RESPON TUMBUHAN TERHADAP PATOGEN Oleh: Irda Safni

Perubahan Patologi terhadap struktur tumbuhan Perubahan patologi terhadap fungsi tumbuhan Perubahan patologi terhadap metabolisme tumbuhan

Perubahan Patologi terhadap struktur tumbuhan

Penyesuaian diri adalah salah satu faktor penting dari suatu sistem yang menjamin kelangsungan hidup. Sehingga, ketahanan terhadap segala “kegiatan yang merusak” menjadi respon alami dan umum dari sistem tanaman. Mekanisme ketahanan menjamin kelangsungan hidup tanaman walaupun kehidupan di antara patogen yang merusak di samping akibat stres abiotik. Tanaman juga mengembangkan kemampuan untuk menahan/mentoleransi beberapa stres akibat faktor abiotik.

Apapun yang berhubungan dengan pertahanan dan ketahanan tanaman, semuanya dikontrol oleh gen dari tanaman dan patogen

Multitrophic Interactions Plant Defense: Multitrophic Interactions Secondary carnivores Carnivores Herbivores Pollinators Shoots and flowers Competitor plants Pathogens Aboveground Belowground Roots Pathogens Parasitic plants Herbivores Symbionts Carnivores Modified from Bruinsima & Dicke 2008

Respon tanaman terhadap serangan herbivora dan patogen Tanaman menggunakan sistem ketahanan untuk menghalangi herbivora, mencegah infeksi dan serangan patogen Herbivora, hewan memakan tanaman, mengakibatkan stress tanaman. Tanaman menghadapi herbivora yang berlebihan dengan ketahanan fisik, seperti duri dan ketahanan kimia, seperti bahan beracun. Bahkan beberapa tanaman “me-rekruit” hewan predator yang membantu melindungi terhadap herbivora khusus.

Respon Tanaman terhadap Herbivora Plant Defense Traits

Respon Tanaman terhadap Herbivora Tanaman yang dirusak oleh serangga dapat melepaskan bahan kimia volatil untuk memperingatkan tanaman lain yang sama spesiesnya. Molekul volatil ini juga berfungsi sebagai “sistem peringatan dini” bagi tanaman satu spesies yang ada di sekitarnya. Asam Methyljasmonic dapat mengaktivasi ekspresi gen yang terlibat pada ketahanan tanaman.

Patogenesis & Respon Tanaman Pathogens Host Reaction Pre-penetration and Penetration Invasion Colonization Diseases (Symptoms) Naturally occurring Pre-existing defence structure Biochemical defence Post infectional Structural defence Biochemical defence

Ketahanan struktural tanaman Garis pertama pertahanan tanaman terhadap patogen adalah permukaan tanaman, di mana patogen harus menempel dan berpenetrasi untuk dapat menimbulkan infeksi. Ada 2 jenis ketahanan struktural tanaman, yaitu: 1. Preexisting 2. Post infection

Preexisting Structural Defence Merupakan struktur pertahanan tanaman yang telah hadir sebelum patogen melakukan kontak dengan tanaman. Contoh-contoh Pertahanan Struktural Preexisting: Lapisan lilin (wax) Kutikula Struktur epidermis sel & dinding sel Ukuran, lokasi, dan bentuk, serta jumlah stomata, lentisel, dan hidatoda. Schlerenchym (jaringan yang menebal)

Wax/lapisan Lilin dan Kutikula Kutikula menutupi sel-sel epidermis tanaman, yang terdiri dari: lapisan pektin, lapisan kutin, dan lapisan lilin Disintesa oleh sel-sel epidermis Campuran kompleks dari rantai panjang lemak acyl. Sangat hydrophobic Wax membentuk lapisan luar kutikula Sering meng-kristal pada pola batang, tabung, atau piringan Melindungi perkecambahan spora jamur dan bakteri Tidak ada parasit yang diketahui dapat menghasilkan enzim yang dapat mendegradasi lapisan lilin kutikula. Contoh. Monilinia fructicola dapat memenetrasi lapisan kutikula daun cherry, tapi tidak bisa memenetrasi daun Ginko biloba (karena daun Ginko biloba mengandung kutin).

Sel-sel Schlerenchyma Terdiri dari dinding yang menebal dengan lignin. Memiliki sel-sel yang keras tetapi rapuh yang membantu sebagai dukungan mekanis terhadap tanaman. Sel-sel ini secara efektif menghalangi penyebaran patogen jamur dan bakteri yang menyebabkan becak daun. Cth. Beberapa varietas gandum tahan terhadap penyakit karat batang, karena batang mengandung sel-sel schlerenchyma yang tinggi.

