Volatilitas daun hijau adalah respons tanaman yang cepat terhadap ancaman. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Pernahkah Anda bertanya-tanya tentang aroma tajam dan hijau yang menyentuh hidung Anda saat Anda memotong rumput atau memotong batang bunga? Yaitu volatil daun hijau, atau GLV: minyak yang mudah menguap yang digunakan tanaman untuk berkomunikasi dengan tanaman lain dan mempertahankan diri dari herbivora atau patogen seperti bakteri atau jamur.

Hampir setiap tanaman hijau bisa dengan cepat mensintesis dan melepaskan GLV ketika diserang, baik secara langsung menangkis penyerang maupun secara tidak langsung menarik predator herbivora seperti serangga dan memperkuat mekanisme pertahanan tanaman lainnya. Para peneliti mengetahui bahwa GLV memainkan peran penting dalam melindungi tanaman, namun cara kerjanya masih belum jelas.

Saya peneliti biokimia, dan melalui kolaborasi antara laboratorium Wang dan Laboratorium Stratmann dari University of South Carolina, saya dan rekan-rekan mempelajari bagaimana sel tumbuhan menyebarkan zat-zat yang mudah menguap pada daun hijau. Di kami baru-baru ini menerbitkan penelitian, kami mengidentifikasi jalur sinyal potensial yang digunakan GLV untuk menginduksi respons pertahanan dalam sel tomat. Tujuan utama kami adalah mencari cara menggunakan GLV untuk mengendalikan hama pertanian demi pertanian yang lebih bersih.

Sistem pertahanan pada tumbuhan

Tumbuhan menggunakan banyak sistem pertahanan untuk melindungi dirinya sendiri. Itu garis pertahanan pertama melibatkan pendeteksian penyerbu mikroba dan adanya kerusakan menggunakan pola molekuler terkait kerusakan, atau DAMP, yang merupakan molekul yang dilepaskan oleh sel yang rusak atau sekarat.

Ketika sel mengidentifikasi DAMP, sel tersebut memicu respons imun dan mendorong mekanisme perbaikan. Itu juga mengarah ke perubahan konsentrasi ion kalsium, selanjutnya mengaktifkan gen dan protein terkait kekebalan. DAMP juga nyalakan protein umum terjadi di banyak jalur pemberi sinyal stres yang mengaktifkan respons pertahanan lainnya. Tumbuhan mempunyai beberapa alat pertahanan.

Banyak penelitian yang menunjukkan bahwa efek dari GLV adalah mirip dengan DAMP. Oleh karena itu, saya dan tim ingin membuktikan apakah GLV juga dapat bertindak sebagai DAMP.

Untuk melakukan ini, kami mempelajari protein mana yang diaktifkan atau dinonaktifkan dalam sel tomat. Mengubah struktur protein secara kimia melalui proses yang disebut fosforilasi menyalakan atau mematikannya. Fosforilasi protein memainkan peran sentral dalam mengatur sejumlah besar proses seluler dan melibatkan banyak jalur transmisi sinyal. Mempelajari fosfoproteom, atau semua protein yang terfosforilasi dalam satu sistem, sel tomat dapat membantu kita membandingkan jalur sinyal GLV dan DAMP.

Kami menemukan bahwa banyak protein yang terlibat dalam jalur sinyal volatil daun hijau terlibat dalam pengaturan stres. Ini mencakup banyak komponen jalur sinyal DAMP, mendukung hipotesis kami bahwa GLV berfungsi seperti DAMP dalam mengaktifkan respons pertahanan.

Menggunakan GLV di bidang pertanian

Pertanian seringkali memberikan tekanan yang signifikan terhadap sumber daya alam dan lingkungan. Misalnya, penggunaan pestisida konvensional dapat menyebabkan degradasi lingkungan dan resistensi hama.

Biopestisida semakin populer sebagai alternatif yang tidak terlalu beracun. Ini adalah organisme atau senyawa alami yang menekan pertumbuhan dan penyebaran hama. Misalnya, senyawa organik yang mudah menguap dari tumbuhan merupakan jenis biopestisida yang telah terbukti mengurangi penggunaan insektisida sintetik untuk mengendalikan hama pada biji-bijian makanan yang disimpan.

Oleh karena itu, GLV juga dapat menjadi biopestisida yang efektif dalam pertanian. Sebuah penelitian menunjukkan bahwa GLV dapat menarik hama tanaman, yaitu Apion miniatum kumbang, untuk memberi makan gulma yang invasif dan sulit dikendalikan, Konferensi Rumex. Selain itu, studi lapangan pada tanaman tembakau liar menemukan bahwa pelepasan GLV dapat menarik musuh herbivora. Kehadiran pesaing herbivora ini tidak hanya mampu mengendalikan serangga hama tetapi juga hama meningkatkan produksi tanaman yang terserang.

Melalui penelitian lebih lanjut, kami yakin GLV mempunyai potensi untuk mengendalikan hama secara alami dan mendukung pertanian berkelanjutan.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, Ph.D. Kandidat Biokimia, University of South Carolina

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.