PENGANTAR - eprints.unram.ac.id · tempat sintesis sitokinin • Mata tunas yg dorman menghasilkan sitokinin ... mRNA selama proses sintesis protein • Kerja sitokinin pd level translasi.

19/10/2017

1

CYTOKININ(sitokinin)

Bambang B. SantosoFakultas Pertanian UNRAM

2012/2013

PENGANTAR

• Auksin dan giberelin hanya pemanjangan sel

• Tanaman tidak dpt tumbuh normal hanya dgn

pemanjangan sel sel memanjang terbatas

• Proses penting pertumbuhan tanaman adalah

pembelahan selmenambah jumlah sel

19/10/2017

2

PENGANTAR• Pembelahan sel dikontrol oleh hormon• Pada buah dan biji yg sedang berkembang

senyawa pemicu pembelahan sel terutamadi bagian biji yg bersifat embrional

• Embrio menerima senyawa tersebut dariendosperm

• Endosperm cair pada buah kelapa (air kelapa)kaya dengan faktor pemacu pembelahan sel

PENGANTAR

• Air kelapa tidak hanya memacu pembelahansel pd embrio kelapa ttp jg pd embrio Deturadan tanaman lain yang dikultur in vitro.

• Ekstrak buah (jagung, Ginkgo, dan bbrptanaman lain) yg sdg berkembang jugamengandung senyawa pemacu pembelahansel

19/10/2017

3

Sekilas coconut milk (air kelapa)

• Merupakan senyawa kompleks• Steward & Shantz mengisolasi dan purifikasi zat aktif

yg ada di dalam air kelapa• Berhasil diisolasi: 2 senyawa yaitu diphenyl urea dan

myo inositol• Selain itu ada bbrp senyawa lain: auksin, giberelin,

asam amino, asam nukleat dll.• Pengaruh air kelapa thd pembelahan sel mrp efek dr

semua senyawa yg terkandung didlmnya bukan efektunggal dari salah satu senyawa.

PENGANTAR• Terobosan nyata dlm penemuan sitokinin adl

penelitian di bidang kultur jaringan• Folk Skoog dkk di university of Wisconsin

menumbuhkan potongan jaringan empulurtanaman tembakau scr. in vitro pd media dgnelemen makro dan mikro, vitamin dan sukrosa jaringan tidak dapat tumbuh

• Ketika auksin di+kan ke media sel dapatmemanjang tetapi tidak membelah

19/10/2017

4

PENGANTAR• Jablonski dan Skoog (1954) jaringan

empulur jika dikulturkan bersama jaringanfloem sel mulai aktif membelah

• Jika jaringan empulur kontak dgn floemcukup utk memacu pembelahan sel floemdpt mensuplai faktor yg menyebabkan terjadipembelahan sel

• Usaha untuk mengekstrak senyawa aktif darifloem tembakau belum berhasil.

PENGANTAR• Sel empulur tembakau yg dikultur in vitro pd

medium yg ditambah kinetin dan auksinmulai membelah dan kemudian membentukmasa sel parenkimatis yg belum terorganisasidisebut kalus

• Jika yg ditambahkan ke media itu berupa :auksin saja sel memanjang tdk membelahkinetin saja tidak efektif

• Utk pembelahan, sel membutuhkan palingsedikit 2 zpt auksin dan kinetin yg akanberinteraksi dan memacu pembelahan sel

19/10/2017

5

SEJARAH SITOKININ1892 Weisner• Pembelahan sel tanaman diduga diatur oleh

suatu senyawa tertentu• Cara untuk mempelajari hormon tanaman

mempelajari kerja hormon pada sel tunggal

1902 Haberlandt• usahanya gagal untuk menginduksi sel agar

membelah secara in vitro

SEJARAH SITOKININ1913 Haberlandt• Cairan floem menginduksi pembelahan sel

parenkim kentang• Berarti terdapat senyawa yang merangsang

pembelahan sel

1921 Haberlandt• Jika ada luka maka ada proses induksi

pembelahan sel utk menutup permukaan ygluka

• Senyawa perangsang pembelahan sel didugamerupakan molekul yang kecil

19/10/2017

6

SEJARAH SITOKININ1941 Skoog• Teknologi kultur jaringan tumbuhan mulai

berkembang

• Apakah sel dapat diikusi untuk tumbuh secaranormal sebagai sel bila dikultur secara in vitro ?Apakah penambahan nutrisi dan zat pengaturtumbuh, auksin, Cukup untuk menginduksi seluntuk tumbuh secara normal?

