Bila Anda melihat bintik-bintik coklat pada daun hijau sehat, Anda mungkin menyaksikan respons kekebalan tanaman saat mencoba mencegah infeksi bakteri. Beberapa tanaman lebih tahan terhadap infeksi semacam itu daripada yang lain, dan ahli biologi tanaman ingin mengerti mengapa. Ilmuwan Salk Institute yang mempelajari protein tumbuhan yang disebut SOBER1 baru-baru ini menemukan satu mekanisme yang dengannya, berlawanan secara intuitif, tanaman tampaknya membuat dirinya kurang tahan terhadap infeksi.
Pekerjaan yang muncul di Nature Communications pada tanggal 19 Desember 2017, menyoroti ketahanan tanaman pada umumnya dan dapat menyebabkan strategi untuk meningkatkan kekebalan alami tanaman atau untuk lebih baik mengandung infeksi yang mengancam untuk menghancurkan seluruh hasil pertanian.
"Ada banyak kerugian akibat panen karena bakteri yang membunuh tanaman," kata penulis senior paper tersebut, Joanne Chory, seorang Howard Hughes Medical Institute Investigator, direktur Laboratorium Biologi Molekuler dan Laboratorium Biologi Salk dan penerima Terobosan 2018 di Biologi. "Dengan pekerjaan ini, kami mulai memahami mekanisme dasar bagaimana resistensi bekerja, dan untuk melihat bagaimana keadaan umum."
Salah satu cara tanaman melawan infeksi bakteri adalah dengan membunuh sel mereka sendiri dimana protein bakteri terdeteksi. Tetapi beberapa bakteri telah mengembangkan strategi melawan - menyuntikkan protein khusus yang menekan respons imun tanaman dengan menambahkan label kimia kecil yang menonaktifkan yang disebut kelompok asetil ke molekul kekebalan tubuh. Proses ini disebut asetilasi. Apa yang membuat tanaman tertentu mampu melawan tindakan counter bakteri ini sementara yang lain menyerah pada infeksi masih belum jelas.
Sebagai alat untuk lebih memahami interaksi patogen-tanaman tersebut, tim Chory beralih ke Arabidopsis thaliana yang telah dipelajari dengan baik, dan, khususnya, enzim yang disebut SOBER1 - yang sebelumnya telah dilaporkan dapat menekan respon imun gulma terhadap protein bakteri yang diketahui. sebagai AvrBsT. Meskipun kelihatannya berlawanan dengan penggunaan penekanan kekebalan untuk mempelajari resistensi terhadap infeksi, para ahli biologi Salk berpikir bahwa hal itu dapat menghasilkan informasi yang berguna.
Para peneliti memulai dengan menentukan urutan asam amino SOBER1 - urutan tertentu dari blok bangunan yang memberi protein identitas dasarnya. Menariknya, mereka merasa sangat mirip dengan enzim manusia terkait kanker. Enzim ini mengandung terowongan karakteristik dimana protein dengan beberapa jenis modifikasi dapat sesuai dan dipotong sebagai bagian dari reaksi enzimatik. Ternyata SOBER1 dapat diklasifikasikan sebagai bagian dari protein superfamili yang luas yang dikenal sebagai alpha / beta hydrolases. Enzim ini memiliki struktur inti yang sama namun sangat fleksibel dalam reaksi kimia yang mereka kombinasikan, yang berkisar dari pemecahan lemak hingga detoksifikasi zat kimia yang disebut peroksida.
Selanjutnya, mereka menggunakan teknik lebih dari 100 tahun yang disebut kristalografi sinar-X untuk menentukan struktur tiga dimensi SOBER1. Sementara mirip dengan enzim manusia, terowongan enzim tanaman memiliki dua asam amino ekstra yang menonjol dari atas: satu di pintu masuk dan satu di tengahnya.
"Ketika kami melihat mereka, kami menyadari bahwa mereka harus memiliki efek dramatis pada fungsi karena pada dasarnya mereka memblokir terowongan," kata rekan riset Salk dan penulis pertama Marco Bürger.
Untuk mengetahui tujuannya, Bürger dan penulis pertama Björn Willige, juga rekan peneliti, menggunakan substrat (molekul yang diaktivasi enzim) dengan panjang yang berbeda dan diuji secara biokimia seberapa baik mereka sesuai dengan enzim dan apakah dapat dipotong. . Hanya jenis tertentu yang sesuai dan dipotong - kelompok asetil sangat pendek. Ini menunjukkan bahwa SOBER1 adalah deasetilase - suatu kelas enzim yang menghilangkan gugus asetil. Selanjutnya, tim bermutasi SOBER1 dan dengan demikian membuka terowongan yang tersumbat. Dengan perubahan ini, Bürger dan Willige merancang sebuah enzim yang kehilangan spesifisitasnya yang kuat untuk kelompok asetil pendek dan sebaliknya memilih substrat lebih lama.
"Untuk percobaan biokimia awal, kami menggunakan substrat buatan dan buatan," kata Willige. "Tapi selanjutnya kami ingin melihat apa yang akan terjadi pada tanaman."
Untuk ini, mereka menggunakan tanaman tembakau - yang memiliki daun besar yang mudah untuk digunakan - dan bakteri yang membuat AvrBsT, yang diketahui memicu asetilasi. Mereka menghasilkan avrBsT di berbagai daerah daun tembakau bersama dengan SOBER1 dan beberapa versi enzim yang bermutasi (dan dengan demikian tidak berfungsi).
Daun yang memproduksi AvrBsT memiliki jaringan jaringan mati yang coklat, menunjukkan bahwa AvrBsT telah memulai program kematian sel untuk mengurangi penyebaran patogen sistemik. Daun yang menghasilkan AvrBsT bersamaan dengan SOBER1 terlihat sehat, menunjukkan bahwa SOBER1 membalikkan tindakan AvrBsT. Secara mencolok, versi SOBER1 bermutasi dengan terowongan terbuka tidak mampu mencegah jaringan mati. Dari sini, para peneliti menyimpulkan bahwa deacetylation harus menjadi reaksi kimia yang mendasari yang menyebabkan penekanan respon imun tanaman.
Tes tembakau mendukung gagasan SOBER1 sebagai deasetilase yang akan menghilangkan gugus asetil yang ditambahkan oleh protein bakteri. Tanpa kelompok asetil yang memberi tag protein, tanaman tersebut tidak mengenalinya sebagai asing dan karenanya tidak meningkatkan kekebalan kekebalan yang membunuh sel. Daunnya tampak lebih sehat karena sel tidak sekarat.
"Fungsi SOBER1 mengejutkan karena membuat jaringan terinfeksi tetap hidup, yang membuat tanaman berisiko," kata Chory, yang juga memegangi Howard H. dan Maryam R. Newman Chair in Plant Biology at Salk. "Tapi kita baru mulai memahami jenis mekanisme ini, dan mungkin saja ada kondisi di mana tindakan SOBER1 bermanfaat."
Tes lebih lanjut menunjukkan bahwa aktivitas dan fungsi SOBER1 tidak terbatas pada Arabidopsis rumput laut thaliana, tetapi juga ada di tanaman yang disebut pemuliaan minyak lobak yang menunjukkan bahwa temuan laboratorium Chory dapat diterapkan pada tanaman pertanian dan sumber daya biofuel.
Bürger dan Willige selanjutnya ingin memulai skrining untuk penghambat kimia yang bisa memblokir SOBER1, sehingga memungkinkan tanaman memiliki respon kekebalan penuh terhadap bakteri patogen.
###
Berkomentar u/ kritik & saran yg baik, demi kemajuan bersama,,