Menarik, Rupanya Seperti Ini Tanaman Membuat Jalur Pengangkutan Gula

Wawan Setiawan - Sabtu, 22 Januari 2022 | 11:00 WIB

Shutterstock

Studi baru ini untuk aplikasi masa depan di bidang pertanian, kehutanan, dan bioteknologi karena dapat mengungkapkan cara mengangkut energi gula ini dengan lebih baik ke tempat yang dibutuhkan.

Nationalgeographic.co.id—Sebuah wilayah kecil di ujung akar telah ditemukan bertanggung jawab dalam mengatur pertumbuhan dan perkembangan jaringan kompleks, jaringan vaskular yang mengangkut gula melalui akar tanaman.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Science pada 24 Desember 2021 berjudul Cell-by-cell dissection of phloem development links a maturation gradient to cell specialization, tim ilmuwan internasional menyajikan cetak biru terperinci tentang bagaimana tanaman membangun sel floem, yaitu jaringan yang bertanggung jawab untuk mengangkut dan mengumpulkan gula serta pati di bagian tanaman yang kita panen (biji, buah, dan penyimpanan umbi-umbian) untuk memberi makan sebagian besar manusia di dunia.

Penelitian penting ini mengungkap bagaimana sinyal global dalam meristem akar mengoordinasikan fase pematangan yang berbeda dari jaringan floem.

Floem adalah jaringan vaskular yang sangat khusus yang membentuk jaringan yang saling berhubungan dari untaian terus menerus di seluruh tubuh tumbuhan. Ini mengangkut gula, nutrisi dan berbagai molekul sinyal antara daun, akar, bunga dan buah-buahan.

Akibatnya, floem adalah pusat fungsi tumbuhan. Memahami bagaimana jaringan floem dimulai dan berkembang penting untuk aplikasi masa depan di bidang pertanian, kehutanan, dan bioteknologi karena dapat mengungkapkan cara mengangkut energi gula ini dengan lebih baik ke tempat yang dibutuhkan.

Akar tanaman terus tumbuh sepanjang hidup tanaman. Fenomena ini, yang dikenal sebagai pertumbuhan tak menentu, berarti akar terus memanjang saat mereka menambahkan jaringan baru ke ujung akar, sama halnya seperti membangun jalan raya yang tidak pernah berakhir. Sebuah file terus menerus dari sel-sel floem khusus menjalankan panjang akar (analog dengan jalur di jalan raya) memberikan nutrisi utama, sukrosa, ke bagian-bagian tanaman di mana dibutuhkan untuk pertumbuhan. Untuk memenuhi peran vital ini, jaringan floem harus berkembang dan matang dengan cepat sehingga dapat memasok gula ke jaringan sekitarnya.

Selama 15 tahun terakhir, para peneliti dalam tim Yrjö Helariutta di Universitas Cambridge dan Universitas Helsinki telah mengungkap peran sentral komunikasi sel-ke-sel dan mekanisme umpan balik kompleks yang terlibat dalam pola pembuluh darah. Penelitian baru ini, dilakukan dengan kolaborator di Universitas New York dan Universitas Negeri Carolina Utara, mengungkapkan bagaimana jalur tunggal sel floem ini dibangun secara independen dari sel-sel di sekitarnya.

Science & Pawel Roszak

Skema akar tanaman, menunjukkan subtipe sel yang berbeda dari sel floem, yang mengangkut sukrosa di sekitar tanaman dan akhirnya menghasilkan pati dalam makanan. Jaringan floem lahir dari sel induk menuju bagian bawah ujung akar berbentuk kerucut dan kemudian didorong ke atas saat mereka matang di sepanjang jalur perakitan.

Kelompok Sainsbury/Helsinki membedah setiap langkah dalam konstruksi berkas sel floem (jalur transportasi gula) di pabrik model Arabidopsis thaliana menggunakan RNA-seq sel tunggal dan pencitraan langsung. Pekerjaan mereka menunjukkan bagaimana protein yang mengontrol gradien pematangan luas dari akar berinteraksi dengan mesin genetik yang secara khusus mengontrol perkembangan floem.

Ini adalah salah satu mekanisme yang tampaknya membantu berkas sel floem untuk mempercepat pematangan dengan menggunakan mesinnya sendiri dalam menginterpretasikan isyarat pematangan.

Dr Pawel Roszak, co-penulis pertama studi dan peneliti di Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU), menjelaskan, "Kami telah menunjukkan bagaimana sinyal global dalam meristem akar berinteraksi dengan jenis sel faktor spesifik untuk menentukan fase yang berbeda dari floem, pengembangan pada resolusi seluler. Menggunakan penyortiran sel yang diikuti oleh pengurutan sel tunggal dalam resolusi tinggi dari jaringan pengatur gen yang mendasari mengungkapkan mekanisme "jungkat-jungkit" dari represi genetik timbal balik yang memicu transisi perkembangan yang cepat."

"Gradien pematangan luas yang berinteraksi dengan regulator transkripsi spesifik tipe sel untuk tahap diferensiasi seluler diperlukan untuk pengembangan floem." kata Profesor Yrjö Helariutta.

"Dengan menggabungkan transkriptomik sel tunggal melalui pencitraan langsung, di sini kami telah memetakan peristiwa seluler dari kelahiran sel floem hingga diferensiasi terminalnya menjadi sel elemen saringan floem. Ini memungkinkan kami mengungkap mekanisme genetik yang mengoordinasikan pematangan seluler dan menghubungkan waktunya dari kaskade genetik untuk secara luas menyatakan regulator utama pematangan meristem.Waktu yang tepat dari mekanisme perkembangan sangat penting untuk pengembangan floem yang tepat, dengan mekanisme "gagal aman" yang jelas untuk memastikan transisi." terang Helariutta.

Para peneliti berencana untuk mengeksplorasi lebih lanjut evolusi mekanisme ini dan mencari tahu apakah langkah-langkah ini juga direplikasi di wilayah tanaman lain dan spesies tanaman lainnya.