Guard cell (sel penjaga) dari Arabidopsis thaliana menunjukkan respons transkriptom yang sangat awal terhadap kekeringan progresif bahkan sebelum jaringan daun secara keseluruhan memperlihatkan perubahan ekspresi gen yang signifikan, melalui analisis RNA‑seq spesifik inti sel menggunakan sistem isolation of nuclei tagged in specific cell types (INTACT). Sampai tingkat kekeringan ringan, guard cell mempunyai sejumlah gen deferensial ekspresi (differentially expressed genes) yang aktif meningkat dan menurun, sedangkan pada daun utuh belum terdeteksi variasi serupa pada banyak gen. Dengan meningkatnya derajat stres menjadi sedang dan berat, jumlah gen deferensial di guard cell terus bertambah, tetapi sebagian besar gen yang merespon pada tahap sedang tidak lagi berbeda ekspresinya pada tahap berat dalam guard cell, berbeda dengan daun utuh yang terus memperlihatkan akumulasi gen respons. Setelah re‑watering (pengairan ulang) pasca kekeringan berat, banyak gen deferensial yang kembali ke tingkat ekspresi normal, namun terdapat anggota gen yang “tertinggal” pada tingkat ekspresi stres, terutama yang diekspresikan lebih rendah pada guard cell, menunjukkan adanya memori transkripsi atau efek residual yang dapat dijadikan sasaran modifikasi stomatal response.
Protokol INTACT yang diadaptasi untuk jaringan pucuk daun memperlihatkan bahwa isolasi inti guard cell yang difiksasi dapat mempertahankan kualitas RNA tinggi dan memungkinkan identifikasi ekspresi gen secara temporal yang sangat sensitif terhadap variasi konten air tanah (soil water content) pada beberapa titik waktu. Perbedaan pola temporal menunjukkan bahwa guard cell merespon dengan aktivasi jalur sinyal hormon abscisic acid (ABA) lebih awal, peningkatan ekspresi gen reseptor dan kinases yang terkait dengan ABA, serta gen transkripsi faktor (transcription factor) yang memediasi regulasi gen downstream stomatal closure, seperti gen‑yang sebelumnya kurang diketahui. Deteksi mutan dari sekitar delapan puluh kandidat gen respons awal kekeringan memperlihatkan bahwa sepuluh di antaranya memiliki fenotipe suhu daun lebih rendah daripada tipe liar (wild type) pada kondisi kekeringan sedang, menandakan bahwa modifikasi gen tersebut mempengaruhi stomatal aperture atau transpirasi.
Analisis perbandingan antara transkriptom guard cell dan transkriptom daun total mengungkap elemen regulasi yang unik dan elemen bersama. Guard cell menunjukkan respons spesifik terhadap kekeringan ringan yang tidak muncul di panel daun utuh, misalnya gen‑kinase dan faktor transkripsi yang terkait dengan penginderaan ABA, homeostasis ion, serta pengaturan osmotic stress. Di sisi lain, beberapa gen respons bersama antara guard cell dan daun umum memuat gen stres oksidatif dan proteksi seluler. Pola ini menandakan bahwa guard cell memiliki regulasi tersendiri yang memungkinkan stomata menutup atau mengatur apertur dengan cepat pada kondisi kekeringan awal, sedangkan daun memerlukan stres lebih lanjut agar respons regulatifnya menyeluruh.
Pemanfaatan hasil ini sebagai target untuk memodifikasi stomatal response pada tanaman budidaya berpotensi besar. Gen‑gen respons awal yang unik terhadap guard cell trimasa kekeringan ringan dapat dijadikan sasaran dalam rekayasa genetika atau pemuliaan untuk menghasilkan varietas dengan stomata yang lebih responsif terhadap stres air, sehingga kehilangan air lewat transpirasi dikurangi. Dengan menambah atau menguatkan ekspresi gen reseptor ABA, kinases, atau transcription factor guard cell‑spesifik, stomatal closure dapat dioptimalkan pada tahap kekeringan ringan sebelum kerusakan fisiologis signifikan terjadi. Sebaliknya, pengaturan ekspresi gen yang mempertahankan pembukaan stomata saat keadaan sudah membaik (re‑watering) juga penting agar pemulihan tidak terhambat.
Dengan demikian, studi transcriptom guard cell menggunakan sistem INTACT pada kurun waktu kekeringan progresif mengungkap bahwa respons transkripsi guard cell adalah pendahulu, spesifik, dan adaptif dibandingkan jaringan daun secara umum, dan bahwa sejumlah gen deferensial awal dan residual pasca‑air dapat dijadikan sasaran strategis untuk memodifikasi respons stomata agar toleransi kekeringan pada tanaman ditingkatkan. Pemahaman temporal dan sel‑tipe ini membuka pintu bagi intervensi yang lebih presisi dalam pengelolaan stomatal conductance, efisiensi penggunaan air, dan ketahanan tanaman terhadap defisit air.
Leave a Reply