• Jaringan internodus batang tidak dapat tumbuhpada saat dikultur pada media tanpa ditambahhormon auksin

SEJARAH SITOKININ• Ketika auksin diaplikasikan pada empulur batang

tembakau sel membesar tapi tidak membelah

• Senyawa alami apakah yang mengandung senyawayang dapat merangsang pembelahan sel ??

• Ekstrak batang tembakau memberikan pengaruhyang tidak konsisten

• Air kelapa, malt, ekstrak yeast, DNA sperma ikanherring yang diotoklaf merangsang pembelahan selempulur tembakau

19/10/2017

7

1955-6 Miller et al.• Kinetin (furfurylamino purine) berhasil diidentifikasi dari

DNA ikan hering yang diotoklaf sbg zat kimia yg dapatmerangsang pembelahan sel

• Kinin semula diusulkan sbg namanya, ternyata sudahdigunakan untuk hormon pd hewan dipilih namacytokinin (Skoog) (sitokinesis = pembelahan sel)

• kinetin jelas terbukti sebagai senyawa yang secara in vivoberperan sebagai sitokinin

SEJARAH SITOKININ

1963-64 Letham• Sitokinin pertama kali diisolasi dan

diidentifikasi strukturnya dari jagungkernels

• karena Letham berasal dari New Zealand,atau karena senyawa ini diisolasi dari Zeamaize, maka diberi nama ZEATIN.

SEJARAH SITOKININ

19/10/2017

8

KEBERADAAN DAN DISTRIBUSI

• Dalam tumbuhan, sitokinin dlm 2 bentuk: bebasdan sbg komponen tRNA as amino serin dan tirosin

• Selain di jagung, zeatin juga tdpt di eksudat akarbunga matahari, daun begonia dan filtrat kulturjamur Rhizopogon roseus.

• Selain zeatin, tanaman juga mengandung zeatinribozide.

• Misal ribofuranosyl zeatin terdpt di endosperm airkelapa.

KEBERADAAN DAN DISTRIBUSI

• Sitokinin dilaporkan jg diproduksi di tumor ygdihasilkan Agrobacterium tumefascians dannodul yg dihasilkan Rhizobium japonicum

• tRNA E. coli jg mengandung sitokinin

19/10/2017

9

STRUKTUR SITOKININ

• Turunan Adenine (amino purines)• Tersusun dari:(a) the free nitrogenous base(b) a nucleoside (base + ribose)(c) a nucleotide (base + ribose + phosphate)(d) glycosides

• Struktur sitokinin satu dg yg lain dibedakanoleh rantai samping

• Rantai samping menempel pd molekuladenin pd N6

• Jika posisi berubah ke tempat lainmengurangi keaktifan atau bahkan menjaditdk aktif

• Molekul adenin tanpa rantai sampingaktivitas sitokinin lemahMenempelnya rantai

sampingmeningkatkankeaktifan molekul

19/10/2017

10

• Basa bebas adalah bentuk aktif (sitokinin)• Ada 40 struktur yang berbeda• Zeatin (Z), pertama kali berhasil diisolasi dari

jagung (Zea mays) merupakan sitokinin yangpaling terkenal

• Sitokinin alami lainnya:dihydrozeatin (DHZ) &isopentenyladenosine (IPA).

Sitokinin Sintetik

• kinetin merupakan produk samping daridegradasi (pemecahan zeatin)

• Ada beberapa senyawa lain yang memiliki zataktif sitokinin yaitu benzyl adenine(benzylaminopurine; BA).

19/10/2017

11

Biosintesis dan Metabolisme Sitokinin

• Sitokinin ditemukan di hampir semua tanamantingkat tinggi

• Di lumut, jamur, bakteri dan tRNA beberapaprokaryotes dan eukaryotes

• Jalur biosintesis = adenin• Rantai samping isopentenil dari jalur asam

mevalonat

• Degradasi sitokinin oleh enzim sitokininoksidase.

