Laporan Praktikum Genetika PENGAMATAN KROMOSOM POLITEN (KROMOSOM RAKSASA) Drosophila melanogaster Widya Setyaningtyas*, Haniyya, I. Sobari, K.S. Juarna, N. Restiana, Nuruliawati, M. Fauzi, S. Purnadanti Universitas Indonesia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Departemen Biologi Maret 2012 Abstrak Kromosom politen adalah kromosom raksasa yang ukurannya dapat mencapai 100 kali dari kromosom biasa akibat peristiwa endoreduplikasi. Endoreduplikasi adalah peristiwa duplikasi kromosom tanpa disertai pembelahan sel pada fase mitotic. Kromosom politen salah satunya dapat ditemukan pada kelenjar ludah larva instar III Drosophila melanogaster. Penggunaan larva instar III Drosophila melanogaster karena beberapa alasan yaitu tubuhnya transparan sehingga mudah diisolasi, organ tubuh lengkap, dan banyak memiliki kromosom politen. Pengamatan kromosom politen dilakukan dengan memisahkan kelenjar ludah dari tubuh larva instar III Drosophila melanogaster. Hasil praktikum didapatkan adanya kromosom politen yang memiliki banyak lengan pada kelenjar ludah larva instar III Drosophila melanogaster. Kata kunci : kromosom politen; larva instar III Drosophila melanogaster; endoreduplikasi. 1. Pendahuluan Kromatin adalah penyusun kromosom yang terdiri dari kompleks DNA yang berasosiasi dengan protein histon. Kromatin berbentuk panjang, tipis, dan terurai sehingga tidak terlihat di bawah mikroskop cahaya (Campbell dkk. 2010: 245). Kromosom adalah struktur pembawa materi genetik yang tersusun atas kromatin yang memendek dan menebal (Rittner & McCabe 2004: 65). Kromosom terkondensasi disuatu bagian dan tidak terkondensasi di bagian lainnya. Bagian yang terkondensasi memiliki banyak salinan sekuen DNA, namun karena berada dalam kondisi terpadatkan, salinan sekuen DNA ini tidak ikut bertanggung jawab untuk mengekspresikan informasi genetik, bagian ini disebut dengan heterokromatin. Heterokromatin tidak *) Kelompok 2A 1
mengandung gen-gen yang aktif sehingga tidak melakukan transkripsi (Klug & Cummings 1994: 321). Bagian yang tidak terkondensasi dan berwarna terang akibat tidak mengalami pemadatan disebut dengan eukromatin. Eukromatin mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi, sehingga bagian tersebut menjadi bagian yang aktif melakukan replikasi (Passarge 2007: 280). Kromosom secara umum terdiri dari dua bagian utama yaitu sentromer dan lengan kromosom. Sentromer merupakan bagian yang berfungsi untuk menghubungkan lengan-lengan kromosom (Fairbanks & Andersen 1999: 309). Berdasarkan letak sentromer, kromosom dibedakan menjadi empat macam, yaitu metasentris, submetasentris, akrosentris, dan telosentris. Metasentris adalah kromosom dengan posisi sentromer tepat ditengah-tengah, sehingga dua lengan terlihat sama panjang. Submetasentris adalah kromosom yang letak sentromernya sedikit menjauhi salah satu lengan kromosom. Akrosentris adalah kromosom yang letak sentromernya berada pada bagian subterminal (di dekat ujung kromosom), sehingga salah satu lengan kromosom terlihat sangat pendek sedangkan lengan yang lain sangat panjang. Telosentris adalah kromosom dengan posisi sentromer pada ujung kromosom, sehingga kromosom hanya terdiri dari satu lengan (Suryo 1994: 10). Drosophila melanogaster adalah organisme yang memiliki jumlah kromosom sedikit, yaitu hanya empat pasang kromosom. Kromosom-kromosom tersebut terdiri dari tiga pasang kromosom autosom dan satu pasang kromosom gonosom (kromosom seks). Kromosom politen adalah kromosom raksasa yang