Sebuah tim dari RIKEN CSRS telah menelusuri sejarah evolusi reseptor kekebalan tanaman, mengungkap nenek moyang bersama dengan protein pertumbuhan dan potensi untuk menciptakan tanaman tahan patogen melalui rekayasa genetika. Kredit: SciTechDaily.com
Peneliti RIKEN telah memetakan evolusi kekebalan tanaman, mengungkap jalur menuju rekayasa tanaman yang meningkatkan ketahanan terhadap penyakit.
Tanaman terus mengembangkan reseptor kekebalan baru terhadap patogen yang selalu berubah. Para peneliti di Pusat Ilmu Pengetahuan Sumber Daya Berkelanjutan (CSRS) RIKEN telah menelusuri asal usul dan lintasan evolusi reseptor kekebalan tanaman. Penemuan mereka akan mempermudah identifikasi gen reseptor kekebalan dari informasi genom dan dapat membantu pengembangan tanaman yang tahan terhadap patogen. Studi tersebut akan dipublikasikan hari ini (1 Februari) di jurnal ilmiah Komunikasi Alam.
Respon Kekebalan Tanaman
Seperti pada hewan, tumbuhan memiliki respons imun yang membantu mereka bertahan melawan patogen seperti virus, bakteri, jamur, dan oomycetes. Sebelum penyerang dapat dihentikan, mereka harus dideteksi terlebih dahulu, dan hal ini dilakukan melalui reseptor pengenalan pola yang terletak di permukaan sel tumbuhan. Kemampuan reseptor ini untuk mendeteksi pola molekuler yang terkait dengan patogen bergantung pada dua jenis protein, yang disebut RLP dan RLK, keduanya mengandung pengulangan kaya leusin—bagian di mana amino kecut leusin muncul beberapa kali.
Menelusuri Evolusi Imunitas
Untuk menelusuri evolusi kekebalan tanaman, tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Ken Shirasu dan Yasuhiro Kadota di RIKEN CSRS meneliti jumlah dan pola reseptor. Mereka menganalisis lebih dari 170.000 gen yang mengkode RLK dan sekitar 40.000 gen yang mengkode RLP, yang mereka peroleh dari data yang tersedia untuk umum yang diambil dari 350 tanaman. jenis. Mereka menemukan bahwa RLK dan RLP dengan pengulangan kaya leusin adalah jenis reseptor yang paling melimpah di antara semua spesies tanaman, terhitung hampir setengah dari RLK dan 70% dari RLP.
LRR-RLP terkait kekebalan dan LRR-RLK terkait pertumbuhan telah berevolusi dari nenek moyang yang sama untuk mewarisi empat LRR terakhir dan kemampuan untuk mengikat koreseptor BAK1. Reseptor chimeric yang menggabungkan domain sitoplasma kinase dari LRR-RLK terkait pertumbuhan menjadi LRR-RLP terkait imunitas mengaktifkan respons imun dan pertumbuhan saat merasakan molekul turunan patogen. LRR, pengulangan kaya leusin; RLP, protein mirip reseptor; RLK, kinase mirip reseptor. Kredit: RIKEN
Temuan dan Implikasi Utama
RLP, dan beberapa RLK, diketahui memiliki wilayah kepulauan khusus yang penting untuk mengenali kelompok patogen. Investigasi yang dilakukan oleh tim CSRS RIKEN mengungkapkan bahwa di antara RLP yang mengandung pengulangan kaya leusin, wilayah khusus ini hampir selalu berlokasi di tempat yang sama; antara 4th dan 5th ulangi seperti leusin. RLP ini ditemukan terkait dengan respon imun. Mereka juga menemukan bahwa wilayah kepulauan terletak pada posisi yang sama di beberapa RLK, hampir semuanya masuk dalam kelompok fungsional yang mengatur pertumbuhan dan pembangunan.
Analisis komparatif menunjukkan bahwa urutan empat pengulangan di bawah wilayah pulau sangat mirip antara kedua jenis detektor protein, yang menunjukkan bahwa mereka memiliki nenek moyang evolusi yang sama. Secara khusus, empat set pengulangan leusin ini berisi bagian-bagian yang diperlukan untuk berikatan dengan koreseptor yang sama, yang disebut BAK1. Artinya, RLP terkait kekebalan dan RLK terkait pertumbuhan mewarisi kemampuan mengikat BAK1 dari nenek moyang yang sama.
“Menariknya, kami menemukan bahwa pertukaran empat daerah berulang yang kaya leusin antara reseptor-reseptor ini tidak mengganggu fungsinya,” kata Bruno Pok Man Ngou, yang melakukan penelitian tersebut. Penciptaan reseptor hibrid dengan menggabungkan RLK terkait pertumbuhan dengan RLP terkait imunitas menghasilkan reseptor hibrid yang mengenali patogen dan menginduksi respons imun dan respons terkait pertumbuhan. Artinya, para ilmuwan harus mampu merekayasa reseptor dengan fungsi baru dengan menukar modul.
Prospek masa depan
Studi ini membahas asal muasal kekebalan tanaman pada tingkat molekuler, menunjukkan bahwa menganalisis informasi dari beberapa genom tanaman secara bersamaan dapat memungkinkan prediksi langsung dan tepat terhadap gen yang terlibat dalam kekebalan dan pertumbuhan tanaman. “Kami saat ini mengisolasi reseptor kekebalan dari berbagai tanaman menggunakan informasi ini, dengan tujuan penerapan praktis seperti mengembangkan tanaman tahan penyakit di masa depan,” kata Shirasu.
Referensi: “Lintasan Evolusi Reseptor Pengenalan Pola pada Tumbuhan” 1 Februari 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-023-44408-3
NewsRoom.id
