## PENGARUH CEKAMAN ABIOTIK TERHADAP EKSPRESI GEN DAN KONSENTRASI METABOLIT SEKUNDER PADA Catharanthus roseus

## Nur Ahmad Rudin
Departemen Biologi Tropika, Fakultas Biologi, Universitas Gadjah Mada Corresponding author: nur.ahmad.rudin@mail.ugm.ac.id

## Abstract
Catharanthus  roseus  is  a  medicinal  plant  that  widely  known  as  an  important  pharmaceutical  source  through secondary  metabolites,  especially  Indole  Alkaloid  Terpenoid  (TIA)  with  vincristine  and  vinblastine  in  the treatment of cancer. Primary and specific metabolisms are closely related. Primary metabolism plays a role in providing  precursors  to  secondary  metabolism.  Environmental  stress  can  reduce  the  productivity  of  primary metabolites  and  increase  secondary  metabolite  products. The  effect  of  increasing  secondary  metabolic  activity will increase the quality and efficacy of plant simplicia drugs. Based on this, environmental stress plays a role in increasing  the  induction  and  concentration  of  certain  secondary  metabolites  in  plants.  This  review  aims  to determine  the  effect  of abiotic  stress  on  secondary  metabolite  concentrations  in  C.  roseus.  The  results  showed that  primary  and  secondary  metabolites  in  plants  are  interrelated  because  primary  metabolites  in  plants  can serve  as  precursors  and  signals  for  synthesis  of  secondary  metabolite.  Molecular  understanding  of  these interconnections  is  important  as  a  novel  metabolic  engineering  approach  to  enhance  the  biosynthesis  of  the important secondary metabolites of C. roseus. The sucrose-breaking enzyme, CWIN plays an important role in modulating various  secondary  metabolic  pathways  in  the planta.  There  are  three  CWIN  isoforms  in  C.  roseus that  show  specific  differential  expression  in  the  tissue  pattern.  CrCWIN2  was  found  to  have  the  catalytic  site required for an invertase function. Gene expression analysis is needed to outline possible correlations between expression patterns of CWIN, TIA isoforms, phenylpropanoid biosynthesis genes, sucrose metabolism genes and growth/antioxidant  genes  under  abiotic  stress  conditions  which  are  known  to  affect  vindoline  and  catarantin production  in  C.  roseus.  Sucrose  supplementation  increases  the  expression  of  CWIN  and  secondary  metabolic genes, levels of vindolin, catarantin, geraniol, fisetin, coumarin and cinnamic acid. The interconnection between primary and secondary metabolism is confirmed by overexpression of CrCWIN2.
Keywords : Catharanthus roseus, abiotic stress, gene expression, secondary metabolite

## PENDAHULUAN
Catharanthus  roseus merupakan salah  satu  jenis  tanaman  obat  yang dikenal  luas,  digunakan  sebagai  sumber farmaseutikal  penting  khususnya  melalui metabolit  sekunder,  terutama Terpenoid Indole  Alkaloid (TIA)  dengan  vinkristin dan  vinblastin  yang  digunakan  dalam pengobatan  kanker  (Moudi et  al .,  2013). Dimerisasi vindolin dan katarantin menghasilkan  vinblastin  di  planta,  yang selanjutnya dikonversi menjadi vinkristin. Prekursor monomerik, vindolin dan katarantin dipisahkan secara
spasial pada tanaman, vindolin terlokalisasi  dalam  latisifer  dan  idioblast sedangkan  katarantin  disekresikan  ke permukaan daun dan terakumulasi dalam eksudat  lilin.  Oleh  karena  itu  produksi vinkristin  dan  vinblastin  terbatas  pada jumlah jejak planta (Ahmad et al ., 2018). Produksi vinkristin dan vinblastin dilakukan  oleh  pasangan  kimia  dari banyak  prekursor  monomer-vindolin  dan katarantin. Peningkatan prekursor tersebut  pada  planta  dapat  menjadi pendekatan untuk mendapatkan metabolit sekunder  sebagai  bahan  obat  anti  kanker
dengan  konsentrasi  lebih  tinggi.  Hasil yang  rendah  dari  anti  kanker  TIA menyebabkan  berbagai  studi  biokimia dan molekular dilakukan untuk mempelajari  metabolisme  sekunder  dan usaha  meningkatkan  konsentrasi  TIA dalam C. roseus (Alam et al ., 2017).
Sebagian besar penelitian menunjukkan bahwa metabolisme primer  dan  khusus  saling  terkait  erat.
Metabolisme primer berperan memberikan prekursor pada metabolisme sekunder.  Sukrosa  dan  produk  heksosa (glukosa  dan  fruktosa)  memegang  peran penting  dalam  metabolisme  primer  dan sekunder.  Sukrosa  dan  produk  heksosa bertindak sebagai molekul pemberi sinyal dan menyediakan kerangka karbon untuk produksi  metabolit  sekunder  (Caretto et al .,  2015). Cross-talk antara  karbon  dan metabolit  sekunder  telah  dilaporkan dalam  trikoma  kelenjar,  dimana  energi dan  pengurangan  daya  dari  fotosintesis dialihkan  untuk  mencapai  produktivitas metabolit sekunder yang tinggi (Balcke et al .,  2017).  CWIN  ( Cell  Wall  Invertase ) merupakan enzim kunci dalam metabolisme  sukrosa  yang  mengkatalis pemecahan  irreversibel  sukrosa  menjadi glukosa  dan  fruktosa.  Selain  itu,  juga berperan dalam pleiotropis seperti respon cekaman
pensinyalan gula, perkembangan bunga, buah dan perkecambahan  (Liu,  Offler  and  Ruan,
2016). CWIN memodulasi kadar metabolit  sekunder  pada  planta.  Peran penting CWIN dalam metabolisme primer  dan  sekunder  belum  banyak diteliti  dalam  tanaman  obat  apapun, termasuk C. roseus . Pemahaman interaksi  antara  metabolisme  primer  dan sekunder  pada  tingkat  molekular  yang melibatkan  enzim  dan  gen  penting  dapat digunakan  untuk  mengungkap  cara  baru yang memungkinkan memanipulasi biosintesis  metabolit  sekunder  pada planta.
