Definisi, Pengertian, Penjelasan, dan Maksud Dari Gene Silencing

Pengaruh abiotik dan biotik terhadap tanaman dapat memicu tanaman untuk melakukan sistem pertahanan khususnya terhadap patogen tanaman seperti virus, cendawan, bakteri maupun nematoda. Salah satunya adalah secara genetik melalui proses gene silencing. Gene silencing merupakan aktivitas dari proses ekpresi gen di dalam tanaman inang dalam menanggapi adanya patogen yang masuk ke dalam jaringan. Gene silencing merupakan suatu teknik yang digunakan untuk mengnonaktifkan aktivitas gen (Fire 1999; Waterhouse et al. 2001; Dinesh-Kumar et al. 2003; Hewezi & Baum 2015).

Gene silencing sebagai salah satu respon tanaman dalam menanggapi patogen-patogen dengan melibatkan kerja bagian gen-gen tertentu. RNA merupakan fase gen yang menjadi “kunci” selama proses pembungkaman sel. RNA yang mempengaruhi gen target dikenal dengan istilah RNA interference (RNAi). Oleh karena itu, gene silencing juga dikenal dengan nama RNA silencing (Hannon 2002; Mello & Conte 2004; Huang et al. 2006). RNAi merupakan mediator untuk menekan ekpresi gen-gen patogen yang masuk ke dalam tanaman inang. Mekanisme diawali dengan mentriger double strand RNA/dsRNA. dsRNA menekan ekspresi gen yang sesuai dengan urutan dsRNA. Mekanisme yang unik dari gene silencing telah ditemukan dan dipelajari pada beberapa kelas eukariot. Sekuen nukleotida spesifik dari RNA menginduksi degradasi mRNA atau penghambatan translasi pada tingkat pasca transkripsi (dinamai dengan PTGS dalam tanaman) atau modifikasi epigenetik pada tingkat transkripsi, bergantung pada RNA-directed DNA methylation (Aufsatz et al. 2002; Matzke et al. 2007; Zhang & Zhu 2011).

Sumber: web.standford.edu

Pada organisme eukariotik, khususnya tanaman, gene silencing berperan besar dalam keseimbangan ini dengan menghubungkan pemograman perkembangan dan respon lingkungan secara dinamis untuk ekspresi gen melalui pembungkaman transkripsi gen (transcriptional gene silencing/TGS) dan pembungkaman pasca-transkripsi gen (post-transcriptional gene silencing/PTGS). Dalam tanaman, kisaran target PTGS dari gen dalam merespon stress hingga gen yang memperbaiki jenis sel spesifik dan organ tertentu, sedangkan fungsi utama TGS untuk menekan transkripsi elemen dan sisa genetik, suatu mekanisme yang bisa juga mengatur ekspresi gen dalam merespon pengaruh lingkungan atau stress (Depicker & Van Montagu 1997; Hammond et al. 2001; Vaucheret et al. 2001).

Patogen tanaman adalah penyebab banyak penyakit tanaman dan menghasilkan kerusakan terhadap produksi pangan. Dahulu, metode konvensional pernah digunakan untuk melawan infeksi patogen pada tanaman yaitu proteksi silang dan pemanfaatan ketahanan alami dalam tanaman. Perintis dalam ketahanan dengan media protein selubung (coat protein) memperkenalkan tentang konsep ketahanan terhadap patogen dan  strategi yang cepat dalam rekayasa ketahanan tanaman (Abel et al. 1986; Anandalakshmi et al. 1998; Holzberg et al. 2002). Gene silencing terdiri dari beberapa komponen:

1. dsRNA sebagai trigger merupakan RNA yang masih terikat dengan ikatan hidrogen.
2. Protein Dicer atau Dicer-like (DCL) meruapakan protein yang berfungsi sebagai pemutus dsRNA menjadi utas yang pendek dengan bantuan enzim ribonuklease.
3. Small RNA (siRNAs atau miRNAs) merupakan hasil dari pemotongan dsRNA
4.  Efektor RISC (RNA dengan protein AGO/Argonaute) merupakan RNA yang berikatan dengan protein Argonaute yang berfungsi sebagai pemotong gen target.

