Respon Tanaman Terhadap Patogen
Secara Khusus pada Virus dan Jamur
Kelompok 1
Eko Prasetya
Yasir Siddiq
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1113
B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones
ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1111
B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones
ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000
Respon Tanaman Terhadap
JAMUR
Jamur dan virus termasuk pada patogen
biotropik dimana hidup ada sel tanaman
dan terbatas hanya pada satu spesies
tanaman
Pada Non-host Resistent:
1. Meluasnya, terjadi pada awal, efektif
2. Pasif - keterikatan / perkecambahan
3. Aktif - awal kolonisasi, e. g. aposisi
dinding
4. Hipersensitivitas
5. Tahan lama
Penyebaran Fungi dan Bakteria
Bentuk dan penyebaran fungi pada pertanian
Symptom types -- necrosis
Blumeriella on plum
Alternaria solani –
Bekas Gejala pada kentang
Symptom types – Layu
Ophiostoma novo-ulmi
Panama disease: Fusarium oxysporum f.sp. cubense
Symptom types – Mempengaruhi Hormon
Hypertrophy auxin
Taphrina deformans
Synchytrium endobioticum
http://www.maff.gov.uk/planth/pestnote/pwd.htm
Symptom types – Absisi
Hemileia vastatrix
Symptom types – Sterilisasi
Ustilago maydis
Claviceps purpurea – ergot
Fungus
http://www.oznet.ksu.edu
Anthracnose
http://ianrpubs.unl.edu
Watermelon / Cantaloupe
• Circular, sunken lesions
• Mulch. Rotate location every 3 years.
• Clean up debris at end of season.
Respon Tanaman Terhadap Jamur
Mengaktifkan gen resisten terhadap Jamur
yaitu Sebuah gen yang produknya
memungkinkan
tanaman
untuk
mendeteksi patogen dan/atau membuat
pertanahan terhadap jamur tersebut.
Respon Hipersensitif
Kecepatan respon sekitar 24 jam
 Tidak selalu untuk Resisten
 Mencakup:

◦ Oxidative reactions (production of hydrogen
peroxide)
◦ Deposition of callose
◦ Opening of ion channels
◦ Apoptosis
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants,
page 1087
B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones
ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000
From Biochemistry and Molecular Biology of Plants, page 1133 B. Buchanan, W. Gruissem, and R. Jones
ASPP Publishing, Rockville, MD, 2000
Local responses
Penghentian Siklus sel
 Menginduksi promotor gen untuk resisten

› Phenylpropanoid pathway induced: products include
salicylic acid (secondary inducer: induces other
pathogenesis-related proteins), lignins (cell wall), and
flavonoids
› Pathogenesis-related (PR) proteins
› Peningkatan Phytoalexins

Fortifikasi dinding sel dengan lignin, glikoprotein
kaya hidroksiprolin (HRGPs), dll
Systemic Response or Systemic
Acquired Resistance (SAR)
SAR membutuhkan 24-48 jam untuk memulai
dan dapat bertahan hingga berbulan-bulan,
melibatkan aktivasi gen dan sinyal yang
ditransmisikan.
 Gen yang diinduksi:
chitinases
β 1,3- glucanases
other PR proteins

Mikoriza
Model Pertahanan Tumbuhan
1.
2.
3.
Hambatan fisik berupa kutikula, duri,
atau dinding sel
Produksi bahan kimia konstitutif dan
protein
Respon induksi
Strategi pertahanan Tanaman
Hanya sebagian kecil dari infeksi
patogen menyebabkan penyakit
2. Tanaman telah menginvestasikan
sejumlah besar gen / energi untuk
melawan patogen
3. Harus
membedakan
teman
(misalnya
Rhizobium,
ramah
Mikoriza) dari musuh
1.
Ekspresi 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
tanaman

Virus 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 tembakau
Virus infection
Epidermal
cells
Replication
Other host plants
Cell-to-cell
movement
Mesophyll
cells
Phloem
Systemic
movement
Bundle
sheath cells
Plant-to-plant
movement
Phloem
Parenchyma
Companion cells
Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)
Siklus hidup virus di dalam tumbuhan

