APAKAH INI DITURUNKAN?

Transkripsi

1 APAKAH INI DITURUNKAN? Apakah ini diturunkan? Ini merupakan pertanyaan umum yang diungkapkan dalam kaitannya dengan banyaknya macam kelainan/ cacat. Sayangnya, jawaban untuk sebagian besar cacat adalah kita tidak tahu, karena tidak cukupnya data yang telah dikumpulkan dan dianalisis untuk memungkinkan dibuatnya suatu keputusan. Secara bertahap situasi akan membaik seiring dengan penelitian yang dilakukan. Untuk melakukan penelitian atau studi seperti itu, pengertian tentang pewarisan Mendel (Bab 1), genetika populasi (Bab 5), model multifaktor (Bab 6), dan statistika dasar diperlukan. Tujuan dari bab ini adalah untuk menunjukkan bagaimana pengetahuan pada permasalahan ini dapat diterapkan pada prakteknya untuk menginvestigasi cara penurunan suatu cacat. Studi tersebut sangat penting untuk dilaksanakan, tidak hanya dari sudut pandang kedokteran hewan, tapi juga karena meningkatnya minat para peneliti medis dalam mencari pemahaman mengenai penurunan penyakit pada hewan yang dapat dijadikan sebagai model pada penyakit manusia. Bukti Umum untuk Etiologi Genetika Jika gen memberikan sumbangan pada etiologi suatu kelainan, maka, seperti didiskusikan pada Bab 6, akan ada hubungan positif antara peluang seorang individu menjadi terjangkit dan sejauh mana seorang individu mempunyai gen yang sama dengan individu yang sudah terjangkit. Implikasi praktis yang paling penting dari hubungan ini terlihat pada keluarga dan bangsa. Anggota dari keluarga yang sama memiliki lebih banyak gen yang sama daripada anggota dari keluarga yang berbeda, serta Pengantar ke Genetika Veteriner

2 anggota dari bangsa yang sama memiliki lebih banyak gen yang sama daripada anggota dari bangsa yang berbeda. Jika kejadian suatu kelainan lebih sering pada beberapa keluarga daripada keluarga lainnya dalam satu bangsa, atau jika kejadiannya lebih sering pada beberapa bangsa daripada bangsa lainnya, satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa ada kontribusi genetik pada etiologi suatu kelainan. Tentu saja, bukti mengenai variasi kejadian diantara keluarga dan/atau diantara bangsa tidak membuktikan kontribusi genetika pada etiologi, karena faktor lingkungan yang sama pada anggota keluarga dan/atau bangsa mungkin cukup dipertimbangkan untuk variasi kejadian yang terobservasi. Oleh karena itu, langkah pertama dalam upaya menghilangkan pengaruh lingkungan dari pengaruh genetika adalah menghilangkan atau membiarkan pengaruh dari faktor lingkungan. Ini dapat dilakukan hanya setelah dilakukan sebuah investigasi yang mendetail terhadap semua faktor lingkungan yang diperkirakan mempengaruhi terjadinya suatu kelainan. Susahnya pendekatan ini adalah bahwa seorang peneliti sering tidak mempunyai indikasi awal mengenai faktor-faktor apa saja yang harus diteliti: setiap yang datang ke pikiran menjadi sesuatu yang mungkin penting untuk diteliti, untuk menentukan mana yang penting (jika ada). Dalam banyak kasus, variasi antar bangsa dan variasi dalam bangsa berhubungan secara langsung. Sindrom malignant hyperthermia (MHS: lihat Bab 6 dan 9), misalnya, mempunyai etiologi genetic lengkap di dalam bangsa babi, yang masing-masing karena homozigositas untuk alel resesif. Ada juga variasi yang signifikan pada kejadian antar bangsa, mulai lebih dari 50% pada bangsa Pietrain sampai pada yang kurang dari 5% pada Large White, dan variasi antar bangsa ini dapat dijelaskan karena perbedaan frekuensi alel resesif pada bangsa yang berbeda. Akan tetapi hubungan tersebut tidak mesti terjadi. Faktanya, ada kontribusi genetika pada etiologi dalam beberapa bangsa yang berbeda tidak serta merta mengindikasikan bahwa ada perbedaan genetika di antara bangsa-bangsa. Berlanjut dengan MHS sebagai contoh, terbukti bahwa jika alel resesif terjadi dengan frekuensi yang sama pada dua bangsa, maka tidak akan ada variasi antara kedua bangsa yang berbeda tersebut tapi akan masih terdapat perbedaan yang signifikan di setiap bangsa. Bukti umum terakhir yang menunjukkan kontribusi genetika pada etiologi adalah ketika kelainan yang sama atau mirip diturunkan pada spesies hewan lainnya, atau pada manusia. Tipe kelainan gen tunggal yang diterangkan pada Bab 3 secara jelas menerangkan permasalahan ini, dan juga pada penurunan warna dan pola bulu, seperti yang diterangkan pada Bab 12. Tentu saja ada pengecualian pada aturan ini, dan kita harus mengamatinya secara terus menerus; tetapi aturan umum telah berjalan Apakah Ini Diturunkan - 161

