Brassinosteroid 2

TUGAS MAKALAH FISIOLOGI TANAMAN BRASSINOSTEROID

Disusun Oleh: Qoid Luqmanul Hakim 165040207111022  Atikha Wulandari 16504020711103 165040207111038 8 James Aloycius G. 165040207111047 Damaraji Nurwidhi A. 165040207111112 R. Muhammad Yusuf Adi P. 165040207111126 Tri Raharjo 165040207111167 Kelas: M Program Studi: Agroekoteknologi Kelompok: 6 Dosen Pengampu: Ir. Koesriharti, MS.

UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS PERTANIAN MALANG 2017

KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah tentang Brassinosteroid ini dengan tepat waktu. Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita tentang brassinosteroid. Kami berterima kasih kepada Ibu Ir. Koesrihartini, MS yang telah memberikan tugas ini kepada kami. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa makalah ini terdapat kekurangan dan  jauh dari kata sempurna. sempurna. Kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang. Oleh sebab itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun.

Malang, 13 Desember 2017

Penyusun

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Brassinosteroid secara alami merupakan hormon tanaman endogen yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan. Sejak penemuan mereka, penelitian intensif berdasarkan analisis genetik mutan brassinosteroid-defcient dan brassinosteroid-insensitive, dan pada proteomik dan genomik terutama pada spesies tanaman model Arabidopsis thaliana dan Oryza sativa (beras) telah menghasilkan pengetahuan komprehensif mengenai jalur transduksi sinyal kuningan kuningan , dari reseptor kinase hingga faktor transkripsi dan targetnya, sehingga telah menjadi salah satu jalur hormon tanaman yang ditandai dengan baik. Meskipun awalnya digambarkan sebagai linier, jalur transduksi sinyal kuningan sangat saling berhubungan dengan jalur sinyal lainnya, termasuk auksin, asam giberelat, asam absis, cahaya, dan gula, sehingga mendukung anggapan bahwa brassinosteroid adalah pengatur utama pertumbuhan tanaman. Jalur transduksi sinyal brassinoster oid  juga berbagi komponen dan berinteraksi dengan jalur kinase reseptor lainnya yang mengatur pengembangan kekebalan dan stomata, akar, dan reproduksi. Potensi agronomi calon hormon brassinosteroid memerlukan penelitian aktif pada spesies tanaman selain Arabidopsis, namun hasil awal memberi petunjuk pada tingkat transferabilitas yang baik antara spesies tanaman yang dicotyledonous dan monocotyledonous, mengenai efek brassinosteroid pada sifat arsitektur tanaman. Karena itu, ada potensi untuk mengidentifikasi mutan brassinosteroid atau tanaman transgenik dengan produktivitas yang meningkat pada tanaman pertanian penting, seperti jagung (Zea mays), gandum (Triticum sp.), sorghum (Sorghum bicolor), kedelai (Glycine max), kentang (Solanum tuberosum), poplar ( Populus sp.), Dan tomat (Solanum lycopersicum). Terlepas dari kemajuan penting yang dibuat dalam tungku brassinosteroid, sejumlah pertanyaan penting tetap harus dijawab. Penelitian difokuskan pada penyelesaian jalur pensinyalan brassinosteroid spesifik untuk garis keturunan seluler yang berbeda yang baru saja mulai berkembang. Munculnya teknologi genomik sel tunggal berdiri sebagai janji untuk identifikasi cepat  jalur brassinosteroid dengan resolusi sel tunggal. Sedangkan pengangkutan hormonhormon brassinosteroid jarak jauh telah dikesampingkan, mekanisme gerakan shortend brassinosteroid tetap menjadi misteri. Bagaimana molekul brassinosteroid

disekresikan dari sel di mana mereka disintesis juga perlu diklarifikasi, karena ini adalah prasyarat untuk menjelaskan sinyal sel-ke-sel yang diatur oleh hormon. 1.2 Tujuan Pembahasan

materi

Brassinosteroid

tentunya

penting

untuk

dibahas.

Brassinoteroid merupakan fitohormon yang baru dalam dunia tumbuhan ataupun hewan. Oleh karena itu, dalam pembuatan makalah Brassinosteroid memiliki beberapa tujuan yang harus dicapai, diantaranya mahasiswa dapat mengetahui sejarah terbentuknya hormon Brassinosteroid, fungsi yang penting hormone steroid dalam dunia tumbuhan, proses metabolisme dan biosintesis yang terjadi dalam perangsangan pada tumbuhan, fotomorgenesis BR deficient mutant.

2. PEMBAHASAN 2.1 Sejarah dan Pengertian Brassinosteroid Brasinosteroid ditemukan sejak lama pada hewan, dan baru ditemukan pada tumbuhan. Brasinosteroid adalah kelompok hormon steroid yang memiliki peran penting dalam perkembangan pada tanaman, termasuk pembelahan sel dan sel elongasi pada batang dan akar, fotomorfogenesis, perkembangan reproduksi, penuaan daun, dan respon stress. Identifikasi dari hormone steroid pada tanaman adalah hasil dari identifikasi zat pengatur tumbuh pada polen dari berbagai macam spesies tumbuhan yang dilakukan selama 30 tahun. J. W. Mitchell menunjukkan bahwa zat pengatur tumbuh yang paling aktif ditemukan pada pelarut organic yang berasal dari ekstrak polen dari hasil persilangan tanaman Brassica napus L. Bagian yang tidak terindentifikasi pada senyawa aktif dalam polen dinamakan brassine. Efek pertumbuhan yang spesifik dari brassine memiliki hasil pada beberapa tes fisiologi, meliputi uji hayati internode kedua dari kacang-kacangan. Pada pengujian ini brasine mempunyai perbedaan dengan fitohormon yang lain, menyebabkan tanaman mengalami

