Pencemaran logam berat dalam tanah telah menjadi perhatian global yang serius karena dampaknya terhadap ekosistem dan produktivitas tanaman. Kadmium (Cd2+) merupakan salah satu logam berat yang sangat toksik bagi organisme, meskipun hanya dalam konsentrasi rendah. Akumulasi Cd2+ dalam tanah, terutama akibat aktivitas industri, telah menyebabkan penyerapan logam ini oleh tanaman, menghambat pertumbuhan, dan mengganggu proses fisiologisnya. Beberapa spesies tanaman hiperakumulator seperti Sedum alfredii dan Solanum nigrum telah diteliti karena kemampuannya menyerap Cd2+, tetapi keterbatasan biomassa dan efisiensi transfer logam dari akar ke bagian atas tanaman menjadi kendala dalam aplikasi fitoremediasi.
Tanaman kapas (Gossypium hirsutum) sebagai tanaman komersial utama, memiliki kemampuan menyerap Cd2+ dalam jumlah tinggi dengan dampak minimal pada pertumbuhan fisiologisnya. Hal ini menjadikan kapas sebagai kandidat potensial dalam remediasi tanah yang terkontaminasi Cd2+. Cysteine, sebagai prekursor glutathione (GSH), memainkan peran penting dalam detoksifikasi logam berat melalui pembentukan fitokelatin dan senyawa antioksidan lainnya. Oleh karena itu, pemahaman lebih lanjut mengenai regulasi gen yang terlibat dalam sintesis cysteine menjadi sangat penting.
Dalam penelitian ini, dilakukan analisis bioinformatika terhadap keluarga gen serine acetyltransferase (SAT), yang merupakan enzim kunci dalam sintesis cysteine. Gen GhSERAT1;1 dan GhSERAT1;2 diidentifikasi sebagai kandidat utama yang berperan dalam merespons stres Cd2+. Untuk mengkaji perannya, dilakukan metode gene silencing menggunakan virus-induced gene silencing (VIGS). Tanaman kapas dengan gen GhSERAT1;1 dan GhSERAT1;2 yang disilensikan dibandingkan dengan tanaman kontrol dalam hal kadar cysteine, GSH, kandungan malondialdehyde (MDA), serta respon fisiologis dan morfologis terhadap Cd2+.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanaman dengan GhSERAT1;1 dan GhSERAT1;2 yang disilensikan mengalami penurunan signifikan dalam kadar cysteine dan GSH, sementara kandungan MDA meningkat drastis. MDA merupakan indikator stres oksidatif yang meningkat akibat akumulasi spesies oksigen reaktif (ROS). Penurunan kadar GSH mengakibatkan penurunan kemampuan detoksifikasi Cd2+, yang ditunjukkan dengan peningkatan kerusakan seluler pada jaringan daun.
Selain itu, tanaman dengan gen GhSERAT1 yang disilensikan menunjukkan pertumbuhan yang lebih buruk dibandingkan dengan tanaman kontrol. Gejala yang diamati meliputi penguningan daun, penurunan biomassa, serta peningkatan kerusakan pada kloroplas dan struktur daun. Analisis menggunakan mikroskop elektron menunjukkan bahwa tanaman dengan gen GhSERAT1 yang disilensikan mengalami deformasi kloroplas yang signifikan, termasuk disintegrasi membran dan hilangnya struktur tilakoid. Kerusakan ini mengakibatkan penurunan kadar klorofil dan menurunkan efisiensi fotosintesis.
Studi lebih lanjut dengan transformasi GhSERAT1;1 ke dalam ragi (Saccharomyces cerevisiae) menunjukkan peningkatan ketahanan terhadap Cd2+, yang mengindikasikan bahwa ekspresi gen ini berperan dalam mekanisme perlindungan seluler terhadap stres Cd2+. Dengan demikian, GhSERAT1;1 dan GhSERAT1;2 berkontribusi terhadap ketahanan tanaman kapas terhadap Cd2+ melalui regulasi sintesis cysteine dan perlindungan struktur kloroplas.
Penelitian ini mengungkapkan bahwa GhSERAT1;1 dan GhSERAT1;2 memainkan peran penting dalam meningkatkan ketahanan kapas terhadap stres Cd2+. Penurunan ekspresi gen ini menyebabkan meningkatnya stres oksidatif, penurunan kadar cysteine dan GSH, serta kerusakan parah pada kloroplas dan struktur daun. Sebaliknya, ekspresi GhSERAT1 dalam ragi menunjukkan peningkatan toleransi terhadap Cd2+, yang menegaskan perannya dalam mekanisme perlindungan tanaman terhadap toksisitas logam berat. Temuan ini memberikan wawasan baru dalam strategi pemuliaan kapas untuk meningkatkan ketahanan terhadap pencemaran logam berat, serta membuka peluang untuk pengembangan varietas kapas yang lebih toleran terhadap lingkungan yang terkontaminasi Cd2+.
Sumber:
Leave a Reply