3 dengan baik. Kita dapat menuju satu tahap lebih jauh dengan lokus terpaut- X (X-linked loci), dan memprediksi secara meyakinkan bahwa jika suatu lokus tertentu terpaut-x pada suatu spesies mamalia, maka itu akan terkait juga pada kromosom X pada semua spesies mamalia. Empat Tipe Pewarisan Mendelian Sederhana Jika suatu kelainan masih diturunkan dalam sebuah keluarga (familial), setelah menghilangkan atau membiarkan semua faktor lingkungan, tahap selanjutnya adalah menentukan apakah data yang tersedia terkait dengan salah satu dari empat tipe pewarisan Mendelian sederhana: dominan autosom, resesif autosom, dominan terpaut kromosom X, dan resesif terpaut kromosom X. Berpedoman pada pengetahuan pola penurunan Mendelian (Bab 1) dan genetika populasi (Bab 5), dimungkinkan untuk merancang sebuah daftar kriteria yang, digabungkan semuanya, menghasilkan sebuah bentuk pola penurunan. Kriteria yang relevan pada setiap pola penurunan dirangkum di bawah ini. Dominan Autosom 1. Cacat dipindahkan dari generasi ke generasi tanpa satu generasipun terlewati. 2. Setiap turunan cacat setidaknya mempunyai satu tetua cacat, kecuali dalam kasus mutan baru. 3. Turunan normal dari tetua cacat menghasilkan anak normal hanya saat dikawinkan dengan yang normal, dan semuanya sama untuk seluruh turunannya. 4. Kira-kira jumlah jantan dan betina cacat adalah sama. 5. Jika cacat jarang tapi tidak letal, sebagian besar perkawinan yang menghasilkan turunan cacat adalah normal x cacat (aa x Aa), yang dalam setiap kasus perkawinan adalah bahwa ½ untuk setiap jenis kelamin anak tabg dihasilkan adalah cacat. 6. Jika kelainan bersifat letal, itu akan sangat jarang terjadi, yang secara sporadis kejadiannya sama dengan dua kali tingkat mutasi. Resesif Autosom 1. Cacat bisa tidak terjadi setiap generasi. 2. Seluruh anak dari dua tetua cacat akan cacat. 3. Kira-kira jumlah jantan dan betina cacat adalah sama. 4. Jika cacatnya jarang: Pengantar ke Genetika Veteriner

