REVIEW JURNAL
Applied Genetics And Molecular Biotechnology “The Highly Modified Microcin Peptide Plantazolicin Is Associated With Nematicidal Activity Of Bacillus amyloliquefaciens FZB42”
Zhongzhong Liu & Anto Budiharjo & Pengfei Wang & Hui Shi & Juan Fang & Rainer Borriss & Keqin Zhang & Xiaowei Huang
Direview oleh Sukarman Hadi Jaya Putra 24020113410004
Dosen Pengampu: Dr. rer.nat. Anto Budiharjo, S.Si, M.Si.
PROGRAM MAGISTER BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS DIPONEGORO 2014
ABSTRAK Bacillus amyloliquefaciens FZB42 telah terbukti dapat merangsang petumbuhan tanaman dan dapat menekan pertumbuhan pathogen seperti nematode. Namun, teori yang mendasari efeknya pada nematode baru sebagian kecilnya yang diketahui. Oleh karena itu, dari beberapa literature yang mendukung penelitian ini mendasari tentang keberadaan Bacillus amyloliquefaciens FZB42 yang didapatkan dari transposon TnYLB-1 dan hasil identifikasi strain mutan F5 yang telah dilemahkan kemampuan nematicidalnya. Dari hasil PCR menyatakan bahwa tiga gen kandidat yaitu; RAMB_007470, yhdY, dan prkA yang terganggu oleh transposon pada jalur F5 berpotensi memberikan kontribusi pada penurunan kemampuan nematocidal. Hasil bioassay mutan dari ketiga kandidat menunjjukkkan bahwa penghapusan pada RBAM_007470 mengakibatkan hilangnya kemampuan nematicidal yang sebanding dengan tiga mutan F5. RBAM_007470 juga terlibat dalam aktivitas biosintesis plantazolicin, yang dimodifikasi dengan menggunakan thiazole oxazole plantazolicin microcin. Hasil analisis menggunakan ESI-TOF-MS mengungkapkan bahwa plantazolicin pada bantalan berat molekul 1.354 Da memunculkan sifat liar dari Bacillus amyloliquefaciens FZB42, tapi tidak muncul pada mutan RABM_007470. Selain itu juga didukung oleh analisis bioassay yang mengandung organic plantazolicin yang menunjukkan tidak adanya kemampuan nematicidal. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa gen baru RABM _7470 dan metabolit terkait yang terlibat dalam efek anmtagonis yang diberikan Bacillus amyloliquefaciens FZB42 dapat menurunkan kemampuan nematocidal pada nematode.
a. PENDAHULUAN
Nematode yang menjadi parasite pada tanaman merupakan faktor yang menyebakan kerugian terhadap produktivitas pertanian di seluruh dunia. Namun, metode pembasmian secara tradisional pada nematode tersebut sangat dibutuhkan supaya tidak menimbulkan permasalahan lingkungan. Salah satunya adalah penggunaan biocontrol pada nematode prasit tersebut telah mmberikan dampak yang signifikan dan memberikan hasil yang baik dan menjadi bahan penelitian menarik para peneliti (Duncan 1991;. Schneider et al 2003). Oleh karena itu, beberapa agen biocopntrol telah sukses dikembangkan salah satunya adalah jamur nematofagus dan bakteri (Ahman 2000; Tikhonov et al. 2002; Tianetal. 2007). Beberapa jenis bakteri seperti seperti Pasteuria, Pseudomonas, Bacillus, Actinomycetes, Agrobacterium, Arthrobacter, Alcaligenes, Aureobacterium, Azotobacter, beijeranckii, Chromobacterium, Clavibacter, Clostridium, Comamonas, Corynebacterium, Curtobacterium, Desulfovibrio, Enterobacter, Flavobacterium, Gluconobacter, Hydrogenophaga, Klebsiella, Methylobacterium, Phyllobacterium, Sphingobacterium, Rhizobium, Stenotrophomonas, dan Variovorax, telah mempunyai potensi yang besar dapat mengendalikan infeksi yang diakibatkan nematoda (Tian et al. 2007). Tidak hanya itu, beberapa pathogen pada manusia seperti Burkholderia, Serratia, Enterococcuss, Streptococcus, dan Staphylococcus, juga telah dilaporkan memiliki efek tidak baik terhadap nematoda (O'Quinn et al 2001; Kurz dan Ewbank 2000; Garsin et al. 2001; Qin et al. 2000; Sifri et al. 2002). Penelitian menyatakan bahwa genus bakteri yang berbeda menggunakan metode yang berbeda pula dalam mekanisme patogenesisnya pada nematode. Contohnya adalah pada empat spesies Pasteuria yaitu Pasteuria ramosa, Pasteuria penetrans, Pasteuria thornei, dan Pasteuria nishizawae yang berperan sebagai pemangsa nematode parasite pada akar Meloidogyne spp serta nematoda kista Heterodera dan Globodera (Ebert et al 1996.; Atibalentja et al. 2000). Selama pathogenesis, spora pasteuria yang pertama melekat pada kutikula, selanjutnya