Patogen tanaman menghindari sistem kekebalan dengan menargetkan mikrobioma — ScienceDaily
Most Popular

Patogen tanaman menghindari sistem kekebalan dengan menargetkan mikrobioma — ScienceDaily

Sebuah tim ahli biologi telah mengidentifikasi bahwa jamur patogen Verticillium dahliae, yang bertanggung jawab atas penyakit layu pada banyak tanaman, mengeluarkan molekul ‘efektor’ untuk menargetkan mikrobioma tanaman untuk meningkatkan infeksi. Penelitian dilakukan oleh tim Alexander von Humboldt Profesor Dr Bart Thomma di University of Cologne (UoC) dalam kerangka Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS) bekerja sama dengan tim Dr Michael Seidl di Theoretical Biology & Grup Bioinformatika Universitas Utrecht di Belanda. Studi ‘Protein antimikroba kuno yang dikooptasi oleh patogen tanaman jamur untuk di perkebunan manipulasi mycobiome’ telah muncul di Prosiding National Academy of Sciences (PNS).

Para ilmuwan semakin menyadari bahwa mikrobioma suatu organisme — totalitas bakteri dan mikroba lain yang hidup di dalamnya dan di atasnya — merupakan komponen penting dari kesehatannya. Bagi manusia dan juga hewan lain, mikroba tertentu yang menghuni usus dan kulit memiliki efek yang menguntungkan. Hal ini juga berlaku untuk tanaman. Selain itu, telah ditetapkan bahwa tanaman dapat ‘mendatangkan’ mikroba yang bermanfaat dari lingkungan mereka, misalnya dari tanah di sekitar akar, untuk membantu mereka menahan penyakit.

Di UoC, bersama dengan Dr Nick Snelders penulis utama studi Dr Thomma berhipotesis bahwa jika tanaman dapat melakukan ini, mungkin beberapa patogen telah ‘belajar’ untuk mengganggu ‘teriakan minta tolong’ ini dan mengganggu mikrobioma tanaman untuk mendorong invasi. Jadi, selain penekanan langsung dari respon imun tanaman inang, patogen ini dapat menekan kekebalan secara tidak langsung dengan mempengaruhi mikrobioma tanaman yang sehat.

Verticillium dahliae adalah patogen terkenal dari banyak tanaman, termasuk tanaman rumah kaca seperti tomat dan selada, tetapi juga pohon zaitun, pohon hias dan bunga, kapas, kentang, dan lain-lain. Studi saat ini menunjukkan bahwa jamur mengeluarkan protein antimikroba VdAMP3 untuk memanipulasi mikrobioma tanaman sebagai efektor.

Umumnya, molekul efektor menargetkan komponen sistem kekebalan inang, yang mengarah ke penekanan kekebalan. Penulis sekarang telah menunjukkan bahwa target ini meluas ke penghuni mikrobioma inang: selama kolonisasi inang, molekul VdAMP3 menekan organisme menguntungkan dalam mikrobioma tanaman, yang menyebabkan gangguan mikrobioma atau ‘disbiosis’, sehingga jamur dapat menyelesaikan hidupnya siklus dan menghasilkan keturunan yang dapat menyebar dan memulai infeksi baru.

‘Dalam hal evolusi, molekul yang disekresikan sudah sangat tua. Homolog juga terjadi pada organisme yang tidak patogen pada tanaman,’ kata Thomma. ‘Sepertinya Vertikillium “menggunakan” molekul untuk “mengeksploitasi” selama proses perkembangan penyakit pada inang. Menariknya, molekul tersebut tidak bertindak seperti antibiotik spektrum luas yang menargetkan mikroba apa pun, tetapi secara khusus melawan jamur “pesaing” yang memiliki kemampuan untuk menghambat Vertikillium.’

