Pages

Larva Kumbang Daun Chrysomela lapponica Bergeser dari Pohon Willow ke Birch

Jurnal KeSimpulan.com - Larva kumbang daun menyerang pohon birch menghasilkan koktail beracun yang berbeda dari yang dihasilkan oleh residen hidup di pohon willow.

Kumbang daun yang mempesona karena bentuk menakjubkan dan kaya warna. Bagaimanapun, larva mereka adalah hama barbahaya bagi tanaman. Serangan larva kumbang daun Chrysomela lapponica dilakukan pada dua spesies pohon yang berbeda yaitu pohon willow dan pohon birch. Untuk menangkis serangan predator, larva kumbang menghasilkan racun butyric acid esters atau salicylaldehyde, prekursor yang dikeluarkan dengan mengunyah daun makanan mereka.

Para ilmuwan dari Max Planck Institute for Chemical Ecology di Jena, Jerman, sekarang menemukan bahwa perubahan mendasar dalam genom telah muncul dalam kumbang yang memiliki spesialisasi pada birch yaitu Aktivitas salicylaldehyde memproduksi enzim salicyl alcohol oxidase (SAO) hilang dalam populasi, padahal hadir dalam pada kumbang willow.

Hilangnya enzim kumbang ini dan hilangnya salicylaldehyde menguntungkan mereka dimana enzim tidak diperlukan lagi karena substrat salicyl alcohol hanya hadir dalam daun willow, tetapi tidak untuk birch. Sehingga kumbang birch menghemat sumber daya yang mahal untuk memproduksi enzim. Pertama dan terpenting, bagaimanapun, hilangnya salicylaldehyde juga berarti dapat menghindari predator yang dapat melacak mereka karena substansi aroma.

Larva kumbang adalah bagian dari dalam rantai makanan. Mereka diserang oleh serangga predator seperti lalat hover dan kutu, serta bakteri dan jamur. Untuk melindungi diri beberapa larva kumbang daun mengembangkan mekanisme pertahanan yang menarik baik secara eksternal dan metabolik.

Dalam kasus bahaya, mereka memancarkan zat dari kelenjar pertahanan mereka dalam bentuk vesikel. Sekresi defensif ini mengandung racun dari prekursor kimia mereka yang ditelan dengan tanaman pangan mereka. Prekursor toksin lulus midgut larva dan mencapai kelenjar pertahanan melalui sistem transportasi molekuler canggih. Hanya beberapa langkah kimia diperlukan untuk menghasilkan toksin yang sebenarnya ada dalam kelenjar.

Umumnya spesies kumbang daun hanya menyerang satu jenis tanaman tunggal untuk makan dan bereproduksi. Di satu sisi, pengambilan molekul tanaman khusus sebagai substrat untuk enzim produsen toksin karena cara ekonomis bagi larva kumbang, di sisi lain bagaimanapun, kumbang daun menjadi sangat tergantung pada tanaman host dan metabolit spesifik.

Pohon Willow dari keluarga Salicaceae memiliki hingga 5 persen glycosylated salicyl alcohol (Salicin) dalam daun, sedangkan pohon birch tidak mengandung senyawa ini sama sekali. Oleh karena itu, para peneliti menggeledah bagaimana kumbang daun Chrysomela lapponica beradaptasi baik dengan birch dan willow sebagai host.

Pertama, analisis eksperimental sederhana namun menentukan apakah hilangnya salicylaldehyde di birch hanya karena fakta bahwa prekursor salicin tidak tersedia di birch. Untuk menguji ini peneliti menawarkan daun willow untuk larva kumbang yang lapar dari pohon birch.

"Kumbang mampu menelan salicin dari daun willow, alkohol salicil juga terdeteksi pada sekresi pertahanan mereka. Namun, alkohol ini tidak berubah menjadi aldehyde. Ini berarti birch kekurangan enzim salicyl alcohol oxidase, yang bertanggung jawab atas oksidasi dari alkohol untuk aldehyde," kata Roy Kirsch, yang mendalami topik ini dalam proyek PhD-nya.

Analisis biokimia mengungkapkan bahwa sekret kelenjar salicylaldehyde produksi kumbang willow mengandung enzim salicyl alcohol oxidase dalam jumlah besar dan mencolok. Para ilmuwan memberi label itu SAO-W (W: willow). Menggunakan data yang sesuai sekuens DNA terisolasi dan dicirikan SAO-B (B: birch) gen penyandi dari birch.

Peneliti menemukan bahwa urutan asam amino dari kedua enzim adalah 97 persen identik. Namun, SAO-B telah menjadi tidak aktif karena 27 asam amino pada awal rantai polypeptide hilang. Hal ini dipastikan setelah ekspresi heterolog dalam kultur sel serangga dan tes fungsional berikutnya.

Penelitian lebih lanjut tentang kelenjar pertahanan kumbang birch menunjukkan bahwa jumlah messenger RNA (mRNA) dari gen SAO-B berkurang 1000 kali dibandingkan dengan kumbang willow, protein dan aktivitas enzim yang berada di bawah tingkat deteksi.

Kurangnya aktivitas enzim disebabkan oleh mutasi pada gen SAO-B yang terletak di daerah exon kedua atau persimpangan intron. Mutasi bertanggung jawab untuk perubahan dalam pengolahan mRNA yang disebut alternative splicing, mengakibatkan hilangnya 27 asam amino pada enzim SAO-B.

Para ilmuwan menyimpulkan bahwa, awalnya, Chrysomela lapponica menggunakan willow secara eksklusif sebagai tanaman host dan kemudian beralih ke pohon birch.

"Hal ini masih belum jelas, apakah mutasi gen telah memungkinkan pergeseran tanaman host dari willow ke birch atau apakah adaptasi dalam proses evolusi setelah bergeser ke birch," kata Wilhelm Boland melapor ke Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Genetic evidence for patrilocal mating behavior among Neandertal groups

Penulis :

Roy Kirsch1
Heiko Vogel1
Alexander Muck1
Kathrin Reichwald2
Jacques M. Pasteels3
Wilhelm Boland1

Afiliasi :
  1. Max Planck Institute for Chemical Ecology, 07745 Jena, Germany
  2. Leibniz Institute for Age Research–Fritz Lipmann Institute, 07745 Jena, Germany
  3. Evolutionary Biology and Ecology, Université Libre de Bruxelles, 1050 Brussels, Belgium
Penerbit : PNAS, March 7, 2011.

Download dan Akses : DOI:10.1073/pnas.1013846108
Gambar : Max Planck Institute for Chemical Ecology http://www.ice.mpg.de

Artikel Lainnya:

No comments:

Post a Comment