CRISPR–Cas13d, Terobosan Baru dalam Bioteknologi Tanaman

CRISPR–Cas13d merupakan bagian dari sistem CRISPR kelas 2, dengan tipe lokus VI-D, yang menargetkan editing RNA, berbeda dengan Cas9 yang mentargetkan editing DNA. Sistem ini kini menjadi perhatian karena memberikan pendekatan baru dalam teknik genom editing pada tanaman, khususnya dalam manipulasi pascatranskripsi dengan tanpa mengubah genom tanaman secara permanen. Sistem ini pertama kali teridentifikasi dari bakteri anaerob seperti Ruminococcus dan Eubacterium. Keunggulan dari Cas13d karena ukuran enzimnya yang kecil (~930 asam amino) dan efisiensinya dalam memotong RNA target secara lebih spesifik.

Struktur dan Mekanisme Cas13d

Cas13d memiliki struktur bilobed dengan domain utama: Recognition (REC) dan Nuclease (NUC). Domain NUC memuat dua domain HEPN (Higher Eukaryotes and Prokaryotes Nucleotide-binding), yang berperan sebagai pusat katalitik pemotongan RNA. Cas13d bekerja dengan crRNA yang memandu ke RNA target, membentuk kompleks ternary (Cas13d-crRNA-ssRNA) untuk pemotongan yang spesifik. Keunikan Cas13d adalah kemampuannya memproses pre-crRNA tanpa memerlukan protospacer flanking sequence (PFS), sehingga fleksibel menarget RNA jenis apa pun.

Aplikasi CRISPR–Cas13d dalam Bioteknologi Tanaman

1. Resistensi terhadap Virus Tanaman

Cas13d telah digunakan untuk mengembangkan tanaman yang tahan terhadap berbagai virus RNA seperti potato virus Y (PVY), tobacco mosaic virus (TMV), dan rice stripe mosaic virus (RSMV). Studi menunjukkan Cas13d (CasRx) lebih efektif daripada Cas13a/b dalam menghambat replikasi virus di tanaman model seperti Nicotiana benthamiana. Cas13d mampu menarget virus tanpa aktivitas kolateral yang tidak diinginkan.

2. Pengendalian Hama

Cas13d juga diuji untuk mengganggu ekspresi gen esensial pada hama, contohnya pada planthopper mata putih (Sogatella furcifera). Sistem Cas13d-SPc (nanopartikel) berhasil menurunkan ekspresi gen SfTO, menyebabkan perubahan fenotip mata Sogatella furcifera menjadi merah sebagai indikator keberhasilan knockdown gen target.

3. Diagnostik Virus Secara Cepat

Cas13d dikombinasikan dengan teknologi tRNA-processing system (PTG) dapat digunakan untuk mendeteksi RNA virus tanpa amplifikasi, memungkinkan deteksi virus di tanaman dalam waktu <30 menit, berpotensi mendukung pengendalian penyakit di lapangan.

4. Regulasi Multi-gen

Cas13d memungkinkan knockdown simultan beberapa target RNA (misalnya miRNA, lncRNA, circRNA) dengan satu crRNA array, membuka peluang riset regulasi gen dan jalur metabolisme dalam tanaman.

Kelebihan dan Tantangan

Kelebihan:

1. Ukuran kecil, mudah diintegrasikan ke dalam vektor ekspresi.
2. Tidak memerlukan PFS → target RNA lebih fleksibel.
3. Aktivitas tinggi, risiko off-target minimal dalam tanaman.
4. Dapat diprogram untuk multi-target RNA editing.

Tantangan:

1. Masih terbatasnya data preferensi guide RNA pada tanaman.
2. Desain guide RNA untuk aplikasi high-throughput perlu dioptimalkan.
3. Efektivitas Cas13d dalam berbagai spesies tanaman memerlukan validasi lebih lanjut.

Prospek Masa Depan

Dengan kemajuan riset, Cas13d diharapkan menjadi alat utama untuk: Perbaikan ketahanan tanaman terhadap patogen.Studi fungsi gen dalam skala transkriptom. Pengembangan varietas tanaman baru melalui regulasi ekspresi RNA spesifik. Diagnostik cepat untuk pemantauan kesehatan tanaman.

Upaya lebih lanjut dalam optimasi desain guide RNA dan integrasi dengan teknologi delivery (seperti nanomaterial) akan memperluas aplikasi Cas13d dalam bioteknologi tanaman modern.

Referensi:

Sarkar, J., Jyoti, T.P., Sahana, S. et al. CRISPR–Cas13d in plant biology: an insight. Plant Biotechnol Rep 18, 301–311 (2024). https://doi.org/10.1007/s11816-024-00893-6

Artikel Selengkapnya...