Lubang Alami 1. Stomata: Lubang kecil pada lapisan epidermis daun tempat terjadimya pertukaran udara. Struktur stomata memberi ketahanan terhadap penetrasi patogen. Contoh. Jeruk citrus varietas Szinkum – tahan terhadap penyakit kanker citrus Gandum kultivar Hope- tahan terhadap penyakit karat gandum

2.lenticels Lentisel adalah sel-sel udara di dalam kulit batang dan akar. Bentuk dan struktur internal lentisel dapt meningkatkan atau menurunkan kejadian penyakit tanaman buah-buahan. Lentisel yang berukuran kecil menghalangi masuknya patogen.

3.Hidatoda: 4.Nectartoda: Titik masuk awal bagi bakteri patogen Contoh. Xanthomonas campestris pv.campestris 4.Nectartoda: Titik masuk bakteri patogen pada bunga Contoh. Erwinia amylovora - fire blight pada apel

2. Post-infection Structural Defence Telah ada pada tanaman tetapi diproduksi setelah muncul infeksi akibat patogen Ada 2 jenis Pertahanan struktural Post-infection 1. Penghalang histologi (Histological barriers) 2. Penghalang sel (Cellular barriers)

Penghalang histologi (Histological barriers) 1. Lapisan Gabus (Cork layer): permukaan tanaman inang yang kasar dan keras. Suatu lapisan sel merismatis yang dibentuk di permukaan tanaman inang. Penyebaran bahan beracun menghentikan infeksi patogen. Menghentikan aliran air dan nutrisi ke arah bagian tanaman yang terinfeksi. Contoh. Penyakit kudis pada guava, kanker citrus, Busuk Rhizopus pada sweet potato

Cork layers

b. Lapisan Absisi (Abscission layer) Berarti sobekan Gap yang terbentuk di antara sel yang terinfeksi dan sel sehat pada tempat terjadinya infeksi patogen. Lapisan ini mengelilingi infeksi. Perlahan-lahan lapisan ini mengerut, mati dan mengelupas Lapisan ini terbentuk pada daun aktif dan muda dari pohon buah batu (stone fruits) setelah infeksi dari beberapa jamur, bakteri atau virus – membawa serta patogen yang menginfeksi Abscission layer- amputative resistance Contoh. Xanthomonas pruni and closterosporium carpophylum pada daun peach

Abscission layers

c.Tyloses Tyloses terbentuk di dalam pembuluh kayu (xylem) pada sebagian besar tanaman di bawah kondisi stress dan selama invasii dari patoge penyerang pembuluh kayu. Adalah protoplas yang tumbuh berlebihan dari sel parenkim hidup yang terdekat yang menonjol ke arah saluran pembuluh kayu melalui lubang. Tyloses bersifaat selective permeable terhadap air dan nutrisi. Tyloses menghalangi penyebaran lanjut patogen Eg: Fusarium oxysporum f.sp. batatas-wilt of sweet potato

Perkembangan Tyloses di dalam saluran pembuluh kayu A) longitudinal; B) memotong menyilang

Mekanisme Penghalang Sel Hyphal sheathing : Hifa yang memenetrasi dinding sel dan tumbuh ke dalam sel dibungkus oleh sarung sellulose (sheath) Menarik ke arah dalam dari dinding sel inang di sekeliling haustorium Contoh. Botrytis cinera

NECROTIC STRUCTURAL DEFENSE REACTION

NECROTIC STRUCTURAL DEFENSE REACTION

The Hypersensitive Response Pertahanan sel yang diinduksi secara lokal. Menghambat pertumbuhan patogen. Dimulai dengan pengenalan oleh tanaman inang dari patogen khusus yang menghasilakn sinyal molekul, yang disebut “elicitor”.

HYPERSENSITIVE REACTION

Ketahanan KIMIA tanaman

Preexisting chemical defense Released into environment: Fungitoxic exudates, phenolic compounds (eg. Red and yellow onion cannot be infected by smudge, whereas white one can be infected because of lacking catechol), coumarins

Inhibitors in plant cells before infection: tannins, catechin, saponins (eg. Tomatine, avenacine), low molecular proteins – phytocystatins, lectins, glucanases and chitinases contained in surface cells

TERIMA KASIH