REPLIKASI DAN EKSPRESI GEN VIRUS TUMBUHAN

REPLIKASI DAN EKSPRESI GEN VIRUS TUMBUHAN

    Pengetahuan tentang tahapan replikasi DNA dan ekspresi gen perlu dipahami lebih dulu sebelum mempelajari replikasi dan ekspresi gen virus tumbuhan.Ekspresi gen membahas tentang dogma biologi yang intinya membicarakan transkripsi DNA dan translasi protein.Replikasi virus membahas proses terbentuknya virus baru dalam sel tanaman inang.Sementara itu,ekspresi gen virus membahas tentang mekanisme virus dalam memanfaatkan metabolisme dan materi tanaman inang untuk menghasilkan protein virus yang diperlukan dalam pembentukan virus baru dan pathogenesis tanaman.

            Setelah mempelajari bab 3 ini,mahasiswa diharapkan mampu memahami (1)mekanisme replikasi DNA dan ekspresi gen untuk menghasilkan protein khas sesuai yang diinformasikan oleh gen,(2) mekanisme replikasi virus dalam sel tanaman inang dan ekspresi gen virus untuk menghasilkan protein virus.

A.Replikasi DNA dan Ekspresi Gen

1.Replikasi DNA                

            DNA sebagai penyusun gen terdapat dalam bentuk untai ganda DNA(dsDNA).Kedua untai DNA itu dihubungkan oleh ikatan hydrogen pada pasangan  basa antara purin (A=Adenin dan G=Guanin) dan basa pirimidin (C=Sitosin, T=Timin).Pasangan basa A dan T melibatkan dua buah ikatan hydrogen (A=T),sedangkan pasangan G dan C melibatkan tiga ikatan (G=c).

            Replikasi DNA terjadi dalam inti sel tanaman sejalan dengan pembelahan sel.Replikasi DNA terjadi melalui penggandaan DNA dengan menggunakan cetakan berupa DNA awal yang akan digandakan.Replikasi DNA memerlukan DNA polymerase primer berupa molekul RNA dan molekul DNA yang akan digandakan.Replikasi DNA mengalami dua kendala,yaitu sintesis DNA baru yang hanya dapat berjalan dari arah ujung 5 cetakan DNA keujung 3 dan sintesis DNA baru yang hanya dapat berjalan apabila terdapat apabila terdapat molekul RNA sebagai awal sintesis ( primer).DNA polymerase hanya dapat menyambung primer nukleutida menjadi polinukleutida dan membentuk DNA baru.Oleh sebab itu,proses penggandaan DNA terjadi melalui dua cara,yaitu penggandaan untai 5 – 3 yang dimulai dari penempelan primer pada ujung 3 dan dintesis DNA melalui perpanjangan primer mengikuti arah 5-3.Sebaliknya,untai 3-5 penggandaan DNA melibatkan fragmen okazaki berupa potongan RNA yang menempel pada bagian cetakan DNA dan kemudian masing – masing fragmen yang telah mengalami proses perpanjangan itu disambung satu dengan yang lain menggunakan enzim ligase.

2.Ekspresi Gen

            Ekspresi gen merupakan sintesis protein yang terjadi melalui transkripsi DNA membentuk RNA yang kemudian mengalami proses pemotongan bagian yang tidak diperlukan membentuk mRNA(Messenger RNA) yang siap untuk ditranslasi dan ditrasnfer ke sitoplasma. Setelah mRNA terbentuk, akan dilanjutkan dengan translasi protein yang dilakukan dalam sitoplasma. Ekspresi gen membentuk protein yang melibatkan tahapan transkripsi DNA dan translasi protein dikenal dengan istilah sentra dogma biologi.

a.Transkripsi DNA

            Transkripsi DNA merupakan sintesis mRNA yang susunan basanya komplemen dengan runutan basa yang terdapat pada DNA (gen). Runutan basa itu yang terdapat pada DNA (gen). Runutan basa itu akan menentukan susunan asam amino yang akan menjadi produk akhir dari ekspresi gen yaitu protein. Transkripsi itu terjadi didalam inti sel membentuk RNA yang merupakan komplemen dari bagian ekson (bagian yang diperlukan dalam translasi) dan introm (bagian yang tidak diperlukan dalam translasi).Setelah translasi RNA akan diikuti dengan dengan pematangan RNA (posttranscription) untuk membuang bagian RNA yang berasal dari bagaian intron,menghasilkan mRNA yang membawa pesan berupa kode genetika dan ditransfer ke sitoplasma.

b.Translasi Protein

            Translasi protein adalah sintesis protein yang merupakan susunan asam amino (polipeptida) dengan melibatkan mRNA sebagai dasar penentuan susunan asam amino,tRNA sebagai pembawa asam amino,dan ribosom sebagai tempat menyusun asam amino.Sususnan asam amino dalam rantai polipeptida akan ditranslasi mengikuti kodon yang terdapat dalam mRNA

B.Ekspresi Gen dan Replikasi Virus Tumbuhan

`Pengetahuan tentang replikasi dan ekspresi gen virus tumbuhan akhir – akhir ini telah berkembang sangat pesat,sejalan dengan perkembangan biologi molekul dan tersedianya alat yang dapat digunakan untuk mengungkap virus pada tingkat molekul.Kemajuan teknik biologi molekul telah digunakan untuk mengetahui runutan nukleutuida genom virus.Banyak genom virus tumbuhan yang telah diklon pada suatu plasmid dalam bentuk DNA dan dapat ditranslasi menjadi RNA yang infektif atau dapat menimbulkan penyakit apabila diinokulasi ke tanaman.

