Upaya Penyembuhan Kanker, Ilmuwan Singkap Rahasia Fotosintesis Tanaman

Nationalgeographic.co.id—Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah dibingungkan oleh sinyal yang dikirimkan tanaman untuk memulai fotosintesis, proses mengubah sinar matahari menjadi gula. Namun, peneliti dari UC Riverside kini telah memecahkan kode sinyal yang sebelumnya tidak jelas itu.

Selama setengah abad ahli botani telah mengetahui bahwa pusat komando sel tumbuhan, nukleus, mengirimkan instruksi ke bagian sel lainnya. Memaksa mereka untuk bergerak maju dengan fotosintesis. Petunjuk ini datang dalam bentuk protein, dan tanpanya, tumbuhan tidak akan menjadi hijau atau tumbuh.

"Tantangan kami adalah bahwa nukleus menyandikan ratusan protein yang mengandung blok bangunan untuk organel yang lebih kecil. Menentukan mana yang merupakan sinyal bagi mereka untuk memicu fotosintesis seperti menemukan jarum di tumpukan jerami," kata profesor botani UCR, Meng Chen.

Proses yang digunakan para ilmuwan di laboratorium Chen untuk menemukan empat protein ini sekarang didokumentasikan dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Nature Communications. Makalah itu diberi judul “Anterograde signaling controls plastid transcription via sigma factors separately from nuclear photosynthesis genes.”

Sebelumnya, tim Chen mendemonstrasikan bahwa protein tertentu dalam inti tumbuhan diaktifkan oleh cahaya, memulai fotosintesis. Keempat protein yang baru diidentifikasi ini adalah bagian dari reaksi tersebut. Ia mengirimkan sinyal yang mengubah organ kecil menjadi kloroplas, yang menghasilkan gula pemicu pertumbuhan.

Chen membandingkan seluruh proses fotosintesis ini dengan sebuah simfoni.

"Konduktor simfoni adalah protein dalam nukleus yang disebut fotoreseptor yang merespons cahaya. Kami menunjukkan dalam makalah ini bahwa fotoreseptor peka cahaya merah dan biru memulai simfoni. Mereka mengaktifkan gen yang menyandikan blok bangunan fotosintesis." jelas Chen.

Situasi unik, dalam hal ini, simfoni dimainkan di dua "ruangan" di dalam sel, baik oleh musisi lokal (inti) maupun musisi jarak jauh. Dengan demikian konduktor (fotoreseptor), yang hanya ada di nukleus, harus mengirim beberapa pesan ke musisi yang terletak jauh dari jarak jauh. Langkah terakhir ini dikendalikan oleh empat protein yang baru ditemukan yang bergerak dari nukleus ke kloroplas.

Pekerjaan ini didanai oleh National Institutes of Health, dengan harapan dapat membantu penyembuhan kanker. Harapan ini didasarkan pada kesamaan antara kloroplas pada sel tumbuhan dan mitokondria pada sel manusia. Kedua organel ini menghasilkan bahan bakar untuk pertumbuhan, dan keduanya menyimpan materi genetik.

Saat ini banyak penelitian yang menjelaskan komunikasi dari organel kembali ke nukleus. Jika ada yang salah dengan organel, mereka akan mengirim sinyal ke "markas besar" nukleus. Jauh lebih sedikit yang diketahui tentang sinyal pengatur aktivitas yang dikirim dari nukleus ke organel.

Baca Juga: Singkap Sejarah Fotosintesis dengan Menghidupkan Kembali Enzim Kuno

 Baca Juga: Harapan untuk Pangan: Fotosintesis Buatan Tanpa Sinar Cahaya Matahari

 Baca Juga: Teknologi Ini Hasilkan Bahan Bakar Ramah Lingkungan dengan Fotosintesis Buatan

"Nukleus dapat mengontrol ekspresi gen mitokondria dan kloroplas dengan cara yang sama," kata Chen. “Jadi, prinsip yang kita pelajari dari jalur komunikasi inti-ke-kloroplas dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana inti mengatur gen mitokondria, dan disfungsi mereka pada kanker.”

Pentingnya memahami bagaimana fotosintesis dikendalikan memiliki aplikasi di luar penelitian penyakit. Permukiman manusia di planet lain kemungkinan akan membutuhkan pertanian dalam ruangan dan menciptakan skema ringan untuk meningkatkan hasil panen di lingkungan itu. Terlebih lagi, perubahan iklim menimbulkan tantangan bagi petani tanaman di planet ini.

"Alasan kita bisa bertahan hidup di planet ini adalah karena organisme seperti tumbuhan bisa melakukan fotosintesis. Tanpa mereka tidak ada hewan, termasuk manusia," kata Chen. "Pemahaman penuh dan kemampuan untuk memanipulasi pertumbuhan tanaman sangatlah penting untuk ketahanan pangan."