Studi pada genus Populus memperlihatkan bahwa modul regulasi genetik terdiri dari microRNA 169z (miR169z), faktor transkripsi Nuclear Factor Y subunit A5 (NF‑YA5), dan enzim Glycerol‑3‑phosphate Dehydrogenase sitosolik 1 (GPDHc1) secara kolektif meningkatkan toleransi terhadap kekeringan melalui peningkatan kadar nikotinamida adenin dinukleotida oksidatif/nicotinamide adenine dinucleotide oxidized (NAD+) yang kemudian menghambat produksi Reactive Oxygen Species (ROS). Ketika Populus dihadapkan pada kekeringan progresif, miR169z mengalami penurunan ekspresi, yang mengurangi tekanan pascatranskripsi pada target NF‑YA5 sehingga NF‑YA5 diekspresikan lebih tinggi. Peningkatan NF‑YA5 memicu aktivasi ekspresi GPDHc1, yang meningkatkan produksi NAD+ di dalam sel daun dan akar, meningkatkan kapasitas redoks sel serta menyediakan koenzim yang diperlukan untuk reaksi pengurangan ROS yang dihasilkan oleh stres air.
Respon fisiologis tanaman memperlihatkan bahwa dengan peningkatan NAD+ sebagai hasil dari aktivitas GPDHc1, kandungan ROS seperti superoksida dan hidrogen peroksida dalam jaringan tanaman menurun dibanding garis liar (wild‑type) yang tidak memodifikasi modul tersebut. Kandungan malondialdehida (MDA) sebagai indikator kerusakan membran sel akibat stres oksidatif pun menunjukkan angka lebih rendah pada tanaman eksperimental dengan overekspresi NF‑YA5 dan/atau GPDHc1, begitupun aktivitas enzim antioksidan endogen seperti superoksida dismutase (SOD), katalase (CAT), dan peroksidase (POD) yang menunjukkan peningkatan signifikan. Transpirasi daun dan kehilangan air melalui stomata dikendalikan lebih baik, efisiensi fotosintesis tetap terjaga lebih tinggi, dan kelangsungan hidup tanaman pada penurunan ketersediaan air lebih lama dibanding kontrol.
Analisis transkriptom dan ekspresi gen memperlihatkan bahwa dalam kondisi kekeringan awal miR169z tersenyum (downregulated) sedangkan NF‑YA5 dan GPDHc1 upregulated lebih cepat di daun dibanding akar, mencerminkan bahwa daun sebagai organ pertama yang merasakan defisit air memicu respon genetik yang memanfaatkan modul ini. Transkripsi faktor NF‑YA5 berinteraksi dengan elemen cis dalam promoter GPDHc1 dan gen‑gen lain yang terkait metabolisme NAD+ dan jalur pemulihan redoks, sementara miR169z mengatur post‑transkripsi NF‑YA5 melalui degradasi mRNA atau translasi terhambat. Eksperimen penindasan gen (gene silencing) miR169z menghasilkan peningkatan NF‑YA5 dan GPDHc1 serta perbaikan toleransi terhadap kekeringan; sebaliknya overekspresi miR169z menekan NF‑YA5 dan GPDHc1, mengurangi kadar NAD+ dan menyebabkan akumulasi ROS yang merusak sel.
Penelitian ini juga mengungkap bahwa modul miR169z‑NF‑YA5‑GPDHc1 memiliki efek residual setelah fase kekeringan: meskipun air tersedia kembali, garis yang memiliki tingkat tinggi NF‑YA5 dan GPDHc1 mempertahankan kadar NAD+ dan aktivitas antioksidan lebih tinggi dibanding kontrol, sehingga meminimalkan kerusakan oksidatif pasca‑kekeringan dan mempercepat pemulihan fisiologis.
Secara keseluruhan modul ini memungkinkan Populus menghambat produksi ROS sejak dini, melalui peningkatan NAD+ yang berfungsi sebagai donor elektronnya dalam sistem redoks, menjaga homeostasis oksidatif, dan meningkatkan kelangsungan hidup dalam periode stres kekurangan air. Dengan demikian, pemahaman mendalam mengenai modul miR169z‑NF‑YA5‑GPDHc1 menyajikan potensi aplikatif besar untuk rekayasa tanaman tahan kekeringan. Manipulasi ekspresi miR169z atau aktivitas NF‑YA5 dan GPDHc1 dapat digunakan dalam pemuliaan Populus atau tanaman terkait agar meningkatkan produksi NAD+, memperkuat pertahanan antioksidan, dan menekan akumulasi ROS pada kondisi stres kekeringan. Kajian lanjutan diperlukan untuk mengevaluasi efek modul ini pada skala organ dan tanaman utuh dalam kondisi lapangan untuk memastikan stabilitas dan manfaat pertumbuhan serta produktivitas tanaman di lingkungan yang rentan terhadap defisit air.
Leave a Reply