PERANAN BIOLOGI MOLEKULER PADA PEMULIAAN TANAMAN

Transkripsi

1 PERANAN BIOLOGI MOLEKULER PADA PEMULIAAN TANAMAN Sudarmi* Abstrak : Kemajuan dalam bioteknologi tanaman, khususnya biologi molekuler akan memberikan peluang untuk mengatasi dan memecahkan masalah pada pemuliaan tanaman. Dalam pemuliaan molekuler dapat mengatasi kendala yang terkesan sulit untuk menyeleksi sifat-sifat jenis unggul dalam populasi, karena kerumitan sifat genetik yang berinteraksi dengan faktor lingkungan. Dengan kemajuan iptek dibidang biologi molekuler telah memberikan peluang untuk mengatasi keterbatasan dalam pemuliaan tanaman secara konvensional, sehingga dalam pemuliaan dapat diketahui dan dilakukan, antara lain : 1) Identifikasi dan pnentuan letak gen 2)Pemindahan gen tak terbatas 3) Peningkatan pemahaman proses genetik dan fisiologi tanaman. 4) Perbaikan diagnosis penyakit dengan metode molekuler. 5) Pengaturan produksi protein pada tanaman serealia dan kacang-kacangan untuk meningkatkan gizi. 6) Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 7)Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 8) Memungkinkan dilakukannya transformasi, kontruksi dan ekspresi genetik melalui teknologi DNA. Dengan biologi molekuler juga digunakan untuk mengembangkan rekayasa genetika yang dapat menciptakan tanaman transgenic secara kloning ( moleculair cloning ). Beberapa contoh tanaman transgenic yang sudah berhasil diciptakan : 1) Tanaman transgenik toleran salin 2) Tanaman transgenik tahan kekeringan 3) Tanaman transgenik resisten hama dll. Kata kunci : biologi molekuler, pemuliaan tanaman. PENDAHULUAN Kemajuan dalam bidang bioteknologi, khususnya pada biologi molekuler membuka peluang penggunaannya dalam memecahkan berbagai masalah pemuliaan tanaman. Dalam pemuliaan konvensional menggunakan hasil observasi fenotipe,kadang-kadang didukung oleh statistika yang rumit dalam menyeleksi individu unggul pada suatu populasi tanaman. Namun demikian, tugas ini terkesan sulit karena kerumitan genetika dari sebagaian besar sifat-sifat agronomi dan adanya interaksi yang kuat dengan faktor lingkungan (Amris, 1988). Oleh karena itu pemuliaan tanaman di masa mendatang akan lebih mengarah kepada penggunaan teknik dan metodologi pemuliaan molekuler dengan menggunakan penanda genetik. Dengan penggunaan pemuliaan molekuler ini telah menjanjikan kesederhanaan terhadap kendala dan tantangan dalam pemuliaan tanaman yang rumit. Seleksi tidak langsug dengan menggunakan penanda molekuler yang terikat dengan sifat-sifat yang diinginkan telah memungkinkan studi individu pada tahap pertumbuhan dini, mengulangi permasalahan yang berkaitan dengan seleksi sifat-sifat ganda dan * Fak Pertanian Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo Magistra No. 84 Th. XXV Juni

