by INBIO
Tanaman sering menghadapi berbagai jenis stres biotik yang disebabkan oleh patogen seperti bakteri, virus, fungi, dan serangga. Untuk melindungi diri, tanaman telah mengembangkan mekanisme pertahanan yang kompleks yang melibatkan interaksi berbagai senyawa biokimia dan jalur metabolik. Dua komponen penting dalam respons pertahanan tanaman adalah silikon (Si) dan senyawa fenolik. Silikon, meskipun bukan nutrien esensial, telah dikenal meningkatkan ketahanan tanaman terhadap stres biotik. Senyawa fenolik, terutama yang terlibat dalam jalur fenilpropanoid, juga memainkan peran kunci dalam mempertahankan tanaman terhadap patogen. Penelitian terbaru menunjukkan adanya interaksi yang signifikan antara silikon dan fenolik dalam mengatur respons tanaman terhadap stres biotik, yang melibatkan regulasi gen jalur fenilpropanoid.
Silikon adalah elemen kedua paling melimpah di kerak bumi dan meskipun tidak dianggap sebagai nutrien esensial untuk tanaman, telah terbukti memberikan berbagai manfaat agronomis. Salah satu manfaat utama dari silikon adalah peningkatan ketahanan tanaman terhadap patogen. Silikon diambil oleh tanaman dalam bentuk asam monosilikat (Si(OH)4) dan terpolimerisasi menjadi silika (SiO2) di dalam jaringan tanaman, terutama pada epidermis, membentuk lapisan fisik yang mengurangi penetrasi patogen. Selain itu, silikon dapat meningkatkan ketahanan biokimia tanaman melalui beberapa mekanisme. Silikon diketahui merangsang akumulasi senyawa fenolik, enzim pertahanan, dan meningkatkan ekspresi gen terkait pertahanan, yang secara kolektif berkontribusi pada peningkatan resistensi tanaman terhadap stres biotik (Gambar 1).
Gambar 1. Diagram tentang respon dan peran senyawa fenolik pada tanaman di bawah kondisi stres abiotik
Senyawa fenolik adalah metabolit sekunder yang sangat beragam dan penting dalam mekanisme pertahanan tanaman. Senyawa ini dihasilkan melalui jalur fenilpropanoid, yang merupakan salah satu jalur metabolik utama dalam tanaman. Jalur ini dimulai dari asam amino fenilalanin yang diubah menjadi asam trans-cinnamat oleh enzim fenilalanin amonia-liase (PAL). Asam trans-cinnamat kemudian diubah menjadi berbagai senyawa fenolik, termasuk asam kafeat, asam ferulat, flavonoid, dan lignin. Senyawa fenolik memiliki berbagai peran dalam pertahanan tanaman, termasuk sebagai agen antimikroba, antioksidan, dan penguat dinding sel. Lignin, misalnya, meningkatkan kekuatan dinding sel dan membuatnya lebih sulit ditembus oleh patogen. Flavonoid dan senyawa fenolik lainnya juga dapat menghambat pertumbuhan patogen secara langsung.
Interaksi antara silikon dan senyawa fenolik dalam tanaman telah menjadi fokus penelitian terbaru dalam biologi tanaman. Penelitian menunjukkan bahwa aplikasi silikon dapat meningkatkan produksi senyawa fenolik dalam tanaman yang terinfeksi patogen. Misalnya, pada tanaman padi yang terinfeksi Xanthomonas oryzae pv. oryzae, penambahan silikon meningkatkan kadar asam ferulat dan asam p-kumarat, yang berperan dalam menghambat pertumbuhan bakteri. Mekanisme ini melibatkan regulasi gen jalur fenilpropanoid, yang diinduksi oleh keberadaan silikon. Studi juga menunjukkan bahwa silikon dapat memodulasi ekspresi gen yang terlibat dalam jalur fenilpropanoid. Silikon diketahui meningkatkan aktivitas enzim PAL dan enzim-enzim lainnya dalam jalur ini, yang secara langsung meningkatkan produksi senyawa fenolik. Sebagai contoh, pada tanaman mentimun yang terinfeksi Pseudoperonospora cubensis, aplikasi silikon meningkatkan aktivitas PAL, yang diikuti oleh peningkatan kadar flavonoid dan fenolik lainnya. Peningkatan ini berkorelasi dengan peningkatan ketahanan terhadap infeksi patogen. Selain itu, silikon juga dapat meningkatkan ketahanan tanaman terhadap patogen melalui mekanisme epigenetik. Silikon diketahui dapat mempengaruhi modifikasi histon dan metilasi DNA yang mengatur ekspresi gen pertahanan. Penelitian menunjukkan bahwa aplikasi silikon pada tanaman padi dapat mengubah pola metilasi DNA, yang berhubungan dengan peningkatan ekspresi gen-gen yang terlibat dalam jalur fenilpropanoid dan peningkatan ketahanan terhadap patogen (Gambar 2).
