Respon Tanaman Terhadap Patogen
Secara Khusus pada Virus dan Jamur
Kelompok 1
Eko Prasetya
Yasir Siddiq
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1113 B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1111 B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones
Respon Tanaman Terhadap
Jamur dan virus termasuk pada patogen
biotropik dimana hidup ada sel tanaman
dan terbatas hanya pada satu spesies
tanaman
Pada Non-host Resistent:
1.
Meluasnya, terjadi pada awal, efektif
2.Pasif - keterikatan / perkecambahan
3.Aktif - awal kolonisasi, e. g. aposisi
dinding
4.
Hipersensitivitas
5.Tahan lama
Symptom types -- necrosis
Blumeriella on plum Alternaria solani –
Symptom types – Layu
Ophiostoma novo-ulmi
Symptom types – Mempengaruhi Hormon
Taphrina deformans
Hypertrophy auxin
Synchytrium endobioticum
Symptom types – Absisi
Symptom types – Sterilisasi
Claviceps purpurea – ergot Ustilago maydis
Fungus
Anthracnose
http://www.oznet.ksu.edu
http://ianrpubs.unl.edu
Watermelon / Cantaloupe
• Circular, sunken lesions
• Mulch. Rotate location every 3 years. • Clean up debris at end of season.
Respon Tanaman Terhadap Jamur
Mengaktifkan gen resisten terhadap Jamur
yaitu
Sebuah
gen
yang
produknya
memungkinkan
tanaman
untuk
mendeteksi patogen dan/atau membuat
pertanahan terhadap jamur tersebut.
Kecepatan respon sekitar 24 jam
Tidak selalu untuk Resisten
Mencakup:
◦ Oxidative reactions (production of hydrogen peroxide)
◦ Deposition of callose
◦ Opening of ion channels
◦ Apoptosis
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1087
B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1133 B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000
Penghentian Siklus sel
Menginduksi promotor gen untuk resisten
› Phenylpropanoid pathway induced: products include salicylic acid (secondary inducer: induces other
pathogenesis-related proteins), lignins (cell wall), and flavonoids
› Pathogenesis-related (PR) proteins › Peningkatan Phytoalexins
Fortifikasi dinding sel dengan lignin, glikoprotein
kaya hidroksiprolin (HRGPs), dll
Local responses
SAR membutuhkan 24-48 jam untuk memulai
dan dapat bertahan hingga berbulan-bulan, melibatkan aktivasi gen dan sinyal yang ditransmisikan.
Gen yang diinduksi:
chitinases
β 1,3- glucanases other PR proteins
Systemic Response or Systemic
Acquired Resistance (SAR)
Model Pertahanan Tumbuhan
1.
Hambatan fisik berupa kutikula, duri,
atau dinding sel
2.
Produksi bahan kimia konstitutif dan
protein
Strategi pertahanan Tanaman
1.
Hanya sebagian kecil dari infeksi
patogen menyebabkan penyakit
2.
Tanaman telah menginvestasikan
sejumlah besar gen / energi untuk
melawan patogen
3.
Harus
membedakan
teman
(misalnya
Rhizobium,
ramah
Ekspresi gen penyandi enzim hidrolitik
seperti kinase dan beta-1,3 glukanase,
protein antifungal dan enzim dalam
biosintesis senyawa antimikrobia seperti
fitoaleksin (lin et al. 2003)
Respon ketahanan oleh adanya gen resisten
seperti
gen
Hm1
yang
memberikan
ketahanan tanaman jagung terhadap jamur
patogen Cochliobolus carbonum (Johal dan
Bringgs 1992) Hm1 adalah kelompok gen
resisten penyandi enzim detoksifikasi.
Sebagian besar gen resisten menyandi protein
yang berperan pada transduksi sinyal dan
dibedakan antara satu sama lain berdasarkan
struktur proteinnya.
Johal GS, Briggs SP. 1992. Reductase activity encoded by the Hm1 disease resistance gene in maize. Science 258: 985-987.
Penelitan yang lebih rinci telah dilakukan pada
interaksi tanaman jagung dengan cendawan
patogen Cochliobolus carbonum ras 1 yang
menghasilkan HCtoksin, penyebab penyakit
‘leaf spot’ dan ‘ear rot’ pada jagung. Resistensi
tanaman jagung terhadap patogen tersebut
ditentukan oleh alel dominan pada lokus
Hm1. Gen Hm1 menyandikan suatu karbonil
reduktase, yaitu HC-toksin reduktase (HCTR)
Mekanisme pertahanan
terhadap virus pada
Virus merupakan salah satu patogen yang
berpengaruh dalam menyerang tanaman pertanian di seluruh dunia.
Penyakit yang ditimbulkan oleh virus
menyebabkan kerugian ekonomi karena dapat menurunkan hasil dan kualitasnya.
Perlindungan dari infeksi virus dapat
dilakukan dengan kemunculan gen
ketahanan dalam plasma nutfah yang ada. Gen-gene ini dapat berupa resesif atau dominan.
