1. Fungsi kloroplas sebagai penentu hubungan kekerabatan yaitu memiliki DNA kloroplas yang baik digunakan dalam analisis kekerabatan antar spesies namun belum dapat memisahan kekerabatan intraspesies. Gen matK merupakan gen yang direkomendasikan oleh The Concortium for the Barcode of Life. DNA kloroplas sekuen gen matK dapat digunakan untuk mengelompokkan spesies dalam genus Zanthoxylum yang terpisah dari genus lainnya (antar spesies) tetapi kurang dapat memisahkan spesies dalam genus yang sama (intra spesies). 2. Fungsi kloroplas sebagai pertahanan dan sistem imun sel tanaman yaitu kloroplas yang dibantu oleh nukleus, membran sel, dan retikulum endoplasma merupakan kunci dari pertahanan patogen. Kloroplas merangsang kedua respons dengan merusak sistem fotosintesisnya secara sengaja, menghasilkan spesies oksigen reaktif yang secara langsung membunuh semua patogen di dalam sel.

1. MAKALAH BIOLOGI SEL
KLOROPLAS SEBAGAI PENENTU HUBUNGAN
KEKERABATAN DAN PERTAHANAN SERTA SISTEM
IMUN SEL TANAMAN
Oleh:
Andini Rheina Saraswati 17030244001
Ainin Nadiroh 17030244002
Fauziah Khoirun Nisa 17030244003
Biologi D 2017
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
BIOLOGI
2019

2. A. Judul : Kloroplas Sebagai Penentu Hubungan Kekerabatan dan Pertahanan
serta Sistem Imun Sel Tanaman
B. Latar Belakang
`Kloroplas berasal dari protoplastid kecil (plastid yang belum dewasa,
kecil, dan hampir tak berwarna, dengan sedikit atau tanpa membran dalam).
Struktur kloroplas ialah memipih dengan panjang rata-rata 7 µm dan lebar 3-4
µm (Yuliani, 2017). Secara umum sel mesofil daun mengandung 30-500
kloroplas yang memiliki bentuk seperti cakram. Bentuk kloroplas bermacam-
macam, misal bentuk bintang atau bisa juga pita spiral (Yuliani, 2017).
Kloroplas terdiri dari fosfolipid bilayer (double membrane), membran tilakoid,
lumen, stroma, dan lamella. Selain itu, terdapat ribosom dan DNA kloroplas.
Protoplastid membelah pada saat embrio berkembang, dan berkembang
menjadi kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Tiap kloroplas dikelilingi
oleh sistem atau selimut membran ganda yang mengatur lalu lintas molekul
keluar masuk kloroplas. Pada bagian tertentu kloroplas terdapat tumpukan
tilakoid yang disebut grana (Bayu, 2005). Tilakoid berbentuk seperti cakram
dan mengandung pigmen. Tilakoid sendiri terdiri dari membran tilakoid dan
lumen. Lumen merupakan ruang bagian dalam tilakoid (Yuliani, 2017). Di
dalam kloroplas juga terdapat matriks fluida yang disebut sebagai stroma.
Stroma bersifat amorf, seperti gel dan kaya akan enzim. Enzim pada stroma
berfungsi untuk mensintesis asam amino dan asam lemak. Kloroplas juga
mengandung DNA spesifik yakni DNA kloroplas. DNA kloroplas telah banyak
digunakan dalam studi hubungan kekerabatan berbagai tanaman angiospermae
(Jing et al., 2011). Hal ini menunjukkan bahwa DNA kloroplas juga memiliki
fungsi yang harus dipelajari lebih lanjut.
Kloroplas mempunyai fungsi utama yaitu dalam proses fotosintesis.
Fotosintesis merupakan salah satu proses metabolisme yang menghasilkan
energi berupa ATP sehingga kloroplas memiliki fungsi yang sama dengan
mitokondria sebagai penghasil energi. Kloroplas juga mempunyai berbagai
fungsi yang belum dibahas secara lengkap. Pada penelitian yang dilakukan
Caplan, et al (2008b), kloroplas diduga memiliki fungsi pengenalan patogen.
Tanaman tidak memiliki sel imun khusus, semua sel tanaman berpartisipasi