Awalnya, para peneliti ingin mengetahui apakah Vertikilium memiliki ‘efektor’ di gudang senjatanya yang memiliki aktivitas antimikroba. Kandidat yang berbeda kemudian diuji kemampuannya dalam menghambat pertumbuhan mikroba uji di laboratorium. VdAMP3 adalah salah satu kandidat potensial ini. Eksperimen lanjutan kemudian menunjukkan bahwa tanpa ‘efektor’, jamur lain — antagonis — dapat berkembang dan menekan pembentukan jamur. Vertikillium struktur reproduksi. VdAMP3 terutama aktif pada tahap selanjutnya dari perkembangan penyakit, ketika: Vertikillium perlu menghasilkan struktur reproduksi baru ini untuk memulai infeksi pada inang baru. Namun, ini bukan molekul pertama yang diidentifikasi para ilmuwan: Setahun yang lalu, mereka menemukan molekul yang tidak melawan jamur pesaing, seperti VdAMP3, tetapi melawan bakteri pesaing.

‘Bersama-sama, temuan ini menunjukkan bahwa patogen menggunakan berbagai molekul pada berbagai tahap proses penyakit untuk memanipulasi mikrobioma sehat dari inang untuk menyebabkan penyakit. Ini menunjukkan bahwa penting untuk melihat melampaui “interaksi biner” antara patogen dan inang jika kita ingin memahami penyakit. Sebaliknya, kita juga harus mempertimbangkan seluruh mikrobioma inang, memandang inang sebagai “holobion” — unit ekologis yang dibentuk oleh inang dan semua organisme yang hidup di dalamnya,’ tambah Thomma.

Dalam jangka panjang, pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme ini akan membantu mengembangkan tanaman yang lebih tangguh dan strategi yang lebih baik untuk perlindungan tanaman. Dalam menghadapi populasi dunia yang terus bertambah, lahan pertanian yang terbatas, dan kebutuhan untuk mengurangi dampak dan polusi lingkungan, salah satu tujuan utama ilmuwan tanaman adalah untuk meningkatkan hasil tanaman lapangan sambil meminimalkan jejak ekologis kita terhadap lingkungan. ‘Mempelajari lebih lanjut tentang molekul-molekul efektor yang membantu jamur patogen menginfeksi tanaman dapat mengarah pada cara-cara baru untuk melindunginya dari mereka,’ kata Snelders.

Dalam studi masa depan, penulis bertujuan untuk menemukan protein efektor lebih lanjut dengan aktivitas antimikroba selektif — dari Vertikillium, tetapi juga dari patogen lain yang memiliki strategi infeksi lain. ‘Mengurai bagaimana molekul-molekul ini bekerja, dan bagaimana mereka dapat menghambat satu mikroba sementara tidak mempengaruhi yang lain adalah penting untuk menemukan mekanisme baru untuk menargetkan mikroba, yang pada akhirnya bahkan dapat mengarah pada pengembangan antibiotik baru,’ Snelders menyimpulkan.

Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS) adalah inisiatif bersama dari Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU), University of Cologne (UoC), the Max Planck Institute for Plant Breeding Research Cologne (MPIPZ), dan Forschungszentrum Jülich (FZJ) . Di CEPLAS, para ilmuwan sedang mengembangkan strategi inovatif untuk produksi tanaman yang berkelanjutan. Dengan dana besar dari yayasan Alexander von Humboldt melalui jabatan profesor Alexander von Humboldt, kelompok kerja Thomma yang baru-baru ini dipindahkan dari Universitas Wageningen di Belanda ke UoC berfokus pada identifikasi mekanisme yang mendasari patogenisitas jamur pada tanaman inang.

Grup Theoretical Biology & Bioinformatics dari Utrecht University, Belanda, menggunakan biologi komputasi, bioinformatika, pemodelan, dan data besar untuk menjawab pertanyaan mendasar dan terapan dalam ilmu kehidupan. Kelompok Fungal Evolutionary Genomics dari Dr Seidl berfokus pada evolusi genom dan berfungsi untuk memahami bagaimana jamur berevolusi dan beradaptasi dengan lingkungan baru atau yang berubah, baik pada rentang waktu evolusi pendek maupun panjang.

Posted By : togel hongkonģ