• Enzim memotong rantai samping danmelepaskan adenine.

• Derivatnya dpt terbentuk tetapi jalurnya lebihkompleks dan belum banyak diketahui

19/10/2017

12

Tempat biosintesis:

• Terkandung di tanaman tingkat tinggi• Ujung Akar dan nodul akar• embrio dan endosperm biji yg sedang

mengalami perkembangan• Banyak terkonsentrasi di daerah meristematik

dan di daerah yg aktif tumbuh misal daunmuda, meristem apikal, buah yg sedangberkembang

• Kandungan sitokinin mulai berkurang pdjaringan tua yg tidak meristematis lagi

Biosintesis sitokinin

• Ujung akar merupakan tempat pentingbiosintesis sitokinin

• Bukti : daun + tangkai direndam di air daunsegera kehilangan klorofil & menguning

• Jika pd ujung tangkai daun terbentuk akaradventif senescence/penuaan tertunda

• Jika tdk ada akar ttp ditambah kinetinpenuaan jg tertunda

19/10/2017

13

• Pd tanaman tomat, buah tdk tergantung pdakar utk disuplai sitokinin bisa mensintesissendiri

• Buah berbiji lebih tinggi sitokinin dp buah tdkberbiji biji yg sdg berkembang merupakantempat sintesis sitokinin

• Mata tunas yg dorman menghasilkan sitokinin• Semua sel yg aktif membelah mensintesis

asam nukleat shg mampu mensintesissitokinin krn semua sitokinin merupakanturunan adenin yg merupakan basa purinyg tdpt di DNA dan RNA

Transport Sitokinin• Sitokinin sangat jarang ditranslokasikan• Pd daun yg ditetesi benzil adenin berlabel 14C

senyawa tsb tidak ditranslokasikan ttp tetapberada ditempat semula

• Transport (akropetal)dari akar ( tempat produksi utama) ke pucukvia xilem (secara pasif melalui jalur transpirasi) cairan xilem mengandung sitokinin dlmkonsentrasi tinggi

• Bentuk utama yg ditransport Zeatin ribosides• Setelah sampai di daun diubah menjadi basa

bebas (free base) atau glucosides

19/10/2017

14

Mekanisme kerja sitokinin

Belum banyak diketahui dan tidak cukup buktiutk menyimpulkan mekanisme kerja sitokininsecara biokimiaMeningkatkan sintesis asam nukleat

meningkatkan sintesis enzim tRNA sintetaseMengurangi proses degradasimengurangi

aktivitas ribonuklease (RNAse)

Mekanisme kerja sitokinin

• Ada hubungan dekat antara sitokinin danasam nukleat

• Sitokinin merupakan turunan adenin ygmerupakan basa purin dari asam nukleat

• Sitokinin membantu tRNA menempel kemRNA selama proses sintesis protein

• Kerja sitokinin pd level translasi

19/10/2017

15

Effects sitokinin

Pembelahan selMorfogenesisPertumbuhan tunas sampingPenundaan penuaan daunPerkembangan kloroplas

30

Mengatur Siklus Sel (Regulates Cell Cycle)

Mengatur siklus sel (pembelahan sel), itulahmaka dinamakan sitokinin (cytokinins) –khususnya pengendalian pd fase G2 darimitosis.

Diatur oleh protein terikat kinase (CDK’s) dansub-unitnya yaitu cyclins.

19/10/2017

16

Cytokinin dalam siklus sel

Cytokinin mengaktifkanphosphatase utkmenghambat phosphatedari CDC2 (adalahphosphate tdk aktif)

Peranan Biologi SitokininTembakau mengekpresikan genutk cytokinin oxidase → penyebabsitokinin rendah → menghambatpertumbuhan tunas krnberkurangnya kecepatanpembelahan sel dlm SAM (shootapical meristem)

↓Cytokinins regulate cell division invivo

WTAtCKX1 and AtCKX2 =Arabidopsis cytokinin oxidase

WT : wild type

AtCKX1-OX

AtCKX2-OX

19/10/2017

17

SitokininSitokinin menekanmenekan pertumbuhanpertumbuhan akarakar::‘reducing’‘reducing’ ukuranukuran selsel && pembelahanpembelahan selsel