2 ketidaktepatan pengukuran akibat ekspresi sifat yang disebabkan oleh faktor eksternal lokus genetik ganda. Menurut Moeljoprawiro dan Bustaman (1993), mengatakan bahwa dengan kemajuan iptek dibidang biologi molekuler telah memberikan peluang untuk mengatasi keterbatasan dalam pemuliaan tanaman secara konvensional, bahwa dalam beberapa aspek mikro dalam pemuliaan dapat diketahui dan dilakukan, antara lain : 1. Identifikasi dan penentuan letak gen. 2. Pemindahan gen tak terbatas. 3. Peningkatan pemahaman proses genetik dan fisiologi tanaman. 4. Perbaikan diagnosis penyakit dengan metode molekuler. 5. Pengaturan produksi protein pada tanaman serealia dan kacang-kacangan untuk meningkatkan gizi. 6. Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 7. Memungkinkan dilakukannya transformasi, kontruksi dan ekspresi genetik melalui teknologi DNA. PENANDA MOLEKULER Untuk memonitor terkombinasi genom pada tanaman dalam kegiatan pemuliaan tanaman selain dilakukan pengukuran langsung terhadap fenotipe, juga digunakan berbagai penanda, antara lain penanda morfologi dan sitologi. Penanda morfologi adalah penanda yang berdasarkan organ-organ tanaman yang mudah diamati. Namun demikian, penanda ini memiliki kelemahan-kelemahan antara lain sifat penurunan yang dominan atau resesif, dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan mempunyai tingkat keragaman (polimorfisme) rendah serta jumlah yang sedikit. Sedangkan penanda sitologi adalah penanda yang digunakan untuk membantu pemuliaan tanaman melalui ukuran kromosom (Brown, 1991). Penggunaan penanda sitologi khususnya pola pita kromosom dengan ukuran yang relatife besar, misalnya pada tanaman gandum. Saat ini dengan adanya kemajuan dibidang biologi molekuler, telah didapatkan jenis-jenis penanda baru yang potensial dan dapat membantu pemuliaan tanaman, misalnya penanda DNA dan penanda izozim. Adapun penanda DNA yang telah dikenal antara lain Restriction Fragment Length polymorphism (RFLP), Random amplified polymorphsm DNA (RAPD) dan Amplified Fragment Length polymorphism (AFLP). Perbedaan yang mendasar antara metode penanda DNA dengan izozim adalah pada tingkat pendeteksiannya. Pada metode penanda DNA, yaitu penanda RFLP, RAPD atau AFLP adalah mengungkapkan perbedaan tingkat molekul DNA baik pada daerah penyandi maupun bukan penyandi, sedangkan penanda izozim adalah mengungkapkan produk ekspresi gen. Analisis izozim memiliki beberapa kelemahan karena informasi yang diperoleh berhubungan denga protein yang merupakan produk espresi gen. Sedangkan protein sendiri keberadaanya di dalam tanaman dapat beragam bergantung kepada jenis jaringan, tingkat perkembangan tanaman, dan pengaruh lingkungan. Disamping itu, dengan teknik alozim pemunculan penanda sering tidak konsisten, 76 Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013

3 dan jumlah penanda yang ditemukan tidak mencukupi untuk kebutuhan analisis baik sebagian maupun keseluruhan genom tanaman. RFLP merupakan salah satu jenis analisis molekuler hasil dari perkembangan teknik rekombinan DNA. Analisis ini berdasarkan pada pemotongan situs DNA dengan menggunakan enzim restriksi. Hasil dari pemotongan tersebut berupa fragmen-fragmen DNA yang didapat aktivitas enzim restriksi merupakan akibat adanya variasai dalam jumlah dan distribusi situs restriksi yang ada pada DNA-nya. Variasi keberadaan situs restriksi mencerminkan adanya variasi sekuen DNA. Dengan kata lain, RFLP dapat berfungsi sebagai penduga variasi DNA. Sehingga RELP dapat digunakan untuk menduga hubungan kekerabatan dari beberapa individu atau dapt digunakan untuk analisis keragaman genetik. Selain itu penanda RFLP memiliki beberapa kelebihan yaitu tidak mempunyai pengaruh terhadap fenotipe, tidak dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan dapat dianalisis meskipun pada usia tanaman masih sangat muda sehingga memungkinkan untuk selekssi dini (Tranksley, 1989 dan Melchinger, 1990, Cit Kaidah, 1999). Keterbatasan pada analisis RFLP terletak pada biaya yang diperlukan sangat tinggi (enzim restriksi relative mahal), penggunaan bahan radioaktif (merupakan polutan yang sangat berbahaya), memerlukan tahapan yang rumit serta diperlukan teknisi yang berpengalaman. RAPD merupakan salah satu metode penanda genetic yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan penelitian pada tingkat molekuler. Dalam analisis RAPD mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan RFLP, yaitu analisis RAPD mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan RFLP, yaitu antara lain penggunaan penanda RAPD lebih murah, regenerasi lebih cepat, membutuhkan DNA lebih dikit, tidak menggunakan radioisotop dan untuk analisis tidak perlu keahlian yang khusus. Selain itu penanda RAPD dapat dihasilkan tanpa perlu diketahui latar belakang genomnya. Pada analisis RAPD dapat diperoleh hasil dengan cepat, tidak memerlukan banyak tahapan, serta primer acak yang dipakai dapat dibeli dan dapat digunakan untuk analisis genom semua jenis organisme. Penanda molekuler lainnya adalah AFLP. Teknik ini merupakan kombinasi antara metode RAPD dengan RFLP yang dapat digunakan untuk menganalisis keragaman genetik melalui penggandaan fragmen DNA yang dihasilkan dari pemotongan enzim retriksi, dengan menggunakan primer spesifik (Kaidah, 1999). 3 REKAYASA GENETIKA ATAU TANAMAN TRANSGENIK Banyak pakar memandang rekayasa genetika secara sederhana sebagai kelanjutan dari teknik pemuliaan konvensional karena kedua teknik itu pada dasarnya bertujuan untuk menggabungkan materi genetika dari sumber yang berbeda untuk menghasilkan organisme yang memiliki sifat-sifat baru yang berguna. Dengan berhasilnya rekayasa genetika melalui metode kloning DNA, memungkinkan gen tunggal dari suatu spesies makhuk hidup dimasukkan ke dalam gen dari spesies makhluk hidup lainnya. Teknologi memanipulasi DNA yang dikerjakan dengan pencangkokan (kloning) tanpa melalui perkawinan disebut moleculair cloning atau recombinant DNA technology (Sitepoe,2001). Magistra No. 84 Th. XXV Juni

