Jumat, 04 Mei 2012

LIFE CYCLE OF PLANT VIRUS


LIFE CYCLE OF PLANT VIRUS

A.    Pendahuluan
         Virus pada tanaman sudah ditemukan lebih dari satu abad yang lalu bersamaan dengan terlahirnya ilmu virologi. Virus tersebut merupakan virus yang bersifat parasit obligat pada inangnya. Melalui siklus hidupnya, dari akumulasi virus secara intraseluler, lokal dan sistem movement, virus dapat memanfaatkan protein tanaman, yang biasanya terlibat langsung dalam aktivitas inang untuk tujuan virus tersebut.
           Secara umum virus merupakan partikel yang tersusun atas elemen genetik yang mengandung salah satu asam nukleat yaitu asam deoksiribonukleat (DNA) atau asam ribonukleat (RNA) yang dapat berada dalam dua kondisi yang berbeda, yaitu secara intraseluler dalam tubuh inang dan ekstrseluler diluar tubuh inang. Partikel virus secara keseluruhan ketika berada di luar inang yang terdiri dari asam nukleat yang dikelilingi oleh protein dikenal dengan nama virion. Virion tidak melakukan aktivitas biosinteis dan reproduksi, namun setelah virion memasuki sel inang, kemudian terjadi proses reproduksi. Pada saat memasuki sel inang, virus akan mengambil alih aktivitas inang untuk menghasilkan komponen-komponen pembentuk virus. Virus dapat bertindak sebagai agen penyakit dan agen pewaris sifat. Sebagai agen penyakit, virus memasuki sel dan menyebabkan perubahan-perubahan yang membahayakan bagi sel, yang akhirnya dapat merusak atau bahkan menyebabkan kematian pada sel yang diinfeksinya. Sebagai agen pewaris sifat, virus memasuki sel dan tinggal di dalam sel tersebut secara permanen. Berdasarkan sifat hidupnya maka virus dimasukan sebagai parasit obligat, karena keberlangsungan hidupnya sangat tergandung pada materi genetik inang.
B.    Siklus hidup
      Dalam proses penularan virus terhadap tanaman inangnya, terdapat aktivitas virus yang sangat berpengaruh penting yaitu adanya siklus hidup virus yang meliputi siklus hidup patogen dan siklus hidup penyakit. Rangkaian kedua aktivitas virus tersebut berperan penting dalam perkembangan patogen dan perkembangan penyakit. Pada siklus hidup patogen virus berlangsung dari awal pertumbuhan hingga reproduksi virus, sedangkan siklus hidup penyakit meliputi perubahan-perubahan patogen pada tubuh tanaman inang dan rangkaian perubahan tanaman inang serta keberadaan patogen (siklus hidup patogen) dalam rentang waktu tertentu selama masa pertumbuhan tanaman. Aktivitas penting dalam siklus penyakit meliputi, inokulasi (penularan), penetrasi (masuk tubuh), infeksi (pemanfaatan nutrien inang), invasi (perluasan serangan ke jaringan lain), penyebaran ke tempat lain dan pertahanan patogen

1)  Siklus Patogen
      Tahap siklus patogen merupakan tahap tumbuh virus melalui proses reproduksi. Virus tersebut dapat memperbanyak diri apabila partikel virus menginfeksi inang untuk mensintesa semua komponen yang diperlukan dan membentuk lebih banyak partikel virus. Komponen-komponen tersebut kemudian dirakit menjadi bentuk struktur virus dan partikel virus yang baru dibentuk itu harus keluar dari sel inang untuk dapat menginfeksi kembali sel-sel lain. Berdasarkan tahap akhir setelah asam partikel virus berada dalam sel inang akan terjadi dua kemungkinan ada yang mengalami siklus litik (sel inang pecah dan partikel virus keluar) dan ada yang permanen tetap dalam DNA sel inang berupa siklus lisogenik.
1.   Siklus Litik
a.   Fase absorbsi
       Pada fase ini, fage melekat di bagian tertentu dari dinding sel bakteri dengan serabut ekornya. Daerah perlekatan itu disebut daerah reseptor, daerah ini khas bagi fage sehingga fage jenis lain tidak dapat melekat di tempat tersebut.
b.   Fase Penetrasi
       Meskipun tidak memilki enzim untuk metabolisme, bakteriofage memiliki enzim lisosom yang berfungsi merusak dinding sel bakteri. Setelah dinding sel bakteri terhidrolisis, maka DNA fage masuk ke dalam sel bakteri
c.   Fase replikasi dan sintesis
         Pada fase ini, fage merusak DNA bakteri dan menggunakannya sebagai bahan untuk replikasi dan sintesis. Pada fase replikasi, fage menyusun dan memperbanyak DNAnya. Pada fase sintesis, fage membentuk selubung-selubung protein (kapsid) baru. Bagian-bagian fage yang terdiri dari kepala, ekor dan serabut ekor telah terbentuk.
d.   Fase Perakitan
       Komponen-komponen fage akan disusun membentuk fage baru yang lengkap dengan molekul DNA dan kapsidnya
e.   Fase pembebasan (lisis)
         Setelah fage dewasa, sel bakteri akan pecah (lisis), sehingga fage yang baru akan keluar. Jumlah virus baru ini dapat mencapai 200 buah. Pembentukkan partikel bakteriofage melalui siklus litik ini memerlukan waktu 20 menit. Skema rangkaian  siklus litik secara lengkap dapat ditunjukkan pada gambar 1 berikut.
 

