Fitoremediasi Merkuri
kekurangan dari transformasi inti, seperti "gene silencing" dan efek posisi. Tingkat ekspresi gen yang tinggi dapat diperoleh karena setiap sel tanaman transgenik memiliki lebih dari 10000 kopi gen.
Di samping beberapa keuntungan yang telah disebutkan, ada beberapa kekurangan pada metode transformasi kloroplas, yaitu membutuhkan vektor spesifik spesies, sehingga sekuens genom kloroplas perlu diketahui, khususnya pada bagian "intergenic spacer" dan "endogenous regulatory sequences" (promotor, 5′UTR, 3′UTR), untuk merancang vektor spesifik spesies. Kekurangan lainnya adalah
"homoplasmy" (integrasi gen ke dalam setiap genom kloroplas dan mengeliminasi genome kloroplas nontransforman). Fitoremediasi melalui genom kloroplas berlangsung dengan baik, karena merkuri, khususnya dalam bentuk organik, ditargetkan pada kloroplas. Merkuri ion reduktase berfungsi dengan baik di dalam kloroplas karena NADPH yang berlimpah. Keberhasilan fitoremediasi
juga ditandai melalui efisiensi volatilitas Hg, yang disebabkan oleh aktivitas merkuri ion redukase dan organomerkuri liase pada kloroplas transgenik.
Gen "mer"A dan "mer"B, yang berasal dari bakteri, diklon pada vektor transformasi kloroplas. Dengan vektor ini, gen yang akan ditransformasi dapat berintegrasi secara "site-specific" pada situs pengulangan genom kloroplas, di antara "trn"I dan "trn"A. Promotor konstitutif Prrn, mengatur proses transkripsi pada "downstream", termasuk "aad"A (gen "aminoglycoside" 3′- "adenylyltransferase") yang menyandikan gen resistensi "spectinomycin", dan operon "mer"AB.
Ada dua metode pembuatan vektor transformasi kloroplas. Pada metode pertama, 3′"untranslated region" (3′UTR) dari gen "pssb"A kloroplas diinsersi pada "downstream" operon "mer"AB, sehingga proses transkripsi berlangsung dengan stabil." "Pada metode kedua, vektor tidak memiliki "psbA "3′UTR. Vektor yang digunakan adalah pLDR-MerAB-3′UTR dan pLDR-MerAB.
Hg organik merupakan logam yang sangat toksik karena sifatnya yang hidrofobik sehingga memfasilitasi pergerakannya melalui membran dan akumulasinya pada membran yang terikat organel. Hal ini menghambat proses oksidasi dan fotosintesis pada tanaman karena akumulasinya dapat mengganggu reaksi transport elektron, evolusi oksigen, fotofosforilasi, reaksi Hill, dan fluoresensi
klorofil. Hg dalam bentuk ion juga dapat merusak membran transporter seperti aquaporin sehingga mengganggu transportasi air dan nutrisi pada tanaman. Semua ini dapat menghambat pertumbuhan tanaman dan akhirnya menyebabkan kematian. Rekayasa genetik dengan gen "mer"A ("mercuric ion reductase") dan "mer"B ("organomercurial lyase") menyebabkan tanaman dapat mentoleransi kadar Hg yang
tinggi dan memiliki pertumbuhan yang lebih baik. Hal ini dikarenakan, "organomercurial lyase" memiliki aktivitas protonolisis untuk mengubah Hg organik (bentuk yang sangat berbahya) menjadi Hg, sedangkan "mercuric ion reductase" memiliki aktivitas untuk mengubah Hg menjadi Hg yang kemudian menguap dari tanaman.
Berbagai studi fitoremediasi memanfaatkan gen "mer"A atau "mer"B" "untuk memodifikasi tanaman melalui genom inti. Gen "mer"A mengkodekan merkurik ion reduktase yang berperan dalam detoksifikasi merkuri (Hg menjadi Hg, yang akan diuapkan dari tanaman), sementara "mer"B merupakan gen yang berperan untuk memotong merkuri organik menjadi bentuk yang kurang
toksik seperti metan dan merkuri ionik. Penggunaan "mer"A" "pada awalnya menemui beberapa kegagalan karena gen tersebut gagal mengekspresikan merkurik ion reduktase, seperti yang diujicobakan pada "A. thaliana". Penggunaan "mer"B" "pada tanaman serupa, resistensi terhadap merkuri meningkat sebanyak 1 M fenilmerkurik asetat (PMA), yang berarti sangat rendah.