yang remaja berkecambah pada cacing yang ada dalam akar tanaman dan memangsa nematode tersebut. Bacillus thuringiensis menghasilkan protein kristal beracun dan enam protein Cry (CRY5, Cry6, Cry12, Cry13, Cry14, dan Cry21) diketahui menjadi racun bagi larva, dan beberapa hidup bebas pada nematode parasit (Bravo et al 1998; Marroquin et al, 2000; Wei et al. 2003; Kotze et al. 2005). Setelah menelan racun oleh target yaitu larva nematoda, kristal larut dalam usus dari nematoda, diikuti dengan terbentuknya pori-pori litik dalam membran sel dari sel epitel usus dan memunculkan aktivasi proteolitik (Crickmore 2005;. Marroquin et al, 2000). Tiga strain dalam tiga genera yang berbeda yaitu Pseudomonas fluorescens CHA0, Laterosporus brevibacillus, dan Bacillus nematocida B16 mempunyai mekanisme patogensis yang sama-sama mengeluarkan virulen protease pada ekstraseluler pada kutikula atau pencernaan saluran, dan tanaman biokontrol nematoda parasit Meloidogyne incognita dan Bursaphelenchus xylophiilus (Niu et al. 2006 2007; Huang et al. 2005). Nematode Pathogen pada manusia juga dapat dilumpuhkan menggunakan bakteri yakni, seperti Burkholderia pseudomallei, Serratia marcescens, Enterococcus faecalis, Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus dapat membunuh nematoda dengan mensekresi endotoksin neuromuskuler, cytolysin, dan dua protease ekstraseluler (O'Quinn et al, 2001;. Kurzand Ewbank 2000; Garsinetal. 2001; Qinetal. 2000; Sifri et al. 2002). Meskipun hasil besar telah dilakukan untuk memahami mekanisme yang mendasari patogenesis bakteri terhadap nematoda, hanya ada beberapa laporan tentang metabolit serta gen yang berhubungan dengan biosintesis mereka yang berkontribusi terhadap virulensi mereka. Bacillus amyloliquefaciens FZB42 adalah bakteri Gram positive dan dibedakan dari model organisme Bacillus subtilis oleh kemampuannya untuk merangsang pertumbuhan tanaman dan memangsa patogen yang ada pada akar tanaman patogen seperti bakteri, jamur, dan bahkan nematoda akar-simpul. Berbagai metabolit sekunder yang dihasilkan oleh Bacillus amyloliquefaciens FZB42 telah disarankan untuk terlibat dalam kemampuan mengesankan untuk mengendalikan pathogen pada tumbuhan dan untuk merangsang pertumbuhan tanaman. Dalam tubuh Bacillus amyloliquefaciens FZB42, terkandung metabolit sekita 340 kb, sesuai dengan 8,5% dari total kapasitas genetik, yang dikhususkan untuk sintesis non-ribosom dari metabolit sekunder termasuk poliketida antibakteri seperti bacillaene, difficidin, dan macrolactin dan lipopeptides seperti surfactin, fengycin, dan bacilomisin D, serta siderophores berupa bacillibactin Chen et al 2007). Namun, meskipun kemampuan yang jelas untuk mengurangi telur nematoda di akar, cacing remaja dalam tanah, dan tanaman galls pada tomat, gen-nematicide tertentu yang terkait serta mekanisme molekuler tetap perlu diketahui pada B. amyloliquefaciens FZB42 (Burkett-Cadena et al. 2008). Oleh karena itu, pada penelitian ini, dengan dukungan beberapa literature dengan menggunakan mutan acak yakni Bacillus amyloliquefaciens FZB42 disiapkan dengan transposon pelaut TnYLB-1 (Le Breton et al. 2006), gen RABM_007470, yang terletak di cluster dari 12 gen yang meliputi 10 kb, adalah terbukti terlibat dalam kemampuan membunuh nematoda. Karena cluster gen ini telah dijelaskan akan bertanggung jawab dalam proses biosintesis, modifikasi, ekspor, dan self-kekebalan plantazolicin, jenis baru dilaporkan athiazole / microcin oxazole-dimodifikas_Tomn (Scholz et al. 2011), peneliti selanjutnya membandingkan metabolit ekstraselular yang dibentuk oleh ΔRABM_007470 mutan dan wild type galur. LC-TOF-MS assay menunjukkan bahwa komponen dengan berat molekul dari 1354 Da [M + H + H2O] + tidak hadir karena gangguan Gen RABM_007470, dan senyawa ini ditampilkan moderat aktivitas nematicidal. Sebagai pengetahuan tambahan, laporan pertama pada produk metabolik dan gen dikodekan dalam B. amyloliquefaciens FZB42 yang berfungsi sebagai faktor patogenik terhadap nematoda. Hal ini menjadi langkah penting dalam memahami mekanisme aktivitas nematicidal dalam biocontrol.
b. METODE PENELITIAN
Adapun mekanisme dalam penelitian ini adalah, antara lain:
