BAB I. PENGANTAR 1.1 Latar Belakang Produktifitas

BAB I. PENGANTAR
1.1 Latar Belakang
Produktifitas tanaman sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan baik
biotik maupun abiotik. Kedua kondisi ini merupakan faktor penentu utama yang
sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Salah satu
permasalahan yang menjadi penghambat produktifitas tanaman yaitu adanya
cekaman biotik dan abiotik. Cekaman biotik berupa organisme pengganggu
tanaman, sedangkan cekaman abiotik berupa kondisi lingkungan yang ekstrim
diantaranya kekeringan, logam berat dan salinitas. Konsentrasi garam yang tinggi
menyebabkan
ketidakseimbangan
ion
dan
tekanan
hyperosmotic,
yang
menyebabkan kondisi stres oksidatif pada tanaman (Cheng et al., 2012). Kedua
cekaman ini akan mempengaruhi respon tanaman untuk melakukan mekanisme
pertahanan (defense) berupa produksi hormon etilen dalam jumlah berlebih.
Hormon etilen berfungsi sebagai sinyal untuk mengaktifkan transkripsi gen-gen
yang menyandi protein untuk melindungi tanaman dari cekaman tersebut (Glick,
2004; VanLoon dan Glick, 2004).
Hormon etilen merupakan hormon yang berperan penting pada
pertumbuhan dan perkembangan tanaman, serta mempengaruhi respon tanaman
terhadap cekaman biotik dan abiotik. Prekursor biosintesis hormon etilen yaitu 1aminosiklopropana-1-karboksilat (ACC). Biosintesis etilen dalam jaringan akar
yang terjadi secara berlebihan akibat adanya cekaman biotik maupun abiotik, akan
menghambat perkembangan akar dan melemahkan ketahanan tanaman terhadap
serangan penyakit. Hal tersebut ditunjukkan dengan terjadinya klorosis dan
penghambatan pertumbuhan serta perkembangan tanaman. Pada tanaman dengan
cekaman biotik berupa organisme pengganggu tanaman (OPT), kerusakan banyak
disebabkan oleh autokatalitik sintesis etilen, bukan oleh aksi OPT secara
langsung. Etilen yang disintesis dalam jumlah sangat tinggi akan memicu
serangan patogen, sehingga penghambatan sintesis etilen dapat menurunkan
sejumlah infeksi pada tanaman oleh jamur dan bakteri (Glick, 2007).
Beberapa penelitian sebelumnya, telah ditemukan bahwa beberapa
spesies bakteri di perakaran tanaman mampu menghasilkan enzim ACCdeaminase. Enzim ini berperan untuk mendegradasi ACC (prekursor hormon
etilen) menjadi amonia dan α-ketobutirat untuk mengurangi pembentukan hormon
etilen dalam jaringan akar yang dipicu oleh berbagai faktor biotik dan abiotik
yang ekstrim. Salah satu spesies bakteri yang berpotensi menghasilkan enzim
ACC-deaminase yaitu rizobakteri Acinetobacter sp. 20B. Berdasarkan sekuen
genom hasil sekuensing dari isolat bakteri Acinetobacter sp. 20B, diketahui bahwa
bakteri Acinetobacter sp. 20B merupakan salah satu rizobakteri yang membawa
gen ACC-deaminase (acdS) (Widada, personal communication). Bakteri tersebut
mampu mendegradasi substrat ACC sebagai satu-satunya sumber nitrogen.
Sehingga bakteri ini dapat dikelompokkan kedalam bakteri PGPR. PGPR (Plant
Growth-Promoting Rhizobacteria) merupakan bakteri yang hidup bebas di
perakaran tanaman atau rizosfer dan menguntungkan bagi tanaman, karena
keberadaannya menjadi pemicu pertumbuhan tanaman (Lucy et al., 2004).
Namun, rizobakteri ini tidak mampu tumbuh dengan baik ketika diaplikasikan di
lapang. Sehingga dibutuhkan agen lain yang bersifat endofitik dan mampu
tumbuh dengan baik, diantaranya yaitu bakteri endofit. Salah satu spesies bakteri
endofit yang digunakan dalam penelitian ini yaitu bakteri Burkholderia sp. strain
G8.
Burkholderia sp. G8 adalah salah satu bakteri endofit pada tanaman padi
yang mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman namun tidak memiliki aktivitas
ACC-deaminase. Hal ini didasarkan pada uji kemampuan tumbuh bakteri pada
media minimum bebas nitrogen (NFMM) dengan penambahan ACC, tidak
menunjukkan adanya aktivitas pertumbuhan bakteri endofit G8 (Widada, personal
communication). Kloning gen ACC-deaminase kedalam genom bakteri endofit
Burkholderia sp. G8 diduga akan meningkatkan aktivitas bakteri tersebut dalam
mendegradasi ACC, sehingga mengurangi sintesis etilen yang berlebih pada
tanaman.
Pada penelitian ini dilakukan kloning gen ACC-deaminase dari bakteri
Acinetobacter sp. 20B dan menginsersikan gen tersebut kedalam genom bakteri
endofit Burkholderia sp. G8 dengan bantuan vektor plasmid mini-transposon
pBSL202 pembawa gen resisten gentamisin (Gm). Metode ini bertujuan untuk
mengembangkan produk rekayasa genetika berupa PGPR (Plant GrowthPromoting
Rhizobacteria)
menghasilkan ACC-deaminase.
yang
bersifat
endofit
dengan
kemampuan
1.2 Permasalahan Penelitian
Permasalahan pada penelitian ini antara lain:
a. Apakah gen ACC-deaminase dapat diisolasi dari bakteri Acinetobacter
sp. 20B dan diklon kedalam plasmid pBSL202?
b. Apakah gen ACC-deaminase yang diisolasi dari bakteri Acinetobacter sp.
20B dapat diinsersikan kedalam genom bakteri endofit Burkholderia sp.
G8?
c. Apakah gen ACC-deaminase (20B) yang diinsersikan kedalam genom
bakteri endofit Burkholderia sp. G8 dapat berfungsi secara fungsional?
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
a. Mengisolasi gen ACC-deaminase dari bakteri Acinetobacter sp. 20B
dan mengklon kedalam plasmid pBSL202.
b. Menginsersikan gen ACC-deaminase yang diisolasi dari bakteri
Acinetobacter sp. 20B kedalam genom bakteri endofit Burkholderia
sp. G8.
c. Menguji aktivitas fungsional gen ACC-deaminase (20B) yang
diinsersikan kedalam genom bakteri endofit Burkholderia sp. G8.
1.4 Manfaat Penelitian
Insersi gen ACC-deaminase kedalam genom bakteri endofit Burkholderia
sp. G8 akan memperkaya kemampuan bakteri tersebut sebagai bakteri endofit
yang dapat memicu ketahanan tanaman dari cekaman biotik dan abiotik, sehingga
produktivitas tanaman menjadi meningkat.