WTtobacco

AtCKX1-OXCytokinin-deficient

Meningkatkan pertumbuhan akar melaluiperbesaran ukuran RAM (root apicalmeristem)sitokinin memiliki peran yg berbeda dlmmengatur pembelahan sel di RAM danSAM

WTtobacco

AtCKX1-OXCytokinin-deficient

Akar dicat dgnfluorescent dye utk dptmelihat inti sel

34

Mengatur pertumbuhan akar

19/10/2017

18

Cytokinin menghambatpenuaan daun

• senescence adalah suatu proses programpenuaan pd tanaman

• Terjadi kehilangan/penurunan klorofil, RNA,protein dan lipidsPenurunan RNA krn peningkatan enzim RNAse(ribonuklease)

• Terjadi translokasi mineral, asam amino, gula danmetabolit lain dari daun ke bagian lain

• Permeabilitas membran sel meningkatdegenerasi organel sel spt inti dan kloroplas

sitokininsitokinin memacumemacu perkembanganperkembangankloroplaskloroplas

kecambah yg tumbuh dlm gelap& tanpa sitokinin Plastidsberkembang sbg etioplasts

Perlakuan sitokinin menginduksipembentukan thylakoid plastidskecambah yg tumbuh dlm gelap.

19/10/2017

19

• Sitokinin memacu pembentukan klorofilyang diinduksi oleh cahaya

• Pematangan kloroplas: etioplas akan menjadikloroplas jika terkena cahaya

• Sitokinin memacu perkembangan kloroplasdari etioplas (perubahan etioplas dengancara merangsang sintesis klorofil)

Penuaan pd daun dptdicegahpd dauntembakau transgenik ygmempunyai gen IPT ygberperan dlm cytokininbiosynthesis

IPT akan terekspresi utkmerespon signals ygmemacu penuaan (haripendek pd musim gugur,kekeringan, kekurangannutrisi yg menyebabkanberkurangnya produksiauxin).

19/10/2017

20

Senescence dpt ditunda dg sitokinin

1.Daun di airmenguning dan kehilangan RNA danproteinDaun di air + kinetin tertundanyakehilangan klorofil, RNA & protein

2.Daun bertangkai direndam di 14C as amino helaiandaun ditetesi kinetin 14C as amino terkumpul dihelaian daun yg mgd kinetinTTererjjaaddii mobilisasimobilisasi as aminoas amino dandan mineralmineral drdr bagbag ianianlainlain keke jarjaringaningan ygyg didi+ kinetin+ kinetin proteinprotein tetaptetap dididaundaunmencegahmencegah penuaanpenuaan

3.Aplikasi sitokinin pd ‘ an intact leaf’ mengurangikecepatan degradasi klorofil dan protein

4.detached leaves senesce kadar sitokinin turunketika daun + auxinmerangsangpembentukan akar ketika akar terbentuk :kadar sitokinin meningkat. penuaan stops

19/10/2017

21

5.Tobacco plants + senescence promoter sequence+ IPT gene (cytokinin gene) gene active onsenescence no senescence

•• MekanismeMekanisme belumbelum jelasjelas tptp melibatkanmelibatkankemampuankemampuan sitokininsitokinin dalamdalam memobilisasimemobilisasi dandanmengambilmengambil (uptake)(uptake) nutriennutrien sitokininsitokininberperanberperan sbgsbg “sink”“sink”..

6.Penelitian lain:• Daun pea + 14C leusin + kinetin penuaan

tertunda tdk terjadi peningkatanperubahan 14C leusin menjadi proteinmencegah proses degradasi 14C leusin

•• SitokininSitokinin jjuuggaa mempengaruhimempengaruhi araharah transporttransportmetabolitmetabolit organikorganik, mineral, mineral dandan akumulasiakumulasi didiselsel

19/10/2017

22

7.Buktinya :• Metabolit ditranslokasi ke buah dan biji yg

sdg berkembang krn disitu ada sitokinin• Transport floem dari ‘source to sinks’

dikontrol oleh sitokinin

Pengendalian Bentuk(control morphogenesis)

• Pada kultur jaringan tumbuhan, sitokinindibutuhkan utk pertumbuhan kalus

kalus + auxin + no sitokininlittle growth of callus

kalus + auxin + sitokinincallus grows well, belum terdiferensiasi

19/10/2017

23

• rasio sitokinin dan auxin penting utkmenentukan arah pertumbuhan kalus :

callus + low [cytokinin/auxin] callus growswell, terbentuk akar

callus + high [cytokinin/auxin] callus growswell, terbentuk meristem & pucuk/tunas

The auxin:cytokinin ratio regulatesThe auxin:cytokinin ratio regulatesmorphogenesis in cultured tissuesmorphogenesis in cultured tissues

High auxin/cytokinin ratio: root Low auxin/cytokinin ratio: shootIntermediate levels: callus

Nutrientagar

CallusRoots

Shoots Nogrowth

AuxinKinetin

Planttissue

Ratio: 15 150 0.003

19/10/2017

24

Auxin

Cytokinin

Cytokinin - essential forshoot development

19/10/2017

25

Peran sitokinin dan auksin padadominansi apikal

• Fenomena antagonisantara sitokinin danauksin

• Dominansi Apikal :penghambatan tunasaksilar yg disebabkanpertumbuhan tunasapikal

• Contoh: Kapri (Pisum sativum) & bungamatahari (Helianthus annuus) dominasiapikal sangat kuat

• Tomat& kentang dominasi apikal lemahbanyak cabang lateral

Tunas aksilar =sintesis sitokinin

19/10/2017

26

• Ada 2 teori auksin & domimasi apikal• ‘direct theory of auxin’

Terjadi penumpukan auksin di tunas lateral shgkonsentrasi supraoptimal krn selain tunaslateral memproduksi auksin sendiri, selainmendpt kiriman auksin dr pucukpertumbuhan tunas lateral terhenti

• ‘Nutrition diversion theory’Kandungan auksin di tunas lateral sangatrendah saat tunas pucuk masih di batangutama saat tunas pucuk dipotongkandungan auksin meningkat

Berdasar teori kedua• Setelah pucuk dipotong, suplai auksin dr

pucuk ke tunas lateral berkurang terjadiekspresi IPT (isopentenil transferase =katalisator biosintesis sitokinin) terbentuksitokinin tunas lateral tumbuh

• Sitokinin diferensiasi berkas pengangkutantara tunas lateral dan batang utama tjdaliran nutrien dan metabolit tunas lateraltumbuh

19/10/2017

27

Berdasar teori kedua

• 32P & 14C diberikan ke tanaman bergerakdan terakumulasi di bagian yg konsentrasiauksin tinggi pergerakan nutrien danmetabolit dikontrol oleh auksin

• Ketika pucuk batang memproduksi auksinmenerima suplai utama nutrien dan metabolit tunas lateral tertekan pertumbuhannyapucuk batang terus tumbuh

Lanjutan teori kedua

• Ketika kandungan auksin tunas lateral rendah tdk mempunyai berkas pengangkut ygmenghubungkan dgn batang utama

• Ketika pucuk dipotong auksin tunas lateralmeningkatmembentuk berkas pengangkut nutrisi dan metabolit dpt sampai ke tunaslateralmampu tumbuh

19/10/2017

28

Peranan sitokinin pd kultur jaringan

Things to Remember• Regulates morphogenesis• Suppresses growth of root by reducing cell size and cell division• Crown gall formation• Regulates cell cycle• Promotes Plastid/chloroplast development• They are Adenine derivatives.• Important first step of biosynthesis is iso-pentenyl transferase• Cytokinin oxidase contributes to cytokinin catabolism• WUSCHEL controls meristem function by direct regulation of

cytokinin-inducible response regulators• Cytokinin-activating enzyme regulates shoot meristem activity• Cytokinin promotes shoot apical meristem activity• Cytokinin signal transduction involves two-component signaling

system56

19/10/2017

29

REFERENCES

• Campbell, N. A. and J. B. Reece. 2002. Biology. SixthEdition, Pearson Education. Inc. San Francisco.

• Davies, P.J., 2004. Plant Hormones. Physiology,Biochemistry, and Molecular Biology. KluwerAcademic Publishers

• Google search (images) auxin, IAA, 2,4-D, cytokininetc

• Taiz, L., E Zeiger. 2002. Plant Physiology. Third Edition.Sinauer Associates, Inc., Publishers. Sunderland,Massachusetts.

THE END