Gambar 2. Gambaran dari faktor transkripsi yang berhubungan dengan metabolisme jalur fenilpropanoid.
Ekspresi gen-gen yang terlibat dalam jalur fenilpropanoid sangat penting dalam respons pertahanan tanaman terhadap patogen. Gen-gen ini termasuk PAL, cinnamate-4-hydroxylase (C4H), 4-coumarate-CoA ligase (4CL), chalcone synthase (CHS), dan chalcone isomerase (CHI). Aktivitas enzim-enzim ini mengatur produksi berbagai senyawa fenolik yang berfungsi dalam mekanisme pertahanan tanaman. Penelitian menunjukkan bahwa infeksi patogen secara signifikan dapat mempengaruhi ekspresi gen-gen ini. Misalnya, infeksi oleh Pseudomonas syringae pada tanaman Arabidopsis thaliana meningkatkan ekspresi gen PAL dan CHS, yang berkorelasi dengan peningkatan kadar flavonoid dan lignin dalam jaringan yang terinfeksi. Peningkatan ini berkontribusi pada resistensi tanaman dengan memperkuat dinding sel dan menghambat pertumbuhan bakteri. Silikon diketahui dapat memodulasi ekspresi gen-gen jalur fenilpropanoid dalam respons terhadap stres biotik. Pada tanaman tomat yang terinfeksi Fusarium oxysporum, aplikasi silikon meningkatkan ekspresi gen PAL, C4H, dan 4CL, yang berhubungan dengan peningkatan produksi lignin dan senyawa fenolik lainnya. Peningkatan ini membantu mengurangi kerusakan jaringan yang disebabkan oleh patogen dan meningkatkan ketahanan tanaman.
Mekanisme molekuler di balik interaksi antara silikon dan senyawa fenolik dalam respons pertahanan tanaman melibatkan beberapa jalur sinyal yang kompleks. Salah satu jalur utama adalah jalur sinyal asam salisilat (SA), yang diketahui berperan penting dalam pertahanan tanaman terhadap patogen biotik. Silikon diketahui dapat meningkatkan akumulasi asam salisilat dalam jaringan yang terinfeksi, yang selanjutnya merangsang ekspresi gen-gen pertahanan dan produksi senyawa fenolik.
Selain jalur asam salisilat, jalur sinyal asam jasmonat (JA) dan etilen juga terlibat dalam respons terhadap stres biotik. Silikon diketahui dapat mempengaruhi sintesis dan akumulasi hormon-hormon ini, yang selanjutnya memodulasi ekspresi gen-gen jalur fenilpropanoid. Penelitian menunjukkan bahwa aplikasi silikon pada tanaman kedelai yang terinfeksi Phytophthora sojae meningkatkan kadar asam jasmonat dan etilen, yang diikuti oleh peningkatan ekspresi gen-gen jalur fenilpropanoid dan akumulasi senyawa fenolik.
Pengetahuan tentang interaksi antara silikon dan senyawa fenolik dalam regulasi stres biotik pada tanaman memiliki implikasi praktis yang signifikan dalam pertanian. Aplikasi silikon sebagai pupuk atau suplemen dapat menjadi strategi efektif untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap patogen, yang pada gilirannya dapat mengurangi ketergantungan pada pestisida kimia. Ini tidak hanya membantu dalam mengendalikan penyakit tanaman tetapi juga berkontribusi pada pertanian yang lebih berkelanjutan dan ramah lingkungan. Namun, aplikasi praktis silikon dalam pertanian harus mempertimbangkan beberapa faktor, termasuk dosis yang tepat, metode aplikasi, dan jenis tanaman. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami secara mendalam mekanisme interaksi antara silikon dan senyawa fenolik serta bagaimana faktor lingkungan dan genetik mempengaruhi respons tanaman terhadap aplikasi silikon.
Sumber:
AUTHOR
© Generasi Peneliti. All Rights Reserved.