MODUL PRAKTIKUM GENETIKA TANAMAN 1. MATERI GENETIK, DISTRIBUSI GEN DAN PEMBELAHAN SEL NAMA NIM KELOMPOK ASISTEN :. :. :. :. I. MATERI GENETIK Suatu molekul pembawa informasi genetik harus berupa (1) molekul besar (makromolekul); (2) beraneka ragam; (3) dapat dibedah menjadi kode-kode genetik yang dapat dikutip (transkripsi) dan diterjemahkan (translasi) menjadi protein dan (4) molekul pembawa informasi genetik harus bersifat kekal agar dapat diperbanyak dan diwariskan ke generasi selanjutnya. A. DNA DAN RNA Ada dua macam asam nukleat yang telah dikenal. DNA terdapat hampir seluruhnya dalam kromosom organisme tingkat tinggi. DNA dalam sel haploid untuk semua organisme pada dasarnya sama dan jumlahnya berubah-ubah dengan adanya replikasi kromosom. Jumlah dan jenis protein di dalam sel haploid berubah-ubah tidak tergantung pada jumlah kromosom. Asam nukleat yang lain adalah RNA yang terdapat dalam inti dan sitoplasma. 1. DNA Struktur DNA adalah sebagai berikut : a. gula deoksiribosa. b. phosphat, berfungsi sebagai penghubung dan pengikat molekul gula yang satu dengan molekul gula yang lain. c. basa nitrogen, meliputi pirimidin dan purin. Pirimidin : sitosin (S) dan timin (T) Purin : adenin (A) dan guanin (G) Gambar. Struktur DNA Sifat-sifat DNA sebagai materi genetika adalah : a) Mampu melakukan replikasi dengan mengarahkan pembuatan salinan dirinya sendiri. b) Mampu melakukan mutasi (perubahan kimia) dan memindahkan perubahanperubahan tersebut ke generasi berikutnya. c) Mampu menyimpan informasi yang menentukan sifat-sifat sel dan organisme.
d) Mampu menggunakan informasi yang disimpannya untuk melangsungkan sintesis protein struktural dan protein pengatur esensial untuk kerja sel atau organisme. Watson dan Crick (1953), berpendapat bahwa molekul DNA mempunyai bentuk sebagai pita spiral dobel yang saling berpilin (double helix). Struktur double helix ini hanya akan stabil bila : a. Adenin berpasangan dengan timin (A-T). b. Sitosin berpasangan dengan guanine (S-G). Basa nitrogen saling berpasangan antara satu pita DNA dengan pita pasangannya melalui ikatan hidrogen, yaitu : a) Adenin dengan timin, oleh 2 atom hidrogen. b) Sitosin dengan guanin, oleh 3 atom hidrogen. Ukuran pita DNA lebih panjang daripada pita RNA. Dan fungsi dari DNA yakni berkaitan dengan penurunan sifat yakni pembawa informasi genetik dan sintesis protein. Namun kadar/jumlah DNA tidak dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein. 2. RNA Struktur RNA adalah sebagai berikut : a. gula ribosa. b. phosphat, berfungsi sebagai penghubung dan pengikat molekul gula yang satu dengan molekul gula yang lain. c. basa nitrogen, meliputi pirimidin dan purin. Pirimidin : sitosin (S) dan urasil (U) Purin : adenin (A) dan guanin (G) Gambar. Struktur RNA Struktur pita tunggal ini hanya akan stabil bila : a) Adenin berpasangan dengan urasil (A-U). b) Sitosin berpasangan dengan guanine (S-G). Ukuran pita tunggal RNA lebih pendek daripada pita DNA. Dan fungsi dari RNA yakni sebagai tempat sintesis protein/asam amino. Dan kadar/jumlah RNA ini dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein. DNA dan RNA juga berperan dalam sintesa protein. Sintesa protein (penyusunan protein) suatu makhluk hidup terjadi pada ribosom. Tahapan-tahapan sintesa protein: a. Transkripsi (percetakan) 1. Peristiwa ini dimulai dengan membukanya double helix DNA, satu pitanya mencetak ARN duta (mrna). 2. Pita DNA yang mencetak mrna disebut pita sense, dan yang lainnya yang tidak mencetak mrna disebut pita anti sense.