            Replikasi virus merupakan proses genetika molekul yang terkait dengann replikasi asam nukleat (RNA atau DNA),trankripsi,dan translasi RNA dalam sel inang.Kajian replikasi virus invivo menggunakan protoplasma telah memberi informasi baru mengenai berbagai aspek tentang replikasi virus tumbuhan.Kemampuan membuat tanaman transgen yang membawa DNA asing dari gen virus,juga membuka peluang untuk mengetahui tahapan replikasi virus tumbuhan secara in vivo.

            Genom virus tumbuhan mengandung gen yang diperlukan untuk replikasi dan pathogenesis tanaman.Jumlah gen virus tumbuhan mengandung gen yang diperlukan untuk replikasi dan pathogenesis tanaman.Jumlah gen virus tumbuhan berkisar antara satu gen untuk virus satelit (tobacco necrosis virus) sampai 12 gen untuk virus family Reovoridae.Pada umumnya,virus yang mempunyai genom +ssRNA menyandikan empat sampai tujuh protein.Secara umum genom virus tumbuhan dapat dibedakan menjadi beberapa tipe molekul asam nukleat.

1.Untai tunggal positif RNA (+ssRNA)

            Tipe ssRNA merupakan tipe genom yang langsung dapat berfungsi sebagai mRNA dan dalam sel tanaman inang akan ditranslasi menjadi protein struktur dan fungsi yang diperlukan dalam replikasi dan patogenisitas virus tumbuhan.

2.Untai tunggal negative RNA (-ssRNA)

            Tipe –ssRNA dalam sitoplasma akan dikopi menjadi +ssRNA agar dapat ditranslasi sebagai produk gen yang berfungsi dalam replikasi virus.

3.Untai ganda RNA (dsRNA)

            Genom virus tipe dsRNA mengandung gen yang menghasilkan enzim yang diperlukan untuk membentuk mRNA dan ditranslasi membentuk produk gen yang diperlukan dalam replikasi dan patogenesitas virus tumbuhan.

4.Untai ganda atau untai tunggal ganda ( ssDNA)

            Virus tumbuhan yang tipe genomnya dsDNA atau ssDNA memerlukan enzim dari tanaman inang untuk membentuk mRNA.

            Struktur dan organisasi genom virus tumbuhan mempunyai banyak keragaman.Perbedaan struktur genom RNA terlihat dari adanya perbedaan struktur penutup(genome-linked protein/VPg) pada ujung 5 genom RNA dan poli(A) pada ujung 3 dari genom RNA virus.Beberapa virus tumbuhan membutuhkan dua atau lebih segmen genom yang terdapat dalam virion yang berbeda. Kebanyakan virus tumbuhan menyandikan empat atau lebih protein dengan fungsi yang berbeda pada beberapa tahap daur infeksi virus.

1.Ekspresi Gen dan Replikasi Virus yang Mempunyai Genom +ssRNA

            Virus yang mempunyai genom +ssRNA merupakan kelompok virus terbesar yang menajadi pathogen tumbuhan,yaitu 29 dari 35 kelompok virus yang sudah diketahui.Organisasi dan mekanisme ekspresi genom +ssRNA sangat beragam sehingga tidak dapat digeneralisasi. Masing- masing virus mempunyai strategi ekspresi gen yang berbeda. Genom virus akan diekspresikan dalam sel inang yang menghasilkan protein fungsi berupa enzim dan protein struktur seperti protein selubung. Pemahaman ekspresi gen virus yang mempunyai genom ssRNA di bawah ini diuraikan menurut mekanisme ekspresi gen dari dua genus virus yang banyak menyerang tanaman yautu genus Potyvirus dan Cucomovirus.

a)Ekspresi Gen dan Replikasi Virus dalam Genus Potyvirus

1.Organisasi dan Ekspresi Genom Potyvirus

            Genom Potyvirus terletak dalam zarah yang berukuran 700 -900 nm dengan diameter 11-15 nm. Virion disususn +ssRNA yang terdiri atas 9-10 kilobasa dan dibungkus oleh 2.000 monomer protein selubung (kapsid). Genom Potyvirus mempunyai satu kerangka baca(open reading frame) yang dapat mengode 340 -3555 kDa protein. Translasi RNA Potyvirus dimulai dari kodon awal AUG pada posisi 145 -205 nukleotida dari ujung 5 genom potyvirus.Kodon stop terletak pada nukleotida ke 186-250 dari ujung 3 genom potyvirus.

            Ekspresi genom virus yang termasuk kedalam genus potyvirus terjadi melalui translasi poliprotein dari genom virus. Poliprotein fungsi dan struktur sesuai dengan jenis gen yang disandikannya. Pemotongan poliprotein dilakukan dengan protease yang terjadi selama dan sesudah translasi. Protease yang memotong poliprotein juga disandikan oleh gen yang terdapat dalam genom potyvirus.