pembelahan

dan

elongasi

selain

itu

mengalami

pembelokan,

pembengkakan, dan pemisahan internode. Berdasarkan pada kemampuan brassine untuk mengalami pertumbuhanan drastis dan diferensiasi pada konsentrasi rendah, Mitchell mengatakan bahwa brassine adalah hormone baru pada tanaman. Pada demonstrasi yang lebih lanjut, brassine tidak hanya menyebabkan elongasi pada batang, tapi juga meningkatkan biomasa total dan hasil produksi biji. Meskipun brassinosteroid diketahui sebagai senyawa yang dapat menyebabkan efek pertumbuhan yang berlebih pada uji hayati, brassinosteroid tidak langsung dianggap

sebagai

hormone

tumbuhan,

karena

peran

brassinosteroid

pada

pertumbuhan dan perkembangan tanaman normal sukar untuk di pahami dalam bertahun-tahun.

Brassinosteroid

dianggap

sebagai

hormone

tanaman

pada

demonstrasi tanaman Arabidopsis pada pertengahan tahun 1990-an. Hormone ini menunjang pertumbuhan bagian atas tanaman, pertumbuhan akar, pembelahan  jaringan vaskuler, pembuahan, dan perkecambahan biji. 2.2.1 Percobaan Tanaman kacang dan bioassay sudut daun lamina pada tanaman padi. Kedua bioassay ini membedakan antara BRs yang secara biologis aktif dengan intermediate

atau metabolit inaktif dan menggambarkan jumlah senyawa yang aktif ada. Struktur dasar kimiawi Brassinosteroid berupa steroidal lactone yang dimurnikan melalui X-ray crystallographic analysis disebut: Brassinolide (BL). Berikut merupakan struktur dari Brassinolide, Brassinolide merupakan Brassinosteroid paling aktif dan banyak ditemukan pada tanaman. Pada bioassay internode kedua tanaman kacang, internode merupakan bagian batang yang terletak diantara node

(ruas-ruas), Potongan dari second-internode

tanaman kacang diapungkan dalam larutan yang mengandung Brassinosteroid pada berbagai konsentrasi selama beberapa hari. Terdapat perlakuan kontrol yang tidak direndam dengan Brassinosteroid (kiri). Pada konsentrasi rendah, Brassinosteroid menginduksi pertumbuhan memanjang pada internode kacang. Konsentrasi yang lebih tinggi mengakibatkan penebalan, pelengkungan, dan pecah pada internode kacang.

Setetes kecil sample yang dilarutkan dalam ethanol diberikan pada pertemuan antara lamina dan leaf sheath. Setelah inkubasi selama dua hari pada kelembapan tinggi, sudut lengkung theta ( θ) antara lamina dan leaf sheath diukur. Sudut yang tebentuk sepadan dengan jumlah brassinosteroid dalam sample yang diberikan

Berikut merupakan grafik respon dwarf rice terhadap pemberian berbagai Brassinosteroid pada berbagai dosis terhadap besar sudut lamina.

2.2 Struktur, Genetik Brassinosteroid 2.2.1 Struktur Brassinosteroid Lokalisasi subselular biosintesis BR belum diidentifikasi. Namun, karena sitokrom p450 monooxygenase yang terlibat dalam biosintesis gibberellin terletak pada retikulum endoplasma, kemungkinan biosintesis BL juga terjadi pada reticulum endoplasma.

2.2.2 Photomorphogenesis BR Deficient Mutant Terganggu Bukti pasti bahwa fungsi brassinosteroid berfungsi sebagai hormon tanaman hanya terjadi selama dekade terakhir dari analisis genetika di Arabidopsis, yang menyebabkan isolasi dan deskripsi mutant yang rusak pada biosintesis dan persepsi BR. fenotip abnormal mutan ini menunjukkan bahwa BR dibutuhkan untuk perkembangan normal. Mutan

defisien

BR

yang

pertama,

det2   (de-etiolated

2)

dan

cpd

(fotomorfogenesis konstitutif dan dwarfisme) diidentifikasi pada layar untuk bibit  Arabidopsis yang memiliki morfologi tumbuh ditempat terkena cahaya (yaitu, mereka

de-etiolasi) setelah tumbuh selama beberapa hari dalam kegelapan total. Kedua det2 dan cpd  memiliki respons fotomorfogenesis yang terganggu, dengan hipokotil pendek dan tebal, kotiledon yang dikeluarkan, daun primer muda (yang tidak ada pada bibit yang tumbuh gelap), kedua mutan tersebut memiliki tingkat mRNA yang diatur lebih tinggi saat ditanam pada tempat gelap. Sebaliknya, pertumbuhan di tempat gelap dengan wild type menunjukkan fenotipe etiolated yang khas (hypocotyl panjang, kotiledon terlipat, dan pigmen antosianin yang tidak ada). Selain fenotip gelapnya yang khas, det2   dan cpd memiliki fenotipe abnormal saat tumbuh di tempat dengan cahaya. Kedua mutan tersebut tumbuh menjadi kerdil hijau gelap karena pengurangan ukuran sel dan ruang udara interselular, dan keduanya telah mengurangi dominasi apikal dan kesuburan jantan. Selain itu, mutan det2 dan cpd menunjukkan akar pendek, tertundanya berbunga, dan tertundanya penuaan daun. Secara umum, mutan cpd memiliki fenotip yang lebih ekstrim daripada mutan det2. Kedua mutan tersebut terganggu pada biosintesis brassinosteroid, lokus det2 mengkodekan protein dengan identitas sekuens asam amino tinggi dengan steroid 5a-reduktase mamalia. steroid mamalia 5a-reduktase mengkatalisis konversi testosteron yang bergantung pada NADPH ke dihidrotestosteron - langkah kunci dalam metabolisme steroid yang penting untuk perkembangan embrio normal alat kelamin jantan dan prostat. Demikian juga, gen cpd mengkodekan protein homolog

