BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tanaman Kelapa Sawit
Kelapa sawit
(Elaeis guineensis
Jacq.) bukan tanaman asli
Indonesia. Tanaman ini berasal dan Afnka (Coriey 1976). Elaeis be rasa I dari kata Elaion yang dalam bahasa Yunani berarti minyak, sedangkan guineens;s berasal dan kata Guinea yaitu nama pantai Barat Afrika, dan
Jacq. adalah nama botanis Amerika Jacquin, yang memberi nama Elaeis guineensis pade tanaman tersebut (Lubis 1992). Tanaman kelapa sawit
diintroduksikan ke Indonesia pada tahun 1848 (Pamin 1998). Per1(ebunan kelapa sawit komersial di Asia bennula dan penanaman 2000 bibit kelapa sawit di Pulau Raja, Asahan dan Sungai Liput, Aceh pada tahun 1911 (Pulungan et a/. 2000). Genus Elaeis termasuk dalam famili Palmae. Dalam genus Elaeis terdapat 3 spesies, yaitu E. gu;neens;s, E. oIeifera atau E. melanococca, dan E. odors. Kedua spesies terakhir berasal dari Amerika (Luhs & Friedt 1994). E. guineensis merupakan satu spesies palma yang berukuran
besar. Tinggi batangnya dapat mencapai 25-35 m yang ditutup oleh 35-60 daun (Luhs & Friedt 1994). Oi lapangan tanaman kelapa sawit mUlai berbunga pada umur 12-14 bulan. tetapi baru ekonomis untuk dipanen pada umur 2,5 tahun (Lubis 1992) dan produktivitas tertinggi dicapai pada umur 12-15 tahun. Umur produktif kelapa sawit adalah 20 - 30 tahun meskipun tanaman pertama yang dibawa ke Indonesia masih berbuah pada umur 140 tahun (Luhs & Friedt 1994).
6
Tanaman kelapa sawit bersifat monosius, di mana bunga jantan dan betina terdapat pada satu pohon sehingga dapat menyerbuk sendiri ataupun menyerbuk silang (Lubis 1992), Namun karena influorescence jantan dan betina masing-masing terdapat pada tandan bunga yang terpisah, dan jarang te~adi overlap antara siklus jantan dan betina, maka te~adi
penyerbukan silang. Enam bulan setelah penyerbukan dihasilkan
tandan buah dengan berat 20-25 kg yang mengandung 1000 - 1500 buah (Luhs & Friedt 1994). Tandan bunga betina dibungkus oJeh seludang bunga yang akan pecah 15-30 han sebelum anthesis. Satu tandan bunga betina memiliki 100-200 spikelet dan tiap spikelet terdiri dan 15-20 bunga betina. Tidak semua bunga betina akan berhasil membentuk buah sempuma yang matang terutama di bagian dalam. Bunga betina tersebut tidak serentak antesisnya. Tandan bunga jantan juga dibungkus oleh seludang bunga yang pecah menjelang antesis. Setiap tandan bunga jantan memiliki 100250 spikelet dan tiap spikelet berisi 500-1500 bunga kecil yang akan menghasilkan tepung sari jutaan banyaknya (Lubis 1992). Perbandingan antara jumlah tandan bunga betina dengan jumlah tandan bunga jantan + tandan bunga betina + tandan bunga hennaprodit dan lain-lain dikenal sebagai sex ratio dan dinyatakan dalam %. Buah kelapa sawit terdiri dari perikarp dan kernel. Perikarp tersusun atas eksokarp (kulit), mesokarp (daging buah) dan endokarp (cangkang). Kernel mempunyai kulit, endospenn dan embrio (Corley & Gray 1976). Salah satu karakter buah yang penting adalah ketebalan cangkang. Sitat
7