3. Urutan basa nitrogen yang terdapat pada ARN duta selanjutnya disebut kode genetik. 4. mrna akan meninggalkan nukleus dengan membawa kode genetik menuju sitoplasma. Gambar. Transkripsi dan translasi b. Translasi (penterjemahan kode genetik atau kodon yang dibawa oleh mrna) 1. mrna yang membawa kodon melekat pada ribosom, selanjutnya ARN transfer (trna) yang selalu ada di sitoplasma akan menterjemahkan kodon yang dibawa oleh mrna, urutan basa nitrogen trna tersebut disebut antikodon. 2. Setiap satu kodon terdiri atas 3 basa nitrogen dan akan membentuk satu macam asam amino. B. KROMOSOM Kromosom berasal dari kata chromos (warna) dan soma (tubuh). Kromosom adalah suatu struktur padat yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu protein dan DNA. Kromosom juga merupakan benda halus yang berbentuk lurus seperti batang atau bengkok yang terdapat pada inti sel. Kromosom sangat mudah diamati pada saat inti mengalami pembelahan dibandingkan pada saat inti istirahat. Hal ini disebabkan karena pada saat inti membelah, kromosom mengadakan kontraksi sehingga lebih tebal dan dapat mengisap warna. Struktur padat kromosom hanya dapat terlihat dengan jelas pada tahap metaphase saat pembelahan sel. Pada saat tidak membelah atau istirahat kromosom berupa benang-benang halus panjang dan membentuk jala di dalam inti, disebut kromatin. Bila sel siap membelah, benangbenang halus itu dipintal membentuk kromosom. Struktur Kromosom Kromosom dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu : 1. Sentromer, yaitu titik tempat melekatnya kromatin. 2. Lengan (badan kromosom), terdiri dari selaput yang membungkus lengan, di dalamnya terdapat matrik berupa cairan bening yang mengisi seluruh bagian lengan serta kromonema yang terendam di dalam matrik.
Gambar. Struktur kromosom Ukuran dan Bentuk Kromosom 1. Ukuran Kromosom Ukuran kromosom setiap individu bervariasi, namun panjang kromosomnya berkisar antara 0,2-50 mikron dengan diameter antara 0,2-20 mikron. 2. Bentuk Kromosom Setiap kromosom dalam genombiasanya dapat dibedakan satu dengan yang lain satu diantaranya ialah posisi sentromer yang membagi kromosom dalam dua lengan yang panjangnya berbeda. a) Metasentrik, letak sentromer di tengah, sehingga kromosom terbagi menjadi 2 lengan sama panjang dengan bentuk seperti huruf V. b) Submetasentrik, letak sentromer mengarah ke salah satu ujungnya, sehingga kromosom terbagi menjadi 2 lengan yang tidak sama panjang dengan bentuk seperti huruf J. Jadi kromosom memiliki sentromer yang berada di 1/3 bagian dari panjang lengan kromosom. c) Akrosentrik, letak sentromer di dekat ujung kromosom, sehingga kromosom terbagi menjadi 2 lengan yang satu pendek dan satu panjang dengan bentuk lurus seperti batang. Jadi kromosom memiliki sentromer yang berada di 1/4 bagian dari panjang lengan kromosom. d) Telosentrik, letak sentromer di ujung, sehingga kromosom hanya terdiri dari satu lengan saja dengan bentuk lurus seperti batang. Gambar. Macam kromosom berdasarkan letak sentromer Pengemasan DNA dalam kromosom secara ringkas dapat dijabarkan sebagai berikut: untai DNA dipintal pada suatu set protein, yaitu histon menjadi suatu bentukan yang disebut unit nukleosom. Unit-unit nukleosom tersusun padat membentuk benang yang lebih padat dan terpintal menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun memadat menjadi lengan kromatid. Lengan kromatid kembar disebut kromosom.