Penggunaan "mer"A" "dan "mer"B" "secara bersamaan atau dengan rekombinasi menyebabkan resistensi pada "A. thaliana" transgenik meningkat hingga 5 M PMA dan 10 M CHHg", "yang berarti lima kali lebih efektif daripada penggunaan "mer"B" "saja.
Tanaman tembakau yang belum ditransformasi memiliki kemampuan untuk mengakumulasi merkuri hingga konsentrasi 500 g/g dan terkena efek samping berupa penurunan pertumbuhan secara signifikan. Namun tanaman tembakau hasil transformasi mampu mengakumulasi merkuri pada jaringan akar hingga konsentrasi 2000 g/g. Tembakau transforman ini juga dapat terus tumbuh tanpa hambatan dari sifat beracun merkuri.
Kemampuan akumulasi tembakau transgenik terhadap merkuri organik lebih tinggi dibandingkan merkuri inorganik. Kemampuan akumulasi merkuri oleh tembakau transgenik juga tidak menunjukkan titik jenuh seperti pada tembakau biasa. Transfer akumulasi merkuri ke bagian tunas juga dapat dilakukan oleh tembakau transgenik secara lebih baik dibandingkan tembakau biasa yang hanya dapat mentransfer kurang dari 0.2% merkuri ke bagian tunas.
Volatilisasi merkuri adalah tahap akhir dalam jalur detoksifikasi merkuri organik. Insersi gen "mer"A dan "mer"B pada tembakau transgenik dapat meningkatkan volatilisasi secara signifikan. Proses volatilisasi merkuri dapat diukur dengan "chamber" khusus yang kedap udara. Laju volatilisasi tembakau transgenik yang diberikan merkuri organik akan mencapai puncak pada hari ke-2, namun
menurun pada hari ke-5 karena proses detoksifikasi telah berjalan sempurna. Bila diberikan merkuri inorganik, maka laju volatilisasi akan mencapai puncak pada hari ke-3, namun menuru pada hari ke-6. Tanaman tembakau alami tidak menunjukkan proses volatilisasi yang signifikan sehingga tidak dapat diukur. Tembakau alami juga mengalami klorosis dan kematian jaringan akibat sifat
beracun merkuri, sedangkan pada tembakau transgenik terdapat ekspresi gen "mer"A dan "mer"B yang melindungi tanaman.
Fitoremediasi oleh tanaman bergantung pada kominasi berbagai gen untuk memacu prosesnya. Tanaman tidak dapat mengkonversi merkuri menjadi wujud lain yang tidak beracun. Namun, fitoremediasi dapat dilakukan dengan melakukan rekayasa genetika, sehingga tanaman dapat mereduksi toksisitas merkuri pada lingkungan. Operon "mer" miliki tiga gen pentranspor antar membran yang terlibat dalam proses translokasi Hg ke dalam sel, yaitu "mer"C, "mer"P, dan "mer"T.
Gen "mer"C dapat meningkatkan hipersensitivitas terhadap konsentransi subletal HgCl, sehingga tanaman dapat dimodifikasi secara genetik dengan transporter metal untuk meningkatkan daya serap logam. Gen "mer"P" "dapat meningkatkan resistensi hingga 10 M HgCl, namun membutuhkan gen "mer"T" "untuk translokasi Hg, sehingga diyakini "mer"P" "mengurung Hg pada membran sel yang menyebabkan sitoplasma
terlindungi. Gen "mer"A" "dapat ditambahkan dalam modifikasi untuk memanfaatkan kemampuan ketiga gen sebelumnya dalam mekanisme transpor, sehingga dapat diperoleh resistensi terhadap Hg.
Alternatif lain dapat berupa pemasangan "mer"C dengan gen pengkelat seperti polifosfat kinase atau metalotionein untuk mengembangkan tanaman transgenik yang dapat mengakumulasi Hg. Alternatif berikutnya adalah dengan merekayasa genetik kloroplas. Protein membran dapat ditargetkan ke membran amplop dalam kloroplas dan terakumulasi pada tingkat yang sangat tinggi, sehingga membuka kemungkinan transformasi pada genom kloroplas yang dapat meningkatkan akumulasi atau fitoremediasi Hg.
Dari segi ekonomis, sejak tahun 1988, fitoremediasi memberikan hasil yang lebih murah dibandingkan dengan teknik remediasi tanah konvensional yang pernah digunakan. Harga yang dibutuhkan untuk remediasi tanah dengan teknik konvensional dua kali lipat lebih mahal dibandingkan dengan teknik fitoremediasi. Hal ini terjadi karena fitoremediasi merupakan proses yang menggunakan energi panas dari matahari,