ukurannya mencapai 100 kali kromosom biasa pada tubuh Drosophila melanogaster atau sekitar 200-600 mikron. Panjang kromosom politen bisa mencapai 2000 mikron, karena ukurannya yang besar kromosom politen dapat langsung diamati di bawah mikroskop cahaya (Wolfe 1993: 727). Kromosom politen merupakan hasil dari proses endomitosis dan endoreduplikasi. Endomitosis merupakan replikasi yang menghasilkan banyak kromosom yang bergabung, tidak terpisah satu sama lain. Endoreduplikasi merupakan suatu keadaan duplikasi kromosom terus menerus tanpa disertai pembelahan sel pada fase mitotic (Hartl & Jones 2005: 272--273). Siklus sel normal berlangsung melalui fase G1, S, G2, dan fase mitosis. Fase G1 merupakan fase pertumbuhan. Fase S merupakan fase replikasi DNA. Fase G2 merupakan fase persiapan menuju fase mitotic (Campbell dkk. 2010: 247). Terjadi pengecualian pada siklus sel kromosom politen yaitu fase mitotic tidak dilalui setelah fase S, sehingga menyebabkan terjadinya replikasi DNA secara terus menerus. Hal tersebut menyebabkan penggandaan rantai untai kromosom homolog yang saling bersinapsis dan membentuk kromosom politen dengan ukuran yang sangat besar disertai lengan kromosom yang banyak (Wilkins dkk. 1993: 736). Kromosom politen memiliki lima lengan panjang dan satu lengan pendek. Lengan tersebut terdiri atas lengan terpanjang yaitu kromosom X, sepasang lengan 2, sepasang lengan 3, dan satu lengan 4. Lengan 2 diberi notasi 2R (right arm) dan 2L (left arm). Lengan 3 diberi notasi 3R (right arm) dan 3L (left arm). Kromosom X, 2R, 2L, 3R, dan 3L mengalami duplikasi sebanyak 20 kali. Kromosom 4 sulit dibedakan karena ukurannya sangat kecil (Suryo 1995: 90--91). 2
Kromosom politen memiliki bagian-bagian khusus, yaitu band, interband, puff, kromonemata, dan kromosenter. Bagian yang berbentuk pita spiral dinamakan kromonemata. Kromonemata merupakan untaian DNA dengan RNA korespondennya serta protein histon (Suryo 1994: 80). Kromosenter adalah tempat bersatunya lima lengan panjang. Bagian yang terlihat menggembung dan tidak menggulung adalah daerah yang aktif melakukan transkripsi disebut dengan puff. Band merupakan bagian yang disebut pita gelap, mengandung heterokromatin, sedikit mengandung gen, dan tidak aktif melakukan transkripsi. Interband merupakan bagian yang disebut pita terang, mengandung eukromatin, banyak mengandung gen, dan aktif melakukan transkripsi (Wolfe 1993: 737). Kromosom politen dapat ditemukan pada larva serangga diptera contohnya Drosophila melanogaster, yaitu pada bagian kelenjar saliva, pertengahan lambung, proventrikulus, tubulus malphigi, dan rektum. Tumbuhan tertentu juga memiliki kromosom politen, seperti Pisum sativum (Klug & Cummings 1994: 41). Beberapa lalat dewasa juga memiliki kromosom politen pada sel-sel di telapak kakinya. Dua kelompok serangga seperti Collembola dan jangkrik memiliki sel yang mengandung kromosom dengan ukuran besar seperti kromosom politen. Kromosom dengan penampilan serupa juga terjadi pada tahap pengembangan makronukleus protozoa dan di embrio tangkai pada tanaman berbunga (Wolfe 1993: 736). Drosophila melanogaster memiliki kromosom politen untuk memenuhi kebetuhan sel pada larva yang membutuhkan banyak protein (Fairbanks & Andersen 1999: 308). Protein tersebut digunakan untuk melanjutkan pertumbuhan Drosophila melanogaster menjadi lalat dewasa (Suryo 1995: 78). Kromosom politen mengandung banyak sekali salinan molekul DNA yang telah direplikasi beberapa kali sehingga memberikan salinan tambahan