Dinamika Populasi Patogen Oleh : Irda Safni

pendahuluan Populasi adalah: Sekelompok individu dari spesies yang sama, yang dijumpai pada habitat yang sama, pada waktu yang sama.

Ciri-ciri populasi Ukuran (individu tersebut) Populasi bersifat dinamis – berubah karena respon terhadap lingkungan Ukuran (individu tersebut) Kerapatan (individu pada ruang tertentu) Penyebaran (pola spasial/ruang individu) Distribusi berdasarkan umur

Dinamika Populasi adalah: Ilmu yang mempelajari bagaimana ukuran dan struktur populasi terhadap respon yang terjadi terhadap organisme tersebut.

Pengukuran Populasi Sebelum mempelajari perubahan populasi, yang paling utama dipelajari adalah individu yang akan dihitung. Populasi terdiri dari berbagai individu dari beberapa tahap siklus hidupnya.

Contoh. Jamur Blumeria graminis (penyakit Embun Tepung pada tanaman sorghum)

Tiga komponen populasi B. graminis, yaitu: Spora, yang berperan penting pada proses infeksi. Miselium. Terdapat populasi yang secara fisiologi miseliumnya tumbuh pada permukaan daun. Beberapa miselium terlalu muda untuk membentuk spora (sporulasi), ada juga yang sudah membentuk spora Cleistothecia (badan buah Ascocarp yang berbentuk bulat dan tertutup pada jamur Ascomycetes)

Namun, terdapat berbagai kesulitan dalam pengukuran populasi. Sama seperti pembagian kategori populasi yang berdasarkan genotipe, atau virulensi, atau infeksi, estimasi pengukuran populasi juga dapat diagi berdasarkan kategori diatas. Namun, terdapat berbagai kesulitan dalam pengukuran populasi.

Contoh: Infeksi becak daun yang disebabkan Phaeosphaeria nodorum (penyebab penyakit glume blotch pada tanaman gandum) atau Mycosphaerella graminicola (penyebab penyakit septoria trictici blotch/STB pada tanaman gandum) Perkembangan kerusakan daun yang terlihat secara visual tidak berhubungan secara langsung dengan gejala infeksi fisiologis yang terjadi  miselium yang tidak bersporulasi tersembunyi di dalam daun. Secara praktek, estimasi kerapatan spora dapat digunakan dengan cara pencucian daun untuk menghilangkan spora yang dilepaskan atau tersedia untuk dilepaskan tetapi belum terikat dengan permukaan daun, terbukti efektif digunakan (Shaw & Royle, 1993).

Pengukuran populasi secara tidak langsung dapat dilakukan dengan menghubungkan tingkat keparahan penyakit atau uji biokimia atau uji berdasarkan DNA. Pembagian kategori penyakit atau tidak sangat penting untuk mengukur kerapatan populasi yang benar. Ukuran unit penyakit sangat ditentukan oleh skala waktu dan tujuan pengukuran. Ilmu yang mempelajari dinamika populasi patogen sangat jarang didapat dari isolasi dinamika populsi inangnya, karena kebanyakan patogen mempengaruhi pertumbuhan dan reproduksi inangnya.

Skala waktu Skala waktu alami untuk perubahan populasi patogen diatur oleh generasi waktu patogen. Bagi patogen yang memiliki siklus hidup yang kompleks, ada lebih dari skala waktu yang alami. Contoh. Jamur karat heterocyclic (Puccinia graminis) Generasi waktu sering berhubungan dengan periode dorman dari suatu jamur patogen.

Beberapa patogen memiliki skala waktu yang pendek (short-term). Contoh. Jamur Phytophthora infestans (beberapa minggu).

Beberapa patogen memiliki skala waktu yang lama (long-term). Contoh. Jamur Sclerotinia sclerotium (menghasilkan individu tahunan)

Beresford & Royle (1988) membuat istilah Pathocron, yaitu rasio periode laten (dorman) terhadap interval munculnya daun (phyllocron) Pada patogen yang menghasilkan individu tahunan (annually reproducing pathogen), penting menimbang angka relatif (relative rates) perubahan populasi patogen dan inang.

Tanaman kentang berhenti menghasilkan daun baru beberapa bulan sebelum masa panen; sebaliknya siklus hidup P. Infestans dapat selesai dalam waktu minggu. Bagaimana epidemi penyakit hawar daun kentang berkembang pada sisa waktu tanaman ? Bagaimana setelah masa panen, populasi patogen di dalam umbi dapat berubah selama bukan musim tanam ?

Perubahan populasi Demografi adalah: Ilmu tentang statistika populasi, yang membuat prediksi bagaimana populasi akan berubah

Tiga Faktor kunci populasi: Ukuran (size) Kepadatan (density) Penyebaran (dispersion)

Ukuran (size) Ukuran : jumlah individu dalam suatu daerah Perubahan ukuran populasi berasal dari: Kelahiran Kematian Imigrasi / emigrasi Perubahan pada struktur pada tahap siklus hidup suatu populasi dapat muncul pada cara yang sama. Imigrasi/emigrasi biasanya hanya terjadi pada tahap hidup tertentu. Suatu individu dapat berkembang dari satu tahap pada siklus hidup ke tahap berikutnya.

