Bioteknologi

Bioteknologi

Introducing

Pendidikan Biologi

Lia Yuniarti201041500073

Dendi Septiandi

201041500078

Eva Aprianti201041500081

Bioteknologi

Rekayasa genetika pigmen flavonoid untuk memodifikasi Warna bunga pada tanaman floricultural

Bioteknologi

Apa itu pigmen Flavonoid ?

Bioteknologi

Flavonoid adalah golongan fenol alam yang merupakan senyawa dengan kerangka dasar mempunyai 15 atom C, dua cincin benzen yang terikat pada suatu rantai propana.

Disamping sebagai pigmen tumbuhan, flavonoid pula berperan dalam pertumbuhan, pertahanan diri dari serangan hama dan penyakit, tabir surya, dan sinyal kimia untuk berkomunikasi dengan lingkungannya. Bagi manusia golongan senyawa ini memberi manfaat yang cukup banyak seperti, antioksidan, antiinflamasi, immunostimulan, antikanker, antivirus dan antimikroba.

Bioteknologi

Abstrak

Bunga

Bentuk

Warna

Melalui Evolusi

Bioteknologi

Kemajuan terbaru dalam teknik transformasi genetik memungkinkan produksi warna bunga baru dalam beberapa tanaman floricultural. Dengan memanfaatkan pengetahuan tentang biosintesis plavonoid untuk memperoleh warna bunga unik.

Direkayasa

Pigmen utama antosianin

Merah

Merah Muda

Biru

betalains

karotenoid

flavonoid

Jenis warna berkembang

Bioteknologi

Warna Bunga

dalam angiosperma sangat penting untukmenarik penyerbuk seperti serangga dan burung

sudut pandang hortikultura, warna bunga adalah salah satutarget paling penting untuk pemuliaan tanaman

beberapa tanaman tidak mampu menghasilkan warna bunga tertentu dengan pemuliaan tradisional. misalnya, warna biru di mawar

Teknik rekayasa metabolit sekunder mulai digunakan (plavonoid dalam hal ini)

Bioteknologi

Biosintesis flavonoid pada jalur tumbuhan tingkat tinggi

Flavonoid merupakan pigmen yang memainkan peran penting dalam fotosintesis di kloroplas,selain karotenoid dan betalain.

Flavonoid tidak penting untuk kelangsungan hidup tanaman dan relatif mudah untuk memodifikasi jalur metabolisme,dibandingkan dengan karotenoid dan betalain yang sulit di pahami.

Flavonoid berasal dari jalur biosintesis fenilpropanoid yang terdapat pada tanaman metabolit sekunder,seperti lignin, stilbenoids, kumarin dan phytoalexins.

Bioteknologi

Gambar. 1 jalur biosintesis Flavonoid dan senyawa flavonoid terakumulasi dalam bunga. Jalur disederhanakan berasal dari beberapa spesies tanaman digambarkan untuk memudahkan penjelasan. Warna-warna dicat menunjukkan gambar masing-masing senyawa. ANS anthocyanidin sintase, AS sintase aureusidin, AT acyltransferase, C40GT Chalcone 40-O-glukosiltransferase, sinamat-4-hidroksilase C4H, CHI Chalcone isomerase, CHS Chalcone synthase, 4CL 4-coumarate: CoA ligase, DFR dihydroflavonol 4-reduktase, F3H flavanon 3-hidroksilase, F30H flavonoid 30-hidroksilase, F3050H flavonoid 30,50 - hidroksilase, FLS sintase flavonol, flavanon FNR 4-reduktase, FNS flavon sintase, GT glycosyltransferase, MT methyltransferase, PAL fenilalanin amonia-liase

 

Bioteknologi

Strategi untuk modifikasi warna bunga

1. pengendalian endogen pigmen flavonoid dalam bunga baik kuantitatif maupun kualitatif

2. pendekatan untuk mengumpulkan pigmen non-pribumi dalam bunga

Bioteknologi

Pengendalian endogen pigmen flavonoid untuk mengubah warna bunga

Strategi sederhana untuk mengubah warna bunga adalah mengurangi jumlah pigmen endogen bunga dengan menekan enzim penting yang diperlukan untuk biosintesis mereka dengan menggunakan metode antisense atau sintase anthocyanidin (ANS).Metode antisense ini di gunakan karena pengembangan lebih efisien dari metode interferensi RNA (RNAi). Sebagai contoh, baru-baru strategi antisense penargetan CHS atau sintase anthocyanidin (ANS) diterapkan pada bunga gentian putih dan menghasilkan torenia biru pucat.Modifikasi warna bunga di torenia dimungkinkan oleh downregulation dari CHS oleh RNAi. Karena kadang di alam, individu dengan bunga putih atau berwarna samar muncul dengan mutasi alami pada gen (s) yang terlibat dalam biosintesis flavonoid