Gene silencing (disebut juga RNA interference (RNAi), RNA silencing, quelling, co-suppression) merupakan mekanisme kompleks dengan cara yang bervariasi sebagai pengendali ekpresi gen pada saat tingkat transkripsi dan setelah transkripsi. Berdasarkan jenisnya, pembungkaman diinisiasi oleh molekul utas ganda RNA (double stranded RNA/ dsRNA) yang dipecah oleh Type III RNase yang disebut dengan Dicer (DCR atau DCL) menjadi 21 bp pasang basa pendek yang diketahui sebagai short interfering RNAs (siRNAs). RNA dupleks ini lepas dan utas antisense bergabung dengan protein Argonate (AGO) yang terikat dengan RICS (RNA-Induced Silencing Complex), yang kemudian akan berikatan homolog dengan mRNA target dan mendegradasinya (Jacobsen et al. 1999; Vance & Vaucheret 2001; Waterhouse & Helliwell 2003; Baumberger & Baulcombe 2005; Pratt & MacRae 2009).

PUSTAKA:

• Abel PP, Nelson RS, De B, Hoffmann N, Rogers SG, Fraley RT, Beachy RN. 1986. Delay of disease development in transgenic plants that express the tobacco mosaic virus coat protein gene. Science. 232(4751):738-743.
• Anandalakshmi R, Pruss GJ, Ge X, Marathe R, Mallory AC, Smith TH, Vance VB. 1998. A viral suppressor of gene silencing in plants. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95(22):13079-13084.
• Aufsatz W, Mette MF, van der Winden J, Matzke AJ, Matzke M. 2002. RNA-directed DNA methylation in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 99(4):16499-16506.
• Baumberger N, Baulcombe D. 2005. Arabidopsis ARGONAUTE1 is an RNA Slicer that selectively recruits microRNAs and short interfering RNAs. Proceedings of the National Academy of Sciences. 102(33):11928-11933.
• Depicker A, Van Montagu M. 1997. Post-transcriptional gene silencing in plants. Current Opinion in Cell Biology. 9(3):373-382.
• Dinesh-Kumar S, Anandalakshmi R, Marathe R, Schiff M, Liu Y. 2003. Virus-induced gene silencing. Plant Functional Genomics 55(2):287-293.
• Fire A. 1999. RNA-triggered gene silencing. Trends in Genetics. 15(9):358-363.
• Hammond SM, Caudy AA, Hannon GJ. 2001. Post-transcriptional gene silencing by double-stranded RNA. Nature Reviews Genetics. 2(2):110-119.
• Hannon GJ. 2002. RNA interference. Nature. 418(6894):244-251.
• Hewezi T, Baum TJ. 2015. Chapter nine-gene silencing in nematode feeding sites. Advances in Botanical Research. 73:221-239.
• Holzberg S, Brosio P, Gross C, Pogue GP. 2002. Barley stripe mosaic virus‐induced gene silencing in a monocot plant. The Plant Journal. 30(3):315-327.
• Huang G, Allen R, Davis EL, Baum TJ, Hussey RS. 2006. Engineering broad root-knot resistance in transgenic plants by RNAi silencing of a conserved and essential root-knot nematode parasitism gene. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103(39):14302-14306.
• Jacobsen SE, Running MP, Meyerowitz EM. 1999. Disruption of an RNA helicase/RNAse III gene in Arabidopsis causes unregulated cell division in floral meristems. Development. 126(23):5231-5243.
• Matzke M, Kanno T, Huettel B, Daxinger L, Matzke AJ. 2007. Targets of RNA-directed DNA methylation. Current Opinion in Plant Biology. 10(5):512-519.
• Mello CC, Conte D. 2004. Revealing the world of RNA interference. Nature. 431(7006):338-342.
• Pratt AJ, MacRae IJ. 2009. The RNA-induced silencing complex: a versatile gene-silencing machine. Journal of Biological Chemistry. 284(27):17897-17901.
• Vance V, Vaucheret H. 2001. RNA silencing in plants-defense and counterdefense. Science. 292(5525):2277-2280.
• Vaucheret H, Béclin C, Fagard M. 2001. Post-transcriptional gene silencing in plants. Journal of Cell Science. 114(17):3083-3091.
• Waterhouse PM, Helliwell CA. 2003. Exploring plant genomes by RNA-induced gene silencing. Nature Reviews Genetics. 4(1):29-38.
• Waterhouse PM, Wang M-B, Lough T. 2001. Gene silencing as an adaptive defence against viruses. Nature. 411(6839):834-842.
• Zhang H, Zhu J-K. 2011. RNA-directed DNA methylation. Current Opinion in Plant Biology. 14(2):142-147.