MAPKs Tanaman : Transduksi Informasi Rangsangan Cekaman

Oleh: G. A. Wattimena, AGH-IPB

 

1. Interaksi Genom dan Lingkungan

Pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah hasil interaksi antara genom (genotip) dengan lingkungannya yang dikenal dengan istilah fenotip. Rangsangan lingkungan berada di luar sel tanaman, sedangkan genom berada di dalam sitoplasma sel. Terdapat pemisah antara rangsangan lingkungan dan genom, yaitu berupa dinding sel, membran sel, sitoplasma, dan membran genom (nukleus/mitokondria/kloroplas)

Informasi lingkungan, baik berupa pendorong atau cekaman harus dapat sampai di genom target baru akan muncul respon. MAPKs adalah sederetan senyawa – senyawa pengantar yang mengantar informasi lingkungan dari penerima (reseptor) ke gen target.

 

2. Pengantar Informasi Rangsangan Lingkungan pada Manusia dan Tanaman

Manusia dapat bergerak dan mempunyai panca indera, otak, dan sumsum tulang belakang. Rangsangan lingkungan diterima oleh panca indera yang kemudian diteruskan ke otak atau sumsum tulang belakang dan akhirnya terjadilah respon. Rangsangan – panca indera – saraf – respon. Jika salah satu indera tidak berfungsi maka manusia itu cacat. Cacat pada indera pendengaran maka manusia itu masih dapat membedakan goyang inul dan goyang jupe akan tetapi manusia itu tidak dapat mendengarkan musiknya.

Tanaman tetap ditempat dan tidak memiliki panca indera akan tetapi tanaman memiliki sensor dan molekul perantara yang mampu menghantarkan rangsangan dari sensor dan reseptor melalui molekul senyawa pengantar ke objek target.

 

3. MAPKs dan Fungsi

MAPKs merupakan singkatan dari Mitogen Activated Protein Kinase yang berfungsi sebagai pengantar informasi (rangsangan) dari reseptor ke genom target yang juga biasa dikenal dengan sebutan “Signal Transduksi”. Signal transduksi merupakan deretan senyawa – senyawa pengantar yang berfungsi secara intraseluler dari reseptor ke genom target. MAPKs berfungsi dalan transduksi cekaman biotik dan abiotik dari reseptor ke genom target. Cekaman biotik dan abiotik itu berupa : infeksi patogen, pelukaan, suhu, kekeringan, iradiasi, polusi, dll. Rangsangan – resptor – MAPKs – faktor transkipsi (aktivasi gen) – respon fenotip. Fungsi dari MAPks juga dapat dilacak melalui namanya:

Mitogen adalah senyawa – senyawa yang berfungsi dalam pengaturan siklus sel, mitosis, dan ekspresi gen. Protein kinase adalah enzim yang mentransfer gugus fosfor dari ATP ke substrat pada asam amino khusus (thi, tyr, ser, gly) yang dikenal dengan nama “dual fosforilisasi”. Fosforilisasi pada asam amino tyr dan thi dalam susunan tripeptida tyr – x – thi (x = glu, gly, pro, atau asp). Aktivasi protein kinase tersebut terjadi secara berurutan (estafet) dari MAPKs (MAPKKK – MAPKK – MAPK) sampai aktivasi dari gen. berikut contoh serangan bakteri / fungi pada Arabidopsis thaliana

Pathogen (PAMP) – Reseptor (FLS2 / BAK1) – MAPKKK (MEKK 1) – MAPKK (MKK 1) – MAPK (MPK4) – Faktor Transkipsi (WRKY 53) _ Ekspresi gen (PR – Protein, )

Keterangan (  ) = reseptor, MAPK, faktor transkipsi, dan ekspresi gen dari Arabidopsis thaliana.

 

4. Pohon Filogenik MAPKs pada Tanaman

Pada tanaman Arabidopsis thaliana telah ditemukan 110 gen yang mengkode gen – gen pada jalur MAPKs, yaitu: 80 gen MAPKKK, 10 gen MAPKKs, dan 20 gen MAPKs. Gen – gen MAPKs ini selain pada tanaman Arabidopsis juga terdapat pada tanaman lain, diantaranya tembakau dan gandum. Berdasarkan sekuens asam amino maka (wrzaczek an Hiat, 2001):

  • MAPkkk dibagi atas 3 kelompok, yaitu: PMERK (21 anggota), PRAF (13 anggota) dan P2IK (11 anggota)
  • MAPKK terdiri atas 4 kelompok, yaitu PMKK1, PMKK2, dan PMKK4 yang masing – masing terdiri dari 3 anggota, sedangkan PMKK3 terdiri dari 1 anggota
  • MAPK terdiri atas 4 kelompok, yaitu PERK 21-4 (9 anggota), PERK 25 (4 anggota), PERK B (10 anggota), dan AtMPK 24 (1 anggota)

 

5. Proses Transduksi Informasi Cekaman

Pertahanan tanaman terhadap cekaman biotik dan abiotik mulai dari penerima informasi rangsangan cekaman sampai pada respons ketahanan adalah suatu proses bertingkat yang menyangkut deretan fosforilisasi senyawa – senyawa perantara pengantar informasi (transduksi) dan senyawa – senyawa aktivator dan regulasi ekspresi gen ketahanan.

 

 

Pustaka

Zhang S.Klessing D. F. 2001. MAPK cascades in plant defense signaling. Trends Plan Sci 6(11):520-527

Wrzaczek H, Hrit H. 2001. Plant MAP kinase pathways how many and what for? Biol. Cell. 93 : 81 – 87.

Nakagami H, Pitzschke A, Hrit H., 2005. Emerging MAP kinase pathways in plant…. Signaling. Trends Plan Sci. 10 (7) : 339 – 346.

Pitzschke, A., Schikora, A., Hrit, H. 2009. MAPK cascade signaling network inplant defense. Current Opinion Plant Biol. 12 ; 1 – 6.