ini dikontrol oleh satu gen. Bemasartan karakter tersebut dikenal tipe Pisrrera (sh-. sh" ) yang bercangkang tipis. dan tipe Dura (sh+. sh+ ) yang bercangkang tebal. Hasil persilangan Pisifera dan Dura adalah tipe Tenera (heterozigot) yang mempunyai ketebalan cangkang di antara keduanya. Tipe inilah yang sekarang banyak digunakan secara komersial karena mempunyai lebih banyak mesokarp yang mengandung minyak dibandingkan dengan tipe Dura (Corley & Gray 1976). Minyak terdapat baik pada mesokarp maupun pada endospenn dari buah yang masak, tetapi keduanya mempunyai komposisi kimia yang berbeda. Sejalan dengan perkembangan buah terjadi pula perubahan pada kandungan setiap komponen penyusun buah. Lubis (1983) melaporkan hasil pengamatannya mengenai perkembangan buah yang antara la;n meliputi kandungan minyak. air dan serat pada berbagai tingkat pertembangan buah. Minyak dan serat mulai terbentuk setelah buah berumur 3 bulan. Kadar minyak terhadap daging buah terus meningkat dan mencapai maksimum (55%) pada stadia matang (167 hari). Dari hasil penelitian ini
nampak bahwa terdapat suatu fase perkembangan buah
yang diikuti dengan peningkatan kandungan minyak secara drastis. Hal ini menunjukkan bahwa selama fase tersebut terjadi peningkatan biosintesis minyak yang dapat berarti terjadi aktivasi enzim-enzim tertentu yang terlibat dalam proses tersebut atau terjadi aktivasi ekspresi geniJen yang menyandikan enzim tersebut. Pemahaman mengenai regulasi ekspresi gen-gen
penyandi enzim-enzim
tersebut
sangat diperlukan
untuk
membantu mempercepat usaha perakitan tanaman kefapa sawit yang
8
tinggi kandungan rninyaknya, sebagai salah satu kornponen pmduktivitas tanaman kelapa sawit.
Biosintesis Triasilgliserol pada Tanaman Lipida adalah kelompok senyawa organik berminyak atau berlemak yang tidak larut dalam air, dapat diekstrak dari sel dan jaringan oleh pelarut non polar seperti kloroform atau eter (Lehninger et al. 1993). Jenis lipida yang paling banyak adalah triasilgliserol. Secara kimia triasilgliserol adalah ester dari gliserol dengan asam lernak. Triasilgliserol yang berupa cairan pada suhu kamar disebut rninyak, dan terutama disusun oJeh asam lernak tidak jenuh seperti asam oleat, asam Unoleat dan asam linolenat. Sedangkan yang berupa padatan pada suhu kamar disebut lernak dan disusun terutama oleh asam lernak jenuh seperti asarn palmitat (Stumpf 1976). Pada tumbuh-turnbuhan triasilgliserol diproduksi sebagai bentuk cadangan bahan bakar kaya energi, terutama pada buah, kacangkacangan dan biji-bijian. Biosintesis triasilgliserol merupakan proses multikompartemen. Secara garis besar pembentukan triasilgliseml dapat dibagi ke dalam tiga tahapan, yaitu (1) biosintesis malonil-CoA dan asetil-CoA. (2) biosintesis asam lernak menggunakan asetil CoA dan malonil-CoA sebagai prekursor dan (3) biosintesis triasilgliserol melalui lintasan Kennedy. Pada tanaman biosintesis
malonil-CoA dan asetil-CoA dijumpai baik pada plastid
maupun pada sitosol. Reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim asetil-CoA karboksilase (ACCase). Malonil-CoA pada plastid diperfukan untuk
9
pembentukan asam lemak,
sedangkan malonil..coA dalam sitosol
digunakan untuk pemanjangan rantai karbon asam lemak dan untuk sintesis senyawa lain seperti flavonoid (Choi et al. 1995).
ACCase
~ malonyl-CoA +ADP + Pi + H+
ATP + asetil-CoA + CO2 + H20
Hampir semua
aseti~oA
yang digunakan pada metabolisme
dibentuk di dalam mitokondria dari oksidasi piruvat, oksidasi asam lemak dan dari degradasi kerangka karbon asam amino. Narnun demikian sumber utarna karbon untuk sintesis asam lernak dalam tanaman adalah fotosintesis (Lehninger et a/. 1993). Fiksasi karbon oleh enzim ribulosa bisfosfat karboksifase/oksigenase menghasilkan gula heksosa. Pada sebagian besar jaringan penyimpan minyak, gula yang dru-ansportasikan seperti sukrosa atau manosa merupakan sumber karbon yang penting untuk pembentukan minyak dalam biji. Pada beberapa tanaman penghasil minyak
seperti
avocado,
olive
dan
palm,
triasilgliseroI
terutama
diakumulasikan dalam buah yang mempunyai kapasitas fotosintesis yang memadai. Namun belum diketahui proporsi sintesis total minyak yang
be rasa I dan fotosintat buah.
Keseimbangan
antara
karbon yang
digunakan dari fotosintesis buah dengan yang berasal dari fotosintesis daun mungkin mempengaruhi kualitas minyak (HarNOOd & Page 1994). Fotosintat yang dihasilkan dari reaksi fotosintesis pada kklroplas dalam keseimbangan antara diekspor ke luar atau untuk keperluan internal sel. Fotosintat yang diekspor ke luar ke berbagai jaringan juga
10
terjadi
dalam
keseimbangan.
Faktor
yang
menentukan
arah
keseimbangan tersebut di antaranya adalah aktivitas enzim sucrose-P synthase (SPS). Sesampainya di jaringan penyimpan. sukrosa dihidrolisis menjadi monomemya. Glukosa yang dihasilkan memiliki tiga kemungkinan metabolisme, yaitu ke arah sintesis polisakarida, alur pentosa-P untuk sintesis asam nukleat atau glikolisis. Alur mana yang akan dilalui lebih banyak sangat tergantung
pada
rendahnya
level metabolit yang
berikutnya atau kecepatan arus (flux) metabolit pada alur yang berikutnya. Selain itu aktivitas enzim terutama pada rate-limiting steps juga menentukan kecepatan tersebut. Glikolisis menghasilkan
aseti~A
yang merupakan metabolit
antara serta kunci dan biosintesis minyak secara de novo dan terletak di persimpangan alur ke arah sintesis minyak, energi (respirasi), protein dan karbohidrat melalui glukoneogenesis. Jadi reaksi karboksilasi asetU-CoA menghasilkan malonil-CoA
adalah tahapan awal yang menentukan ke
arah sintesis minyak. Reaksi tersebut merupakan reaksi tidak dapat balik yang tergantung pada ATP dan dikatalisis oleh enzim asetil-CoA karboksilase (ACCase). Beberapa bukti menunjukkan bahwa enzim berkofaktor biotin ini merupakan enzim pengatur. dan reaksi yang dikatalisis olehnya merupakan tahapan pembatas kecepatan dalam biosintesis asam lemak (Ha~lacher at al.1993). Sampai saat ini telah dikarakterisasi tiga bentuk ACCase yang berbeda. Pertama, ACCase heteromerik (ht-ACCase) atau ACCase multtsubunit (MSACCase) yang disebut juga sebagai bentuk prokariotik
----------
11
dan terdiri dari beberapa polipeptida yang dapat terdisosiasi. Kedua, ACCase
homomerik
(hm-ACCase)
atau
ACCase
multifungsional
(MFACCase) yang dikenal juga sebagai bentuk eukariotik. Hm-ACCase ini merupakan protein tunggal multifungsional yang tidak terdisosiasi (Sasaki at al. 1995; Downing and Wurtele 1998). ACCase bentuk lainnya dijumpai pada
Streptomyces
aeruginosB
(Hunaiti
and
Kolattukudy
1982),
merupakan suatu protein yang tidak terdisosiasi dan terdiri dari dua tipe subunit, salah satunya mengandung bk>tin. Ht-ACCase terdiri dan empat subunit, yaitu biotin carboxylase (BC) yang berfungsi mentransfer gugus karboksil ke biotin, biotin-cariJoxyl carrier protein (BCCP) yaitu situs untuk pengikatan brotin, dan carboxyl transferase (CT) a dan
~.
yang mentransfer gugus karboksil dari biotin ke
senyawa lainnya (Li and Cronan 1992). Kompleks enzim tersebut mengkatalisis 2 tahap reaksi membentuk malonil-COA. Sebagai protein tunggal multifungstonal, hm-ACCase mengandung domain yang sama dengan BC, BCep dan CT yang tidak dapat terdisosiasi .
Mg2+ ATP + HC03- + Beep
~ CO~BCCP
+ ADP + Pi
Biotin carboxytase C02-Beep + acetyl-CoA -----.~ BeCp + malonyl-CoA Karboksil transferase
Pada Arabidopsis thaliana dan tanaman non Graminae pada umumnya. hm-ACCase terdapat dalam sitosol sedangkan ht-ACCase terdapat dalam plastid (Elborough et al. 1996; Downing Wurtete 1998 ).
12
Sasaki at a/. (1995) melaporkan bahwa pada rapeseed, bentuk hmACCase juga dijumpai dalam sitosol, sedangkan di dalam plastid dijumpai baik hm-ACCase maupun ht-ACCase. Keempat subunit tersebut pada A. thaliana disandikan masingmasing ofeh gen CAC2, CAC1, CAC3, dan aceD. Dan keempat gen tersebut, hanya aceD yang terletak daJam genom plastid, liga gen lainnya terdapat dalam genom nukleus, dan protein yang dihasilkannya harus ditransfer ke plastid untuk membentuk enzim fungsional. Berbagai publikasi hasil penelitian melaporkan adanya korefasi antara aktivitas ACCase dengan kecepatan sintesis asam lemak maupun dengan akumufasi minyak (Egli et al. 1996; Jin et al. 1998; Francki et al. 2002). Harwood & Page (1994) juga melaporkan bahwa
pe~bahan
aktivitas ACCase berkorelasi dengan akumuJasi minyak pada biji beberapa tanaman. Peningkatan aktivitas enzim ini di jaringan penyimpan tanaman penghasil minyak dapat meningkatkan produksi minyaknya (Anonim 1995).
Pads tanaman barley, jagung dan tembakau, juga
terbukti bahwa ACCase merupakan enzim pengendali utama arus metabolit pada alur biosintesis lipid (Page et al. 1994; Shintani & Ohlrogge
1995). Pada biji yang sedang berkembang, de novo sintesis dan asam lemak
te~adi
di dalam proplastid. Proses pembentukan asam palmitat dan
malonil-CoA terjadi melalui serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh s;stem enzim yang disebut asam lemak sintase (fatty acid synthetase
=FAS).
Pada tanaman, sistem enzim in; merupakan suatu kompleks yang terdiri
13
dari protein-protein individu yang dapat dipisahkan dan diisolasi dalam bentuk enzim aktif. Pusat dari kompleks tersebut adalah ACP (Acyl Carrier
Protein), suatu protein berukuran keeil yang berperan penting dalam metabolisme asam Iemak. Fatty acyl diikat oleh ACP pada gugus prostetik fosfopanteteine melalui
ikalan tioester membentuk acyl-ACP yang
kemudian berperan dalam reaksi transfer,
reduksi,
dehidrasi dan
pemanjangan. Harwood & Page (1994) mengemukakan bahwa sintesis asam kmlak in vivo berkorelasi dengan ~vel ACP dalam biji ked ela i dan kanola yang sedang ber1(embang. Regulasi ekspresi protein ini diduga terjadi secara temporal dan spesmk jaringan. FAS yang mengkatalisis tahapan reaksi pembentukan asam palmitat
pada
tanaman
terdiri
dari
asetil-CoA:ACP
transasilase,
malonil-CoA:ACP transasilase, p-ketoasil-ACP sintase, p-ketoasil-ACP reduktase, P-hidroksiasil-ACP dehidratase, dan enoil-ACP reduktase. Produk akhir dan rantai reaksi tersebut adalah palmitoit-ACP yang akan mengafami perpanjangan lebih lanjut menghasilkan stearoil-ACP oleh Pketoasil-ACP sintase " (KAS II) bersama-sama dengan tiga enzirn terakhir yang terlibat dalam pembentukan palmitoil-ACP (Stumpf 1976). Tahapan reaksi sintesis asam lemak dan enzim-enzim yang terlibat dapat dilihat pada Gambar 1. KAS II diduga mempunyai peranan penting dalam mengatur ratio antara asam lernak C 16 dengan C 18 . Akhir-akhir ini banyak penelitian yang ditujukan untuk mengisolasi gen penyandi enzim-enzim FAS sebagai usaha untuk memanipulasi level biosintesis asam lemak (Harwood & Page 1994).
