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 ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000

From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1111 B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000

Respon Tanaman Terhadap JAMUR

Jamur dan virus termasuk pada patogen biotropik dimana hidup ada sel tanaman dan terbatas hanya pada satu spesies tanaman Pada Non-host Resistent: Meluasnya, terjadi pada awal, efektif Pasif - keterikatan / perkecambahan Aktif - awal kolonisasi, e. g. aposisi dinding Hipersensitivitas Tahan lama

Penyebaran Fungi dan Bakteria

Bentuk dan penyebaran fungi pada pertanian

Symptom types -- necrosis Blumeriella on plum Alternaria solani – Bekas Gejala pada kentang

Symptom types – Layu Panama disease: Fusarium oxysporum f.sp. cubense Ophiostoma novo-ulmi Panama disease: Fusarium oxysporum f.sp. cubense

Symptom types – Mempengaruhi Hormon Hypertrophy auxin Taphrina deformans Synchytrium endobioticum http://www.maff.gov.uk/planth/pestnote/pwd.htm

Symptom types – Absisi Hemileia vastatrix

Symptom types – Sterilisasi Ustilago maydis Claviceps purpurea – ergot

Fungus Anthracnose Watermelon / Cantaloupe Circular, sunken lesions http://www.oznet.ksu.edu Anthracnose Watermelon / Cantaloupe Circular, sunken lesions Mulch. Rotate location every 3 years. Clean up debris at end of season. http://ianrpubs.unl.edu

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.

Respon Hipersensitif 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

Local responses 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

Systemic Response or Systemic Acquired Resistance (SAR) 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

Mikoriza

Model Pertahanan Tumbuhan Hambatan fisik berupa kutikula, duri, atau dinding sel Produksi bahan kimia konstitutif dan protein Respon induksi

Strategi pertahanan Tanaman Hanya sebagian kecil dari infeksi patogen menyebabkan penyakit Tanaman telah menginvestasikan sejumlah besar gen / energi untuk melawan patogen Harus membedakan teman (misalnya Rhizobium, ramah Mikoriza) dari musuh

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) (Johal dan Briggs 1992)

Mekanisme pertahanan terhadap virus pada tanaman

Pendahuluan 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. Keganasan virus tembakau

Tahap-tahap infeksi virus Virus infection Epidermal cells Replication Cell-to-cell movement Other host plants Mesophyll cells Systemic movement Phloem Bundle sheath cells Plant-to-plant movement Phloem Parenchyma Companion cells Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)

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 enzimnya sendiri

Siklus hidup virus di dalam tumbuhan 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 2. RNA telah dimasukkan dan ditranslasi oleh komponen inang 1. Pertikel virus masuk melalui luka 3. Replikasi di sitoplasma 4a. Infeksi RNA TMV Merambah ke sel Terdekat melalui Plasmodesmata dengan Movement Protein 4b. Partikel virus baru telah dibentuk From Shaw, 1996 Ch. 12 in Fundamental Virology (Academic Press)

Plant cells are bound by rigid cell walls and are interconnected by plasmodesmata, which are too small to allow passage of whole virus particles. Plasmodesma

Resistance Mechanisms to Plant Viruses Respon tanaman terhadap virus melalui R-Gene Hipersensitive respon (HR) salah satunya adalah programe cell death (PCD) Local and systemic resistance Systemic acquired resistance (SAR) Peningkatan ekspresi R-Gen dan menghasilkan senyawa antimikrobia B) During resistance, several signalling molecules are locally induced. c | Subsequent to the HR, systemic acquired resistance is induced in distal uninfected tissue. The systemic signal is currently unknown, but is thought to be lipid-derived. JA, jasmonic acid; NO, nitric oxide; SA, salicylic acid; ROS, reactive oxygen species. Hypersensitive response Soosaar J.M. et al., Nat Rev Micro. (2005)

Resistance Mechanisms Compatible interaction ▶ Virulence / Susceptible Incompatible interaction ▶ Avirulence / Resistant Resistance Mechanisms 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

Resistance Mechanisms Viral Proteins Virulence factor Switching host system for viral infection Susceptive Interaction with Host factors Host factor Avirulence factor Dominant resistant Active defense signaling Recessive resistance mechanism이 항상 이러하지는 않는다. Host R protein Recognized by R protein Recessive resistant Blocking virus infection Host factor (mutated) No interaction with host factors Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)

Dominant virus resistance genes RTM1과 RTM2를 제외하고 모두 NBS-LRR class Maule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007)

Dominant resistance 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 Belkhadir Y. et al., Curr. Opin. Plant Biol. (2004)

Recessive resistance 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.

Stages of viral infection cycle Virus infection Epidermal cells Replication Cell-to-cell movement Other host plants Mesophyll cells Systemic movement Recessive resistance appear to function at the single cell level or affect to cell-to-cell movement Phloem Bundle sheath cells Plant-to-plant movement Phloem Parenchyma Companion cells Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)

Summary of host proteins implicated in plant virus infection cycles. Translation and replication Movement 특정한 host factor가 바이러스 병원성과의 관련성 Counter defense and pathogenicity Whitham S.A. and Wang Y. Curr Opin Plant Biol. (2004)

Recessive virus resistance genes eIF4E eIF(iso)4E eIF(iso)4G 유전자 포함하여 table 새로만들기 Maule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007)

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. Dominant resistance 내용 첨가

References 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.

TERIMA KASIH

Pertanyaan 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 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.