4 Rekayasa genetika dalam bidang tanaman dilakukan dengan mentransfer gen asing kedalam tanaman. Hasil rekayasa genetika pada tanaman seperti ini disebut tanaman transgenik (Suwarto, 2006). Sudah diperoleh beberapa tanaman transgenik yang toleran terhadap salinitas, kekeringan dan hama penyakit, antara lain : 1. Tanaman transgenik toleran salin Dengan teknologi kultur jaringan telah dapat dikembangkan tanaman transgenik toleran salin. Rekayasa genetika mentransfer gen dari padi liar yang toleran terhadap salin ke padi yang biasa digunakan sebagai bahan pangan melalui fusi protoplasma. Dapat juga ditransfer dari sejenis jamur yang tahan salin kepada tanaman yang akan dijadikan tanaman transgenik. Beberapa tomat, melon dan barley transgenik yang toleran dengan salin (Scientist, 1997 dalam Sitepoe, 2001). 2. Tanaman transgenik tahan kekeringan Tanaman tahan kekeringan memiliki akar yang sanggup menembus tanah kering, kutikula yang tebal mengurangi kehilangan air, dan kesanggupan menyesuaikan diri dengan garam di dalam sel. Tanaman toleran terhadap kekeringan ditransfer dari gen kapang yang mengeluarkan enzim terhalose. Tembakau salah satu tanaman transgenik yang dapat toleran dengan suasana kekeringan (Guardian, 1997 dalam Sitepoe, 2001). 3. Tanaman transgenik resisten hama Bacillus thuringiensis menghasilkan protein toksin sewaktu terjadi sporulasi atau saat bakteri membentuk spora. Dalam bentuk spora berat toksin 20% dari berat badan spora. Apabila larva insek memakan spora maka di dalam alat pencernaan larva insek, spora bakteri dipecah dan keluarlah toksin. Toksin masuk kedalam membrane sel alat pencernaan larva, mengakibatkan alat pencernaan mengalami paralisis, pakan tidak dapat diserap sehingga larva mati. Dengan membiakkan bacillus thuringiensis kemudian di ektrak dan dimurnikan maka akan diperoleh insektisida biologis (biopestisida) dalam bentuk Kristal. Insektisida biologis serupa saja aplikasinya maupun untung ruginya dengan insektisida kimia lainnya. Oleh karena itu, pada tahun 1985 dimulai rekayasa gen dari bacillus thuringiensis dengan kode gen Bt toksin. Menurut Nasir (2002), kloning Bt toksin dibedakan menjadi empat golongan besar gen yaitu: gen cry I spesifik untuk moths dan kupu ; gen cry II untuk kumbang ; gen cry III untuk coleoptera; serta gen cry IV untuk dipteral. Bt toksin, disusul family tembakau, yaitu tomat dan kentang. Dengan sinar ultraviolet gen penghasil insektisida pada tanaman dapat diinaktifkan. Jagung juga telah direkayasa dengan menggunakan gen Bt toksin, tetapi diintegrasikan dengan plasmid bakteri salmonella parathypi, yang menghasilkan gen yang menonaktifkan ampicillin. Pada jagung juga telah direkayasa adanya resistensi herbisida dan resistensi insektisida ehingga tanaman transgenik jagung 78 Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013