14
AsetiI-CoA + ACP-SH Malonil-CoA + ACP-SH Asetil-ACP + malonil-ACP Asetoasetil-ACP + NADPH + H+ D(-)-P-hidroksibutiril-ACP .12-trans-crotonil-ACP+ NADPH + H+
Butiril-ACP
1 2
3 4
5
~
asetil-ACP + CoASH
~
malonil-ACP + CoASH
~
asetoasetil-ACP +ACP-SH
~
DC-)-f3-hidroksibutiriI-ACP
~
.12-trans-crotonil-ACP + H2O
~ butiril-ACP+ NADp·
_ _.. ~ _ _.... ~ _---+~
/'
palmitoil-ACP
1
KAS
Malonil-ACP Stearoil-ACP
~ Oteoil-ACP Gambar 1.
Tahapan pembentukan asam lernak dan enzirn-enzim yang berperan : (1) asetil-CoA:ACP transasilase, (2) malonilCoA:ACP transasilase, (3) p-ketoasil-ACP sintase, (4) p-ketoasiJ-ACP redu ktase , (5) P-hidroksiasil-ACP dehidratase dan (6) enoil-ACP reduktase.
Pada biji penghasil minyak yang dapat dimakan umumnya ban yak dijumpai asam lemak tidak jenuh C18 seperti asam oleat, Unoleat dan linolenat. Asam lemak tidak jenuh tersebut dihasilkan dan proses desaturasi aerobik. Desaturase pertama yang bekerja pada asam lemak C18 adalah suatu enzim ~ yang menggunakan substrat stearoil-(atau palmitoil-) acyt carrier protein (ACP) (Harwood & Page 1994). StearoiJ-ACP desaturase sudah banyak diisolasi dan berbagai sumber (Meesters at al. 1991). Gen penyandi enzim tersebut dari tanaman
15
kedelai, kanola, safflower dan timun juga telah diklon dari pustaka eDNA. Ekspresi eDNA sufflower pada E. coli menghasilkan enzim aktif. Nampaknya terdapat sikuen yang konservatif antara stearoiJ-ACP desaturase dan berbagai tanaman yang berbeda (HarM>Od & Page 1994). Deposisi minyak pada jaringan yang berbeda terjadi dengan kecepatan yang berbeda. Perkembangan biji yang mengandung minyak biasanya terdiri dan tiga fase. Fase pertama melibatkan pembelahan sel yang sangat cepat dan hanya sedikit mensintesis triasilgliserol. Pada fase ini janis lernak yang dibuat lebih ban yak glikolipid dan fosfolipid penyusun membran dari pada minyak yang disimpan. Oleh karenanya triasilgliserol pada embrio muda cenderung tinggi kandungan asam linoleat dan linolenatnya ter1epas dari spesies tanaman. Pada fase kedua, sintesis triasilgliserol mencapai maksimum. Pada fase ini disintesis asam temak yang khas untuk spesiesnya, seperti pembentukan stearat pada kelapa atau erucate pada Crambe. Fase ketiga adalah periode desikasi (desiccation) dimana hanya terjadi sedikit sintesis minyak biji (Harwood & Page 1994). Triasilgliserol disintesis melalui lintasan Kennedy (Gambar 2) yang secara garis besar terdiri dari dua tahap asilasi untuk mengubah gliserol-3 fosfat menjadi fosfatidat, dilanjutkan dengan pembentukan diasilgliserol oleh enzim fosfatidat fosfohidrolase dan terakhir enzim diasilgliserol asiltransferase (OGATase) mengubah diasilgliserol menjadi triasilgliserol.