Virus infection
Epidermal cells
Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)
Mesophyll cells Bundle sheath cells Phloem Parenchyma Companion cells Phloem
Other host plants
Replication Plant-to-plant movement Cell-to-cell movement Systemic movement
Siklus hidup virus di dalam tumbuhan
Virus masuk ke dalam inang
◦ Melalui vektor, dengan mekanik dll – must be forced
◦ Melalui luka
Replikasi
◦ Banyak step dalam replikasinya
◦ Virus mereplikasi materi genetik dengan mengkode
Perpidahan dari satu sel ke sel lain
◦ Melewati plasmodesmata plasmodesmata
◦ Berpindah sebagai partikel atau protein atau komplek asam nukleat
Perpindahan jarak jauh
◦ Melalui ploem
◦ sebagai partikel atau protein / komplek asam nukleat
Berpindah dari satu tumbuhan ke tumb lain
◦ Memerlukan keseluruhan partikel
Typical RNA-containing plant virus replication cycle
From Shaw, 1996 Ch. 12 in Fundamental Virology (Academic Press)
2. RNA telah dimasukkan dan ditranslasi oleh
komponen inang
3. Replikasi di sitoplasma
4b. Partikel virus baru telah dibentuk
1. Pertikel virus masuk
melalui luka
4a. Infeksi RNA TMV Merambah ke sel Terdekat melalui Plasmodesmata dengan Movement Protein
Plant cells are bound by rigid cell walls and are interconnected by plasmodesmata, which are too small to allow passage of
whole virus particles.
Hipersensitive respon (HR) salah satunya adalah
programe cell death (PCD)
Respon tanaman terhadap virus melalui R-Gene
Soosaar J.M. et al., Nat Rev Micro. (2005)
Systemic acquired resistance (SAR) Peningkatan ekspresi R-Gen dan
menghasilkan senyawa antimikrobia
Local and systemic resistance
Compatible interaction ▶ Virulence / Susceptible Incompatible interaction ▶Avirulence / Resistant Dominant resistance
◦ Incompatible interactions between the host R-gene and
pathogen avirulence gene.
◦ Hypersensitive response (HR): specific recognition of the virus → rapidly induced programmed cell death → necrotic local lesion
◦ Tobacco mosaic virus/N gene interaction: a classic hypersensitive response (HR) model system.
Recessive resistance
◦ Mutation or loss of host components required for a step of the virus life cycle
Viral Proteins
Host R protein
Avirulence factor
Recognized by R protein
Host factor Interaction with Host factors
Host factor
(mutated) No interaction with host factors
Active defense signaling Switching host system
for viral infection
Blocking virus infection
Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)
Susceptive Dominant resistant Recessive resistant Virulence factor
The largest class of R genes
◦ Nucleotide binding site + leucine-rich repeat (NBS-LRR)
NBS-LRR sub-division can be made on basis of N-terminal
domain.
◦ Coiled-coil (CC) domain (CC-NBS-LRR) ◦ Leucine zipper domain (LZ-NBS-LRR)
◦ Drosophila Toll and the mammalian interleukin (IL)-1 receptors
(TIR-NBS-LRR)
Domain structure of NBS–LRR proteins
Recessive resistances seem to be more frequent for
plant viruses than for other plant pathogens.
Hilangnya host factor yang dibutuhkan dan mutasi
akan menghasilkan ketahanan resesif yang diturunkan.
Ketahanan resesif lebih banyak diketahui untuk
pertahanan terhadap famili potyvirus dari pada famili lain.
Virus infection
Epidermal cells
Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)
Mesophyll cells Bundle sheath cells Phloem Parenchyma Companion cells Phloem
Other host plants
Replication Plant-to-plant movement Cell-to-cell movement Systemic movement
Whitham S.A. and Wang Y. Curr Opin Plant Biol. (2004)
Translation and replication
Movement
Counter defense and pathogenicity
Maule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007) eIF4E eIF(iso)4E eIF4E eIF4E eIF4E eIF(iso)4G
replikasi dan penyebaran sistemik Virus tergantung pada faktor-faktor host.
Rusak atau mutasi dari faktor host yang diperlukan untuk siklus virus yang
merusak interaksi dapat menghasilkan fenotip tahan.
Kang, B.C., Yeam I., and Jahn M.M. Genetics of Plant Virus Resistance. Annu. Rev. Phytopathol. 2005, 43: 581-612.
Whitham S.A. and Wang Y. Roles for host factors in plant viral pathogenicity. Curr Opin Plant Biol. 2004 2004, 7: 365-371.
Maule A.J., Caranta C. and Boulton M.I. Sources of natural resistance to plant viruses: status and prospects . Molecular Plant Pathology 2007, 8: 223-231.
Soosaar J.L., Burth-Smith T.M. and Dinesh-Kumar S.P. Mechanisms of plant resistance to viruses. Nat. Rev. Microbiol. 2005, 10: 789-798.
Pertanyaan
1. Apa perbedaan host protein dan viral protein dan
bagaimana regulasinya? (Oleh : Priyambodo) Jawab:
Host protein adalah protein yang dihasilkan oleh gen-gen inang yang berfungsi sebagai reseptor protein dari virus. Host protein dapat termodifikasi sehingga tanaman resisten terhadap virus
Viral protein adalah protein yang dihasilkan oleh gen-gen dari virus yang menginfeksi inang.
2. Bagaimana mekanisme mutasi virus hingga bisa
menginfeksi tanaman baru? (Oleh : Miftahul Jannah) Jawab:
Dimungkinkan terjadi mutasi pada virus, sehingga gen-gen atau protein yang ada pada virus sesuai dengan protein reseptor yang terdapat pada inang baru.
3. Apa perbedaan MP dengan CP? (Oleh : Paulin D. Kasi)
Jawab:
MP yaitu movement protein yang berfungsi sebagai agen perpindahan virus dari satu sel ke sel lain
CP (Coat Protein) yaitu protein struktural dari
virus didalam sel inang yang berfungsi
membentuk struktur virus baru didalam sel inang.