Produk  utama  penyimpanan  pada tanaman  ialah  sukrosa  dan  pati.  Cekaman lingkungan  dapat  berdampak  negatif  bagi pertumbuhan tanaman. Faktor-faktor seperti  iklim,  edafil,  zat  polutan  buatan, dan kompetisi dengan makhluk hidup lain, dapat mempengaruhi pembentukan senyawa  metabolit  sekunder.  Cekaman lingkungan dapat digunakan sebagai strategi  untuk  mengoptimalkan  produksi senyawa  tertentu  pada  tanaman.  Faktor lingkungan  seperti  defisit  air,  kekeringan, temperatur,  mineral,  logam  berat,  dan patogen  dapat  meningkatkan  metabolit sekunder  tertentu  pada  tanaman  obat. Respon tanaman terhadap cekaman menurunkan produktivitas metabolit primer dan meningkatkan produk metabolit sekunder.  Pengaruh  dalam  meningkatkan aktivitas  metabolisme  sekunder,  akan meningkatkan  mutu  dan  khasiat  obat
simplisia  tanaman  (Trisilawati  &  Pitono, 2012).  Berdasarkan  hal  tersebut,  cekaman lingkungan berperan meningkatkan induksi dan konsentrasi metabolit sekunder tertentu pada tanaman sehingga diperlukan review ini  untuk  mengetahui  pengaruh cekaman  abiotik  terhadap  konsentrasi metabolit  sekunder  pada  tanaman C. roseus .  Tujuan  dari review ini  adalah mengetahui  pengaruh  cekaman  abiotik yang meliputi cekaman dingin, kekeringan, salinitas,  suplementasi  sukrosa,  UV,  dan pelukaan  terhadap  ekspresi  gen  dan konsentrasi metabolit sekunder pada tanaman C. roseus .

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  dengan metode  studi  pustaka.  Seluruh  pustaka yang  berkaitan  dengan  cekaman  abiotik, ekspresi  gen  dan  metabolit  sekunder  pada C.  roseus dikumpulkan  lalu  dikaji.  Hal demikian bertujuan agar didapatkan informasi  dengan  lengkap  dan  sudah terbukti secara ilmiah. Data yang didapatkan dianalisis dan dijelaskan secara deskriptif  kualitatif  untuk  mengetahui pengaruh cekaman abiotik terhadap ekspresi  gen  dan  konsentrasi  metabolit sekunder pada C. roseus .

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Metabolisme TIA
Metabolisme TIA khususnya
biosintesis vindolin dan katarantin
dipengaruhi oleh tekanan abiotik. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk memahami respon transkripsi gen biosintesis  TIA  di  bawah  kondisi  yang mempengaruhi metabolisme alkaloid. Penelitian RNA-Seq telah dilakukan untuk memahami modulasi transkriptomik dalam berbagai kondisi (S. Kumar et al ., 2014).
Gongora-Castillo et al. (2012) berhasil meneliti profil urutan dan ekspresi transkriptom C.  roseus .  Ditemukan  bahwa gen  biosintesis  vinblastin  diregulasi  naik dalam merespon perlakuan methyl jasmonat. Sun et al. (2016) meneliti respon transkripsional  terhadap  ekspresi  berlebih Anthranilate  Synthase (AS)  dalam  rambut akar C.  roseus transgenik.  Ditemukan bahwa asam  amino aromatik,  asam  lemak, glutathione  dan  gen  metabolisme  alfa– linolenat  secara  signifikan  diregulasi  naik sedangkan glikolisis/ glukoneogenesis, gula  amino  dan  gula  nukleotida,  pati– sukrosa, sistein–metionin dan gen metabolisme piruvat diturunkan
regulasinya.  Hal  tersebut  menunjukkan kemungkinan modulasi pada jalur metabolisme  primer  dan  sekunder  karena kosentrasi  AS  berlebih.  Liu et  al. (2014) mempelajari respon transkriptomi C. roseus terhadap the peanut witches' broom (PnWB) melalui infeksi fitoplasma dengan pengurutan transkriptomik. Ditemukan banyak  stimulis  abiotik  dan  biotik  terkait gen  serta  fotosintesis,  perkembangan
kloroplas  dan  energi  gen  metabolisme diregulasi  meningkat.  Ini  menunjukkan perubahan  dinamis  dalam  metabolisme primer dan ekspresi gen terkait cekaman.
Moerkercke et al. (2013) mengkonstruksi  CathaCyc,  database  jalur metabolik C.  roseus berdasarkan  data RNA-Seq.  Korelasi  antara  pola  ekspresi gen  CWIN  dan  biosintesis  TIA  belum banyak  diteliti.  Daun C.  rosesus yang diberi  perlakuan  cekaman  temperatur dingin,  radiasi  UV,  pelukaan,  dan  sukrosa eksogen  dapat  dipelajari  pola  ekspresi  gen utama  yang  terlibat  dalam  biosintesis  TIA dan  efek  simultan  pada  jalur  metabolisme lainnya, karbohidrat, metabolisme fenilpropanoid  dan  antioksidan/gen  terkait pertumbuhan (Nishanth et al ., 2018).

