Slide 1

Respon Tanaman Terhadap PatogenSecara Khusus pada Virus dan Jamur

Kelompok 1Eko PrasetyaYasir Siddiq

From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1113B. Buchanan, W. Gruissem, and R. JonesASPP Publishing, Rockville, MD, 2000

From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1111B. Buchanan, W. Gruissem, and R. JonesASPP Publishing, Rockville, MD, 2000

Respon Tanaman Terhadap JAMURJamur dan virus termasuk pada patogen biotropik dimana hidup ada sel tanaman dan terbatas hanya pada satu spesies tanaman

Pada Non-host Resistent:Meluasnya, terjadi pada awal, efektifPasif - keterikatan / perkecambahanAktif - awal kolonisasi, e. g. aposisi dindingHipersensitivitasTahan lama

Penyebaran Fungi dan Bakteria

Bentuk dan penyebaran fungi pada pertanian

Symptom types -- necrosis

Blumeriella on plumAlternaria solani Bekas Gejala pada kentangSymptom types Layu

Ophiostoma novo-ulmiPanama disease: Fusarium oxysporum f.sp. cubense

Symptom types Mempengaruhi Hormon

Taphrina deformansHypertrophy auxin

Synchytrium endobioticumhttp://www.maff.gov.uk/planth/pestnote/pwd.htmSymptom types Absisi

Hemileia vastatrix

16Symptom types Sterilisasi

Claviceps purpurea ergot Ustilago maydis

FungusAnthracnose

http://www.oznet.ksu.eduhttp://ianrpubs.unl.edu

Watermelon / Cantaloupe Circular, sunken lesions Mulch. Rotate location every 3 years. Clean up debris at end of season.Respon Tanaman Terhadap JamurMengaktifkan gen resisten terhadap Jamur yaitu Sebuah gen yang produknya memungkinkan tanaman untuk mendeteksi patogen dan/atau membuat pertanahan terhadap jamur tersebut.Kecepatan respon sekitar 24 jamTidak selalu untuk ResistenMencakup: Oxidative reactions (production of hydrogen peroxide)Deposition of calloseOpening of ion channelsApoptosisRespon Hipersensitif

From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1087B. Buchanan, W. Gruissem, and R. JonesASPP Publishing, Rockville, MD, 2000

From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1133 B. Buchanan, W. Gruissem, and R. JonesASPP Publishing, Rockville, MD, 2000Penghentian Siklus selMenginduksi promotor gen untuk resistenPhenylpropanoid pathway induced: products include salicylic acid (secondary inducer: induces other pathogenesis-related proteins), lignins (cell wall), and flavonoidsPathogenesis-related (PR) proteinsPeningkatan PhytoalexinsFortifikasi dinding sel dengan lignin, glikoprotein kaya hidroksiprolin (HRGPs), dllLocal responsesSAR membutuhkan 24-48 jam untuk memulai dan dapat bertahan hingga berbulan-bulan, melibatkan aktivasi gen dan sinyal yang ditransmisikan.Gen yang diinduksi:chitinases 1,3- glucanasesother PR proteinsSystemic Response or Systemic Acquired Resistance (SAR)

Mikoriza

Model Pertahanan TumbuhanHambatan fisik berupa kutikula, duri, atau dinding selProduksi bahan kimia konstitutif dan proteinRespon induksiStrategi pertahanan TanamanHanya sebagian kecil dari infeksi patogen menyebabkan penyakitTanaman telah menginvestasikan sejumlah besar gen / energi untuk melawan patogenHarus membedakan teman (misalnya Rhizobium, ramah Mikoriza) dari musuhEkspresi gen penyandi enzim hidrolitik seperti kinase dan beta-1,3 glukanase, protein antifungal dan enzim dalam biosintesis senyawa antimikrobia seperti fitoaleksin (lin et al. 2003)Respon ketahanan oleh adanya gen resisten seperti gen Hm1 yang memberikan ketahanan tanaman jagung terhadap jamur patogen Cochliobolus carbonum (Johal dan Bringgs 1992) Hm1 adalah kelompok gen resisten penyandi enzim detoksifikasi.