Growth Rate: Birth Rate (natality) - Death Rate (mortality) Berapa jumlah individu yang lahir VS berapa jumlah yang mati Birth rate (b) − death rate (d) = rate of natural increase (r).

Rumus: Dp= N Kepadatan (density) Kepadatan: pengukuran populasi per unit daerah/volume Rumus: Dp= N Pop. Density = # of individuals ÷ unit of space S

Faktor yang mempengaruhi kepadatan adalah: Imigrasi Emigrasi Faktor kepadatan dependen (density-dependent factors) Faktor kepadatan independen (density-independent factors)

1. Imigrasi- perpindahan individu ke dalam suatu populasi 2. Emigrasi- perpindahan individua keluar dari suatu populasi

3. Faktor kepadatan dependen (Density-dependent factors)- faktor biotik pada lingkungan yang meningkat sejalan dengan peningkatan ukuran populasi   Contoh. - penyakit - kompetisi - parasit

Kebanyakan penelitian menunjukkan hubungan positif antara kepadatan ddengan kejadian penyakit Jarak yang lebih pendek dapat diliput Berpotensi membatasi sumber penyakit Tetapi ada beberapa contoh yang menunjukkan pola yang berbeda, khususnya penyakit yang menjadi vektor, dan penyakit yang membutuhkan inang pengganti.

4. Faktor kepadatan independen (Density-independent factors)- Faktor abiotik yang memepengaruhi petumbuhan populasi patogen menghiraukan kepadatannya   Contoh. - suhu - curah hujan perkembangan perubahan kerentanan tanaman inang

Penyebaran (dispersion) Penyebaran: menjelaskan jarak antara satu individu patogen dengan individu patogen lainnya clumped even or uniform random

clumped even (uniform) random

Infectious diseases spread not randomly but around initial infections

Struktur populasi patogen Patogen tumbuhan (jamur, bakteri virus) adalah kelompok organisme yang sangat heterogen yang memiliki sejarah hidup yang sama beragamnya, termasuk cara memarasit, cara menyebar, cara berkembang biak dan cara bertahan hidup.

Interaksi antara patogen dan inangnya memiliki komponen lingkungan yang paling penting. Fluktuasi lingkungan dari tahun ke tahun merefleksikan variasi musiman dan tahunan pada kondisi yang sesuai untuk pertumbuhan dan reproduksi patogen.

Keragaman pada kondisi fisikdapat menyebabkan fluktuasi yang ektrim /chaos pada ukuran populasi. Perubahan lintang (latitude) & ketinggian tempat (altitude) berpengaruh terhadap pola epidemi dan genetika patogen.

Keragaman Patogen Pengetahuan tentang keragaman patogen penting dipejari untuk mengetahui interaksi antara patogen dan inangnya.

Patogen dapat dibagi 3 kategori, yaitu: Castrators (patogen yang mengurangi kesuburan bunga atau seluruh tanaman; cth. Jamur ergot (Claviceps purpurea, jamur smut (Basidiomycota)

2. Killers (patogen penyebab kematian kecambah/damping-off atau penyakit layu yang berkembang cepat (Phytium sp, Rhizoctonia sp, layu Fusarium) 3. Debilitators (patogen yang menyebabkan luka yang khas yang memiliki pengaruh kecil terhadap kesehatan tanaman

3. Debilitators (patogen yang menyebabkan luka yang khas yang memiliki pengaruh kecil terhadap kesehatan tanaman (patogen bulai/mildew) atau patogen virus yang menyebabkan infeksi kronis pada bagian tertentu atau seluruh tanaman.

Metapopulasi Konsep metapopulasi mempelajari kenyataan distribusi spesies patogen yang tidak seimbang di atas tanah. Awalnya konsep metapopulasi dikembangkan untuk tanaman dan binatang, tetapi teori ini sangat cocok diterapkan untuk patogen tumbuhan.

Setiap populasi lokal di dalam metapopulasi memiliki harapan hidup yang terbatas, sehingga jika populasi yang telah ada hilang  patogen baru akan muncul.

Gambar Metapopulation models . Lines indicate migration; dashed lines outline indicate high migration; hollow circles indicate unoccupied patches.

Pola pada Populasi Patogen Fluktuasi Angka pada Jumlah Patogen Semua populasi mengikuti siklus demografi yang sama  bertambah atau berkurang sesuai kondisi lingkungan.

Ada 4 siklus demografi patogen, yaitu: Re-establishment phase Endemic phase Epidemic phase Crash phase

Contoh: Patogen yang banyak menghasilkan propagul (patogen penyebab karat atau embun tepung – Debilitator type)  dapat berubah dari yang tidak terlihat menjadi epidemi dan berkurang jumlahnya pada 1 musim tanam berikutnya.

Kebalikannya: Smut pathogen (e.g. Ustilago maydis) – Killer type  menunjukkan perubahan populasi patogen yang kecil pada periode yang sama Wilt pathogens atau root rot pathogens membutuhkan waktu berabad-abab sebelum populasi inangnya pulih kembali setelah suatu epidemi yang menyokong serangan penyakit (disease outbreak) berikutnya.

Marker genetika untuk mempelajari populasi patogen Marker Morfologi  bagi patogen yang dapat ditumbuhkan pada media buatan Marker Selektif (isozyme, RFLPs, RAPDs, Fingerprints, Double-stranded RNAs)

DNA fingerprinting technique

Double-stranded RNAs Technique