3. dalam proses imun. Kloroplas dibantu dengan nukleus, membran sel, dan
retikulum endoplasma merupakan kunci dari pertahanan patogen. Patogen
sering menargetkan kloroplas karena perannya dalam respon imun sel tanaman.
Makalah ini akan menjelaskan fungsi kloroplas selain sebagai penghasil energi.
C. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka rumusan
masalahnya sebagai berikut.
1. Bagaimana fungsi kloroplas sebagai penentu hubungan kekerabatan?
2. Bagaimana fungsi kloroplas sebagai pertahanan dan sistem imun sel
tanaman?
D. Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini sebagai berikut.
1. Untuk mengetahui fungsi kloroplas sebagai penentu hubungan
kekerabatan.
2. Untuk mengetahui fungsi kloroplas sebagai pertahanan dan sistem imun
sel tanaman.
E. Kajian Pustaka
1. Kloroplas
Kloroplas merupakan salah satu tipe plastida yang menghasilkan warna
hijau daun disebut klorofil. Plastida sendiri merupakan organel yang ditemukan
pada sel tumbuhan dan alga. Kloroplas ditemukan paling banyak pada daun,
terutama dalam sel mesofil.
Struktur kloroplas ialah memipih dengan panjang rata-rata 7 µm dan lebar
3-4 µm (Yuliani, 2017). Secara umum sel mesofil daun mengandung 30-500
kloroplas yang memiliki bentuk seperti cakram. Bentuk kloroplas bermacam-
macam, misal bentuk bintang atau bisa juga pita spiral (Yuliani, 2017).
Kloroplas terdiri dari fosfolipid bilayer (double membrane), membran tilakoid,
lumen, stroma, dan lamella. Selain itu, terdapat ribosom dan DNA kloroplas.

4. Gambar 1. Struktur Kloroplas
(Sumber : https://budisma.net)
Fosfolipid bilayer pada kloroplas terdiri dari membran luar, ruang antar
membran, dan membran dalam. Membran rangkap ini bersifat diferensial
permeabel dan berfungsi untuk mengatur lalu lintas molekul keluar masuk
kloroplas (Yuliani, 2017). Di dalam kloroplas juga terdapat matriks fluida yang
disebut sebagai stroma. Stroma bersifat amorf, seperti gel dan kaya akan
enzim. Enzim pada stroma mengubah karbondioksida menjadi karbohidrat,
khususnya pati, selain itu terdapat pula lipid. Pada stroma terdapat grana yang
merupakan tumpukan dari tilakoid. Tilakoid berbentuk seperti cakram dan
mengandung pigmen. Tilakoid sendiri terdiri dari membran tilakoid dan lumen.
Lumen merupakan ruang bagian dalam tilakoid (Yuliani, 2017). Kloroplas
memiliki DNA spesifik yakni DNA kloroplas.
Kloroplas terbentuk dari pertumbuhan dan pembelahan proplastid di
daerah meristem. Proplastid berasal dari sel telur yang terbuahi. Proplastid
membelah pada saat embrio. Pembentukan tilakoid juga memerlukan bantuan
cahaya atau sinar matahari (Yuliani, 2017).
2. Peranan Kloroplas
Kloroplas memiliki berbagai macam fungsi yang memegang peranan
penting untuk memenuhi kebutuhan tanaman. Fungsi utama kloroplas adalah
untuk berfotosintesis. Fotosintesis merupakan salah satu proses metabolisme
yang mampu menghasilkan energi. Bagian dari struktur kloroplas yaitu
tilakoid grana merupakan tempat penggunaan energi dari cahaya untuk
mengoksidadi H2O dan membentuk ATP serta NADPH yang kaya energi,

5. yang diperlukan stroma untuk mengubah CO2 menjadi karbohidrat. Reaksi
cahaya (reaksi terang) berlangsung di tilakoid grana, sedangkan reaksi sintesis
(reaksi gelap) berlangsung di stroma. Dalam kloroplas terdapat enzim,
senyawa-senyawa, dan pigemen yang diperlukan untuk fotosintesis. Selain itu,
terdapat RNA, DNA, ribosom, protein dan fosfolipid (Yuliani, 2017).
3. Kloroplas sebagai Penentu Hubungan Kekerabatan
DNA kloroplas merupakan DNA dengan tingkat rekombinasi genetik
yang rendah dan berasal dari garis keturunan maternal (Wang et al., 2013).
DNA kloroplas telah banyak digunakan dalam studi hubungan kekerabatan
berbagai tanaman angiospermae (Jing et al., 2011). Gen kloroplas terdiri dari
berbagai gen seperti trnL-F, rbcl, dan matK (Kress & Erickson, 2007). Taberlet
et al. (1991) menyatakan bahwa DNA kloroplas baik digunakan dalam analisis
kekerabatan antar spesies namun belum dapat memisahan kekerabatan
intraspesies. Gen matK merupakan gen yang direkomendasikan oleh The
Concortium for the Barcode of Life (Hollingworth et al., 2009). Berdasarkan
hasil penelitian Manurung dkk (2018), bahwa DNA kloroplas sekuen gen matK
dapat digunakan untuk mengelompokkan spesies dalam genus Zanthoxylum
terpisah dari genus lainnya (antar spesies) tetapi kurang dapat memisahkan
spesies dalam genus yang sama (intra spesies). Hasil penelitian ini dapat
dimanfaatkan sebagai informasi awal untuk menganalisis hubungan
kekerabatan spesies dalam genus Zanthoxylum menggunakan berbagai penanda
molekuler.
4. Kloroplas sebagai Pertahanan dan Sistem Imun Sel Tanaman
Tanaman tidak memiliki sel imun khusus, semua sel tanaman
berpartisipasi dalam proses imun. Kloroplas dibantu dengan nukleus, membran
sel, dan retikulum endoplasma merupakan kunci dari pertahanan patogen.
Patogen sering menargetkan kloroplas karena perannya dalam respon imun sel
tanaman. Tanaman mempunyai dua respon imun utama, yaitu respon imun
hipersensitif dimana sel yang terinfeksi menutup diri dan mengalami kematian
sel, dan resistensi sistemik, dimana sel yang terinfeksi melepas sinyal yang
dapat memperingatkan kehadiran patogen. Kloroplas merangsang kedua
respons dengan merusak sistem fotosintesisnya secara sengaja,

6. menghasilkan spesies oksigen reaktif yang secara langsung membunuh semua
patogen di dalam sel (Padmanabhan et al., 2010).
Gambar 2. Komunikasi antara kloroplas dan nukleus selama respon
sistem imun sel tanaman (Caplan, et al., 2008b).
Pada penelitian yang dilakukan Caplan, et al (2008b) menunjukkan bahwa
pengakuan reseptor TIR-NLR N dari efektor p50 dari Tobacco Mosaic
Virus (TMV) membutuhkan kloropastik N Receptor Interacting Protein 1
(NRIP1) ( Caplan et al., 2008b ). NRIP1 berada di kloroplas pada tanaman
yang mengandung banyak N. Setelah terinfeksi TMV, NRIP1 direkrut dari
kloroplas ke sitosol dan nukleus melalui mekanisme yang tidak diketahui.
Dalam studi ini, peneliti membuat pengamatan awal bahwa kloroplas
mengirimkan proyeksi tubular dinamis yang dikenal sebagai "stromula" selama
pertahanan yang diperantarai N, menunjukkan bahwa kloroplas memiliki
fungsi tambahan di hilir pengenalan patogen.
Stromula adalah tubulus berisi stroma yang membentang dari semua jenis
plastida, termasuk proplastida, kloroplas, amiloplas, etioplast, dan kromoplas
(diulas dalam Natesan et al., 2005; Caplan, et al, 2008b). Stromula adalah
struktur dinamis yang memanjang sepanjang mikrofilamen aktin dan retikulum
endoplasma (ER) ( Hanson dan Sattarzadeh, 2011 ; Schattat et al., 2011;
Caplan, et al, 2008b). Stromula dapat menghubungkan plastida dan

7. menyediakan sarana pertukaran komponen stroma antara plastid. Namun,
tampaknya ini adalah peristiwa langka dan bukan fungsi utama mereka
( Hanson dan Sattarzadeh, 2013 ; Mathur et al., 2013 ; Schattat et al., 2012;
Caplan, et al, 2008b). Stromula dapat berhubungan erat dengan membran
plasma, mitokondria, dan inti, tetapi fungsi koneksi ini tidak diketahui
( Hanson dan Sattarzadeh, 2011 ; Schattat et al., 2011; Caplan, et al.,
2008b ). Stromules diinduksi selama simbiosis mikoriza dengan tanaman,
pembentukan granula pati, aplikasi sukrosa atau glukosa, dan tekanan abotik
dan biotik (ditinjau dalam Kumar et al., 2014; Caplan, et al., 2008b ).
Peneliti menunjukkan bahwa stromula kloropastik sangat diinduksi selama
respon imun pada tanaman Arabidopsis dan Nicotiana . Kloroplas secara
dinamis mengubah morfologi mereka dengan mengirimkan ekstensi stromule
selama respon pertahanan. Karena sinyal pro-pertahanan seperti H 2 O 2 dan
SA berasal dari kloroplas, peningkatan luas permukaan ekstensi tubulus dapat
membantu dalam transfer sinyal-sinyal ini dan / atau protein pensinyalan lain
atau metabolit ke sitosol dan nukleus di mana mereka berfungsi untuk aktifkan
pensinyalan pertahanan. Memang, setelah diamati peneliti stromula yang
membentuk asosiasi kompleks di sekitar nukleus selama HR-PCD dan
pengelompokan kloroplas selanjutnya di sekitar nuklei. Data peneliti juga
menunjukkan bahwa H 2 O 2 dan SA dapat menginduksi pembentukan stromule
dan H 2 O 2 dapat bergerak melalui koneksi kloroplas-ke-nuklir ini. Dengan
menggunakan pendekatan fusi NES dapat ditunjukkan bahwa NRIP1
terlokalisasi kloroplas terakumulasi dalam nukleus selama respons imun
mungkin melalui asosiasi kloropast-ke-nuklir. Induksi konstitutif stromula
dengan membungkam atau KO dari protein amplop luar kloroplas CHUP1
meningkatkan HR-PCD. Akibatnya, peneliti mengusulkan model amplifikasi di
mana stromula dan sinyal pro-HR-PCD membentuk loop umpan balik positif
(Caplan, et al, 2008b).

