjadikan A. thaliana platform ideal untuk analisis reverse genetic dan pengungkapan fungsi gen.

"Cekaman genotoksik menghambat pertumbuhan dan perkembangan akar. Kerusakan DNA memicu reduksi zona meristematik apikal di akar dan onset dini sel ke zona transisi," imbunya.

Penelitian yang kami lakukan mengidentifikasi bahwa cekaman genotoksik melalui pemberian perlakuan zeosin, yakni sejenis antibiotik yang secara spesifik mengakibatkan putus utas ganda DNA, ke kecambah Arabidopsis menghambat pembentukan akar lateral, ujarnya.

La Ode mengatakan, Akar lateral merupakan organ penting dalam penyerapan air dan unsur hara dari tanah. Oleh karena itu, pengendalian pembentukan LR sangat penting dalam adaptasi pertumbuhan tanaman terhadap kondisi lingkungan.

Perlakuan zeocin meningkatkan regulasi beberapa gen reparasi DNA di primordia akar lateral melalui lintasan pensinyalan yang dimediasi SOG1.

Lebih lanjut, terungkap bahwa zeocin menginduksi beberapa gen biosintesis sitokinin, dan induksi ekspresi tersebut bergantung pada SOG1, sehingga mengaktifkan aktivitas persinyalan sitokinin di primordia akar.

Sitokinin adalah fitohormon atau zat pengatur tumbuh yang penting yang mendorong perkembangan tunas, menunda penuaan daun, dan berkontribusi respons terhadap cekaman (stress) dan patogen, dan berfungsi sebagai sinyal penting untuk mengintegrasikan pertumbuhan pada tanaman.

“Pada tanaman mutan yang defisien dalam biosintesis maupun persinyalan sitokinin, pembentukan akar lateral kurang dihambat oleh zeocin. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan pensinyalan sitokinin sangat penting untuk menghambat pembentukan akar lateral sebagai respons terhadap kerusakan DNA. ," ungkap La Ode.

La Ode menambahkan, SOG1 mengatur perbaikan DNA dan pensinyalan sitokinin secara independen dan memainkan peran penting dalam mengendalikan pembentukan akar lateral dalam kondisi cekaman genotoksik. Kedua respons tersebut mempertahankan kemampuan tanaman untuk menghasilkan akar lateral setelah pemulihan dari stres genotoksik.

"Mekanisme respons terhadap kerusakan DNA yang kami ungkap kemungkinan juga mendasari respons terprogram terhadap cekaman-cekaman abiotik dan biotik dalam mengendalikan pertumbuhan akar secara keseluruhan," terang La Ode. (sh, md)