4 (i) sebagian besar individu cacat memiliki kedua tetua normal; (ii) sebagian besar perkawinan yang menghasilkan turunan cacat adalah Bb x Bb, untuk frekuensi segregasi ¼;* (iii) carrier (Bb) biasanya kawin dengan homozigot normal (BB); yang menghasilkan ½ carrier di antara turunannya; jika kemudian seekor pejantan carrier dikawinkan dengan anak betinanya, atau dengan anak betina dari pejantan carrier lain, ½ perkawinan adalah Bb x Bb; dimana frekuensi segregasinya adalah ½ x ¼ = 1/8; (iv) perkawinan antara ternak cacat dengan ternak normal yang tidak mempunyai hubungan kerabat biasanya menghasilkan turunan normal; (v) perkawinan ternak cacat x normal yang menghasilkan turunan cacat adalah bb x Bb, yang dalam kasus ini frekuensi segregasinya ½; (vi) rata-rata hubungan genetika antara tetua normal dari individu cacat lebih besar dibandingkan tetua normal yang belum menghasilkan individu cacat. (Alasan untuk ini adalah bahwa semakin besar hubungan genetika antara dua individu, semakin cenderung mereka untuk menjadi carrier pada gen mutan yang sama; lihat Bab 13.) Dominan Terpaut-X 1. Jantan cacat jika dikawinkan dengan betina normal menurunkan cacat pada seluruh anak betinanya tapi tidak pada anak jantan. 2. Kecuali cacatnya sangat umum, betina cacat jika dikawinkan dengan jantan normal menurunkan cacat pada rata-rata ½ anak jantan dan ½ anak betinanya. 3. Jika cacat jarang, kejadian betina rata-rata dua kali pada jantan, dalam populasi umum. 4. Setiap turunan cacat mempunyai setidaknya satu tetua cacat, kecuali pada kasus mutan baru. Resesif Terpaut-X 1. Cacat tidak terjadi pada setiap generasi. 2. Seluruh turunan dari kedua tetua cacat akan cacat. 3. Kejadiannya akan lebih rendah pada betina dibandingkan pada jantan, dengan kejadian cacat pada betina kira-kira sebanding dengan kuadrat dari kejadian pada jantan, pada populasi umum 4. Jika cacat jarang: (i) sebagian besar individu cacat adalah jantan, dan merupakan hasil perkawinan antara tetua normal. Apakah Ini Diturunkan - 163

5 (ii) sebagian besar perkawinan yang menghasilkan turunan cacat adalah X D X d x X D Y, dimana frekuensi segregasinya adalah 0 pada betina dan ½ pada jantan;* (iii) jantan cacat jika dikawinkan dengan betina normal tidak berkerabat, tidak menurunkan cacat pada keturunannya, tapi seluruh anak betinanya carrier; (iv) betina cacat jika dikawinkan dengan jantan normal menurunkan cacat pada seluruh anak jantan tapi tidak pada anak betina. Meskipun demukian seluruh anak betinanya carrier. Mempelajari dan Menganalisis Data Silsilah Dalam beberapa kasus, lebih mudah memulainya dengan menggambar silsilah atau pohon keluarga. Silsilah menjadi sangat informatif jika digambar dalam format standar, menggunakan simbul yang digambarkan pada Gambar 7.1a. Sebuah contoh silsilah diberikan pada Gambar 7.1b, dalam kasus ini untuk hereditary multiple exostosis dalam keluarga kuda. Membentuk silsilah dalam masalah ini bisa membantu memberi kesan awal bagaimana cacat tertentu diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Dari Gambar 7.1b, misalnya, terbukti bahwa jantan dan betina adalah cacat dalam proporsi yang kira-kira sama (enam jantan dan lima betina dalam generasi IV), bahwa perkawinan cacat x cacat bisa menghasilkan betina normal, dan bahwa perkawinan cacat x normal yang tak berkerabat memberikan kenaikan proporsi cukup tinggi pada turunan cacat. Pengamatan ke dua di atas tidak sesuai dengan bentuk pewarisan terpaut-x maupun dengan pewarisan resesif autosom, tapi seluruh tiga pengamatan sesuai dengan dominan autosom. Setelah diuji pada sisilah seperti ditunjukkan pada Gambar 7.1b, kesimpulan sementara yang dapat dihasilakan adalah bahwa cacat yang ditanyakan, yaitu multiple exostosis pada kuda, merupakan suatu kondisi dominan autosom, dengan aumsi bahwa III-1 adalah mutan baru. Kesimpulan ini kemudian bisa diujikan berdasarkan data lebih lanjut. Permasalahan yang terkait dengan penggambaran silsilah adalah, pertama, bahwa ini menyita waktu, dan kedua, bahwa dalam kasus ternak, kejadian perkawinan antar kerabat dekat sering menghasilkan banyak garis saling menyilang yang sulit diinterpretasikan. Meskipun ada kelemahannya, silsilah bisa cukup berguna, dan sering digambar selama tahap awal dari suatu penyelidikan pada cacat yang diwariskan. Untungnya, beberapa paket perangkat lunak saat ini telah tersedia untuk keperluan ini (sumber terdaftar pada Bacaan lebih lanjut) Pengantar ke Genetika Veteriner