Virus masuk ke dalam inang
◦ Melalui vektor, dengan mekanik dll – must be forced
◦ Melalui luka

Replikasi
◦ Banyak step dalam replikasinya
◦ Virus mereplikasi materi genetik dengan mengkode
enzimnya sendiri
Siklus hidup virus di dalam tumbuhan

Perpidahan dari satu sel ke sel lain
◦ Melewati plasmodesmata plasmodesmata
◦ Berpindah sebagai partikel atau protein atau
komplek asam nukleat

Perpindahan jarak jauh
◦ Melalui ploem
◦ sebagai partikel atau protein / komplek asam
nukleat

Berpindah dari satu tumbuhan ke tumb lain
◦ Memerlukan keseluruhan partikel
Typical RNA-containing plant virus replication cycle
1. Pertikel virus
masuk
melalui
luka
2. RNA telah dimasukkan
dan ditranslasi oleh
komponen inang
3. Replikasi
di sitoplasma
4a. Infeksi RNA TMV
Merambah ke sel
Terdekat melalui
Plasmodesmata
dengan Movement
Protein
4b. Partikel virus baru
telah dibentuk
From Shaw, 1996 Ch. 12 in Fundamental Virology (Academic Press)
Plant cells are bound by rigid cell walls and are interconnected
by plasmodesmata, which are too small to allow passage of
whole virus particles.
Plasmodesma
Respon tanaman terhadap virus melalui R-Gene

Hipersensitive respon (HR) salah satunya adalah
programe cell death (PCD)
Local and systemic resistance

Systemic acquired resistance (SAR)
 Peningkatan ekspresi R-Gen dan
menghasilkan senyawa antimikrobia
Hypersensitive response
Soosaar J.M. et al., Nat Rev Micro. (2005)
Compatible interaction
▶ Virulence / Susceptible
Incompatible
interaction
▶ Avirulence / Resistant
Dominant resistance

◦
◦
◦
Incompatible 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 resistance

◦
Mutation or loss of host components required for a step
of the virus life cycle
Virulence
factor
Viral Proteins
Switching host system
for viral infection
Susceptive
Host factor
Interaction with Host factors
Avirulence
factor
Dominant
resistant
Host R protein
Recognized by R protein
Recessive
resistant
Host factor
(mutated)
Active defense signaling
Blocking virus infection
No interaction with host factors
Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)
Maule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007)

The largest class of R genes

NBS-LRR sub-division can be made on basis of N-terminal
domain.
◦ Nucleotide binding site + leucine-rich repeat (NBS-LRR)
◦ Coiled-coil (CC) domain (CC-NBS-LRR)
◦ Leucine zipper domain (LZ-NBS-LRR)
◦ Drosophila Toll and the mammalian interleukin (IL)-1 receptors (TIR-NBSLRR)
Domain structure of NBS–LRR proteins
BelkhadirY. et al., Curr. Opin. Plant Biol. (2004)

Recessive 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.
Virus infection
Epidermal
cells
Replication
Other host plants
Cell-to-cell
movement
Mesophyll
cells
Phloem
Systemic
movement
Bundle
sheath cells
Plant-to-plant
movement
Phloem
Parenchyma
Companion cells
Kang BC et al., Annu. Rev. Phytopathol. (2005)
Translation and
replication
Movement
Counter defense and
pathogenicity
Whitham S.A. and Wang Y. Curr Opin Plant Biol. (2004)
eIF4E
eIF(iso)4E
eIF4E
eIF4E
eIF(iso)4G
eIF4E
Maule A.J. et al., Molecular plant pathology (2007)
replikasi 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.

Kang, 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
Pertanyaan
Apa 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 virus
Viral protein adalah protein yang dihasilkan oleh gen-gen
dari virus yang menginfeksi inang.
1.
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 lain
CP (Coat Protein) yaitu protein struktural dari
virus didalam sel inang yang berfungsi
membentuk struktur virus baru didalam sel
inang.