5 memiliki berbagai jenis resistansi hama tanaman. Bt toksin gen juga direkayasa ke tanaman kapas bahkan multiple-gene dapat direkayasa genetika pada tanaman transgenik. Toksin yang diproduksi dengan tanaman transgenik menjadi non aktif apabila terkena sinar matahari, khususnya sinar ultraviolet. Sejumlah tanaman transgenik toksin Bt telah berhasil diproduksi, antara lain kapas (Bt toksin terhadap cutton boll worm, produksi Monsanto, St Louis, Missouri, Amerika Serikat; kini diuji coba secara terbatas di Sulawesi Selatan), kentang (Bt toksin terhadap penggerek batang European, produksi Ciba Seed, Greensboro, California Utara, Amerika Serikat (Nasir, 2002). 4. Tanaman transgenik resisten penyakit Dalam percobaan kloning Bintje yang mengandung gen thionin dari daun barli (DB4) yang memakai promoter 35S cauliflower mosaic virus (CaMV), dengan mengikutsertakan Bintje tipe liar yang sangat peka terhadap serangan phytophthora infestans sebagai kontrol, menunjukkan bahwa klon Bintje dapat mengekspresikan gen DB4. Jumlah sporangium setiap nekrosa yang disebabkan oleh phytophthora infestans mengalami penurunan lebih dari 55% jika dibandingkan tipe liar, pendekatan ini sangat bermanfaat untuk menekan perkembangbiakan phytophthora infestans sehingga kerugian secara ekonomi dapat direduksi. Bermanfaat untuk menekan perkembangbiakan phytophthora infestans sehingga kerugian secara ekonomi dapat direduksi. Pada tahun 1960-an Departemen of primary Industry di Quennsland telah mengembangbiakkan suatu jenis sorgum baru yang berasal dari India yang resisten terhadap virus JGMV tipe liar (JGMV-Jg). Sorgum tersebut diberi nama Sorgum Krish dan dipercayai mempunyai gen resisten N yang tahan terhadap serangan JGMV-Jg. Percobaab ini menghasilkan beberapa galur sorgum krish (missal QL12) yang resisten terhadap JGMV-Jg dan telah disebarkan kepada petani dan memberikan keuntungan. KESIMPULAN Dari uraian tersebut diatas maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1). Adanya kemajuan dalm bioteknologi tanaman khususnya biologi molekuler sangat membantu keberhasilan program pemuliaan tanaman, yaitu : a. Dapat meningkatkan keragaman genetik tanaman. b. Dapat menentukan genetik tanaman dengan penanda molekuler. c. Dapat menghasilkan sejumlah besar tanaman klon dari sejumlah kecil jaringan awal. d. Dapat menyeleksi klon yang bebas dari penyakit dan virus. e. Mendapatkan sumber ketahanan terhadap penyakit dan cekaman lingkungan yang tak menguntungkan dan lain lain. Magistra No. 84 Th. XXV Juni

6 2). Program pemuliaan tanaman yang tepat untuk ditempuh pada masa kini adalah menggunakan biologi molekuler sebagai pembantu pemecahan masalah dalam metode pemuliaan konvensional dan bukan untuk menggantikan metode konvensional tersebut. DAFTAR PUSTAKA Amris Makmur, Pengantar Pemuliaan Tanaman. Bina Aksara. Jakarta. Antonius Suwarto, Tanaman Transgenik Bagaimana Kita Menyikapinya. Jurusan Biologi FMIPA IPB. Bogor. Diakses dari : Brown. T. A Pengantar Kloning Gen. Yayasan Essentia Medica. Yogyakarta. Kaidah, S., Analisis Keragaman Genetik Tanaman Salak (Salacca sp.) Indonesia dengan Teknik RAPD. Program Pascasarjana. IPB. Bogor. Mulyoprawiro S, dan Bustaman M, Pemuliaan dan Biologi Molekuler. Prosiding Simposium Kinerja Pemuliaan Tanaman Pangan III. Badan Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan. Bogor. Nasir, Bioteknologi Molekuler Teknik Rekayasa Genetika Tanaman.PT.Citra Aditya Bakti. Bandung. Sitepoe, M Rekayasa Genetika. Grasindo. Jakarta. 80 Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013