Mekanisme Sistem Pertahanan pada Tumbuhan

Penyakit pada tanaman disebabkan oleh :

a.       Biotik berupa jamur, bakteri, virus, dan serangga herbivor

b.      Abiotik meliputi  mal nutrisi, kurangnya oksigen, suhu ekstrim, polusi, dan radiasi UV

Patogen pada tanaman dibedakan atas 3 jenis yaitu :

a.       Biotroph ; patogen yang merugikan inang dengan mengambil nutrisi tanaman perlahan-lahan namun tidak menyebabkan kematian inang. Misalnya, jamur Blumeria graminis pada gandum, bakteri Xanthomonas oryzae pada padi

b.      Necrotroph ; patogen yang mengambil nutrisi pada inang dan menyebabkan inangnya mati karena sel-sel inang mengalami nekrosis. Misalnya, jamur Botrytis cinerea, Erwinia carotovora

c.       Hemibiotroph ; patogen yang menyerang tanaman yang pada awalnya berupa biotroph dan lama-kelamaan berubah menjadi necrotroph karena menyebabkan inangnya mati. Misalnya, jamur Magnaporthe grisea

Pertahanan tumbuhan :

I.        Pertahanan konstitutive (berkesinambungan) berupa :

1.       Adanya dinding sel, struktur dinding sel yang kuat ini, memungkinkan tumbuhan dapat bertahan dari serangan patogen dan serangga herbivor. Adapun penyusun dinding sel primer tumbuhan berupa selulosa, polisakarida, microfibril, glycans, pektin, lignin (strukturnya keras, umumnya terdapat pada jaringan sklerenkim dan sebagian kolenkim), cutin, dan suberin

2.       Sel idioblas, adanya zat kimia beracun ini, dapat merobek mulut serangga herbivor dan hewan herbivor. Sel idioblas terbagi atas 4 jenis yaitu :

-          Sel berpigmen yang mengandung tannin (pahit)

-          Sel sclereid yang memiliki struktur yang keras yang sulit dikunyah oleh serangga dan hewan herbivor

-          Sel crystalliferous yang mengandung kristal kalsium oksalat yang dapat merobek mulut herbivor dan dapat menjadi racun jika tertelan

-          Sel silika yang memberi kekuatan dan sifat kaku pada rumput teki sehingga serangga sulit memakannya.

3.       Lapisan kutikula epidermis (zat lilin), dengan adanya lapisan lilin pada epidermis tumbuhan, akan mencegah kurangnya air pada tanaman dan mencegah jamur hidup (dikarenakan jamur dapat tumbuh di daerah lembab dan banyak air) dan mencegah spora jamur berkecambah.

-          Adanya stomata yang menutup jika ada patogen yang berkaitan pula dengan mekanisme kerja MAMPs*

                       (*akan dibahas di pertahanan induksi tumbuhan)

-          Adanya trikoma, dapat mencegah serangga bertelur pada permukaan daun tanaman kedelai dan mencegah patogen masuk ke epidermis

4.       Terdapat kulit kayu, kulit terluar dari tanaman berupa phellem yang kedap air serta strukturnya keras karena ada suberin dan mencegah patogen masuk sampai ke sel-sel hidup yang berada di lapisan bawahnya, terdapat pula kandungan lignin yang strukturnya keras dan kaku.

II.                  Pertahanan induksi

1.       Resitensi basal atau innate immune

Terjadi jika sel-sel tanaman mengenali mikroba dengan adanya molekul MAMPs (microbe-associated molecular patterns) termasuk protein spesifik, LPS, dan komponen dinding sel yang ditemukan pada mikroba sehingga sel tanaman dapat bertahan yang disebut dengan resistensi basal atau innate immune.

Bila patogen berhasil masuk menginfeksi tumbuhan, terdapat 2 respon yang terjadi yaitu :

-          Compatible respon : tumbuhan akan sakit karena terinfeksi

-          Incompatible respon : tumbuhan tetap sehat karena mampu mengenali patogen dan meniadakan patogen dengan sistem imun resisten/innate.

2.       Jika resistensi basal ditembus oleh patogen, terdapat pertahanan yang disebut HR (Hypersensitive response) yang ditandai dengan sel tumbuhan sengaja bunuh diri di lokasi tempat terjadinya infeksi, yang dapat membatasi akses patogen untuk mengambil nutrisi dengan mengorbankan sedikit sel nya untuk menyelamatkan bagian tumbuhan yang lain. Setelah respon HR diinduksi, tanaman dapat tahan terhadap patogen dalam jangka waktu yang lama. Sistem ini disebut pula SAR (systemic acquired resistance)
3.    Terdapat fitohormon (molekul penting yang berperan dalam regulasi signaling tanaman) terdiri dari hormon classic (auksin, sitokinin, giberelin, asam absisat, dan ethylene (ET) ). Serta molekul kecil berupa Salycic acid (SA), Jasmonate acid (JA), dan Brassinosteroid. Yang berperan utama dalam signaling primer yaitu SA, JA, dan ET. SA --> SAR (melawan patogen hemibiotriph dan biotroph. JA dan ET --> ISR (Induced Systemic Resistance) berperan melawan patogen necrotroph dan serangga herbivor.

4.       Terdapat pula pertahanan tumbuhan melawan virus secara genetik yang disebut dengan RNA silencing. Virus menghasilkan  untai RNA atau DNA selama replikasi dalam sel inang. Tanaman mengenali untai RNA/DNA tersebut lalu mencernanya dan template untai RNA/DNA yang dicerna tersebut dapat digunakan untuk menanggapi/merespon jika diserang oleh virus di kemudian hari. Mekanisme pertahanan ini mirip dengan sel memori pada vertebrata.

5.       Pertahanan kimiawi

Dihasilkan senyawa metabolit pada tumbuhan :

a.       Metabolit primer yang digunakan untuk pertumbuhan, perkembangan, dan reproduksi. Misal : glukosa, asam amino, asam nukleat, dan protein

b.      Metabolit sekunder yang digunakan untuk pertahanan :

·         Terpenoid

-          Tanaman mint hasilkan menthol

-          Krisan -->pyrethrins (neurotoksin pada serangga)

-          Kapas --> gossypol (antijamur dan antibakteri)

-          Bayam --> phytoectysones (mengganggu perkembangan larva)

-          Jeruk --> limonoid

-          Nimba --> azadirachtin

-          Sereh --> citronella

-          Digitalis purpurea --> digitoxin dan digoxin

·         Phenolics

-          Flavonoid berupa antocyanin (mencegah bahaya sinar UV)

-          Flavonoid (tannin) -->menginaktifkan enzim di saliva serangga

Merusak struktur sel patogen dan metabolismenya :

-          Alfalfa -->medicarpin

-          Tomat --> rishitin  

-          Arabidopsis thaliana --> camalexin

·         Alkaloid (turunan asam amino) :

-          Kopi -->cafein

-          Tembakau -->nicotine

-          Lombok -->capsaicin

-          Coklat --> theobromin

-          Kubis --> glucosinolate (cyanogenicglycosides) memproduksi asam sianida (HCN) yang dapat menghentikan respirasi seluler serangga.

6.       Adanya elicitor yang terdapat pada kelenjar liur serangga herbivor akan direspon oleh tanaman dengan melepaskan VOCs (Volatile Organice Compounds) misalnya senyawa terpenoid yang merupakan produk metabolit sekunder.

7.       Dihasilkan enzim :

a.       Enzim inhibitor berupa inhibitor amilase, inhibitor proteinase

b.      Enzim hidrolitik berupa enzim lisozim yang dapat merusak dinding sel bakteri dan enzim kitinase yang dapat mendegradasi dinding sel jamur

8.       Dihasilkan protein antimikroba misal defensin yang menghambat jamur, bakteri, dan nematoda

9.       Molekul H₂O_2. Molekul ini merespon jika terdapat patogen berupa jamur. Adapun mekanisme kerjanya terdiri dari 2 bagian :

a.       Jamur yang menyerang pektin dinding sel tumbuhan, akan dihentikan oleh H₂O₂ yang menghentikan aksi penzim pektinase dari jamur dengan cara, peroksidase bereaksi dengan pektinase dan bahan kimia yang tidak beruna tersebut lalu dihancurkan.

b.      Mekanisme kerja yang lain dari molekul H₂O₂ yaitu H₂O₂  menginduksi tanaman untuk menghasilkan senyawa phytoalexins (mirip protein antivirus) . kerjanya menghambat sintesis protein dan pertumbuhan. H₂O₂ di membran plasma akan memicu respon kimia untuk menginformasikan inti sel yang terinfeksi dengan mRNA --> ribosom dan diproduksi phytoalexins.

*Nb.

Jika ingin di copy paste, harapkan sertakan alamat link dari pemilik (http://www.andiirmasuryani.blogspot.com)