## Cekaman Dingin
Cekaman dingin mengakibatkan peningkatan regulasi gen yang memetabolisme sukrosa (CrCWIN1, CrCWIN3, dan SUSY), sedangkan regulasi SPS  diturunkan.  Gula  seperti  glukosa, fruktosa,  sukrosa,  rafinosa,  dan  stasiosa yang  dikenal  sebagai cryoprotectants , terutama terlibat dalam melindungi integritas membran sel dengan mengurangi dehidrasi yang diinduksi pembekuan (Redondo-Gomez,  2013).  Respon  dingin menyebabkan peningkatan regulasi isoform  SUSY  dan  CWIN.  Hal  tersebut juga  terjadi  pada  SPS  yang  mengalami peningkatan  regulasi  di  bawah  cekaman
dingin.  Selain  itu,  berdasarkan  penelitian Nishanth et  al. (2018)  menunjukan penuruan ekspresi gen disebabkan perbedaan  spesifik  pada  spesies  tanaman. Sebagai respon terhadap cekaman temperatur  rendah,  tanaman  memodulasi ekspresi gen yang terlibat dalam metabolisme  gula  terlarut,  pengangkutan dan  pemecahan  pati  sehingga  akan mengakumulasi gula termasuk sukrosa dan heksosa yang bertindak sebagai cryoprotectants (Redondo-Gomez,  2013). Dengan  demikian, cascade dari  gen metabolisme  gula,  komponen  transporter dan  pensinyalan  (seperti  kinase)  terlibat dalam respon cekaman dingin di planta.
Perbedaan pola ekspresi dari gen–gen tersebut  bervariasi  dalam  spesies  secara spesifik.  Adapan  gen  metabolisme  TIA, SLS,  TDC,  STR  dan  PRX1  diinduksi secara signifikan, menunjukkan kemungkinan  peran  TIA  dalam  respon cekaman  dingin.  Peroksidase  memberikan toleransi  terhadap  cekaman  dingin.  Pola ekspresi  diferensial  diamati  pada  gen biosintesis fenilpropanoid, khusus flavonoid memberikan toleransi pembekuan  dengan  mencegah  agregasi protein. Penelitian serupa pada A. thaliana memiliki  pola  yang  sedikit  berbeda, dimana PAL ditemukan diregulasi bersama sebagian besar gen metabolisme karbohidrat.  Gen  antioksidan  CAT  dan SOD diturunkan saat SAG telah diregulasi,
menunjukkan PRX1
kemungkinan memiliki  peran  sebagai  antioksidan  yang lebih  dominan  dibandingkan  dengan  CAT dan SOD (Nishanth et al ., 2018).

## Cekaman kekeringan
Cekaman kekeringan ditemukan memiliki  efek  buruk  dengan  penuruan regulasi  metabolisme.  Gen  metabolisme karbohidrat  sebagian  besar  tidak  diatur. Kekeringan menghambat pertumbuhan tanaman,  mengganggu  hubungan  mineral– nutrisi,  dan  merusak  metabolisme  karena perubahan metabolisme karbon fotosintetik. Sementara dua gen biosintesis TIA,  yaitu  DAT  dan  TDC  ditekan, peningkatan  regulasi  cukup  tinggi  terjadi pada  STR  dan  PRX1  yang  kemungkinan berkaitan  dengan  peningkatan  tekanan turgor.  Gen  biosintesis  fenilpropanoid menunjukkan  pola  ekspresi  diferensial. Peningkatan  kadar  fenolik  dan  gen biosintesisnya merupakan karakteristik dari jaringan yang mengalami kekeringan (Gall et al ., 2015).
Pengerasan dinding sel selama kekeringan  dikaitkan  dengan  peningkatan biosintesis  lignin  yang  merupakan  turunan dari  jalur  fenilpropanoid.  Gen  antioksidan menunjukkan tren yang berbeda, sementara SAG  meningkat  pada  musim  kering. Kekeringan  menyebabkan  modulasi  rasio C/N, penurunan pertumbuhan dan penuaan daun pada Sorghum (Chen et al ., 2015).

## Cekaman Salinitas
Cekaman  salinitas  memiliki  berbagai efek  pada  ekspresi  gen  metabolisme sukrosa, dimana  CrCWIN1 dan CrCWIN2 diinduksi  tinggi,  sementara  CrCWIN3  dan SPS  ditekan.  Osmoregulasi  adalah  aspek kunci  dalam  toleransi  salinitas  pada tanaman  dan  beberapa  osmolit  utama seperti  prolin,  gula,  dan  poliol  yang memiliki peran penting  dalam mengurangi cekaman  salinitas  sehingga  menyebabkan peningkatan  kadar  gen  metabolisme  gula. Gen  metabolisme  TIA,  TDC,  STR  dan PRX1  diregulasi  naik,  sementara  DAT diregulasi turun.
Alkaloid diketahui memberikan toleransi salinitas terhadap tanaman sehingga  semakin  menguatkan  perannya dalam  mengurangi  cekaman  salinitas (Nahar et  al .,  2016).  Terjadi  peningkatan kadar CWIN, STR, TDC dan PRX1 karena salinitas  memberikan  prospek crosstalk molekul  antara  karbohidrat  dan  jalur biosintesis  TIA.  Gen  fenilpropanoid  PAL diinduksi, sementara CHS ditekan. Perlakuan  salinitas  dapat  meningkatkan biosintesis gen fenilpropanoid pada safflower,  spesies Salvia dan Caragana korshinskii (Valifard et al ., 2015).

## Suplementasi Sukrosa
Perlakuan suplementasi sukrosa eksogen  memiliki  efek  signifikan  pada gula  terlarut,  fenilpropanoid  dan  gen metabolisme TIA, dimana ekspresi
sebagian  besar  gen  diregulasi    naik.