8. F. Kesimpulan
1. Fungsi kloroplas sebagai penentu hubungan kekerabatan yaitu memiliki DNA
kloroplas yang baik digunakan dalam analisis kekerabatan antar spesies namun
belum dapat memisahan kekerabatan intraspesies. Gen matK merupakan gen yang
direkomendasikan oleh The Concortium for the Barcode of Life. DNA kloroplas
sekuen gen matK dapat digunakan untuk mengelompokkan spesies dalam genus
Zanthoxylum yang terpisah dari genus lainnya (antar spesies) tetapi kurang dapat
memisahkan spesies dalam genus yang sama (intra spesies).
2. Fungsi kloroplas sebagai pertahanan dan sistem imun sel tanaman yaitu
kloroplas yang dibantu oleh nukleus, membran sel, dan retikulum endoplasma
merupakan kunci dari pertahanan patogen. Kloroplas merangsang kedua respons
dengan merusak sistem fotosintesisnya secara sengaja, menghasilkan spesies
oksigen reaktif yang secara langsung membunuh semua patogen di dalam sel.

9. DAFTAR PUSTAKA
Alistigna. 2015. Struktur dan Fungsi Utama dari Kloroplas.
https://budisma.net/2015/07/struktur-dan-fungsi-utama-dari-
kloroplas.html. Diakses 4 Mei 2019.
Bayu, Eva Sartini. 2005. Genom Kloroplas. Program Studi Budidaya Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Caplan JL, Mamillapalli P, Burch-Smith TM, Czymmek K, Dinesh-Kumar SP.
2008. Chloroplastic protein NRIP1 mediates innate immune receptor
recognition of a viral effector. Cell;132:449–462.
Hanson, M. R., and Sattarzadeh, A. 2011. Stromules: recent insights into a long
neglected feature of plastid morphology and function, Plant physiology
155, 1486-1492.
Hollingsworth PM, Forrest LL, Spouge JL, Hajibabaei M, Ratnasingham S, van
der Bank M, Chase MW, Cowan RS, Erickson DL, Fazekas AJ (2009) A
DNA barcode for land plants. Proc Natl Acad Sci USA 106:12794–12797.
Jing, Y. U., Jian‐Hua, X. U. E., & Shi‐Liang, Z. H. O. U. 2011. New universal
matK primers for DNA barcoding angiosperms. Journal of Systematics
and Evolution, 49(3), 176-181.
Kress WJ, Erickson DL. 2007. A two-locus global DNA barcode for land plants:
the coding rbcL gene complements the non-coding trnH-psbA spacer
region. PloSONE. 2(6): 508-513.
Padmanabhan, Meenu S.; Dinesh-Kumar, S. P. (2010). "All Hands on Deck—The
Role of Chloroplasts, Endoplasmic Reticulum, and the Nucleus in Driving
Plant Innate Immunity". Molecular Plant-Microbe Interactions. 23 (11):
1368–80. doi:10.1094/MPMI-05-10-0113. PMID 20923348.
Wang JF, Gong X, Chiang YC, Kuroda C. 2013. Phylogenetic patterns and
disjunct distribution in Ligularia hodgsonii Hook. (Asteraceae). J
Biogeogr 40:1741–1754.
Yuliani. 2017. Metabolisme Tumbuhan. Surabaya: Unesa University Press.
Manurung, J., Prakasa, J., Tanjung U., Harsono, T. 2018. Hubungan Kekerabatan
Spesies Dalam Genus Zanthoxylum Menggunakan Sekuen Gen Maturase
K (Matk) Dna Kloroplas. Jurnal Biosains, Vol. 4, No. 2: 69-77.