ke enzim monooksigenase mamalia sitokrom P450, termasuk steroid hydroxylases.  Alasan mutan cpd memiliki fenotip yang lebih ekstrem daripada mutan det2 adalah bahwa mutan det2 mengandung jumlah sisa BR aktif, sementara tingkat BR aktif pada mutan cpd hampir tidak terdeteksi. Memperlakukan mutan kerdil dengan brassinolide eksogen memulihkan fenotipe normal, membuktikan lebih lanjut bahwa det2 dan cpd diperlukan untuk produksi brassinosteroid dan photomorphogenesis normal.

2.3 Biosintesis, Metabolisme dan Transport BR Seperti giberelin dan ABA, brasionsteroid disintesis melalui percabangan jalur terpenoid, dimulai dengan polimerisasi dua farnesyl difosfat untuk membentuk korda triterpen C30. Squalene kemudian mengalami serangkaian penutupan cincin untuk membentuk pentasiklik triterpenoid (sterol) prekusor sikloartenol. Semua steroid pada tanaman berasal dari sikloartenol dengan serangkaian reaksi oksidasi dan modifikasi lainnya. Pengetahuan kita tentang jalur biosintesis BL adalah hasil kombinasi genetik dan analisis biokimia. untuk biokimia studi kultur sel menggunakan periwinkle ( Catharanthus roseus), karena mereka menghasilkan BR dalam jumlah yang relatif tinggi. Intermediet BR radiolabeled digunakan dalam eksperimen pemberian makan, dan turunan metaboliknya diidentifikasi dengan analisis spektroskopi massa kromatografi gas. Menggabungkan jenis analisis ini ke penelitian genetika dengan mutan defisien BR di Arabidopsis, tomat, dan spesies lainnya telah memungkinkan identifikasi jalur biosintesis yang lengkap. 2.3.1 Brassinolide Disintesis Dari Campesterol Brassinosteroid disintesis dari campesterol, sitosterol, dan kolesterol. Dimana campsterol dan sitosterol banyak terdapat pada membrane tanaman, sedangkan kolesterol terdapat sedikit. Ketiga sterol tersebut dimetabolisme menjadi sejumlah zat

dalam sel tanaman, tapi hanya beberapa diantaranya memiliki metabolisme biologis.

Jalur biosintesis BR dimulai dengan campesterol, yang berasal dari sikloartenol. Campsterol pertama kali di konversi menjadi campesterol yang melibatkan det2. Campesterol kemudian di konversi menjadi castasterone (CS) melaui salah satu dari dua jalur yang disebut late dan early C-6 oxidation pathways. Dua jalur C-6 oxidation akan bergabung di castasteron yang kemudia diubah menjadi brasinolide. Jalur oksidasi aerly dan late c-6 oxidation berdampingan dan dapat dihubungkan pada berbagai titik di arabidopsis, kacang polong, dan padi. Secara signifikan biologi memiliki dua jalur yang saling terkait saat ini tidak diketahui. Faktanya, jalur early C-6 oxidation tidak ditemukan pada tomat. Keberadaan dari dua  jalur yang saling berkaitan meningkatkan kompleksitas biosintesis brassinosteroid dan mungkin memberikan keuntungan dalam kondisi fisiologis yang berbeda, seperti berbagai jenis stres. Semua mutan terganggu kemampuannya untuk mengkonversikan campsterol menjadi brasinolide memiliki mutasi pada gen yang mengkodekan sitokrom p450 monooxygenase (CYPs). Gen arabidopsis dwarf4 dan cpd mengkodekan dua monooxygenases tersebut, CYP90B1 dan CYP90A1, yang membentuk hidroksilat BR antara masing-masing posisi 22 dan 23.

2.3.2 Katabolisme Dan Feedback Negatif Berkontribusi Pada Homeostasis BR Tingkat BR aktif juga diatur oleh proses metabolisme, yang menonaktifkan BL. beberapa jenis reaksi menghasilkan inaktivasi BL, termasuk epimerisasi, oksidasi, hidroksilasi, sulfonasi, dan konjugasi ke glukosa atau lipid. Pengetahuan kita yang terbatas di daerah ini didasarkan pada eksperimen pemberian dimana tanaman diberi radiolabel BR dan produk berlabel yang dihasilkan diidentifikasi dan metabolit endogen dianalisis. Namun, relevansinya dengan jalur BR di tanaman masih belum  jelas. pelarutan gen BAS1 arabidopsis yang mengkodekan monooxygenase sitokrom p450 dengan aktivitas steroid 26-hidroksilase (CYP72B1) telah membantu menjelaskan peran setidaknya satu enzim metabolik dalam mengendalikan konsentrasi BL. Overexpression dari BAS1 menyebabkan penurunan kadar BL dan akumulasi 26-hydroxyBL yang tidak aktif, menghasilkan fenotipe kerdil yang

kekurangan BR. Dengan demikian, seperti halnya hormon tanaman lainnya, homeostasis BL diatur oleh keseimbangan antara reaksi biosintesis dan inaktivasi. Tingkat fisiologis yang BR aktif juga diatur oleh mekanisme umpan balik negatif. Dengan kata lain, jika axcess dari hormon terakumulasi, biosintesis BR dilemahkan dan perputaran BR meningkat. Memang, mRNA dari semua gen gen biosintesis BL yang teruji arabidopsis (DWF4, CPD, ROT3 dan BR6ox1) diregulasi turun (menurun) sebagai respons terhadap aplikasi BL, sementara mRNA BAS1, yang terlibat dalam perputaran BR, terakumulasi ke tingkat yang lebih tinggi.

Regulasi gen gen biosintesis BR melibatkan faktor transkripsi yang mengikat secara langsung unsur promoter yang dilestarikan yang ditemukan pada gen biosintesis di atas, sehingga menekan ekspresi mereka. Oleh karena itu, mutasi arabidopsis yang terganggu pada kemampuan mereka untuk merespons BL menumpuk kadar tinggi dari CS dan BL brassinosteroid aktif dibandingkan dengan tanaman tipe liar.  Alat yang penting untuk studi genetik, fisiologis, dan molekuler BR adalah ihibitor biosintesis BR spesifik, brassinazole (Brz). Brz mengandung cincin triazol yang terdiri dari dua karbon dan tiga atom nitrogen. Berbagai senyawa triazol dapat bertindak sebagai inhibitor monooxygenase sitokrom p450. Triazol Brz secara khusus menghambat

aktivitas

enzim

biosintesis

BL

DWF4,

yang

mengubah

6-

oxoxampestanol menjadi kateterina. Tanaman yang tumbuh pada Brz menunjukkan

fenotipe BR-deficiency, yang dapat membalikkan penambahan BL ke media pertumbuhannya. Dalam percobaan ini, baik Brz dan BL diambil oleh sistem akar. Banyak penelitian menggunakan brassinazole telah menghasilkan informasi penting mengenai homeostasis BR yang melengkapi penelitian dengan BL yang dijelaskan di atas. Dengan demikian, lima gen biosintesis BR (DET2, DWF4, CPD, BR6ox1 dan ROT3) dan dua gen biosintesis sterol diregulasi di tanaman arabidopsis BR-habis beroperasi di hadapan Brz. diambil bersama-sama, hasilnya menunjukkan bahwa homeostasis BR dipertahankan oleh regulasi umpan balik dari beberapa gen target. Homeostasis BR juga dikendalikan oleh langkah pembatas laju pada jalur

biosintesis BL. Jika suatu enzim membatasi laju, tingkat substratnya yang signifikan harus terakumulasi relatif terhadap produk langsungnya. pengukuran BR endogen dalam arabidopsis telah menunjukkan bahwa cpd, dwf4, dan BR6ox1 / 2 bisa menjadi langkah pemberian makan. dalam biosintesis BR dan dengan demikian berkontribusi pada homeostasis BR. Memang, overexpression dari DWF4 dan BR6ox2 menghasilkan peningkatan pertumbuhan vegetatif tanaman. 2.3.3 Brassinosteroid Bertindak Secara Lokal Di Dekat Lokasi Sintesis Penentu penting respons hormon secara umum adalah tingkat dan laju pengangkutan hormon dari tempat sintesis ke lokasi tindakan. secara eksogen diterapkan 24-epibrassinolide (24-epiBL) mengalami transportasi jarak jauh dari akar ke tunas. Sebagai contoh, ketika akar timun, tomat, atau tanaman gandum diobati dengan

14

C-24-epiBL, radioaktif mudah ditranslokasi ke bagian atas. Bahkan, mutan

arabidopsis kekurangan BR dapat diselamatkan saat ditanam pada media agar ditambah dengan BL, dan tangkai daun tanaman jenis liar memanjang pada aplikasi BL ke sistem akar mereka.

Sebaliknya, ketika

14

C-24-epiBL diaplikasikan pada permukaan atas daun

ketimun muda yang mudah terangkat, namun hanya sedikit diangkut keluar dari daun. Secara keseluruhan, hanya sekitar 6%

14

C-24-epiBl yang diaplikasikan ke daun yang

lebih muda. Hasil ini menunjukkan bahwa BR eksogen mudah ditranslokasi dari akar ke tunas, namun tidak ditranslokasi dengan baik dari dedaunan. Mungkin, 24-epiBL diambil oleh akar bergerak ke bagian atas melalui arus trans pirasi xilem. Karena aliran xilem searah, bagaimanapun, 24 epiBL eksogen yang diterapkan pada daun hanya bisa keluar dari daun melalui floem. Kurangnya gerakan 24-epiBL dari daun menunjukkan bahwa translokasi kurang baik dalam floem. Selain itu, meskipun ada

bukti adanya akar untuk memotret transpor 24-epiBL, BR endogen tampaknya tidak

mengalami akar penembakan translokasi. Sebagai contoh, percobaan pada kacang polong dan tomat menunjukkan bahwa pencangkokan / pencangkokan timbal-balik dari jenis liar ke mutan defisien BR tidak menyelamatkan fenotip surat tersebut baik pada arah acropetal maupun basipetal. Hasil ini menunjukkan bahwa BR endogen bertindak secara lokal pada atau di dekat lokasi sintesisnya. Perbandingan distribusi spasial temporal intermediet BR menunjukkan bahwa mereka hadir di semua jaringan tanaman, meskipun zat antara yang berbeda mendominasi pada organ yang berbeda. Misalnya, pada arabidopsis, kacang polong dan tomat, zat antara awal lebih banyak terjadi pada akar, sementara lat e intermediate seperti CS menumpuk ke tingkat yang lebih tinggi dalam tunas. Demikian pula, sementara enzim biosintesis BR diekspresikan di semua jaringan yang tak beraturan, ekspresi relatifnya bervariasi dari satu jaringan ke jaringan lainnya. variasi semacam itu dalam ekspresi tidak diragukan lagi terkait dengan fungsi jaringan yang berbeda. Sejalan dengan jalur jalur biosintesis BR, komponen jalur pensinyalan BR juga tampak diekspresikan di seluruh tanaman, terutama pada jaringan pertumbuhan muda. Bersama-sama, bukti menunjukkan bahwa masing-masing organ mensintesis dan merespons BR sendiri yang aktif. Grafik peningkatan BR pada pemanjangan epikotil kacang kedelai

Efek dari BR adalah pemanjangan sel. Tanaman kerdil dikarenakan mutasi BR menunjukkan kebutuhan akan penambahan BR. Defisiensi BR tidak hanya menyebabkan tanaman menjadi kecil tetapi juga menyebabkan sel pada tanaman menjadi kecil juga. Efek rangsangan BR meningkat pada saat tanaman masih muda sehingga perkembangan jaringan masih tinggi.

Hormon BR juga berfungsi sebagai peningkatan dinding plastic pada epikotil kacang kedelai. Hal ini terjadi dikarenakan BR menginduksi dinding sel yang mengalami pelebaran sehingga dinding sel tersebut juga akan menjadi lebih lebar/besar.

 Analisis mikroskopik dari microtubules pada tanaman mutan defisiensi BR dari  Arabidiopsis.

Efek dari BR terhadap mikrotubulus pada bibit Arabidopsis. Pada gambar (A), sel parenkim pada tipe liar menunjukkan pengatururan letak mikrotubulus yang normal. (B) tanaman mutan defisiensi BR, sel parenkimnya sedikit dan

mikrotubulusnya tidak selaras. (C) pada perlakuan pemberian BR pada mutan yang berdefisiensi BR, terjadi pemulihan dimana kelompok mikrotubulus akan terbentuk.

2.4 Efek Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman Terhadap Brassinosteroid 2.4.2 Brassinosteroid mendorong dan menghambat pertumbuhan akar Berdasarkan fenotipe mutan defisien BR (BR-Mangelmutanten), yang secara khas menunjukkan pertumbuhan akar yang rendah, Brassinosteroid diperlukan untuk pemanjangan akar normal. Namun, seperti auxin, Brassinosteroid yang diterapkan secara eksogen mungkin memiliki efek positif atau negatif pada pertumbuhan akar, tergantung pada konsentrasi. Bila dioleskan secara eksogen ke mutan defisien BR, BR mendorong pertumbuhan akar pada konsentrasi rendah dan menghambat pertumbuhan akar pada konsentrasi tinggi. Konsentrasi ambang untuk penghambatan tergantung pada aktivitas analog BR yang digunakan. Dengan demikian, konsentrasi ambang lebih rendah untuk 24epiBL analog yang relatif aktif daripada analog 24epikastasteron yang kurang aktif. Efek BR pada pertumbuhan akar terlepas dari tindakan auxin dan gibberellin. Penghambat transport auksin polar, asam 2,3,5-triiodobenzoat, tidak mencegah pertumbuhan BR yang diinduksi. Bila BR dan auksin diaplikasikan secara bersamaan, efek promotif dan penghambatan pada pertumbuhan akar adalah aditif. Selain itu, fenotip pertumbuhan akar yang dikurangi mutan defisien BR tidak dibalik oleh aplikasi gibberellin. Secara keseluruhan, pengamatan ini menunjukkan bahwa hambatan BR terhadap pertumbuhan akar tidak melibatkan interaksi dengan auxin atau GA. Di sisi lain, konsentrasi tinggi BR, seperti auksin, merangsang produksi etilen, jadi ada kemungkinan setidaknya beberapa efek penghambatan BR pada pertumbuhan akar disebabkan oleh etilen.

Pada konsentrasi rendah, BR juga dapat menginduksi pembentukan akar lateral. Dalam kasus ini, bagaimanapun, BR dan auksin bertindak secara sinergis. Model saat ini menunjukkan bahwa BR mempromosikan perkembangan akar lateral secara parsial dengan mempengaruhi transport auksin polar. Pengobatan BR mempromosikan transport auksin asropetal, yang diperlukan untuk pengembangan akar lateral, sedangkan asam N-naftilftalat (NPA) 1-N-naftilphthalamic (APA), inhibitor auksin, menghilangkan efek promotif BR. Jadi, BR memberi efek kuat pada keseluruhan morfologi, yang mempengaruhi tingkat perpanjangan dan kebiasaan bercabang.