16
Gliserol-3P Gliserol-3p asiltransferase
1~
asil-CoA
1-asilgliserol-3P 1-asilgliserol-3P I ••___ asil-CoA asiltransferase .. fosfatidat fosfatidat fosfohidrolase
1--"~
1".---
p
diasilgliseml diasilgliserol asiltransferase
asU-CoA
TRIASILGLlSEROL
Gambar 2. Sintesis triasitgliserol melalui Untassn Kennedy.
Secara umum diduga bahwa pembatas terbesar pada aliran keseluruhan lintasan tersebut adalah suplai asif.CoA. Selain itu diduga pula bahwa
kemungkinan
enzim
diasilgliserol
asiltransferase
berperan
bessr
dalam mengontrol aliran tersebut, dan enzim-enzim asiltransferase pada
lintasan Kennedy ikut berperan dalam mengontrol kualitas minyak (Harwood & Page 1994).
Rekayasa genetika biosintesis minyak pada tanaman Saat ini sebagian bessr minyak nabati dikonsumsi sebagai bahan
pangan dan sebagian lainnya digunakan dalam produk non pangan
17
seperti sabun, pelumas dan kosmetik (Ohlrogge 1994). Rendahnya biaya produksi mendorong penggunaan minyak nabati sebagai bahan altematif untuk biodisel. Mengingat luasnya penggunaan minyak nabati sebagai bahan pangan maupun non pangan, rekayasa metabolisme minyak pada tanaman dapat diarahkan untuk beberapa tujuan seperti meningkatkan kandungan asam lemak tak jenuh, meningkatkan stabilitas minyak untuk memperluas penggunaannya dan mengurangi hidrogenasi. meningkatkan ketersediaan asam-asam lemak dengan biaya murah dalam volume besar dan meningkatkan kandungan minyak untuk menurunkan biaya produksi (Parveez at al. 1994). Rekayasa metabolisme untuk peningkatan kandungan minyak dapat ditempuh melalui peningkatan aktivitas enzim-enzim kunci dalam biosintesis minyak. Dari beberapa hasil penefitian sebelumnya, dapat diduga bahwa ada beberapa titik melalui mana rekayasa metabolisme peningkatan biosintesis minyak pada buah sawit dapat dilakukan di antaranya
adalah
ACCase,
enzim-enzim
FAS,
dan
diasilgliserol
aSiltransferase (DGATase). sebagai pengendali terakhir. Selain itu kenaikan aktivitas SPSase juga diduga dapat meningkatkan produksi minyak karen a SPSase mempunyai peran panting dalam mobilisasi karbon (sukrosa) dan jaringan fotosintetik ke jaringan penyimpanan. Perubahan arus metabolit ke arah minyak dapat terjadi pada salah satu dari keempat titik terse but atau memerlukan perubahan pada keempatnya. Kemungkinan pertama dapat terjadi apabila tahapan lainnya optimum atau bukan pembatas. Sedangkan pada kemungkinan kedua
18
perubahan dapat dilakukan secara individual atau terkoordinasi melalui satu faktor regulator. Pada E.
coli peningkatan
produksi ACCase telah terbukti
meningkatkan nux asam--asam lemak (Davis et al. 2000). Introduksi gen penyandi hm-ACCase ke dalam plastid dari rape seed dilapof1(an dapat meningkatkan kandungan asam lemak 3-5% (Roesler 9t
at. 1997).