6 Gambar 7.1. (a) Simbul-simbul yang digunakan dalam silsilah. Proband adalah individu cacat yang dari individu ini keluarganya menjadi perhatian investigator; (b) Silsilah menunjukkan pola pewarisan eksostosis multiple pada kuda. Analisis Segregasi Jika data pada cacat tertentu secara umum tampak terkait dengan satu diantara empat kelompok kriteria yang diuraikan di atas, langkah selanjutnya adalah menentukan secara lebih spesifik apakah data sesuai dengan masing-masing pewarisan model Mendelian sederhana. Ini dilakukan dengan analisis segregasi. Jika perkawinan terencana secara spesifik dapat diatur, hal ini merupakan persoalan sederhana untuk menguji mode tertentu dari pewarisan sifat, dengan membandingkan frekuensi segregasi yang diharapkan, yang tersedia pada Tabel 1.3 dan 1.4 dalam Bab 1, dengan frekuensi segrerasi yang diperoleh. Sebagai contoh, jika cacat dianggap sebagai resesif autosom, seluruh individu normal yang telah menghasilkan satu atau lebih turunan cacat pasti carrier. Jika perkawinan diantara carrier yang telah diketahui diatur secara spesifik, kita menduga ¼ dari seluruh turunan adalah cacat, yaitu frekuensi segregasi yang diharapkan adalah Akan tetapi, dalam beberapa situasi, tidak mungkin mengatur perkawinan diantara carrier yang telah diketahui dan mengamati seluruh keturunan yang dihasilkan. Alih-alih, ini lebih umum untuk perkawinan yang diperhatikan peneliti setelah kejadian, dan kemudian hanya jika turunan cacat dihasilkan. Hal ini memasukkan bias ke dalam data, sebab perkawinan carrier X carrier tersebut tidak menghasilkan turunan cacat yang Apakah Ini Diturunkan - 165

7 secara otomatis dikeluarkan dari data. Hasilnya adalah jika cacat disebabkan alel resesif autosom, diharapkan frekuensi segregasi lebih besar dari Ini karena seluruh turunan cacat telah dimasukkan ke dalam data, tapi tidak seluruh turunan normal. Keberadaan bias ini diketahui pada tahun 1912, dan sejak itu banyak metode tentang analisis segregasi telah berkembang untuk mengatasinya. Contoh hasil perhitungan dengan metode terbaik diberikan pada Lampiran 7.1 Veterinary Genetics. Meskipun bentuk paling sederhana dari analisis segregasi itu sendiri sangat mudah, dalam prakteknya seringkali ada kesulitan yang ditemui oleh para peneliti dalam upaya menentukan apakah cacat itu Mendelian atau bukan. Misalnya, merupakan hal yang biasa ditemukan bahwa ketika beberapa hasil obervasi sesuai dengan kriteria umum untuk sifat keturunan tertentu, beberapa lainnya tidak cocok. Kesalahan pengelompokan fenotipe, seperti yang telah dibahas pada Bab 6, adalah satu alasan yang mungkin. Begitu juga kejadian mutasi baru dan variasi usia ternak saat cacat fenotipe tampak (yaitu variabel usia pada awalnya). Demikian juga, kesulitan bisa timbul dari pewarisan terbatas pada jenis kelamin, heterogenitas genetik, inaktivasi-x, fenokopi, antisipasi genetik yang terkait dengan ulangan trinukleotida yang tidak stabil (semua telah dibahas pada Bab 3), dan pencetakan genom (Bab 1). Dalam kasus pencetakan, misalnya, carrier dari alel cacat resesif menunjukan cacat jika alel normal tidak aktif. Sumber komplikasi potensial lainya adalah jika cacat dihasilkan dari mutasi DNA mitokondria, sebab mitokondria diturunkan dari betina tapi tidak pernah dari jantan. Metode yang lebih kompleks dari analisis segregasi telah dikembangkan untuk hewan-hewan tertentu (disebut kasus sporadis) dan untuk kerumitan lainnya. Masalahnya adalah semakin banyak faktor kerumitan diakomodasi dalam analisis segregasi, metode analisis menjadi lebih kompleks dan hasilnya menjadi lebih terbuka untuk diperdebatkan. Kenyatannya, kita sering mencapai tahap yang digambarkan pada Bab 6, dimana klaim gen tunggal harus dikualifikasi dengan cara-cara tertentu sehingga hal itu akan lebih mudah untuk mengganggap cacat sebagai multifaktor; dalam beberapa kasus, klaim gen tunggal yang dianggap paling berperan tidak digunakan. Pada kondsi seperti ini, tujuan analisis segregasi sebaiknya berubah dari tes sederhana untuk pewarisan gen tunggal, ke tes untuk mengetahui adanya satu atau lebih gen yang membuat kontribusi yang relatif besar pada variasi liabilitas dari cacat multifaktor. Sebuah metode baru yang melakukan analisis seperti itu didasarkan pada teknik statistika yang disebut Markov chain Monte Carlo (MCMC), yang menggunakan simulasi stokastik untuk menduga parameter. Ini tampaknya jauh lebih baik dibandingkan metode lain, dan lebih menjanjikan. Dalam beberapa kasus, analisa segregasi Pengantar ke Genetika Veteriner