II. PEMBELAHAN SEL Total informasi genetis yang disimpan dalam DNA suatu sel disebut genom. Genom (jumlah set dasar kromosom terkecil) DNA tersusun atas gen-gen. Tiap gen mengandung satu unit informasi mengenai suatu karakter yang dapat diamati. Gen bertanggung jawab terhadap suatu sifat-sifat genetik. Gen terletak di dalam kromosom, dengan kata lain gen adalah fragmen DNA di dalam kromosom dan berfungsi untuk menyampaikan informasi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya. Letak suatu gen pada kromosom disebut lokus. Letak gen-gen yang terdapat pada suatu kromosom disimbolkan dengan garis-garis pendek horizontal melewati garis panjang vertical. Alel berasal dari kata latin allelon yang berarti bentuk
lain, adalah versi alternatif gen yang menjelaskan adanya variasi pada pewarisan suatu sifat. Hal yang mendasar pada pembelahan sel adalah sel-sel induk harus mewariskan materi genetik dan perangkat metabolik yang cukup agar sel anakan yang terbentuk dapat mandiri. Terdapat dua cara pembelahan sel pada tumbuhan tingkat tinggi, yaitu pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis. Pembelahan mitosis terjadi pada sel-sel somatik, sedangkan pembelahan meiosis terjadi pada sel-sel gamet. Mitosis ialah pembelahan sel yang menghasilkan dua sel anakan yang masingmasing sel anakannya mengandung jumlah kromosom sama dengan induknya. Mitosis terjadi selama pertumbuhan. Pada tumbuhan mitosis terjadi pada sel-sel meristem pada ujung akar dan ujung tunas batang. Meiosis merupakan pembelahan reduksi, dimana jumlah kromosom dalam inti akan mengalami reduksi (pengurangan), sehingga sel-sel baru hasil pembelahan hanya mempunyai separuh dari kromosom induk. Meiosis terjadi pada sel-sel kelamin yaitu pada saat pembentukan gamet (gametogenesis).pada tanaman sel-sel ini terdapat dalam kepala sari atau bakal buah dari bunga yang masih kuncup. Gambar. Fase-fase mitosis secara skematis
Gambar. Fase-fase meiosis secara skematis Gametogenesis pada tanaman terbagi menjadi dua yaitu mikrosporogenesis (jantan) dan makrosporogenesis (betina). Proses sporogenesis dimulai dengan terbelahnya sel induk mikrospora menjadi 2 sel anakan (dyad). Ini merupakan pembelahan heterotipe (tipe yang berlainan) dan kemudian 2 sel anakan yang terbentuk akan membelah menjadi 4 sel anak (tetrad). Ini merupakan meiosis II atau pembelahan homotipe (tipe yang sama), untuk kemudian masing-masing sel hasil pembelahan akan berkembang menjadi sel kelamin jantan atau betina. 1. Mikrosporogenesis Gamet jantan (serbuk sari) dibentuk di kepala sari. Di dalam kepala sari terdapat ruang serbuk sari yang jumlahnya tergantung spesiesnya. Di tiap ruang ini terdapat sejumlah sel induk, yaitu mikrosporosit (2n) yang kemudian membelah secara meiosis sehingga terbentuk empat mikrospora. Tiap mikrospora berkembang menjadi mikrospora dewasa atau serbuk sari. Tiap serbuk sari mengandung satu sel tabung dan satu inti generatif yang siap membuahi. 2. Makrosporogenesis Putik (alat kelamin betina) terdiri dari kepala putik (stigma), tangkai putik (stilus), dan ovarium yang berisi bakal biji (ovul). Di ovarium terdapat sel induk (megasporosit) yang bersifat diploid. Setelah sel induk membelah secara meiosis terbentuklah empat sel. Namun, hanya satu yang bertahan menjadi makrospora sedangkan tiga yang lain mengalami degenerasi. Inti sel makrospora kemudian membelah menjadi dua, membelah lagi menjadi empat, kemudian membelah lagi sehingga terdapat delapan inti haploid. Selanjutnya, tiga inti berada di dekat mikrofil, yaitu dua sebagai sinergid (pengiring) dan satu di tengah diapid sinergid sebagai ovum. Tiga inti lain berada di tempat yang berlawanan dengan mikrofil sebagai antipoda. Dua inti bergabung di tengah sebagai inti kandung lembaga sekunder (endosperm). Pada perkembangan berikutnya, ovum siap untuk dibuahi. Pembuahan yang terjadi akan menghasilkan zigot yang bersifat diploid dan endosperma yang bersifat triploid.