2.   Siklus Lisogenik
a.   Fase Absorpsi dan Infeksi
       Pada fase absorpsi dan infeksi peristiwa yang terjadi sam halnya dengan fase absropsi pada infeksi secara litik. Fage menempel di tempat yang tepat yang spesifik pada sel bakteri.
b.   Fase Penetrasi
       Pada fase ini, fage melepas enzim lisozim sehingga dinding sel bakteri berlubang. Selanjutnya, DNA fage masuk ke dalam sel bakteri
c.   Fase Penggabungan
         DNA virus bergabung dengan DNA bakteri membentuk profage. Dalam bentuk profage, sebagian besar gen berada dalam fase tidak aktif, tetapi sedikitnya ada satu gen yang selalu aktif. Gen aktif berfungsi untuk mengkode protein reseptor yang berfungsi menjaga agar sebagian gen profage tidak aktif.
d.   Fase Replikasi
       Saat profage akan bereplikasi, itu DNA fage juga turut bereplikasi. Kemudian ketika bakteri membelah diri, bakteri menghasilkan dua sel anakan yang masing-masing mengandung profage. DNA fage (dalam profage) akan terus bertambah banyak jika sel bakteri terus menerus membelah. Bakteri lisogenik dapat diinduksi untuk mengaktifkan profagenya. Pengaktifan ini mengakibatkan terjadinya siklus litik. Skema rangkaian siklus lisogenik dapat ditunjukkan pada gambar 2 berikut.
Gambar 2. siklus lisogenik

2)  Siklus penyakit
a.Inokulasi
          Tahap ini merupakan tahap kontak pertama antara patogen dan tanaman.  Bagian dari patogen atau patogen yang terbawa agen tertentu yang mengadakan kontak dengan tanaman disebut inokulum. Dengan demikian inokulum merupakan bagian dari patogen atau patogen itu sendiri yang dapat menyebabkan penyakit pada tanaman. Inokulum patogen sampai ke permukaan tubuh tanaman inang melalui perantaraan angin, air, serangga dan sebagainya.

b.Penetrasi
          Merupakan proses masuknya patogen atau bagian dari patogen ke dalam sel, jaringan atau tubuh tanaman inang. Terdapat patogen yang dapat melakukan penetrasi melalui beberapa macam cara dan ada pula yang hanya dapat melakukan penetrasi melalui satu macam cara saja. Sering patogen melakukan penetrasi terhadap sel-sel tanaman yang tidak rentan sehingga patogen tidak mampu melakukan proses selanjutnya atau bahkan patogen mati tanpa menyebabkan tanaman menjadi sakit. Patogen melakukan penetrasi dari permukaan tanaman ke dalam sel, jaringan atau tubuh tanaman inang melalui empat macam cara sebagai berikut:
Ø Secara langsung menembus permukaan tubuh tanaman
Ø Melalui lubang-lubang alami
Ø Melalui luka
Ø Melalui perantara (vektor)
          Proses masuknya virus pada sel atau jaringan tanaman inang tersebut dapat diilustrasikan pada gambar berikut:



            Pada gambar tersebut ditunjukkan proses penetrasi partikel virus pada tanaman inang tembakau (TMV) selama inokulasi secara manual pada daun. Dari kiri ke kanana:
Ø Masuknya virus secara langsung yang dapat melalui luka (kerusakan mekanik) terkait pada tanaman tidak terdapat reseptor virus, sehingga penetrasi berlangsung dengan adanya vektor.
Ø Perlekatan virus partikel dengan membrane sel dan bagian partikel virus atau RNA virus ke sel
Ø Perjalanan virus tersebut melalui dinding sel dengan via ektodesma atau “bleb”. Dinding tersebut berperan sebagai barrier tambahan untuk membrane sel.
Ø Perlekatan partikel virus pada membrane sel dan masuk setelah invaginasi membrane dan pembentukan vesikel endositosik
Ø Perlekatan partikel virus pada dinding sel luar dan bagian dari RNA virus ke dalam sel melalui dinding.