8 kompleks telah mendeteksi adanya gen tunggal dari pengaruh yang relatif besar yang kemudian diidentifikasi pada level molekular. Seperti telah disebutkan pada Bab 6, dengan semakin banyak penanda DNA yang terpetakan tersedia pada ternak domestik, analisis segregasi kompleks pada cacat fenotipe itu saja digantikan dengan analisis keterpautan (linkage analysis) yang dilakukan secara gabungan pada cacat fenotipe dan genotipe-berdasar-penanda DNA. Pendekatan MCMC juga menunjukkan hal yang menjanjikan di wilayah ini. Akhirnya gabungan analisis fenotipe/penanda akan menghantarkan pada identifikasi banyak gen berkontribusi munculnya cacat (lihat Bab 11). Bacaan Lebih Lanjut Telaah Huston, K. (1993). Heritability and diagnosis of congenital abnormalities in food animals. Veterinary Clinics of North America - Food Animal Practice, 9, (1), Patterson, D. F., Aguirre, G. A., Fyfe, J. C., Giger, U., Green, P. L., Haskens, M. E., Jezyk, P. F., and Meyers-Wallen, V. N. (1989). Is this a genetic disease? Journal of Small Animal Practice, 30, Pidduck, H. (1985). Is this disease inherited? A discussion paper with some guidelines for canine conditions. Journal of Small Animal Practice, 26, Thrusfield, M. (1988). Is it hereditary? Journal of Small Animal Practice, 29, , , Perangkat Lunak Untuk Silsilah Curtis, D. (1990). A program to draw pedigrees using LINKAGE or LINKSYS data files. Annals of Human Genetics, 54, Fenger, K. and Sorensen, S.A. (1986). ADOXI-PLOT: a computer program for plotting pedigrees illustrating autosomal dominant and X-linked inheritance. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 23, Kahn, C. E. (1990). Family Structure--a general program for displaying complex pedigree data. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 33, Newton, C. M. (1993). An interactive graphics system for real-time investigation and multivariate data portrayal for complex pedigree data systems. Computers and Biomedical Research, 26, Apakah Ini Diturunkan - 167

9 Analisis Segregasi dan Keterpautan Elston, R. C. (1992). Segregation and linkage analysis. Animal Genetics, 23, Knott, S. A., Haley, C.S., and Thompson, R. (1992). Methods of segregation analysis for animal breeding data. Heredity, 68, , Morton, N. E. (1993). Genetic epidemiology. Annual Review of Genetics, 27, Thomas, D. C. and Cortessis, V. (1992). A Gibbs sampling approach to linkage analysis. Human Heredity, 42, Pengantar ke Genetika Veteriner