Perlakuan sukrosa menghasilkan peningkatan  regulasi  yang  signifikan  dari CrCWIN2, tetapi tidak pada CrCWIN1 dan CrCWIN3 karena kurangnya kotak pengikat  sukrosa  dalam  dua  isoform  ini. SUSY juga ditemukan diregulasi naik. Gen biosintesos  TIA,  G10H,  SLS,  TDC,  STR, DXS  dan  PRX1  ditemukan  diinduksi secara signifikan.
Diantara  gen  fenilpropanoid,  PAL dan  C4H  diregulasi  meningkat.  Perlakuan sukrosa menginduksi CWIN dalam kentang, bersama dengan gen fenilpropanoid  utama  yang  disebabkan oleh  hubungan  faktor  transkripsi  (WD40, AN1 dan bHLH)  (Payyavula et  al ., 2013).
Perlakuan sukrosa diketahui meningkatkan level  terapeutik  TIA  dan  fenilpropanoid. Selanjutnya,  CAT  dan  SAG  ditekan, menunjukkan  kemungkinan  pengurangan cekaman  oksidatif  dan  penuaan  (Nishanth et al ., 2018).

## Cekaman UV
Perlakuan  cekaman  UV  menurunkan regulasi CrCWIN1, sedangkaan gen metabolisme  TIA  menunjukkan  tren  yang bervariasi. G10H, DAT dan SLS diregulasi turun,  sedangkan  TDC,  STR,  dan  PRX1 diregulasi meningkat. Peningkatan regulasi juga terjadi dalam ekspresi STR dan TDC. Peningkatan  alkaloid  yang  dimediasi  UV dikaitkan  dengan  sifat  penyerap  UV  pada tanaman yang berfungsi mencegah
kerusakan pada fotosistem disebabkan oleh radiasi UV–B. Selanjutnya, CHS diregulasi turun  sama  seperti  yang  dilaporkan  terjadi pada A.  thaliana dimana  beberapa  gen metabolisme fenilpropanoid diregulasi turun  pada  tanaman  yang  terpapar  radiasi UV  (Hectors et  al .,  2007).  Sensitivitas tanaman  terhadap  radiasi  UV  bervariasi pada  spesies  tanaman  yang  berbeda.  Gen penanda antioksidan dan penuaan SOD dan SAG diregulasi naik, kemungkinan menunjukkan peningkatan permintaan untuk mekanisme pembersihan ROS karena stress UV (Nishanth et al ., 2018).

## Cekaman Pelukaan
Cekaman  pelukaan  mengakibatkan sedikit  regulasi  naik  pada  CrCWIN2, sambil menekan SPS yang
mengindikasikan kemungkinan peningkatan  sukrosa  dan  pengurangan dalam  sintesis.  Gula  diketahui  mengatur ekspresi  gen  yang  diinduksi  luka,  seperti yang  berhubungan  dengan  patogenesis. Dengan  demikian  menguatkan  pengaruh luka  pada  gen  metabolisme  gula  terlarut. Gen biosintesis TIA (SLS, STR, DXS, dan PRX1)  sebagain  besar  diregulasi  naik. Pada C.  roseus ,  pelukaan  diketahui  untuk mengaktifkan  MAP–K  yang  memediasi pensinyalan cascade dan  selanjutnya,  gen dan regulator jalur biosintesis TIA. Semua gen  biosintesis  fenilpropanoid  ditekan, kecuali  C4H.  Alokasi  sumber  daya kemungkinan  diarahkan  pada  biosintesis
lignin  sebagai  respon  terhadap  luka. Metabolisme TIA pada C. roseus berada di bawah regulasi ketat pada tingkat transkripsi oleh beberapa faktor transkripsi seperti  ORCA,  CrBPF1,  CrWRKY1, CrMYC1,  CrMYC2,  BIS1,  GBF2  dan ZCTs (Y.-H. Liu et al ., 2016).
Pengaruh Cekaman terhadap

## Metabolisme TIA
CrWRKY1  mengikat  ke  promotor TDC dan menghasilkan over ekspresi pada regulasi upregulation beberapa gen, terutama mengatur jalur serpentin. CrBPF1 (faktor transkripsi MYB), diketahui menekan level TIA. CrGBF1, CrGBF2 dan Zinc  Finger  Transcription  Factor –ZCT– 1,2,3  dikenal  sebagai  repressor  transkripsi dari  biosintesis  TIA.  ORCA3,  faktor AP2/ERF adalah regulator utama metabolisme  primer  dan  sekunder  dalam C.  roseus dan  memainkan  peran  penting
dalam biosintesis TIA. ORCA3
mentransaksikan ekspresi strictosidine synthase (STR), gen biosintesis utama TIA dengan  mengikat  elemen  5' upstream–cis , jasmonat  dan  elemen  respon  elisitor (JERE).
Lebih  lanjut,  meningkatkan  ekspresi beberapa gen struktural seperti TDC, D4H, SLS,  CPR,  DXS  dan  AS  (Fits  & Memelink,  2001).  ORCA3  ditemukan diregulasi  turun  pada  perlakuan  cekaman sukrosa,  UV,  salinitas  dan  kekeringan terhadap  daun C.  roseus .  Pada  perlakuan
cekaman  dingin  dan  pelukaan,  tidak  ada perubahan signifikan. Namun, gen biosintesis  TIA  ditemukan  diregulasi  naik di  bawah  kondisi  ini  yang  menunjukkan kemungkinan pengaturan tambahan komponen  selain  ORCA3  yang  beroperasi dalam kondisi tersebut. Singkatnya, perlakuan sukrosa ditemukan secara bersamaan meningkatkan regulasi CrCWIN2  dan  gen  metabolisme  khusus yang  utama,  bersamaan  dengan  penurunan regulasi  sistem  antioksidan  (CAT)  dan penanda  penuaan  (SAG).  Hal  tersebut mengindikasikan pengurangan stress oksidatif  dan  penuaan.  Kemungkinan terdapat  pola  co–regulasi  dalam  jaringan gen  metabolisme  primer  dan  sekunder sebagai  respon  penggunaan  sukrosa  pada daun C. roseus (Nishanth et al ., 2018).
Metabolisme  tanaman  mengalami perubahan signifikan sebagai respon terhadap  cekaman  abiotik.  Efek  perlakuan cekaman  terhadap  metabolit  sekunder C. roseus diketahui  dengan  penilaian  tingkat prekursor  monomerik  antikanker  TIA– vindolin  dan  katarantin,  bersama  dengan bis–indole alkaloid–vinblastin, asam sinamat  (produk  dari  reaksi  katalisasi PAL),  kumarin,  fisetin  (fenilpropanoid), dan  geraniol  (alkohol  monoterpenoid dengan  peran  terbatas  dalam  biosintesis TIA)  (K.  Kumar et  al .,  2015).  Daun C. roseus ditemukan  mengandung  jumlah TIA  terapeutik  tertinggi.  Oleh  karena  itu,
jaringan  daun  biasa  digunakan  untuk menganalisis  perubahan  jumlah  metabolit dalam kondisi perlakuan tertentu. Perlakuan  dingin  menyebabkan  penurunan vindolin secara signifikan, sementara tidak terjadi perubahan pada katarantin.
Akumulasi  katarantin  dan  vindolin terbukti diturunkan sebagai respon terhadap  cekaman  dingin  (Dutta et  al ., 2013).  Sebagai  prekursor  TIA,  geraniol ditemukan  meningkat  pada  daun  yang diberi  perlakuan  cekaman  dingin.  Pada penelitian  terdahulu  menunjukkan  bahwa suhu  rendah  menurunkan  kadar  geraniol pada geranium, meskipun mekanisme yang tepat belum diketahui secara jelas. Fenilpropanoid membentuk pertahanan lini pertama  melawan  cekaman  abiotik  karena potensi  antioksidan  bawaan.  Akumulasi asam  sinamat  ditemukan  menurun  dan diketahui  lebih  lanjut  berkorelasi  dengan profil  ekspresi  gen  fenilpropanoid,  dimana PAL  ditemukan  penurunan  regulasinya. Namun  terdapat  hasil  penelitian  yang kontras, mengindikasikan regulasi fenilpropanoid spesifik di bawah temperatur  rendah.  Tidak  ada  perubahan yang  diamati  pada  kadar  kumarin.  Pada daun Arabidopsis ,  tingkat  skolopoletin, turunan  kumarin  ditemukan  meningkat sebagai  respon  terhadap  cekaman  dingin. Perbedaan  tersebut  dapat  disebabkan  oleh perbedaan dalam reorganisasi metabolisme individu  tanaman  sebagai  respon  terhadap
cekaman.  Cekaman  dingin  mengakibatkan peningkatan  kadar  fisetin  yang  tinggi. Flavonoid  diketahui  menumpuk  sebagai respon  terhadap  tekanan  abiotik,  sehingga memberikan toleransi terhadap suhu rendah (Nishanth et al ., 2018).
Cekaman  kekeringan  menyebabkan penurunan  semua  kadar  metabolit,  kecuali fisetin.  Kekeringan  terbukti  menyebabkan variasi  dinamis  dalam  level  vindolin  dan katarantin,  dimana  vindolin  ditampilkan mengalami  tren  turun–naik  sementara katarantin menunjukkan penuruan bertahap dalam tingkat jaringan C. roseus berkaitan dengan  PEG  yang  diinduksi  cekaman kekeringan (Y.  Liu et  al .,  2017). Kandungan  geraniol  ditemukan  berkurang setelah  perlakuan  kekeringan.  Tingkat geraniol  pada  tanaman  terbukti  tergantung pada intensitas cekaman kekeringan, durasi,  dan  spesies.  Kadar  asam  sinamat ditemukan  menurun,  yang  berkorelasi dengan  ekspresi  gen  dimana  PAL  secara signifikan  diregulasi  menurun.  Namun, penelitian  sebelumnya  melaporkan  hasil berbeda.  Akumulasi  fisetin  menunjukkan peningkatan  signifikan  pada  jaringan  yang diberi cekaman kekeringan dan kemungkinan peningkatan regulasi biosintesis flavonoid yang dimediasi cekaman  kekeringan.  Efek  berbeda  dari kekeringan  pada  biosintesis  flavonoid dilaporakan  pada  gandum.  Flavonoid bertindak  sebagai  anti-ROS  sehingga
membentuk lini pertama pertahanan terhadap  stress  oksidatif.  Konsentrasi kumarin ditemukan berkurang. Hasil serupa  diamati  pada  kasus  daun Vitis vinifera ,  dimana  sebagian  besar  senyawa fenolik  berlimpah  mengalami  penurunan yang  signifikan,  karena  spesifitas  spesies mempengaruhi  perubahan  metabolit  yang disebabkan  cekaman  kekeringan  (Krol, Amarowicz & Weidner, 2014).
Cekaman salinitas menghasilkan peningkatan kadar vindolin yang signifikan,  sementara  katarantin  berkurang drastis.  Laporan sebelumnya menunjukkan efek  salinitas  bertentangan  pada  tingkat biosintesis  TIA.  Konsentrasi  geraniol meningkat  dalam  jaringan  yang  diberi perlakuan  garam  sehingga  menunjukkan peningkatan regulasi biosintesis
monoterpenoid. Pengamatan serupa dilakukan pada Coriandrum sativum berkaitan  dengan  peningkatan  kepadatan kelenjar minyak. Konsentrasi asam sinamat menunjukkan  penurunan  yang  signifikan pada jaringan yang diberi perlakuan garam. Namun,  efek  cekaman  berbeda  dari cekaman garam pada isoform PAL diamati terjadi pada berbagai spesies tanaman (Yan et al ., 2016). Karena itu dapat disimpulkan efek  salinitas  terhadap  asam  sinamat tergantung  pada  spesies.  Level  fisetin menunjukkan  penurunan  drastis  di  bawah kondisi salinitas. Penelitian lain menunjukkan bahwa pola akumulasi
flavonoid  di  bawah  cekaman  salinitas adalah  spesifik  berdasar  spesies,  diatur melalui keberadaan flavonoid yang dominan (Nishanth et al ., 2018).
Cekaman
UV menghasilkan downregulation TIA  dan  fenilpropanoid. Sebaliknya,  penelitian  lain  melaporkan induksi TIA berbasis UV melalui suplementasi nitrogen pada daun C. roseus . Peningkatan  level  vindolin  dan  katarantin juga dilaporkan pada suspensi kultur sel C. rosesus dengan  perlakuan  radiasi  UV. Kadar geraniol dan kumarin tidak terpengaruh  oleh  cekaman  UV.  Cekaman UV terbukti menghasilkan efek diferensial pada  geraniol  tanaman  yang  berbeda, terutama  disebabkan  oleh  pensinyalan yang dimediasi ROS. Kadar fenilpropanoid menunjukkan penuruan (asam sinamat dan fisetin) atau tidak ada perubahan (kumarin).  Hal  tersebut  berkaitan  dengan perbedaan spesifik tanaman dalam mekanisme  respon  terhadap  paparan  UV (Nishanth et al ., 2018).
Cekaman pelukaan akan menurunkan produksi katarantin, vindolin, asam sinamat  dan  kumarin,  sedangkan  geraniol dan  fisetin  tidak  terpengaruh  secara signifikan. Pembentukan alkaloid berkurang  pada  bagian–bagian  tanaman yang  diberi  cekaman  pelukaan  pada C. roseus dikaitkan dengan regulasi perkembangan  spesifik.  Vázquez-Flota et al. (2004)  melaporkan  bahwa  peningkatan
kadar  vindolin  dan  ajmalisin  dari  bibit C. roseus yang  diberi  pelukaan,  sementara level  katarantin  tetap  tidak  terpengaruh. Ester asam sinamat memiliki efek melindungi  luka  dan  metabolit  turunan fenilpropanoid seperti asetosidringon berperan  dalam  respon  cekaman  pelukaan. Penurunan kadar asam sinamat disebabkan oleh chanelling senyawa  tersebut  ke  arah sintesis  metabolit  pelindung  luka  lainnya (Nishanth et al ., 2018).
Suplementasi sukrosa eksogen menghasilkan peningkatan regulasi biosintesis  dari  semua  metabolit.  Sukrosa dapat  bertindak  sebagai  molekul  pemberi sinyal yang menginduksi biosintesis berbagai metabolit sekunder seperti flavonoid  dan  antosianin.  Kadar  vindolin dan katarantin meningkat secara signifikan pada  perlakuan  sukrosa.  Alkaloid  dimer dan  vinblastin  tidak  diregulasi  pada berbagai  perlakuan  cekaman.  Hal  tersebut berkaitan  dengan  pemisahan  spasial  dari prekursornya,  vindolin  dan  katarantin  di jaringan daun (Nishanth et al ., 2018).
Upaya  meningkatkan  TIA  di C.
roseus menunjukkan  peningkatan  regulasi prekursor  monomer,  bukan  TIA  dimer. Ekspresi ORCA3 dan G10H memiliki efek lebih  nyata  pada  akumulasi  prekursor (striktosidin,  vindolin,  katarantin,  dan ajmalisin) dibandingkan dengan TIA dimer (anhidrovinblastin dan vinblastin). Ekspresi  berlebih  transien  CrMPK3  juga
menghasilkan peningkatan regulasi vindolin,  katarantin,  dan  serpentin  yang lebih tinggi dibandingkan dengan vinkristin  (TIA  dimer)  (Nishanth et  al ., 2018).
Kadar  vindolin  dan  katarantin  di planta secara inheren lebih  tinggi  daripada dimer,  sehingga  memungkinkan  para peneliti  untuk  mengkomersilkan in  vitro coupling untuk menghasilkan TIA dimerik (Singh et  al .,  2000).  Strategi  untuk meningkatkan kadar vindolin dan katarantin  melalui  metabolisme  sukrosa  di C. roseus diikuti oleh isolasi dan chemical coupling untuk  mendapatkan  TIA  dimer yang  akan  memacu  peningkatan  produksi antikanker  TIA.  Suplementasi  sukrosa dapat  meningkatkan  produksi  metabolit sekunder  pada  daun C.  rosesus tanpa menyebabkan  kerusakan  pada  proses pertumbuhannya.  Aspek  mekanis  efek tersebut  dapat  membuka  jalur  baru  dalam rekayasa metabolisme tanaman obat (Nishanth et al ., 2018).

## KESIMPULAN
Kesimpulan  dari review ini  adalah metabolisme  primer  dan  sekunder  pada tanaman  saling  berkaitan  karena  metabolit primer  pada  tanaman  dapat  berfungsi sebagai prekursor dan sinyal untuk sintesis metabolit sekunder. Pemahaman molekular yang  jelas  tentang  interkoneksi  tersebut penting sebagai pendekatan rekaya
metabolik baru untuk meningkatkan biosintesis  metabolit  sekunder  terapeutik tanaman  yang  penting  dari C.  roseus .
Enzim pemecah sukrosa,
CWIN
memainkan peran penting dalam memodulasi  beragam  jalur  metabolisme sekunder  di  planta.  Terdapat  tiga  isoform CWIN  pada C.  roseus yang  menunjukkan ekspresi  diferensial  spesifik  pada  pola jaringan.  CrCWIN2  ditemukan  memiliki situs  katalitik  yang  diperlukan  sebagai fungsi  invertase.  Analisis  ekspresi  gen diperlukan untuk menguraikan kemungkinan korelasi  antara pola ekspresi isoform  CWIN,  TIA,  gen  biosintesis fenilpropanoid,  gen  metabolisme  sukrosa dan  gen  pertumbuhan/antioksidan  dalam kondisi  cekaman  abiotik  yang  diketahui mempengaruhi  produksi  vindolin  dan katarantin  dalam C.  roseus .  Suplementasi sukrosa meningkatkan ekspresi CWIN dan gen metabolisme sekunder, kadar vindolin, katarantin,  geraniol,  fisetin,  kumarin  dan asam sinamat. Interkoneksi antara metabolisme primer dan sekunder dikonfirmasi  melalui  overexpression  dari CrCWIN2.

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmad  B,  Banerjee  A,  Tiwari  H,  Jana  S,
Bose  S,  &  Chakrabarti  S.  2018. Structural and functional
characterization  of  the  vindoline biosynthesis  pathway  enzymes  of
Catharanthus  roseus . Journal  of Molecular  Modeling , 24 (53),  1–14.
https://doi.org/10.1007/s00894-018- 3590-2
Alam  MM,  Naeem  M,  Khan  MMA,  &
Uddin  M.  2017.  Vincristine  and Vinblastine  Anticancer  Catharanthus Alkaloids: Pharmacological
Applications  and  Strategies  for  Yield Improvement. In M. Naeem, T. Aftab,
&  M.  Khan  (Eds.), Catharanthus roseus (pp. 277–307). Springer.
Balcke  GU,  Bennewitz  S,  Bergau  N,
Athmer  B,  Henning  A,  Majovsky  P, Jiménez-gómez JM, Hoehenwarter W,
&  Tissier  A.  2017.  Multi-omics  of tomato  glandular  trichomes  reveals distinct  features  of  central  carbon metabolism supporting high productivity of specialized metabolites. The  Plant  Cell , 29 ,  960– 983.https://doi.org/10.1105/tpc.17.000
60
Caretto S, Linsalata V, Colella G, Mita G,
&  Lattanzio  V.  2015.  Carbon  fluxes between  primary  metabolism  and phenolic  pathway  in  plant  tissues under  stress. International  Journal  of Molecular Sciences , 16 , 26378–26394. https://doi.org/10.3390/ijms16112596 7
Chen D, Wang S, Xiong B, Cao B, & Deng X.  2015.  Carbon/nitrogen  imbalance associated  with  drought-induced  leaf senescence in Sorghum bicolor. PLoS ONE , 10 (8), 1–17. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0 137026 Dutta  A,  Sen  J,  &  Deswal  R.  2013.  New evidences about strictosidine synthase (Str) regulation by salinity, cold stress and  nitric  oxide  in Catharanthus roseus . Journal of Plant Biochemistry and  Biotechnology , 22 (1),  124–131. https://doi.org/10.1007/s13562-012- 0118-1
Fits  L  van  der  &  Memelink  J.  2001.  The jasmonate-inducible AP2/ERF-
domain  transcription  factor  ORCA3 activates gene expression via interaction with a jasmonate- responsive  promoter  element. The
Plant Journal , 25 (1), 43–53.
https://doi.org/10.1111/j.1365-
313X.2001.00932.x
Gall  H  Le,  Philippe  F,  Domon  J,  Gillet  F, Pelloux J, & Rayon C. 2015. Cell wall metabolism  in  response  to  abiotic atress. Plants , 4 , 112–166. https://doi.org/10.3390/plants4010112 Gongora-Castillo E, Childs KL, Fedewa G, Hamilton JP, Liscombe DK, Magallanes-lundback  M,  Mandadi
KK, Nims E, Runguphan W,
Vaillancourt  B,  Varbanova-herde  M, DellaPenna,  D.,  Mcknight,  T.  D., O’Connor, S., & Buell, C. R. (2012). Development of transcriptomic resources for interrogating the biosynthesis  of  monoterpene  indole alkaloids  in  medicinal  plant  species.
PLoS ONE , 7 (12), 1–13. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0 052506 Hectors K, Prinsen E, De Coen W, Jansen MAK, & Guisez Y. 2007. Arabidopsis thaliana plants acclimated  to  low  dose  rates  of ultraviolet  B  radiation  show  specific changes  in  morphology  and  gene expression  in  the  absence  of  stress symptoms. New  Phytologist , 175 , 255–270.
https://doi.org/10.1111/j.1469- 8137.2007.02092.x Krol A, Amarowicz R, & Weidner S. 2014. Changes  in  the  composition  of phenolic  compounds  and  antioxidant properties  of  grapevine  roots  and leaves  (Vitis  vinifera  L.)  under continuous  of  long-term  drought stress. Acta  Physiol  Plant , 36 ,  1491– 1499.  https://doi.org/10.1007/s11738- 014-1526-8
Kumar  K,  Kumar  SR,  Dwivedi  V,  Rai  A,
Shukla AK, Shanker K, & Nagegowda  DA.  2015.  Precursor feeding studies and molecular characterization  of  geraniol  synthase establish  the  limiting  role  of  geraniol in monoterpene indole alkaloid biosynthesis  in Catharanthus  roseus
leaves. Plant  Science , 239 ,  56–66. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015
.07.007 Kumar  S,  Shah  N,  Garg  V,  &  Bhatia  S. 2014.
Large scale in-silico identification  and  characterization  of simple  sequence  repeats  (SSRs)  from de  novo  assembled  transcriptome  of Catharanthus  roseus (L.)  G.  Don. Plant Cell Rep , 33 , 905–918.
https://doi.org/10.1007/s00299-014-
1569-8
Liu  L-YD,  Tseng  H-I,  Lin  C-P,  Lin  Y-Y,
Huang Y-H, Huang C-K, Chang T-H, &  Lin  S-S.  2014.  High-throughput transcriptome  analysis  of  the  leafy flower  transition  of Catharanthus roseus induced  by  peanut  witches’- broom  phytoplasma  infection. Plant Cell Physiol , 55 (5), 942–957.
https://doi.org/10.1093/pcp/pcu029
Liu  Y-H,  Offler  CE,  &  Ruan  Y-L.  2016.
Cell  wall  invertase  promotes  fruit  set under heat stress by suppressing ROS- independent. Plant  Physiology , 172 , 163–180.
https://doi.org/10.1104/pp.16.00959 Liu Y, Meng Q, Duan X, Zhang Z, & Li D.
2017. Effects of PEG-induced drought stress on regulation of indole alkaloid biosynthesis  in Catharanthus  roseus . Journal  of  Plant  Interactions , 12 (1), 87–91.https://doi.org/10.1080/
17429145.2017.1293852
Moerkercke  A  Van,  Fabris  M,  Pollier  J,
Baart  GJE,  Rombauts  S,  Hasnain  G, Rischer  H,  Memelink  J,  Oksman- Caldentey K-M, & Goossens A. 2013. CathaCyc, a  metabolic  pathway database  built  from Catharanthus roseus RNA-Seq  data. Plan , 54 (5),
673–685.
https://doi.org/10.1093/pcp/pct039 Moudi  M,  Go  R,  Yien  CS,  &  Nazre  M. 2013.  Vinca  alkaloids. International Journal of Preventive Medicine , 4 (11),
1231–1235.
Nahar  K,  Hasanuzzaman  M,  &  Fujita  M. 2016.  Roles  of  osmolytes  in  plant adaptation  to  drought  and  salinity.  In
N.  Iqbal,  N.  A.  Khan,  &  R.  Nazar (Eds.), Osmolytes and Plants Acclimation to Changing Environment: Emerging Omics Technologies (pp.  37–68).  Springer.
https://doi.org/10.1007/978-81-322-
2616-1
Nishanth  MJ,  Sheshadri  SA,  Rathore  SS, Srinidhi  S,  &  Simon  B.  2018. Expression  analysis  of  cell  wall invertase under abiotic stress conditions  influencing  specialized metabolism  in Catharanthus  roseus .
Nature , 8 (15059), 1–15. https://doi.org/10.1038/s41598-018-
33415-w
Payyavula  RS,  Singh  RK,  &  Navarre  DA. 2013.  Transcription  factors,  sucrose, and  sucrose  metabolic  genes  interact to  regulate  potato  phenylpropanoid metabolism. Journal  of  Experimental
Botany , 64 (16), 5115–5131.
https://doi.org/10.1093/jxb/ert303
Redondo-Gomez,  S.  2013.  Abiotic  and biotic stress  tolerance in plants.  In G.
R.  Rout  &  A.  B.  Das  (Eds.),
Molecular Stress Physiology of Plants (pp. 1–20). Springer. https://doi.org/10.1007/978-81-322- 0807-5 Singh  DV,  Maithy  A,  Verma  RK,  Gupta MM, & Kumar, S. 2000. Simultaneous determination of Catharanthus alkaloids using reversed phase high performance liquid chromatography. J.  Liq.  Chrom.  & Rel. Technol. , 23 (4), 601–607.
https://doi.org/10.1081/JLC- 100101476
Sun  J,  Manmathan  H,  Sun  C,  &  Peebles
CAM. 2016. Examining the transcriptional response of
overexpressing  anthranilate  synthase in  the  hairy  roots  of  an  important medicinal  plant Catharanthus  roseus by  RNA-seq. BMC  Plant  Biology ,
16 (108),
1–14. https://doi.org/10.1186/s12870-016- 0794-4 Trisilawati O,  & Pitono  J. 2012. Pengaruh cekaman defisit air terhadap pembentukan bahan aktif pada purwoceng. Bul. Littro. , 23 (1), 34–47. https://doi.org/10.21082/bullittro.v23n 1.2012.%25p
Valifard  M,  Mohsenzadeh  S,  Niazi  A,  &
Moghadam  A.  2015.  Phenylalanine ammonia lyase isolation and functional analysis of phenylpropanoid pathway under salinity  stress  in  Salvia  species.
Australian  Journal  of  Crop  Science ,
9 (7), 656–665.
Vázquez-Flota F, Carrillo-Pech M, Minero-García  Y,  &  Miranda-Ham MDL.  2004.  Alkaloid  metabolism  in wounded
Catharanthus roseus seedlings. Plant  Physiology  and Biochemistry , 42 , 623–628. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2004. 06.010
Yan K, Cui M, Zhao S, Chen X, & Tang X.
2016.  Salinity  stress  is  beneficial  to the accumulation of chlorogenic acids in  honeysuckle  (Lonicera  japonica Thunb.). Frontiers in Plant Science , 7 , 1–10. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.015
63