c. Infeksi
          Merupakan suatu proses dimulainya patogen yang memanfaatkan nutrien dari tanaman inang. Proses ini terjadi setelah patogen melakukan kontak sevara langsung dengan sel-sel atau jaringan rentan dan mendapatkan nutrien dari sel-sel atau jaringan tersebut. Infeksi yang terjadi pada tanaman inang, akan menghasilkan gejala penyakit yang tampak dari luar (symtom) seperti : menguning, berubah bentuk (malformasi), atau bercak (nekrotik). Beberapa proses infeksi dapat bersifat laten atau tidak menimbulkan gejala yang tampak mata, akan tetapi pada saat keadaan lingkungan lebih sesuai untuk pertumbuhan patogen atau pada tingkat pertumbuhan tanaman selanjutnya, patogen akan melanjutkan pertumbuhannya, sehingga tanaman menampakan gejala sakit. Selama proses infeksi, patogen akan tumbuh dan berkembang di dalam jaringan tanaman. Pada tahap ini terjadi beberapa aktivitas virus antara lain:
Ø Uncoating, Translasi dan Replikasi
      Merupakan tahap penting dalam siklus hidup virus dan Jika proses tidak terjadi, tidak akan ada infeksi dan penyakit pada inang. Proses tersebut yang mempunyai peran masing-masing, antara lain (1) Pelepasan coat protein (uncoating) virus yang bertujuan untuk pelepasan RNA virus (genom virus), (2) Ttranslasi RNA untuk mensintesis komponen yang diperlukan pada tahap replikasi, (3) Replikasi RNA merupakan tahap untuk mengkode enzim replikasi yang akan digunakan untuk membentuk RNA virus yang baru. Mekanisme tersebut secara umum dapat diilustrasikan oleh gambar 3 berikut.
      Tahap uncoating merupakan proses terdegradasinya viral kapsid oleh enzim viral (host enzymes) yang dihasilkan oleh viral genomic nucleic acid. Proses ini sangat dipengaruhi oleh suhu dan uncoating paling efisien terjadi pada 37oC.  Setelah  absorption, kapsid cukup untuk berubah maka kapsid akan pecah didalam sitoplasma.  Enzim Lysosom diduga ikut berperan dalam mekanisme ini
      Tahap replikasi berlangsung setelah virus memasuki sel inang, kemudian virus melepaskan coat protein dan memulai mentranslasi RdRp untuk mengikat tRNA (ujung 3’) serta mensintesis untaian minus untuk membentuk RNA RI. Genom plus-strand RNAs, MP dan sgRNA CP disintesis, kemudian MP dan CP ditranslasi. MP membentuk komplek dengan sintesis baru RNA virus dan membran. Selanjutnya komplek tersebut bergerak melalui sel-sel yang berdekatan melalui plasmodesmata. CP dan RNAs genom terakumulasi ke tingkat yang sangat tinggi dan krital virus terakumulasi di dalam sitoplasma. RF RNA terakumulasi di dalam sel dan diperoleh respon silencing gen inang. Berikut skema proses replikasi pada virus yang ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Skema Replikasi Virus

Ø Perakitan partikel virus
      Merupakan tahap untuk merakit RNA virus dan coat protein yang baru untuk membentuk partikel virus yang baru. Mekanisme perakitan virus dapat diuraikan dan ditujukkan pada gambar 5 sebagai berikut.
·       Perakitan diinisiasi oleh sekuen OAS (Origin of Assembly) di dekat ujung 3’
·       Loop 1 pada OAS berulir melalui pusat disk dua lapis yang dibentuk oleh coat protein (CP)
·       Disk mengasumsikan konformasi lockwasher dan memanjang dari arah 3’ ke 5’
Gambar 5. Mekanisme Perakitan Virus

Ø Penyebaran virus
      Virus tanaman menginvasi dan menginfeksi jaringan baru di dalam tubuh tanaman inang dengan jalan menghasilkan keturunan (individu-individu patogen) dalam jaringan yang terinfeksi. Keturunan patogen ini kemudian akan terpindah secara pasif ke dalam sel-sel jaringan lain melalui 2 mekanisme berikut:
1)   Cell-to-cell movement
    Merupakan pergerakan virus dari satu sel ke sel lain dengan jarak yang dekat yaitu1 mm/hari (8-10 sel) pada tanaman sebagai inangnya melalui plasmodesmata yang sebagian besar bergerak dari satu sel ke sel lain sebagai protein non-struktural komplek dan genom RNA. Pergerakan tersebut difasilitasi oleh protein movement protein (MP). Secara umum, mekanisme Cell-to-cell movement virus dapat terjadi melalui mekanisme pada gambar berikut