Bioteknologi

RNAi sendiri terbukti efektif untuk memodifikasi warna bunga serta sifat lainnya dan memiliki salah satu metode yang menjadi paling populer untuk ekspresi gen.modifikasi gen endogen juga dapat menjadi target rekayasa genetic. Misalnya, penekanan F3’,5’,H di cyclamen, Nierembergia dan gentian oleh antisense atau Metode RNAi mengakibatkan modifikasi bunga warna hue menunjukkan bahwa penekanan dari kedua F3’,5’H dan A5 / 3’AT (antosianin 5,3’-aromaticacyltransferase) gen oleh RNAi di gentian diinduksi warna bunga baru yang dapat mengurangi pigmentasi bunga karena menyimpan sebuah CHS bermutasi, yang disebabkan efek dominan-negatif, sehingga intensitas warna bunga berkurang.

Bioteknologi

Manipulasi FLS dan DFR, yang bersaing fluks terhadap flavonol dan anthocyanin, mengakibatkan penurunan atau kenaikan, dalam isi antosianin pada bunga.Pemilihan promotor untuk regulasi gen adalah faktor penting lain dalam modifikasi warna bunga karena dapat menginduksi ekspresi konstitutif dari transgen. Calon promotor adalah dari gen biosynthesisrelated flavonoid atau rolC dari Agrobacterium rhizogenes, dan promoter ini telah berhasil digunakan di gentian dan tembakau.

Bioteknologi

Table 1 Examples of flower color modifications by regulating flavonoid biosynthesis in Agricultural plants published over the past 5 yearsPlant species Original colors Gene sources Methods Produced flower colors References

Cyclamen persicum Purple Endogenous F3’5’H Antisense Red to pink Boase et al. (2010)

Gentiana sp. Blue Endogenous CHS Antisense White Nishihara et al. (2006)

Blue Endogenous CHS RNAi Pale blue to white Nakatsuka et al. (2008b)

Blue Endogenous ANS RNAi Pale blue Nakatsuka et al. (2008b)

Blue Endogenous F3’5’H RNAi Magenta Nakatsuka et al. (2008b)

Blue Endogenous F3’5’H RNAi Lilac to pale blue Nakatsuka et al. (2010)

Endogenous A5/3’AT RNAi

Nierembergia sp. Violet Endogenous F3’5’H Antisense Pale blue Ueyama et al. (2006)

Ostespermum hybrida Magenta Endogenous F3’5’H RNAi Reddish Seitz et al. (2007)

Gerbera hybrida DFR Over expression

Petunia hybrida Blue Mazus pumilum CHS Dominat negative Pale blue Hanumappa et al. (2007)

Red Lotus japonicus PKR Over expression Variegated red Shimada et al. (2006)

Rosa hybrida Red to pale cyanic Viola sp. F3’5’H Over expression Bluish Katsumoto et al. (2007)

Iris x hollandica DFR Over expression

Endogenous DFR RNAi

Torenia hybrida Blue Endogenous ANS RNAi White to pale blue Nakamura et al. (2006)

Blue Endogenous ANS Antisense Pale Blue Nakamura et al. (2006)

Blue Antirrhinum majus AS Over expression Yellow Ono et al. (2006)

Antirrhinum majus C4’GT

Over expression

Endogenous F3H or DFR RNAi

Bioteknologi

Produksi pigmen flavonoid non-pribumi di bunga

Komponen flavonoid dalam bunga bervariasi antara spesies dan kultivar. Beberapa tanaman dapat menghasilkan anthocyanin tertentu, sedangkan yang lainnya tidak. Dengan demikian, sebuah pendekatan yang menjanjikan adalah memperkenalkan gen asing ke bunga tanaman untuk menghasilkan flavonoid non-pribumi (anthocyanin terutama berpigmen).Hidroksilasi pola aglycons antosianin sangat mempengaruhi perkembangan warna. Jumlah B-cincin gugus hidroksil dikendalikan oleh F3’H dan F3’,5’H, yang termasuk ke dalam keluarga sitokrom P450, yang mengontrol pola hidroksilasi antosianin skelton untuk produksi warna bunga baru.Dalam mawar, gen DFR asing dan F3’,5’H merupakan prasyarat untuk produksi delphinidin yang mengandung bunga krisan violet.Dalam Osteospermum, penekanan F3’H oleh RNAi dan pengenalan gerbera DFR mengakibatkan akumulasi pelargonidin untuk menghasilkan bunga merah pada tembakau.Dalam kasus torenia dan petunia, beberapa gen yang dimanipulasi untuk menghasilkan warna bunga yang menarik.

Bioteknologi

Flavonoid Lainnya berguna untuk memodifikasi warna bunga

Salah satu pigmen flavonoid tanaman adalah kuning aurone menyebabkan produksi Bunga berwarna kuning di torenia.Untuk menghasilkan bunga kuning, penting untuk mengontrol ketat aliran metabolik yang mengumpulkan pigmen kuning di kelopak Karena Sangat jarang untuk senyawa tidak berpigmen, seperti flavon dan flavonol untuk dikendalikan. Tetapi senyawa copigmentation berkontribusi dan berguna untuk modifikasi warna bunga.Dalam torenia, gen antisense DFR diinduksi menekan FNSII menyebabkan penurunan flavon isi bunga torenia yang menyebabkan pengurangan kadar antosianin.Gen DFR dan overekspresi snapdragon C4’GT (4 Chalcone -O-glukosiltransferase) serta gen AS menekan F3H menyebabkan akumulasi aureusidin 6-O-glukosida mencapai warna bunga kuning berlimpah dalam kelopak.

Bioteknologi

Flavon, flavonol, senyawa copigmentation berkontribusi dan berguna untuk modifikasi warna bunga. Secara khusus, copigmentation bertanggung jawab untuk pengembangan warna biru bunga dengan menginduksi gen antisense DFR.modifikasi Antosianin, seperti glikosilasi, asilasi dan malonylation, juga target potensial untuk rekayasa genetik warna bunga. Namun hanya mengubah warna bunga secara halus.pengenalan modifikasi enzim menjadi prasyarat untuk mengakumulasi flavonoid tertentu dalam vakuola. Sebagai contoh 3-deoxyanthocyanidin-spesifik glukosiltransferase (ScUGT5) dalam bunga cardinalis Sinningia dan enzim ini mungkin berguna untuk menghasilkan bunga oranye sampai merah dengan akumulasi 3-deoxyanthocyanins di kelopak.

Bioteknologi

Strategi terbaru untuk memodifikasi warna bunga

Faktor transkripsi yang mengatur gen yang terlibat dalam jalur biosintesis flavonoid telah diidentifikasi tidak hanya pada tanaman model tapi juga di floricultural atau tanaman pangan. Misalnya, faktor transkripsi R2R3 MYB mengatur biosintesis antosianin telah berhasil dikloning dari petunia anggota Rosaceae tersebut, misalnya apel, strawberry, plum, dan mawar, lily, snapdragon, morning glory, Gentian dan tembakau .Gen ini mengatur set gen dalam jalur biosintesis flavonoid, dan untuk mengontrol beberapa gen efektif dengan memanipulasi faktor-faktor transkripsi. R2R3-MYB dan bHLH gen yang digunakan untuk mengendalikan biosintesis flavonoid dalam beberapa spesies tanaman seperti Arabidopsis, tomat, petunia dan tembakau, tetapi banyak flavonoid yang disintesis dalam buah-buahan atau daun sedikit dari dalam bunga.faktor-faktor lain juga mempengaruhi warna bunga dalam tanaman floricultural, yaitu ion vacuolar transporter dalam tulip, vacuolar pengasaman dalam kemuliaan pagi dan petunia, serta bentuk sel snapdragon, dan Thalictrum.

Bioteknologi

Kesimpulan

•Teknologi transgenik sangat baik untuk tanaman floricultural dengan warna bunga diubah menjadi tersedia secara komersial, karena memiliki banyak jenis warna serta dapat dimakan.•Gen tunggal dimanipulasi untuk mengubah warna bunga, teknologi sekarang memungkinkan modifikasi jalur biosintesis kompleks untuk menciptakan berbagai warna bunga dengan mengatur gen secara bersamaan. Umumnya, rekayasa genetika (GM) bunga lebih diterima konsumen dibandingkan tanaman pangan, karena itu tanaman floricultural banyak pada tahap pembangunan lanjutan.•Penelitian mendasar secara biosafety pada rekayasa genetik warna bunga dan penyempurnaan sistem penilaian praktis untuk GM bunga sangat dibutuhkan proses trial-and-error karena tanaman floricultural terdiri dari banyak jenis.

Bioteknologi

SEKIAN

TERIMA KASIH