2.4.3 BR mendorong diferensiasi xilem selama pengembangan vaskular BR memainkan peran penting dalam pengembangan vaskular, keduanya mempromosikan xilem dan menekan diferensiasi floem. Hal ini terlihat pada sistem vaskulsi gangguan mutan BR, yang memiliki lambang xilem lebih tinggi dibandingkan dengan tipe liar. Mutan BR-defisien juga memiliki jumlah rangkap vascualr dikurangi dengan jarak tidak teratur antara bundel. Sebaliknya, mutan yang mengekspresikan protein reseptor BR menghasilkan lebih banyak xilem daripada tipe liar. Kultur sel dari zinnia elegans  memberikan sistem in vitro yang elegan untuk mempelajari tahap sekuensial diferensiasi xilem. Ketika sel tunggal diisolasi secara mekanis dari daun zinnia muda dan dikultur dalam media liqud dalam kegelapan, bedanya menjadi unsur trakea antara hari dan 3 setelah kultur. Pengukuran BRs selama perbedaan xilem (Gambar 2.4). Pengukuran BRs selama diferensiasi xilem dalam sistem ini telah menunjukkan bahwa BR secara aktif disintesis pada sel seperti makrofag dan sangat penting untuk diferensiasi selanjutnya pada elemen trakea. BR

cenderung memediasi diferensiasi dari procambium menjadi xylem dengan mengatur ekspresi gen homeobox yang sering memainkan peran penting dalam pembangunan. Selain itu, gen yang mengkodekan protein mirip reseptor BR diekspresikan secara eksklusif di jaringan vaskular, mendukung adanya jalur pensinyalan BR yang spesifik untuk sistem vaskular.

2.4.4 BR dibutuhkan untuk pengisian serbuk sari Pollen adalah sumber BR yang kaya, dan karenanya tidak mengherankan bahwa BR penting untuk kesuburan pria. BR telah ditunjukkan untuk mempromosikan pertumbuhan tabung serbuk sari dari stigma, melalui gaya, ke kantung embrio. Misalnya, pada mutan mutan Arabidopsis BR-def, tabung polen tidak memanjang setelah berkecambah pada stigma, dan pemanjangan tabung polen terbukti sebagian bergantung pada aplikasi BR. Demikian pula, ketika mutan BR-insentif dengan gen reseptor yang rusak disolusi sendiri, tabung serbuk sari gagal berkembang, menghasilkan benih steril. Namun, saat mutan diserbuki dengan serbuk sari liar, bibit subur diproduksi. Jadi, untuk pertumbuhan tabung serbuk sari normal, BR dan jalur pensinyalan BR sangat dibutuhkan.

Mengurangi ke sterilan jantan juga dikaitkan dengan perbedaan di ketinggian benang sari versus putik. Mutan Arabidopsis dwf4 adalah BR-deficiency, selnya gagal memanjang. Satamens bunga juga lebih pendek dari jenis liar. Karena Arabidopsis bersifat penyerbukan sendiri, filamen dwf4 yang lebih pendek menghasilkan serbuk sari lebih sedikit yang disimpan di permukaan stigmatik. Karena butiran serbuk sari masih bisa dilakukan, penyerbukan tangan pada hasil mutan menghasilkan produksi benih normal.

2.4.5 BR mendorong perkecambahan benih Biji, seperti butiran serbuk sari, mengandung tingkat yang sangat tinggi dari brassinosteroid,

dan

BR

mempromosikan

perkecambahan

biji

juga.

BR

mempromosikan perkecambahan biji dengan berinteraksi dengan hormon tanaman lainnya, walaupun dasar molekuler untuk interaksi ini tidak diketahui. Sudah mapan bahwa GA dan asam absis (ABA) memainkan peran positif dan negatif dalam menstimulasi perkecambahan biji. BR dapat meningkatkan perkecambahan biji tembakau yang terlepas dari sinyal GA. Selain itu, BR dapat menyelamatkan fenotip kecambah yang tertunda dari mutan GA-deficient dan GA-perception, dan mutan BR lebih sensitif terhadap inhibitor oleh ABA dibandingkan dengan tipe liar. Dengan demikian, BR dapat merangsang perkecambahan dan dibutuhkan untuk mengatasi efek penghambatan ABA. Sebagai BRs dikenal untuk merangsang ekspansi sel dan

divisi, kemungkinan BRs memfasilitasi perkecambahan dengan merangsang pertumbuhan embrio.

2.5 Perangsangan Brassinosteroid 2.5.1

BR-insentive mutant diidentifikasi dengan permukaan sel reseptor Untuk mengidentifikasi komponen jalur pensinyalan BR dalam arabidopsis,

layar genetik pada awalnya dilakukan untuk mengisolasi mutan yang menunjukkan pemanjangan akar normal dengan adanya konsentrasi BL tinggi. Hal ini mengakibatkan isolasi single bri1 (brassinosteroid-insensitive 1). Layar lebih lanjut untuk mutasi BL-intensitif semua menghasilkan alel mutan tambahan di BRI1, menunjukkan bahwa BRI1 adalah komponen penting jalur pensinyalan BR yang dikodekan oleh gen tunggal. Studi pengikatan Susequent menunjukkan bahwa BL mengikat secara langsung ke BRI1 dengan spesifisitas tinggi, menunjukkan bahwa BRI1 adalah reseptor BR. BL, brassinosteroid paling aktif, mengikat domain ekstraselular reseptor BRI1 di membran plasma. BRI1 adalah perekat kaya leusin kaya membran plasma (LLR)receptor serin / treonin (S / T) kinase. The LLR-Receptor kinase merupakan kelas reseptor terbesar yang diprediksi dalam genom arabidopsis, dengan lebih dari 230 anggota.