Sebagian besar gen resisten menyandi protein yang berperan pada transduksi sinyal dan dibedakan antara satu sama lain berdasarkan struktur proteinnya.Johal GS, Briggs SP. 1992. Reductase activity encoded by the Hm1 disease resistance gene in maize. Science 258: 985-987.

Penelitan yang lebih rinci telah dilakukan pada interaksi tanaman jagung dengan cendawan patogen Cochliobolus carbonum ras 1 yang menghasilkan HCtoksin, penyebab penyakit leaf spot dan ear rot pada jagung. Resistensi tanaman jagung terhadap patogen tersebut ditentukan oleh alel dominan pada lokus Hm1. Gen Hm1 menyandikan suatu karbonil reduktase, yaitu HC-toksin reduktase (HCTR) (Johal dan Briggs 1992)Mekanisme pertahanan terhadap virus pada tanamanPendahuluanVirus merupakan salah satu patogen yang berpengaruh dalam menyerang tanaman pertanian di seluruh dunia.

Penyakit yang ditimbulkan oleh virus menyebabkan kerugian ekonomi karena dapat menurunkan hasil dan kualitasnya.

Perlindungan dari infeksi virus dapat dilakukan dengan kemunculan gen ketahanan dalam plasma nutfah yang ada. Gen-gene ini dapat berupa resesif atau dominan.

Keganasan virus tembakauVirus infectionEpidermal cellsKang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)Mesophyll cellsBundle sheath cellsPhloemParenchymaCompanion cellsPhloemOther host plantsReplicationPlant-to-plantmovementCell-to-cellmovementSystemicmovementTahap-tahap infeksi virusSiklus hidup virus di dalam tumbuhanVirus masuk ke dalam inangMelalui vektor, dengan mekanik dll must be forcedMelalui luka

ReplikasiBanyak step dalam replikasinyaVirus mereplikasi materi genetik dengan mengkode enzimnya sendiri34Perpidahan dari satu sel ke sel lainMelewati plasmodesmata plasmodesmataBerpindah sebagai partikel atau protein atau komplek asam nukleatPerpindahan jarak jauhMelalui ploemsebagai partikel atau protein / komplek asam nukleatBerpindah dari satu tumbuhan ke tumb lainMemerlukan keseluruhan partikel

Siklus hidup virus di dalam tumbuhan35

Typical RNA-containing plant virus replication cycleFrom Shaw, 1996 Ch. 12 in Fundamental Virology (Academic Press)2. RNA telah dimasukkan dan ditranslasi oleh komponen inang3. Replikasi di sitoplasma4b. Partikel virus baru telah dibentuk1. Pertikel virus masuk melalui luka4a. Infeksi RNA TMVMerambah ke sel Terdekat melalui Plasmodesmata dengan Movement Protein36

Plant cells are bound by rigid cell walls and are interconnected by plasmodesmata, which are too small to allow passage ofwhole virus particles.Plasmodesma37

38Resistance Mechanisms to Plant VirusesHipersensitive respon (HR) salah satunya adalah programe cell death (PCD)Respon tanaman terhadap virus melalui R-GeneSoosaar J.M. et al., Nat Rev Micro. (2005)

Systemic acquired resistance (SAR)Peningkatan ekspresi R-Gen dan menghasilkan senyawa antimikrobiaLocal and systemic resistance Hypersensitive responseB) During resistance, several signalling molecules are locally induced.c | Subsequent to the HR, systemic acquired resistance is induced in distal uninfected tissue.The systemic signal is currently unknown, but is thought to be lipid-derived. JA, jasmonic acid;NO, nitric oxide; SA, salicylic acid; ROS, reactive oxygen species.39Resistance Mechanisms Compatible interaction Virulence / Susceptible Incompatible interaction Avirulence / Resistant

Dominant resistanceIncompatible interactions between the host R-gene and pathogen avirulence gene.Hypersensitive response (HR): specific recognition of the virus rapidly induced programmed cell death necrotic local lesion Tobacco mosaic virus/N gene interaction: a classic hypersensitive response (HR) model system.

