Pisang (Musa spp.) adalah salah satu tanaman buah terpenting di dunia, baik dari segi ekonomi maupun nutrisi. Sebagai sumber utama karbohidrat dan vitamin bagi jutaan orang, terutama di negara-negara berkembang, pisang memiliki peran vital dalam ketahanan pangan global. Namun, produksi pisang seringkali terhambat oleh berbagai penyakit yang disebabkan oleh patogen seperti virus, bakteri, dan jamur. Untuk mengatasi tantangan ini, penelitian genetik dan molekuler terhadap pisang menjadi sangat penting, khususnya dalam memahami mekanisme pertahanan tanaman terhadap patogen.

Long non-coding RNA (lncRNA) adalah molekul RNA yang panjangnya lebih dari 200 nukleotida dan tidak diterjemahkan menjadi protein. Dalam beberapa tahun terakhir, lncRNA telah terbukti memiliki peran penting dalam berbagai proses biologis, termasuk regulasi ekspresi gen, pertumbuhan dan perkembangan tanaman, serta respon terhadap stres biotik dan abiotik. Dalam konteks interaksi tanaman dan patogen, lncRNA dapat berfungsi sebagai target mimik endogen (eTMs) dari microRNA (miRNA). eTMs adalah lncRNA yang berinteraksi dengan miRNA, menghambat fungsi miRNA, dan dengan demikian mengatur ekspresi gen target miRNA.

MicroRNA (miRNA) adalah molekul RNA kecil yang panjangnya sekitar 21-24 nukleotida dan berfungsi mengatur ekspresi gen dengan mengikat mRNA target dan menginduksi degradasi atau menghambat translasi mRNA tersebut. Dalam tanaman, miRNA memainkan peran kunci dalam berbagai proses, termasuk pertahanan terhadap patogen. Dengan demikian, identifikasi dan karakterisasi lncRNA yang berfungsi sebagai eTMs dalam pisang dapat memberikan wawasan baru tentang mekanisme molekuler pertahanan tanaman dan potensi aplikasi dalam pengembangan varietas pisang yang tahan penyakit.

Studi ini dimulai dengan pengumpulan sampel daun pisang yang terinfeksi oleh patogen tertentu. RNA total diekstraksi dari sampel ini dan dianalisis menggunakan teknologi sequencing generasi berikutnya (NGS) untuk mengidentifikasi lncRNA dan miRNA. Analisis bioinformatika dilakukan untuk mengidentifikasi lncRNA dari data urutan RNA yang diperoleh. Perangkat lunak seperti CPC (Coding Potential Calculator) dan CNCI (Coding-Non-Coding Index) digunakan untuk memprediksi potensi pengkodean RNA dan mengklasifikasikan urutan sebagai lncRNA.

Hasil analisis sequencing mengungkapkan sejumlah besar lncRNA pada sampel daun pisang yang terinfeksi. LncRNA ini menunjukkan variasi panjang dan struktur yang signifikan, dengan sebagian besar memiliki potensi rendah untuk mengkode protein. Langkah berikutnya adalah memprediksi eTMs dengan menganalisis urutan lncRNA untuk menemukan motif yang dapat berinteraksi dengan miRNA spesifik. Alat prediksi seperti PsRobot, TAPIR, atau miRanda digunakan untuk tujuan ini. Beberapa lncRNA ditemukan memiliki situs pengikatan potensial untuk miRNA yang diketahui berperan dalam respon tanaman terhadap patogen. Misalnya, lncRNA yang mengandung situs pengikatan untuk miR156, miR159, dan miR172 diidentifikasi. Prediksi ini kemudian divalidasi melalui eksperimen tambahan, seperti RT-qPCR untuk mengukur ekspresi lncRNA dan miRNA selama infeksi patogen.

Ekspresi lncRNA yang berfungsi sebagai eTMs menunjukkan pola regulasi yang dinamis selama infeksi patogen. Misalnya, ekspresi lncRNA yang menarget miR156 meningkat selama infeksi jamur Fusarium, yang menunjukkan peran potensial dalam jalur pertahanan tanaman. Interaksi antara lncRNA dan miRNA ini mengindikasikan bahwa lncRNA dapat berfungsi sebagai penyangga untuk menyerap miRNA, sehingga melindungi mRNA target dari degradasi.