Pentngkatan kandungan minyak yang tidak begitu tinggi ini menunjukkan bahwa mungkin ada tahapan pembatas lain, yang diduga adalah enzim-enzim FAS dan atau DGATase. pada
tahapan
ini
kemungkinan
Terhentinya arus asam lemak
dapat
menyebabkan
akumulasi
asam lemak yang pada akhimya akan menghambat aktivitas enzim penentu ACCase melalui proses inhibisi balik (Shintani & Ohlrogge 1995). Kenyataan untuk
tersebut
mendorong
mengidentifikasi
faldor
upaya
yang
yang
lebih
meregulas;
komprehensif
keseluruhan
jalur
biosintesis minyak. Sejalan dengan kemajuan bioteknologi dan pemahaman secara molekuler mengenai pengaturan proses biosintesis senyawa tertentu, khususnya
minyak pada
tanaman,
maka paling
tidak
ada
dua
pendekatan yang mungkin diterapkan dalam rekayasa metabolisme untuk meningkatkan produksi minyak pada tanaman kelapa sawn.
cara
pertama adalah meningkatkan aktivitas enzim penentu dengan cara manipulasi genetik dan yang kedua adalah peningkatan aktivitas enzim melalui modifikasi sistem endogen secara biokimia atau molekuler (Santoso 1998).
- - - - - -_
..._
-_ ._ ..... .
19
Pada tanaman kelapa sawit manipulasi genetik untuk peningkatan produksi min yak dapat dilakukan melalui peningkatan aktivitas enzim tertentu. Salah satu cara yang mungkin ditempuh adalah dengan memasukkan konstruk gen yang sesuai dari luar ke dalam sel tanaman tersebut. Beberapa penelitian yang serupa telah terbukti keberhasilannya, di antaranya adafah introduksi konstruk gen kitinase padi ke dalam Pichia pastoris untuk mendapatkan sifat ketahanan terhadap cendawan (Hai & Itoh 1998), pirolin 5-karboksilase sintase (P5CS) dan Vigna aconotifolia ke tanaman tembakau untuk ketahanan terhadap kekeringan (Kishor at al. 1995), dan suatu gen tioesterase untuk komposisi minyak pada tanaman kanola (Voelker at a/. 1996). Pada biosintesis minyak banyak enzim yang terlibat di dalamnya, sehingga gen yang diintroduksikan adalah gen yang menyandikan enzim penentu dalam biosintesis tersebut Dari uraian sebelumnya ACCase merupakan enzim penentu pada biosintesis minyak berbaga; tanaman. Diduga demikian pula halnya pada biosintesis minyak sawit. Apabila dugaan ini dapat dibuktikan maka manipulasi metabolisme untuk peningkatan produksi minyak sawit juga dapat dilakukan dengan cara mambuat konstruk yang mengandung gen penyandi ACCase dan mengintroduksikannya ke dalam sel kelapa sawit. Dengan
cara
tersebut
tanaman
kelapa
sawit
transgenik
akan
mengekspresikan ACCase Iebih linggi sehingga diharapkan biosinlesis minyak pun meningkat. Sejauh ini belum ada laporan hasit penelitian mengenai upaya meningkatkan aktivitas ht-ACCase dalam plastid dengan luapan ekspresi (overexpression) keempal subunit secara bersama.