Recessive resistanceMutation or loss of host components required for a step of the virus life cycle

40Viral ProteinsHost R proteinAvirulence factorRecognized by R proteinHost factorInteraction with Host factorsHost factor(mutated)No interaction with host factorsActive defense signalingSwitching host system for viral infectionBlocking virus infectionKang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)SusceptiveDominantresistantRecessiveresistantResistance MechanismsVirulence factorRecessive resistance mechanism .41Dominant virus resistance genesMaule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007)

RTM1 RTM2 NBS-LRR class42Dominant resistanceThe largest class of R genesNucleotide binding site + leucine-rich repeat (NBS-LRR)

NBS-LRR sub-division can be made on basis of N-terminal domain.Coiled-coil (CC) domain (CC-NBS-LRR)Leucine zipper domain (LZ-NBS-LRR)Drosophila Toll and the mammalian interleukin (IL)-1 receptors (TIR-NBS-LRR)

Domain structure of NBSLRR proteinsBelkhadir Y. et al., Curr. Opin. Plant Biol. (2004)43Recessive resistanceRecessive resistances seem to be more frequent for plant viruses than for other plant pathogens.

Hilangnya host factor yang dibutuhkan dan mutasi akan menghasilkan ketahanan resesif yang diturunkan.

Ketahanan resesif lebih banyak diketahui untuk pertahanan terhadap famili potyvirus dari pada famili lain.

44Virus infectionEpidermal cellsKang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)Mesophyll cellsBundle sheath cellsPhloemParenchymaCompanion cellsPhloemOther host plantsReplicationPlant-to-plantmovementCell-to-cellmovementSystemicmovementStages of viral infection cycleRecessive resistance appear to function at the single cell level or affect to cell-to-cell movement

45Summary of host proteins implicated in plant virus infection cycles.

Whitham S.A. and Wang Y. Curr Opin Plant Biol. (2004)Translation and replicationMovementCounter defense and pathogenicity host factor 46Recessive virus resistance genes

Maule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007)eIF4EeIF(iso)4EeIF4EeIF4EeIF4EeIF(iso)4G table 47replikasi dan penyebaran sistemik Virus tergantung pada faktor-faktor host.

Rusak atau mutasi dari faktor host yang diperlukan untuk siklus virus yang merusak interaksi dapat menghasilkan fenotip tahan.

Dominant resistance 48ReferencesKang, B.C., Yeam I., and Jahn M.M. Genetics of Plant Virus Resistance. Annu. Rev. Phytopathol. 2005, 43: 581-612.

Whitham S.A. and Wang Y. Roles for host factors in plant viral pathogenicity. Curr Opin Plant Biol. 2004 2004, 7: 365-371.

Maule A.J., Caranta C. and Boulton M.I. Sources of natural resistance to plant viruses: status and prospects . Molecular Plant Pathology 2007, 8: 223-231.

Soosaar J.L., Burth-Smith T.M. and Dinesh-Kumar S.P. Mechanisms of plant resistance to viruses. Nat. Rev. Microbiol. 2005, 10: 789-798. TERIMA KASIH

PertanyaanApa perbedaan host protein dan viral protein dan bagaimana regulasinya? (Oleh : Priyambodo)Jawab:Host protein adalah protein yang dihasilkan oleh gen-gen inang yang berfungsi sebagai reseptor protein dari virus. Host protein dapat termodifikasi sehingga tanaman resisten terhadap virusViral protein adalah protein yang dihasilkan oleh gen-gen dari virus yang menginfeksi inang.

2. Bagaimana mekanisme mutasi virus hingga bisa menginfeksi tanaman baru? (Oleh : Miftahul Jannah)Jawab:Dimungkinkan terjadi mutasi pada virus, sehingga gen-gen atau protein yang ada pada virus sesuai dengan protein reseptor yang terdapat pada inang baru.3. Apa perbedaan MP dengan CP? (Oleh : Paulin D. Kasi)Jawab:MP yaitu movement protein yang berfungsi sebagai agen perpindahan virus dari satu sel ke sel lainCP (Coat Protein) yaitu protein struktural dari virus didalam sel inang yang berfungsi membentuk struktur virus baru didalam sel inang.