Keluarga ini memiliki struktur domain yang dilestarikan, terdiri dari domain ekstraseluler N-Terminal dengan banyak motif LLR tandem (berdekatan), satu domain transmembran, dan domain kinase sitoplasma dengan spesifisitas terhadap residu serin dan treonin. Dalam koper BRI1, jumlah LLRs adalah 25. BRI1 juga memiliki fitur unik yang dibutuhkan untuk mengikat BR: sebentuk amino yang disebut domain pulau yang mengganggu LRR antara LRR 21 dan 22. domain ini ditambah dengan LRR22 yang mengapit situs pengikatan minimum untuk BRs. 2.5.2 Aktivasi fosforilasi reseptor BRI 1  Analisis sejumlah besar alel mutan BR menunjukkan bahwa baik domain reseptor ekstraselular dan domain kinase internal diperlukan untuk mentransmisikan sinyal BR ke sel lainnya. BL mengikat BRI1 melalui domain pengikat steroid baru dari sekitar 100 asam amino yang mencakup domain pulau dan urutan LRR tetangganya. Pengikatan BL mengaktifkan reseptor, seperti yang ditunjukkan oleh peningkatan hubungannya dengan reseptor kinase LRR kedua, reseptor kinase 1 yang terkait dengan BRI1 (BAK1). Dengan adanya brassinolide, BRI1 menjadi terfosforilasi in vivo pada beberapa domain intraseluler, termasuk daerah juxtamembrane / JM (sisi membran plasma yang menghadap sitoplasma), ekor C-terminal (CT), dan kinase itu sendiri. situs fosforilasi ini memainkan peran regulasi dalam aktivitas reseptor dan mengendalikan interaksi BRI1 dengan protein lain, seperti BAK1. Seperti pada kasus protein hewani kinase, lokasi fosforilasi spesifik dalam domain kinase BRI1 sangat penting untuk aktivasi. Sebagai tambahan, CT BRI1

secara negatif mengatur reseptor, setelah mengikat ligan, efek penghambatan ini dibatalkan, dan aktivitas BRI1 kinase meningkat. Namun, mekanisme yang tepat dari aktivasi BL-induced ini hanya akan menjadi jelas begitu struktur resolusi tinggi yang dimiliki BRI1 telah ditentukan. Kinase reseptor pada sel hewan dan tumbuhan sering berfungsi se bagai dimer in vivo. Percobaan in vitro telah mengkonfirmasi bahwa reseptor BRI1 berfungsi normal sebagai homooligomer yang terdiri dari monomer identik di dalam sel. Setelah pengikatan dan pengaktifan BRI1 oleh ligannya, BRI1 yang terfosforilasi membentuk hetero-oligomerv (yaitu, terdiri dari dua monomer berbeda) dengan BAK1. Secara in vitro, BRI1 dan BAK1 dapat saling fosforilasi, dan seperti BRI1, keadaan fosforilasi BAK1 diatur secara positif oleh BL. heterodimer BRI1 / BAK1 yang terfosforilasi tampaknya merupakan bentuk aktivasi reseptor yang menginduksi respons BR dengan menonaktifkan represor yang disebut BIN2. 2.5.2 BIN2 adalah represor ekspresi gen BR-induced

Pembentukan hetero-oligomer BRI1 / BAK1 yang diaktifkan di hadapan BR memulai inisiasi kaskade sinyal yang mengarah pada transkripsi gen BR-regulate. Langkah selanjutnya yang diketahui dalam jalur transduksi transduksi melibatkan regulator negatif BIN2 (Brassinosteroid insensitive-2). BIN2 mengkodekan protein kinase homolog ke kinase glikogen kinase 3 dari ragi dan hewan. Dalam organisme ini, fungsi homolog BIN2 sebagai kinase S / T aktif secara konstitutif yang terlibat dalam berbagai jalur sinyal di mana mereka sering bertindak sebagai represor ekspresi gen.

Dalam arabidopsis, BIN2 ditemukan di kedua nukleus dan sitosol, juga pada membran plasma. Dengan tidak adanya BR, BI2 tampaknya bertindak di dalam nukleus untuk membentuk fosforilasi dua protein nuklida, BES1 (bril-EMS-suppressor 1) dan BZR1 (resisten brassinazole 1), di beberapa lokasi pengatur, sehingga menghambat aktivitas mereka. BES1 dan BZR1 terkait erat aktivator transkrip gen BR-induced. Mereka adalah protein berumur pendek dan terdegradasi oleh proteasom 26S, sebuah proses yang melibatkan ubiquitination. fosforilasi BES1 dan BZR1 oleh BIN2 mencegah mereka untuk bergaul dengan protein lain, baik itu sendiri atau faktor transkripsi lainnya. Sebagai hasilnya, mereka tidak dapat mengikat DNA, sehingga menghalangi aktivitas mereka sebagai regulator transkripsional. Di hadapan BR, hetero-oligomer BRI1 / BAK1 yang diaktifkan memulai sebuah rangkaian kaset sinyal yang menghambat aktivitas kinase BIN2 dengan mekanisme yang tidak diketahui. Hal ini menyebabkan akumulasi bentuk dephosphorylated aktif dari BES1 dan BZR1, sebagian karena aktivitas serotonin / trionin fosfatase spesifik, BSU1 (bri 1 suppressor 1), yang menghitung efek dari kinase BIN2. bentuk dephosphorylated aktif dari BES1 dan BZR1 mengaktifkan atau menekan gen target BR. 2.5.4 BES1 dan BZR1 mengatur himpunan bagian gen yang berbeda Setelah sekuensing genom arabidopsis, teknik yang memungkinkan penyidik memantau ekspresi ribuan gen secara bersamaan, seperti DNA microarray analysis, tersedia. penerapan teknik ini untuk mempelajari ekspresi gen BR-Regulated mengidentifikasi ratusan gen yang diinduksi BR, yang banyak diprediksi berperan dalam proses pertumbuhan. Selain itu, gen diidentifikasi yang direpresi oleh BRs. Banyak gen yang diatur turun ini juga dikendalikan oleh faktor transkripsi BES1 dan BZR1. Urutan asam amino BES1 dan BZR1 adalah 90% identik, namun tampaknya mengatur himpunan bagian gen yang berbeda dalam arabidopsis. Hal ini diprediksi oleh fenotip mutannya. Ketika tumbuh dalam kegelapan, mutasi bes1 dan bz1 membuat protein lebih rentan terhadap proteolisis. Secara genetik, bes1 dan bzr1 adalah mutasi semidominan yang menghasilkan keuntungan fungsi. Pada cahaya, mutan bes1 lebih besar dari pada jenis l iar, mirip dengan tanaman yang terlalu banyak mengekspresikan DWF4 atau BRI1. Sebaliknya, mutan bzr1 yang