Proses Perubahan Warna Pada Daun

   

    Daun merupakan salah satu organ penting yang berperan dalam proses fotosintesis. Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung manakala tidak adanya zat hijau daun dalam proses perombakan CO₂ dan H₂O menjadi asimilat.

   Warna hijau pada daun ini berasal dari pigment warna daun yang disebut chlorophyll. Namun, di daerah beriklim sedang, daun beberapa jenis tanaman kerap berubah warna pada musim gugur. Pada beberapa jenis tanaman hias misalnya, warna hijau daun berubah menjadi kuning sedang pada jenis tanaman lainnya daun tanaman berubah warna menjadi orange atau merah.

   Detection of Somaclonal Variation in Jatropha curcas Linn. Plantlets Regenerated from Somatic Embryo using ISSR Markers

Umumnya sejumlah tanaman yang daunnya berubah warna ini juga akan diikuti dengan kerontokkan daun di musim gugur. Tanaman jenis ini sering disebut dengan tanaman deciduous. Pada tanaman lainnya -semisal pohon pinus- daun tanaman tidak berubah warna dan tidak menggugurkan daunnya pada musim gugur. Tanaman jenis ini disebut dengan tanaman evergreens.

   Di Dalam sel tumbuhan terdapat bintik-bintik pigment pembawa zat warna yang disebut dengan chromatophore. Selain mengandung chlorophyll, sel daun juga terdiri dari beberapa jenis pigment lainnya. Pigmen ini umumnya menyebabkan perubahan warna daun tanaman pada musim gugur. Sejumlah pigmen penyusun warna daun diantaranya xanthophylls (memberi pigmen warna kuning), carotenes (penyusun pigmen warna kuning orange), serta anthocyanins (penyusun warna merah dan violet). Selain  itu, daun juga mengandung tannins yang memberikan warna kuning keemasan.

   Seperti halnya chlorophyll, xanthophylls, carotenes dan juga anthocyanins tidaklah tersusun dari butiran halus yang ada di permukaan daun melainkan terlarut dalam cairan sel daun. Pada beberapa tanaman, -seperti coleus (tanaman yang daunnya berwarna-warni) dan kubis merah- anthocyanins selalu muncul memberikan warna merah ke unguan. Sedang untuk beberapa tanaman lainnya, anthocyanins tidak selalu terbentuk dan melewati siklus hidup daun tetapi anthocyanins hanya dihasilkan pada kondisi tertentu. Pada daun pohon oak dan maple misalnya, gula terakumulasi pada musim gugur. Akumulasi ini diyakini sebagai hasil dari pembentukan anthocyanins dan produksi warna cerah pada daun.

Pengaruh Modifikasi KH2PO4, NH4NO3 dan Sukrosa terhadap Pertumbuhan Tunas serta Pembentukan Umbi Mikro Taka (Tacca leontopetaloides) secara In vitro

Bagaimana Perubahan Warna Daun Bisa Terjadi?

Pengaruh Cuaca

Di daerah beriklim sedang, kondisi udara yang hangat (15-20 C) di siang hari saat musim gugur sangat mendukung bagi tanaman untuk melakukan aktifitas fotosintesis secara optimal. Timbunan gula asimilat yang dihasilkan pada siang hari tidak semuanya dapat ditransport ke jaringan tanaman pada malam harinya karena dinginnya cuaca di malam hari menyebabkan jaringan floem (jaringan pendukung transportasi asimilat) menutup secara perlahan sehingga timbunan gula di dalam jaringan daun meningkat sehingga memacu pula pembentukan anthocyanins.

Lama Panjang penyinaran

Setiap hari tanaman menggunakan klorofil dalam proses fotosintesis secara berkesinambungan dengan memanfaatkan energy matahari. Klorofil ini diproduksi dan diuraikan secara terus menerus dalam proses teresebut. Ketika panjang hari penyinaran menyusut dan malam hari bertambah panjang di musim gugur, produksi klorofil melambat sebagai konsekuensi dari menyusutnya reaksi terang dalam proses fotosintesis tersebut. Dengan berkurangnya produksi klorofil ini sejumlah pigment daun lainnya seperti xanthophylls, carotenes dan juga anthocyanins mulai terbentuk sehingga merubah warna daun yang sebelumnya berwarna hijau menjadi berwarna-warni.

Somatic Embryo Germination of Jatropha curcas L in Presence of Sucrose and Poly Ethylene Glycol (PEG)

Artikel Selengkapnya...