20
Peningkatan ekspresi subunit BC menggunakan promoter CaMV pada tanaman tembakau dapat meningkatkan protein BC pada daun hingga tiga kati, namun temyata tidak diikuti peningkatan sub unit ACCase lainnya (Shintani at a/. 1997). Dalam konstruk gen yang diintroduksikan. selain gen penyandi enzim pengendali, juga harus ada sekuen DNA yang berfungsi sebagai promoter dan signal poliadenilasi. Selain itu juga diperlukan gen yang menyandikan mar1<.er seleksi, seperti resistensi antibiotik, serta batas kanan dan kin T-DNA untuk proses masuknya gan beserta perangkatnya ke dalam set tanaman dan integrasinya ke dalam kmmosom. Agar peningkatan produksi minyak tidak rnengganggu rungsi fisiologis jaringan lain maka pertu diarahkan agar ekspresi gen yang diintroduksikan hanya terjadi pada mesokarp buah sawit. Untuk itu dipertukan promoter spesifik daging buah. Analisis promoter spesifik pada beberapa tanaman telah dilakukan (Taylor 1997). Dengan menggunakan promoter spesifik yang sesuai.
maka meskipun trasgen
ada pada semua sel tanaman
transgeniknya. ekspresinya hanya terjadi pada mesokarp saja. Pada optimasi sistem endogen, target yang diinginkan masih sarna yaitu peningkatan aktivitas enzim penentu, tetapi cara yang ditempuh berprinsip pada perubahan yang terjadi melalui induksi sehingga sistem endogen menjadi tebih akUf. Penginduksian dapat dilakukan dengan jalan menambahkan satu atau lebih senyawa yang relatif kecil ke dalam sel di mana metabolisme biosintesis diharapkan menjadi lebih aktif. Aktivitas enzim regulator pada umumnya dipengaruhi oleh adanya senyawa yang lebih ked I yang berfungsi sebagai kofaktor, aktivator atau
21
inhibitor. Salah satu contoh enzim regulator yang aktivitasnya dikontrol oteh
senyawa
ked I
tersabut
adalah
ATCase.
Adanya
inhibitor
menyebabkan laju reaksi pada setiap konsentrasi substrat sebelum titik jenuh menjadi lebih rendah dibandingkan tanpa inhibitor. Sebaliknya dengan adanya aktivator misalnya ATP. faju reaksi meningkat. Dalam proses biosintesis liptd, ACCase telah diketahui merupakan titik pengendalian yang penting (Page et al. 1994; HaJ3lacher fit al. 1992; Voet & Voet 1990). Jon Mg dan kenaikan pH stroma yang dapat terjadi oleh penyinaran adalah aktivator enzim tersebut pada tanaman (lehninger et al. 1993). Di tanaman tembakau aktivitas enzim ini diketahui dihambat oleh asam lemak (Shintani & Ohlrogge 1995), sedangkan pada barley dan jagung, senyawa fluazifop dan sethoxydim juga dilaporkan menghambat ACCase. Untuk keperluan peningkatan produksi minyak pad a tanaman kelapa
sawit,
aktivator-aktivator
tersebut
yang
mungkin
dapat
diaplikasikan masih per1u ditetiti. Pengaruh senyawa tertentu terhadap aktivitas enzim dapat terjadi melalui induksi ekspresi gan atau beberapa gan yang menyandi enzim enzim yang berperan dalam suatu proses metabolisme. Sebagai contoh hormon steroid yang menginduksi ekspresi gen di sel hewan. Lapas dan protein kariemya, hormon tersebut berdifusi ke dalam sel pada jaringan target.
Sesampainya
di
inti,
hormon
disambut
oleh
reseptomya
membentuk suatu kompleks. Kompleks reseptor - harmon ini mengikat sakuen DNA spesifik dan mengakibatkan terjadinya perubahan ekspresi gen. Perubahan oleh kompleks ini terjadi melalui inisiasi transkrips; (Lehninger at al. 1993).
22
Dibandingkan dengan cara rekayasa genetik. cara optimasi sistem endogen untuk peningkatan produksi minyak pada tanaman nampaknya akan lebih praktis. Untuk itu diper1ukan pemahaman yang baik mengenai
proses
molekuler dari
metabolisme
dan
pengendalian
biosintesisnya. Namun untuk tanaman kelapa sawit kajian yang lebih mendasar mengenai biosintesis tersebut pada jaringan mesokarp perlu di/akukan terlebih dahulu.