tumbuh ringan adalah semi-kurcaci. Dengan demikian, meskipun kesamaan urutan tinggi, BZR1 dan BES1 tampaknya menengahi ekspresi gen target yang berbeda. BES1 meningkatkan ekspresi subset gen BR-stimulated. Untuk mengaktifkan gen ini, BES1 berasosiasi dengan faktor transkripsi lain yang disebut BIM1 (BES1interacting myc-like 1). Heterodimer BES1 / BIM1 mengaktifkan transkripsi dengan mengikat urutan DNA spesifik yang disebut E box   yang berfungsi sebagai elemen respons BR pada promoter gen BR-induced. Sebaliknya, BZR1 bertindak sebagai represor biosintesis BR. BZR1 mengikat langsung ke elemen CGTG (T / C) G yang ditemukan di daerah promotor berbagai gen biosintesis BR, mematikan transkripsi. BZR1 dengan demikian memainkan peran kunci dalam regulasi umpan balik negatif dari jalur biosintesis BR. Selain subset gen yang berbeda yang mereka atur, BES1 dan BZR1 diperkirakan mengatur beberapa gen yang sama. Misalnya, BES1 dan BZR1 menekan ekspresi BRI1 dalam kegelapan.

2.6 Brassinosteroid dalam pertanian Brassinosteroid

ditemukan

sebagai

kelas

hormon

pertumbuhan

yang

mempromosikan dan aplikasi potensial terhadap pertanian. Selama 20 tahun terakhir, sejumlah penelitian skala kecil telah dilakukan untuk menguji kemampuan BR untuk meningkatkan hasil panen tanaman. BL telah ditemukan untuk meningkatkan hasil panen kacang (berdasarkan berat biji per tanaman) sekitar 45% dan untuk menambah berat daun varietas selada yang berbeda sebesar 25%. Kenaikan serupa juga dialami hasil beras, jelai, gandum dan kacang lentil. BL juga mempromosikan pertumbuhan umbi kentang dan meningkatkan ketahanan terhadap infeksi. Pengaturan buah tomat inilah yang juga disempurnakan dengan BL. Selain

penelitian

berskala

kecil,

percobaan

lapangan

berskala

besar

menggunakan derivatif brassinosteroid tidak pernah dilakukan di Jepang, Tiongkok, Korea dan Rusia. Hasil dari uji coba yang diajukan tersebut sangat bervariasi dan tampaknya mencerminkan tingkatan stres dimana tanaman tumbuh. Tanaman yang ditanam di bawah kondisi optimal menunjukkan sedikit pengaruh BR yang diterapkan, sementara tanaman yang tumbuh dalam kondisi stres menunjukkan efek yang berbeda dari aplikasi BR pada hasil panen. Dengan demikian aplikasi Br paling bermanfaat bagi pertumbuhan di bawah kondisi stres. BR juga telah terbukti bermanfaat bagi tanaman untuk perbanyakan tanaman. Perlakuan sebelum tanam pada berbagai tanaman berkayu, seperti pohon cemara dan pohon apel Norwegia, dengan BR meningkatkan kuantitas dan kualitas perakaran dengan stek. Budidaya singkong dan nanas oleh kultur jaringan juga telah diperbaiki dengan perlakuan BR.

3. PENUTUP 3.1 Kesimpulan Brassinosteroid telah muncul sebagai phytohormone yang poten karena fungsinya yang serbaguna. Berbagai fungsi dikaitkan dengan beberapa target dan mekanisme peraturan yang kompleks. Upaya global yang serius dan ketat sedang dilakukan dalam memahami kompleksitas mekanisme aksi BR. Memahami dinamika homeostasis BR dan mengungkap interaksinya dengan phytohormones lainnya akan menambah dimensi baru pada penelitian BR. Dengan tersedia nya sumber daya hayati dan pengenalan alat eksperimental baru, diharapkan di tahun-tahun depan akan ada penambahan pengetahuan yang berarti dalam mode tindakan BR dan ini pada akhirnya dapat berujung pada era baru dalam pengembangan dan biologi pertumbuhan tanaman.