Embriogenesis mikrospora adalah suatu proses untuk mendapatkan tanaman dari sel mikrospora atau polen suatu tanaman. Embriogenesis mikrospora dilakukan dengan kultur jaringan. Dengan kultur mikrospora akan didapatkan tanaman galur murni dalam jumlah yang banyak dan berkualitas. Tanaman galur murni bermafaat sebagai induk silangan untuk menghasilkan hibrida-hibrida unggul. Teknologi ini sangat berguna dalam industri benih.
Ada beberapa hal yang mempengaruhi keberhasilan kultur mikrospra. Kalsium sangat penting dalam mengaktifkan embriogenesis mikrospora sebagai molekul pensinyalan sebagai respons terhadap stres. Untuk mengubah jalur perkembangan, kombinasi stres panas dan media kelaparan biasanya digunakan dalam kultur mikrospora tembakau. Stres panas cenderung meningkatkan fluiditas membran plasma, sehingga lebih permeabel terhadap ion kalsium ekstraseluler (Ca2+), yang selanjutnya meningkatkan Ca2+ intraseluler dalam mikrospora. Peningkatan Ca2+ intraseluler diterjemahkan dan dimediasi oleh protein pengikat kalsium, yang kemudian memicu efek hilir yang mengarah pada mitosis dan perubahan ekspresi gen, mengarahkan jalur perkembangan mikrospora menuju embriogenesis.
Masuknya ion Ca2+ ekstraseluler melalui membran plasma diperlukan untuk menstimulasi embriogenesis mikrospora. Penambahan penghambat saluran ion kalsium ke dalam media kultur, seperti verapamil dan kafein, menghambat embriogenesis mikrospora. Rivas-Sendra dkk. (2017) melaporkan bahwa setelah satu hari mikrospora Brassica napus L. diinduksi menggunakan stres panas, banyak mikrospora mengalami peningkatan sinyal kalsium intraseluler secara drastis dibandingkan dengan mikrospora segar.
Konsentrasi kalsium eksogen termodifikasi dalam media kultur telah dilaporkan memengaruhi efisiensi induksi embriogenesis mikrospora. Namun, apakah perbedaan kalsium eksogen memengaruhi konsentrasi Ca2+ intraseluler, pensinyalan kalsium, dan respons embriogenik pada mikrospora masih belum jelas. Mengingat peran penting kalsium dalam embriogenesis mikrospora, terutama yang berkaitan dengan konsentrasinya di dalam sel, penting untuk mempelajari akumulasi dan distribusi Ca2+ intraseluler dalam mikrospora dengan perlakuan kalsium eksogen untuk menjawab pertanyaan ini. Di sini, kami melaporkan dinamika kalsium Ca2+ intraseluler, profil metabolit, dan perkembangan sitologi terkait respons embriogenik selama tahap awal embriogenesis mikrospora tembakau dengan konsentrasi kalsium eksogen termodifikasi.
Kami memeriksa perkembangan sitologi mikrospora, khususnya jenis vakuolisasi dan pola pembelahan pertama. Kami juga menggunakan pewarnaan Fluo 3-AM untuk mengamati dinamika kalsium, termasuk akumulasi dan distribusi ion kalsium intraseluler (Ca2+) di bawah mikroskop fluoresensi. Analisis metabolomik mikrospora yang diinduksi dilakukan menggunakan kromatografi gas-spektrometri massa (GC-MS). Hasilnya menunjukkan bahwa pada perlakuan 2,0 mM CaCl 2.2H2O, 57,06 ± 6,95% mikrospora menunjukkan struktur seperti bintang, dan 47,39 ± 8,84% mengalami pembelahan pertama simetris, dua kali lebih efektif daripada 1,0 mM.
Pewarnaan Fluo 3-AM mengungkapkan peningkatan fluoresensi Ca2+ pada hari pertama, yang bertahan dalam perlakuan 2,0 mM pada hari ketiga. Pada hari keenam, fluoresensi pada perlakuan 1,0 mM dan 2,0 mM berbeda secara signifikan. Sinyal Ca2+ intraseluler meningkat dengan 1,0 mM CaCl2.2H2O dan menurun dengan 2,0 mM CaCl2.2H2O. Analisis metabolomik mendeteksi 34 metabolit, termasuk asam amino, asam organik, dan asam lemak, dengan dominasi asam oleat, asam palmitat, dan asam stearat. Kami menyimpulkan bahwa kalsium klorida dua milimolar optimum untuk menginduksi pembentukan mikrospora embriogenik pada tembakau.
Hasil penelitian ini memberikan wawasan baru bahwa kalsium ekstraseluler yang tinggi memoderasi efek yang tidak diinginkan dari stres panas yang berkepanjangan dengan mengubah kelimpahan relatif konstituen membran plasma, sehingga meningkatkan mikrospora embriogenik. Temuan ini meningkatkan pemahaman kita tentang peran kalsium ekstraseluler dalam embriogenesis mikrospora dan menawarkan strategi baru untuk mengoptimalkan proses ini pada tumbuhan penting lainnya.
Penulis: Dwi Kusuma Wahyuni, S.Si., M.Si.
Informasi detail tentang artikel dapat diakses melalui link:
