Kunti Setiowati, Frida (2021) "Produksi dan Profil Komponen Senyawa Bioaktif Organosulfur pada Kultur Suspensi Sel Bawang Putih (Allium sativum L.) Tunggal Sebagai Respon Terhadap Pemberian Prekursor dan Elisitor". Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
"Bawang putih (Allium sativum. L) tunggal merupakan salah satu tanaman herbal yang saat ini banyak dimanfaatkan untuk pengobatan berbagai macam gangguan kesehatan, seperti anti diabetes, anti hipertensi, anti kolesterol, anti atheroskeloris, anti oksidan, anti virus, anti mikrobia, dan anti kanker. Manfaat penting dari kandungan senyawa bioaktif organosulfur pada bawang putih tunggal menyebabkan permintaan konsumen akan bawang putih tunggal terus meningkat hingga 20-30% per tahun. Kebutuhan tersebut tidak didukung dengan ketersediaan bawang putih tunggal yang memadai karena dari 1 ton hasil panen bawang putih hanya diperoleh 5-6 kg bawang putih tunggal. Hal ini disebabkan bawang putih tunggal dihasilkan dari benih bawang putih dengan pembentukan tunas lateral terhambat sehingga hanya menghasilkan satu siung saja. Kondisi tersebut menyebabkan diperlukannya suatu upaya untuk meningkatkan senyawa bioaktif organosulfur dalam bawang putih tunggal dengan metode alternatif. Metode alternatif untuk memproduksi senyawa bioaktif tanaman adalah teknik kultur suspensi sel. Teknik kultur suspensi sel memiliki beberapa kelebihan yaitu seluruh sel dapat terdistribusi merata dalam medium sehingga multiplikasi lebih cepat, memungkinkan dilakukan secara kontinyu, serta dapat diaplikasikan dalam skala besar. Strategi untuk meningkatkan produksi senyawa bioaktif organosulfur pada bawang putih tunggal melalui kultur suspensi sel adalah dengan pemberian prekursor dan elisitor. Pemberian prekursor didasarkan pada beberapa senyawa yang merupakan senyawa intermediet atau yang menjadi substrat pada jalur biosintesis senyawa bioaktif yang dapat meningkatkan produk akhir. Dalam jalur biosintesis senyawa organosulfur, glutation dan sistein merupakan senyawa yang berperan sebagai prekursor yang dapat meningkatkan biosintesis senyawa organosulfur bawang putih tunggal. Reaksi antara glutation dengan senyawa allil dan sistein dengan senyawa allil akan menghasilkan produk akhir senyawa organosulfur. Elisitor merupakan senyawa yang ketika diintroduksikan dalam konsentrasi kecil pada sistem sel hidup dapat meningkatkan biosintesis senyawa tertentu. Logam merupakan salah satu elisitor yang dapat meningkatkan bioakumulasi senyawa bioaktif. Beberapa jenis logam seperti Fe dan Zn telah terbukti dapat meningkatkan produksi senyawa bioaktif pada beberapa tanaman. Elisitor logam akan ditangkap oleh reseptor membentuk kompleks logam-reseptor yang akan menyebabkan terjadinya proses penyampaian pesan (sinyal transduksi). Sinyal tranduksi akan mengaktivasi gen-gen untuk faktor transkripsi. Gen-gen faktor transkripsi akan mengaktivasi gen-gen untuk enzim-enzim yang berperan dalam jalur biosintesis senyawa bioaktif. Metode penelitian yang dilakukan terdiri dari penelitian kuantitatif dan kualitatif. Penelitian kuantitatif merupakan penelitian eksperimental yang dilakukan di laboratorium. Tahapan yang dilakukan adalah induksi kalus, inisiasi kultur suspensi sel, perlakuan penambahan prekursor dan elisitor, ekstraksi dan analisis kadar serta profil komponen senyawa bioaktif organosulfur. Penelitian kualitatif dilakukan untuk melihat interaksi antara prekursor (ligan) dengan enzim-enzim yang berperan dalam lintasan biosintesis senyawa organosulfur (protein target) dengan menggunakan pendekatan in silico (bioinformatika). Penelitian dilakukan dengan menggunakan beberapa software dan web server dari program komputasi untuk memprediksi peran dan potensi prekursor dengan cara melakukan proses molekular docking antara ligan-protein target. Induksi kalus dilakukan dengan mengkultur eksplan (crown, tunas tengah, tunas ujung) pada medium Murashige & Skoog (MS) dengan zat pengatur tumbuh 2,4 D 0,3 ppm dan kinetin 0,5 ppm. Ketiga jenis eksplan memberikan respon yang berbeda dalam pembentukan kalus, karena tidak semua eksplan dapat membentuk kalus. Eksplan crown berhasil membentuk kalus, sedangkan eksplan tunas ujung dan tengah tidak berhasil membentuk kalus. Kalus remah yang dihasilkan dari eksplan crown sesuai digunakan untuk inisiasi kultur suspensi sel dan produksi senyawa bioaktif organosulfur. Kultur suspensi sel dihasilkan dengan memindahkan kalus remah ke dalam medium cair MS dengan zat pengatur tumbuh 2,4 D 0,3 ppm dan kinetin 0,5 ppm. Kultur suspensi sel ini selanjutnya digunakan untuk memperoleh senyawa bioaktif organosulfur dengan pemberian prekursor dan elisitor. Pemberian elisitor Fe3+ dan Zn2+ pada medium kultur berpengaruh terhadap pertumbuhan kultur suspensi sel bawang putih tunggal. Elisitor Fe3+ dan Zn2+ dapat meningkatkan berat basah, berat kering, Settled Cell Volume (SCV) dan indeks pertumbuhan kultur suspensi sel bawang putih tunggal. Berat basah, berat kering, SCV dan indeks pertumbuhan semakin tinggi dengan bertambahnya konsentrasi elisitor Fe3+ dan Zn2+ (0,1-0,5 mM). Glutation dan sistein sebagai prekursor feeding yang ditambahkan pada medium kultur juga meningkatkan berat basah, berat kering, SCV dan indeks pertumbuhan kultur suspensi sel bawang putih tunggal. Pertumbuhan kultur suspensi sel mengalami peningkatan mulai konsentrasi 5 mM dan mencapai maksimum pada konsentrasi 10 mM. Analisis senyawa organosulfur dengan menggunakan teknik HPLC menunjukkan hasil bahwa pemberian elisitor Fe3+ maupun Zn2+ dalam medium kultur mampu meningkatkan kadar senyawa bioaktif organosulfur. Semua jenis senyawa bioaktif organosulfur yang dihasilkan dengan elisitasi menggunakan Fe3+ meningkat dengan semakin bertambahnya konsentrasi elisitor. Konsentrasi Fe3+ 0,5 mM dapat meningkatkan senyawa organosulfur paling tinggi, sekitar 1,5 kali lebih tinggi dibandingkan kontrol. Kadar beberapa senyawa bioaktif organosulfur yang dihasilkan dengan penambahan 0,3 mM Zn2+ meningkat sekitar 2 kali lebih tinggi dibandingkan kontrol. Glutation dan sistein juga meningkatkan kadar senyawa bioaktif oganosulfur tertinggi pada pemberian prekursor dengan konsentrasi 12.5 mM. Hasil visualisasi molekular docking menunjukkan terbentuknya kompleks glutation-glutation transferase (GSTU24) dan sistein-glutamat sistein ligase (GSH1) dengan affinitas pengikatan masing-masing 6.5 kcal/mol dan -4.5 kcal/mol. Enzim GSTU24 diprediksi mengkatalis glutation menjadi S-2 karboksi propil glutation, sedangkan glutamat sistein ligase (GSH1) diprediksi mengkatalis sistein menjadi -glutamil sistein. Pada penelitian ini diperoleh metode alternatif untuk meningkatkan kadar senyawa bioaktif organosulfur melalui metode kultur suspensi sel melalui elisitasi dan precursor feeding dan profil komponen senyawa bioaktif organosulfur pada kultur suspensi sel bawang putih tunggal. Metode alternatif ini diharapkan dapat membantu produksi senyawa bioaktif organosulfur dalam skala besar untuk meningkatkan ketersediaan senyawa bioaktif organosulfur yang mempunyai manfaat penting dalam bidang kesehatan. "
English Abstract
Production and Profile of Organosulfur Bioactive Compounds in Cell Suspension Culture of Single Garlic (Allium sativum L.) as a Response to Precursor Feeding and Elicitor Frida Kunti Setiowati, Wahyu Widoretno, Sasangka Prasetyawan, Betty Lukiati Postgraduate Program Brawijaya University 2021 Single garlic (Allium sativum. L) is one of the herbal plants widely used as a remedy to overcome various health problems, such as anti-diabetes, anti-hypertensive, anti-cholesterol, anti-atherosclerosis, anti-oxidant, anti-virus, anti-microbial, and anti-cancer. The important benefit of the organosulfur bioactive compounds content in single garlic causes consumer demand to increase by 20-30% per year. The needs is not supported by the availability of adequate single garlic because from 1 ton of garlic harvest, only 5-6 kg of single garlic was obtained. This is because single garlic was produced from garlic seeds with inhibited lateral shoot formation so that produced one clove only. This condition causes needed an effort to increase organosulfur bioactive compounds of single garlic with alternative methods. Cell culture is an alternative method for producing plant bioactive compounds. The cell suspension culture technique has advantages such as cells can be evenly distributed in the medium which caueses faster multiplication, allows it to be carried out continuously, and can be applied on a large scale. The strategy to increase the production of organosulfur bioactive compounds through cell suspension culture is by giving precursors and elicitors. Precursor feeding is based on several compounds which are intermediate compounds or which become substrates in the biosynthetic pathway of bioactive compounds that can increase the final product. In the biosynthetic pathway of organosulfur compounds, glutatione and cysteine can act as precursors that can increase the biosynthesis of single garlic organosulfur compounds. The reaction between glutatione with allyl compounds and cysteine with allyl compounds will produce end products of organosulfur compounds. Elicitors are compounds that when introduced in small concentrations into living cell systems can increase the biosynthesis of certain compounds. Metal is one of the elicitors that can increase the bioaccumulation of bioactive compounds. The metals such as Fe and Zn have been shown to increase the production of bioactive compounds in some plants. The metal elicitor will be captured by the receptor to form a metal-receptor complex which will cause the signal transduction. Signal transduction will activate genes for transcription factors. Transcription factor genes will activate genes for enzymes that play a role in the biosynthetic pathway of bioactive compounds. The research method consists of quantitative and qualitative research. Quantitative research is an experimental research conducted in a laboratory. The steps taken were callus induction, initiation of cell suspension culture, addition of precursor and elicitor treatment, extraction and analysis of content and profiles of organosulfur bioactive compounds. Qualitative research was conducted to examine the interaction between precursors (ligands) and enzymes that play a role in the biosynthetic pathway of organosulfur compounds (target proteins) using an in silico approach (bioinformatics). The research was conducted using xv several software and web servers from computational programs to predict the role and potential of precursors by carrying out a molecular docking process between target ligands and proteins. Callus induction was carried out by culturing explants (crown, middle shoot, tip shoot) on Murashige & Skoog (MS) medium with growth regulators 0.3 ppm 2.4 D and 0.5 ppm kinetin. The three types of explants gave different responses in inducing callus. The crown explant was succeed in inducing callus, while the tip and middle shoot explants failed in inducing callus. Friable callus produced from crown explants is suitable for the initiation of cell suspension culture and the production of organosulfur bioactive compounds. Cell suspension cultures were produced by transferring friable callus into MS liquid medium with growth regulators 0.3 ppm 2.4 D and 0.5 ppm kinetin. This cell suspension culture was then used to obtain organosulfur bioactive compounds by precursor feeding and addition of elicitors. The addition of elicitor Fe3+ and Zn2+ in culture medium affected the growth of single cell suspension culture of garlic. Elicitors Fe3+ and Zn2+ can increase the fresh weight, dry weight, Settled Cell Volume (SCV) and growth index of single cell suspension culture of garlic. Fresh weight, dry weight, SCV and growth index increased with increasing concentrations of Fe3+ and Zn2+ (0.1-0.5 mM). Glutatione and cysteine as feeding precursors added to the culture medium also increased the fresh weight, dry weight, SCV and growth index of single cell suspension culture of garlic. The growth of the cell suspension culture increased starting at 5 mM and reached a maximum at 10 mM. Analysis of organosulfur compounds using the HPLC showed that the addition of Fe3+ and Zn2+ elicitors in the culture medium was able to increase the levels of organosulfur bioactive compounds. All types of organosulfur bioactive compounds produced by elicitation using Fe3+ increased with increasing elicitor concentration. Fe3+ 0.5 mM can increase the highest organosulfur compounds, about 1.5 times higher than the control. The contents of several organosulfur bioactive compounds produced by the addition of 0.3 mM Zn2+ increased about 2 times higher than the control. Glutatione and cysteine also increased the highest contents of oganosulfur bioactive compounds when the precursor was given at 12.5 mM. The results of molecular docking visualization showed the formation of glutationeglutation transferase (GSTU24) and cysteine-glutamate cysteine ligase (GSH1) complexes with binding affinity of 6.5 kcal/mol and -4.5 kcal/mol, respectively. The GSTU24 enzyme is predicted to catalyze glutatione to S-2 karboksi propil glutatione, while glutamate cysteine ligase (GSH1) is predicted to catalyze cysteine to -glutamil cysteine. In this study, an alternative method was obtained to increase the levels of organosulfur bioactive compounds through cell suspension culture method through elicitation and precursor feeding and profiles of organosulfur bioactive compounds in single garlic cell suspension culture. This alternative method is expected to assist the production of organosulfur bioactive compounds on a large scale to increase the availability of organosulfur bioactive compounds which have important benefits in the health field
Other obstract
--
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | 570 |
| Uncontrolled Keywords: | -- |
| Subjects: | 500 Natural sciences and mathematics > 570 Biology |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Biologi, Fakultas MIPA |
| Depositing User: | Unnamed user with username verry |
| Date Deposited: | 22 Oct 2021 03:29 |
| Last Modified: | 24 Feb 2022 03:52 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/184915 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
DISERTASI_FMIPA_FRIDA KUNTI SETIOWATI.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2023. Download (3MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |