Peran gen rol Agrobacterium rhizogenes dalam transgenik tanaman

(Maurel et al., 1991)
 
Bakteri tanah Agrobacterium rhizogenes mampu menginduksi penyakit hairy root pada akar tanaman melalui transfer fragmen DNA (Ri T-DNA) yang terdapat pada plasmid inducing root (pRi). Proliferasi  tunas akar pada sisi terinfeksi menunjukkan ekspresi gen Ri T-DNA memberikan efek seperti auksin _{(auxin-like effect}). Gen biosintesis auksin telah diidentifikasi berada pada T_R-DNA strain agropine (A₄). Beberapa penelitian menunjukkan, A. rhizogenes pada pertumbuhan akar tembakau transgenik bersifat lebih sensitive terhadap auksin, dibandingkan dengan tembakau normal. Hal ini menunjukkan bahwa gen Ri T-DNA menginduksi proliferasi  dari sel akar yang mengalami transformasi. Gen dari pRi A₄ T-DNA yang bertanggung jawab terhadap induksi hairy root pada tembakau adalah rol A, B, dan C. Masing-masing gen mampu memodifikasi sendiri perkembangan tanaman tembakau. Gen rol A dan B berperan penting dalam menginduksi transformasi sel akar menjadi abnormal. Berdasarkan hasil former test, gen tunggal rol meningkatkan sensitivitas protoplast mesofil terhadap auksin.

Dalam artikel ini dikaji mengenai perbandingan sensitivitas akar tanaman tembakau normal dengan tembakau transgenik yang mengalami transformasi T-DNA dari pRi A₄ yang melibatkan tiga gen , yaitu rol A, B, dan C. Selain itu dikaji pula perbedaan potensial transmembran protoplast dan pembelahan sel.

Auksin berpengaruh terhadap morfologi akar tembakau transgenik berupa elongasi dan ekstrusi H⁺ pada ujung akar yang menampakkan hairy root. Peningkatan sensitivitas juga ditunjukkan pada tingkat seluler melalui protoplast hairy root pada respon elektrik terhadap auksin. Auksin menginduksi hiperpolarisasi yang diukur pada protoplast mesofil tembakau. Nilai Em yang rendah dari protoplast  dan amplitudo yang juga rendah dalam respon auksin pada protoplast akar, seperti dalam penelitian terhadap Catharantus roseus, meningkatkan polarisasi inisial protoplast dan intensitas respon auksin.

Peningkatan tunas rhizogenesis dalam tembakau oleh gen rol tunggal menunjukkan efisiensi gen B > A > C melalui percobaan inokulasi daun. Klasifikasi analog ditentukan berdasarkan pengaruh gen rol terhadap sensitivitas auksin terhadap respon elektrik protoplast mesofil. Korelasi antara kapasitas pembentukan akar dan sensitivitas terhadap auksin protoplast diamati dengan menggunakan model tanaman tembakau non rooting auxin-resistant. Kenaikan sensitivitas terhadap auksin dari sel yang ditrasformasi A. rhizogenes menjadikan kenaikan kapasitas pembentukan akar.

Pengaruh kuantitatif perbedaan gen rol pada protoplast terhadap sensitivitas auksin dan pada rhizogenesis, mungkin menunjukkan perbedaan tingkat ekspresi gen. Regulasi promoter rol pada protoplast mesofil tembakau  menunjukkan, adanya molekul NAA mengoptimalkan ekspresi rol B. Sensitivitas dari auksin pada protoplast rol B-transformed berkorelasi dengan ekspresi rol B. Peran tingkat ekspresi gen rol juga ditunjukkan dengan perbedaan sensitivitas auksin antara protoplast yang mengekpresikan protein rol C, dengan menggunakan kontrol rol C  atau promoter 35SCaMV. Sensitivitas hormonal dari rol C lebih rendah dari peran rol B, sehingga prduk gen rol punya potensi yang berbeda terhadap sensitivitas auksin.

Pengaruh pleiotropik dari salah satu gen rol pada beberapa fungsi seluler menyebabkan sensitivitas terhahadap auksin, sehingga berimplikasi pada morfogenesis. Penerimaan dan transduksi signal auksin dapat mempengaruhi respon auksin dalam jangka pendek (< 2 menit) atau jangka panjang (24 jam) untuk membentuk hairy root. Protoplast Ri-transformed mungkin menaikkan jumlah sisi plasmalemma yang dikenali antibodi  untuk bersaing dengan auksin-binding protein.

Berlawanan dengan pengaruh sensitivitas auksin pada respon elektrik protoplast, keseluruhan Ri T-DNA, hanya gen rol B yang mengekspresikan gen CaMV-C dan tidak memodifikasi pembelahan sel sebagai respon hormon. Auksin mengendalikan pembelahan sel dalam jangka panjang dan mekanismenya tergantung pada metabolisme auksin Hasil perbandingan sel yang ditrasformasikan Ri berbeda dengan perbandingan antara tembakau mutan yang resisten auksin dengan wild type. Auksin menginduksi hiperpolarisasi protoplast dan pembelahan sel, hal ini mengindikasikan mutan mengalami pengurangan sensitivitas terhadap auksin. Hasil ini menunjukkan adanya reseptor yang sama yang terlibat dalam respon permukaan sel jangka pendek dan pembelahan sel jangka panjang. Adanya perbedaan jalur penerimaan transduksi auksin, berimplikasi dalam peran auksin untuk mengendalikan pembelahan sel dan elongasi sel, serta rhizogenesis. Berbagai binding site untuk auksin yang menggambarkan karakterisasi fungsional masih belum diketahui.

Selektivitas gen rol yang mempengaruhi respon auksin mungkin berperan dalam kesesuaian transformasi Ri dengan perkembangan tanamanan secara keseluruhan. Gen rol B meningkatkan sensitivitas auksin protoplast 10⁴ kali pada wild type, tetapi tanaman mutan gen rol B berkembang dengan normal selama morfogenesis. Perubahan fenotipe yang disebabkan transformasi tembakau dengan CaMV-B menunjukkan kontrol ekspresi gen rol B yang baik sangatlah penting. Viabilitas tanaman dapat dijelaskan melalui pengendalian auksin dalam pembelahan sel. Adanya proses morfogenesis yang normal, dapat menunjukkan fungsi gen rol B yang efektif. Sehingga dapat disimpulkan bahwa mutasi gen mempengaruhi respon seluler pada fitohormon. Adanya gen rol tunggal A. rhizogenes T_L-DNA mampu meningkatkan sensitivitas protoplast terhadap auksin