Untuk memahami mekanisme molekuler bagaimana lncRNA berfungsi sebagai eTMs, penting untuk mengeksplorasi interaksi antara lncRNA, miRNA, dan mRNA target. LncRNA yang berfungsi sebagai eTMs dapat mengikat miRNA dan mencegah miRNA tersebut mengikat mRNA targetnya. Dengan demikian, lncRNA dapat meningkatkan ekspresi gen target miRNA dengan mengurangi ketersediaan miRNA untuk mRNA target. Misalnya, lncRNA yang mengandung situs pengikatan untuk miR156 dapat mengikat miR156 dan mencegahnya mengikat mRNA target seperti SPL (SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE) gen. SPL adalah faktor transkripsi yang berperan dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Dengan demikian, lncRNA yang mengikat miR156 dapat meningkatkan ekspresi SPL, yang pada gilirannya dapat meningkatkan resistensi tanaman terhadap patogen.

Studi ini juga menemukan bahwa ekspresi lncRNA dan miRNA dapat diatur secara dinamis selama infeksi patogen. Misalnya, ekspresi lncRNA yang menarget miR159 meningkat selama infeksi bakteri Xanthomonas, yang menunjukkan bahwa lncRNA ini dapat berperan dalam respon pertahanan tanaman terhadap infeksi bakteri. Eksperimen tambahan menunjukkan bahwa lncRNA ini mengikat miR159 dan melindungi mRNA target dari degradasi, yang mengarah pada peningkatan ekspresi gen pertahanan.

Penemuan ini memiliki implikasi penting untuk pemuliaan tanaman. Identifikasi lncRNA yang berfungsi sebagai eTMs dapat digunakan untuk mengembangkan varietas pisang yang lebih tahan terhadap penyakit. Salah satu pendekatan adalah menggunakan rekayasa genetika untuk meningkatkan ekspresi lncRNA spesifik yang berfungsi sebagai eTMs. Dengan meningkatkan ekspresi lncRNA ini, kita dapat mengurangi ketersediaan miRNA yang menghambat ekspresi gen pertahanan, sehingga meningkatkan resistensi tanaman terhadap patogen.

Selain itu, lncRNA yang berfungsi sebagai eTMs juga dapat digunakan sebagai biomarker untuk deteksi dini infeksi patogen. Dengan memonitor ekspresi lncRNA spesifik selama infeksi, kita dapat mendeteksi keberadaan patogen pada tahap awal dan mengambil tindakan pencegahan yang lebih efektif. Meskipun penelitian ini menunjukkan potensi besar, ada beberapa tantangan yang perlu diatasi. Salah satu tantangan utama adalah kompleksitas regulasi gen oleh lncRNA dan miRNA, yang memerlukan pendekatan multi-disipliner untuk dipahami sepenuhnya. Selain itu, variabilitas genetik antar kultivar pisang juga memerlukan penelitian lebih lanjut untuk memastikan temuan ini berlaku secara luas.

Penelitian di masa depan dapat fokus pada pemetaan interaksi jaringan lncRNA-miRNA-mRNA secara menyeluruh untuk mengidentifikasi jalur regulasi kritis. Teknologi canggih seperti single-cell RNA sequencing dan proteomik dapat digunakan untuk mendapatkan gambaran yang lebih rinci tentang dinamika molekuler dalam sel tanaman selama infeksi patogen. Selain itu, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami bagaimana faktor lingkungan mempengaruhi ekspresi lncRNA dan miRNA serta interaksi mereka selama infeksi patogen. Upaya berkelanjutan dalam penelitian dasar dan terapan akan memainkan peran penting dalam mewujudkan potensi penuh lncRNA dalam pertanian berkelanjutan. Dengan pemahaman yang lebih mendalam tentang mekanisme molekuler yang mendasari interaksi tanaman-patogen, kita dapat mengembangkan strategi baru untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap penyakit dan meningkatkan produksi pangan global.

Penelitian ini mengungkapkan peran penting lncRNA sebagai target mimik endogen (eTMs) dalam regulasi respon pertahanan tanaman terhadap patogen pada Musa spp. Identifikasi dan karakterisasi lncRNA yang berfungsi sebagai eTMs memberikan wawasan baru tentang mekanisme molekuler yang mendasari interaksi tanaman-patogen dan menawarkan potensi aplikasi dalam pengembangan varietas pisang yang lebih tahan penyakit. Meskipun masih ada tantangan yang perlu diatasi, temuan ini membuka jalan baru dalam penelitian bioteknologi tanaman dan menawarkan harapan untuk solusi jangka panjang dalam pengelolaan penyakit tanaman.

Source: Revealing disease-specific endogenous target mimic of microRNA from long non-coding RNA identification and characterization in Musa spp.

Editor:     Rezekinta Syahputra Sembiring