Definisi GENETIKA DASAR Rekayasa Genetika Tanaman Oleh: Dr. Ir. Dirvamena Boer, M.Sc.Agr. HP: 081 385 065 359 e-mail: dirvamenaboer@yahoo.com Fakultas Pertanian, Universitas Haluoleo, Kendari Dipublikasi di http://dirvamenaboer.tripod.com tanggal 17 Desember 2009 Rekayasa Genetika atau Teknik DNA Rekombinan atau Manipulasi genetik Pembentukan rekombinan baru dari material genetik melalui menyisipkan suatu molekul asam nukleat (DNA) ke dalam genom suatu inang sehingga sisipan tersebut dapat diekpresikan di dalam inang. 1 2 Definisi Teknik tersebut disebut juga kloning gen Sebab organisme yang terbentuk adalah indentik dan membawa seluruh potongan DNA yang telah disisipkan, disamping itu dapat bereplikasi memperbanyak molekul yang baru dibentuk. Definisi Rekayasa genetik: Mendisain dan mengkontruksi kombinasi baru dari gengen (DNA) DNA Recombinan: Kombinasi/susunan baru dari kontruksi DNA di laboratorium 3 4
Teknik dasar yang di perlukan Metode isolasi DNA dan RNA Metode untuk memotong (enzim restriksi) dan menyambung (enzim ligasi) molekul asam nukleat Metode untuk memantau pemotongan dan penyambungan molekul asam nukleat Metode transformasi pada sel inang (sebagai dasar digunakan bakteri E. coli) Langkah-langkah kloning gen Isolasi DNA yang akan diklon Memotong DNA menjadi gen tunggal atau ke dalam grup-grup gen Isolasi vektor DNA Penyambungan vektor dan penyisipan DNA Memantau proses pemotongan-penyambungan Tranformasi pada sel inang Isolasi DNA rekombinan dari inang Analisa DNA rekombinan 5 6 Keuntungan transformasi gen dibanding pemuliaan konvensional Penghematan waktu yang signifikan Pengurangan kegiatan melakukan silang balik Tidak perlu melakukan persilangan (terutama pada tanaman yang sulit disilangkan) Tanaman resipien tidak kehilangan sifat agronomi setelah transformasi Tidak diperlukan waktu untuk menyeleksi tanaman tetua Dihasilkan tanaman tahan penyakit/hama/stress tertentu dan tanaman penghasil senyawa metabolit tertentu 7 8
Perbedaan Pemuliaan tanaman konvensional Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang sama Pemindahan gen melalui perkawinan interspesies Pemuliaan tanaman melalui bioteknologi Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang berbeda Pemindahan gen melalui rekayasa genetika tanaman Alat yang diperlukan dalam Rekayasa Genetika: Plasmid Molekul DNA utas ganda sirkuler yang berukuran kecil yang terdapat dalam bakteri Bisa 100 kopi per cell Agrobacterium tumefaciens penyebab penyakit tumor pada tanaman crown gall 9 rose 10 grapevine Ti Plasmid of Agrobacterium Alat yang diperlukan dalam Rekayasa Genetika: Enzim Restriksi Enzim yang dapat memotong DNA pada situs yang spesifik diisolasi dari bakteri. Nomenclature (EcoR1, BamH1, HindIII...) Situs pengenalan (4 sampai 6 atau lebih basa: Misal. GAATTC) Hasil pemotongan dikenal sebagai ujung lengket sticky ends dan ujung tumpul blunt end 11 12
Alat yang diperlukan dalam Rekayasa Genetika: Enzim Ligase Ligase adalah enzim yang dapat menyambungkan ujung 3-OH dari satu potongan dengan ujung 5-P dari potongan DNA lainnya dengan ikatan kovalen (fosfodiester) 13 14 Sticky end Sticky end 15 16
Persyaratan yang diperlukan Konstruksi gen spesifik pada plasmid binary yang didasarkan pada Ti-plasmid A. tumefaciens Ketersedian gen yang bertindak sebagai marker seleksi atau gen pelapor Diketahui media regenerasi yang tepat Vector Plant Modification A plasmid containing the T-DNA region Also includes Selectable markers Control elements for gene expression Multiple cloning sites for insertion of GOI Can be problematic 17 18 Vektor Modifikasi Tanaman Situs penyisipan kloning GOI banyak Dapat menjadi masalah Kendala metode transformasi Mendapatkan gen spesifik yang diinginkan Mendapatkan media regenerasi yang tepat Memperoleh tanaman transgenik yang memiliki ekspresi yang optimal dan stabil 19 20
21 22 Metode transformasi gen ke dalam sel tanaman Melalui A. tumefaciens Elektroporasi Microinjection Partikel gun 23 24
Electroporation Protoplast fusion 25 26 DNA can be inserted into a cell by: Microinjection Gene gun 27 28
Transgenic tobacco harboring a GFP Gene Example of the technique of DNA cloning into a plasmid: Insertion of the gene coding for insulin into a bacterial plasmid, which in turn carries the gene into a replicating bacterial cell that produces human insulin. Transgenic Cotton 29 30 Transgenic herbicide resistant corn Bt transformed cotton untransformed cotton 31 32
European corn borer WT and Transgenic Rice Jagung tahan serangga Racun Bt yang dikandungnya membunuh corn borer Gen pengendali produksi racun berasal dari bakteri Golden Rice Kandungan vitamin A meningkat Gen berasal dari bakteri Kekurangan: produksi vitamin A kurang banyak Bt transformed corn is resistant to this insect 33 34 Bunga matahari Tahan jamur putih Gen ketahanan berasal dari gandum SELAMAT BELAJAR Slide ini dapat digunakan dan disebarkan secara bebas, baik sebagian maupun seluruhnya, untuk tujuan non-komersial dengan syarat mencantumkan nama penulis dan sumbernya. Di luar tujuan itu, pengguna harus memperoleh izin tertulis dari penulis. 35 36