MATERI GENETIK 1. Tujuan Tujuan dari praktikum adalah agar mahasiswa dapat memahami 1. materi genetik, kromosom, kromosom homolog, kromatid dan sister kromatid menggunakan alat bantu 2. proses gametogenesis dalam sel gamet tanaman menggunakan model. 2. Alat dan Bahan Spidol (alat tulis) beraneka warna (minimal 2 warna berbeda), kertas hvs, gunting, dan kamera. 3. Kegiatan A. Model Kromosom a. Gambarlah beberapa model (bentuk) kromosom beserta dengan pasangannya. b. Amati model kromosom tersebut dan jawablah pertanyaan berikut sebutkan macam-macam kromosom yang ditunjukan oleh model tunjukan dan sebutkan bagian-bagian kromosom pasangkan masing-masing kromosom dengan homolognya B. Pembelahan Sel a. Buatlah proses pembelahan sel (mitosis dan meiosis) menggunakan alat simulasi yang telah disediakan b. Dokumentasikan fase per fase yang telah di buat dan beri keterangan c. Kumpulkan hasil dokumentasi dan keterangannya untuk laporan
SOAL MATERI GENETIK, PEMBELAHAN SEL, DAN DISTRIBUSI GEN 1. Satu untaian pita nukleotida mengandung basa purin dan pirimidin. a) Dapatkah Anda membedakan apakah pita tersebut DNA atau RNA? Sebutkan perbedaannya! b) Bila pita tersebut adalah DNA dengan urutan basa A-G-T-T-C-G-A-G-A, maka bagaimanakah urutan basa pada pita komplementernya? c) Tentukan urutan pita RNA dari DNA komplementer yang terbentuk! 2. Suatu tanaman bergenotip : a) Dd b) AaBBCc c) aaabbbccc d) AAAaBbbbCcccDDddEEEe Bila setiap gen terletak pada kromosom berbeda, berapa jumlah ploidi dari masing-masing genotip, berapa genom dari masing-masing genotip, berapa jumlah kromosom pada sel somatic, berapa jumlah kromosom pada gamet? 3. Three genes (A, B and C) are found on three diferrent chromosomes. For the following diploid genotypes, describes all of the possible gamete combinations and their predicted rations a) AaBBCc b) AABbCC c) AaBbCc d) AabbCc 4. Maize plant has ten couples of chromosomes that have been found in somatic cell. Might you describe number of chromosomes of a) Pericarp b) Pollen tube c) Petal d) Aleuron e) Embryo f) Endosperm g) Pollen h) Filament i) Anther j) Stylus 5. DNA ialah... sedangkan gen ialah... 6. Kromosom ialah... 7. Berdasarkan letak sentromernya, bentuk kromosom dibedakan menjadi... macam, yaitu... 8. Jelaskan secara singkat hubungan kromosom gen DNA, dalam perannya sebagai materi genetik!
9. Gambarkan a. Sepasang kromosom homolog berbentuk submetasentrik yang membawa gen A dan a! b. Sepasang kromosom homolog yang telah bereplikasi, berbentuk telosentrik dan membawa gen B dan b! SOAL PEMBELAHAN SEL 1. Mitosis ialah... 2. Meiosis ialah... 3. Pada pembelahan mitosis terbentuk... sel anakan dengan jumlah kromosom... induknya 4. Pada pembelahan meiosis terbentuk... sel anakan dengan jumlah kromosom... induknya 5. Pembelahan meiosis terjadi pada sel... 6. Pembelahan mitosis terjadi pada sel... 7. Gambarkan fase metafase pada meiosis I, meiosis II dan mitosis! jelaskan secara singkat perbedaannya! (buat sepasang kromosom berbentuk metasentrik yang membawa gen A dan a) 8. Apa perbedaan antara profase dengan profase I? 9. Sebutkan perbedaan pembelahan mitosis dan meiosis! (min.6)