DNA untuk transkripsi dan produksi protein semakin banyak (Fairbanks & Andersen 1999: 308). Kromosom politen digunakan sebagai model dalam berbagai penelitian kromosom. Kromosom politen juga dapat diaplikasikan untuk mengidentifikasi perubahan struktur kromosom, mengetahui perbedaan evolusi antar spesies, mengetahui peristiwa transkripsi akibat adanya ekspresi gen, dan mengetahui perubahan lingkungan terhadap kromosom (Klug & Cummings 1994: 41). Tujuan praktikum pengamatan kromosom politen Drosophila melanogaster adalah untuk mengetahui dan memahami struktur kromosom politen Drosophila melanogaster, mengetahui dan memahami bagianbagian kromosom politen Drosophila melanogaster, serta mengetahui dan memahami perbedaan kromosom politen dengan kromosom biasa. 2. Metodologi Alat yang digunakan dalam praktikum pengamatan kromosom politen Drosophila melanogaster adalah mikroskop cahaya, mikroskop stereo, object glass, cover glass, jarum sonde, kertas penghisap (tisu), pipet dan cawan petri. Bahan yang digunakan dalam praktikum pengamatan kromosom politen Drosophila melanogaster adalah larva instar III Drosophila melanogaster, pewarna asetokarmin, dan larutan ringer NaCl. Cara kerja pada praktikum pengamatan kromosom politen Drosophila melanogaster yaitu pertama larva instar III Drosophila melanogaster diambil dari botol medium. Kedua, object glass 3
ditetesi dengan larutan ringer. Ketiga, larva instar III yang telah diambil dari botol medium ditaruh di atas object glass yang telah ditetesi larutan ringer. Keempat, larva instar III yang terdapat di object glass diletakkan di bawah mikroskop stereo untuk diisolasi kelenjar ludahnya. Kelima, larva instar III ditusuk dengan menggunakan jarum sonde pada bagian kepala dan badan, kemudian masing-masing bagian ditarik dengan arah yang berlawanan. Keenam, kelenjar ludah yang telah diisolasi dibersihkan dari lemak dan sisa bagian tubuh lainnya. Ketujuh, kelenjar ludah yang sudah dibersihkan diberi pewarna asetokarmin dan didiamkan selama 10-15 menit. Kedelapan, cover glass diletakkan di atas kelenjar ludah dengan hatihati, kemudian ditekan dengan menggunakan ibu jari agar kelenjar ludah hancur dan sel-selnya tersebar merata. Kesembilan, sisa pewarna asetokarmin yang berlebihan diatas object glass dibersihkan dengan menggunakan tisu. Kesepuluh, preparat kelenjar ludah larva instar III Drosophila melanogaster diamati di bawah mikroskop cahaya. 3. Hasil dan Pembahasan Kelenjar saliva atau kelenjar ludah Drosophila melanogaster digunakan dalam praktikum pengamatan kromosom politen karena mengandung seribu kali DNA lebih banyak dari kromosom biasa dan setiap kromosom politen dibuat dari banyak untai DNA. Tidak semua DNA bereplikasi bersamaan saat pembentukan kromosom politen, beberapa masih tetap pada tahap diploid. Kromosom politen pada kelenjar saliva mengalami replikasi sebanyak 10 kali, sedangkan pada tubulus malphigi bereplikasi sebanyak 6 kali, dan pada lambung mengalami replikasi sebanyak 9 kali (Wolfe 1993: 736--737). Praktikum pengamatan kromosom politen menggunakan larva instar III Drosophila melanogaster karena beberapa alasan. Alasan pertama adalah tubuh larva instar III Drosophila melanogaster transparan sehingga mudah untuk diisolasi. Alasan kedua organ tubuh larva instar III Drosophila melanogaster telah lengkap. Alasan ketiga adalah larva instar III Drosophila melanogaster memiliki banyak kromosom politen (Wilkins 1993: 85--86). Berdasarkan literatur, kromosom politen terdiri dari 4 lengan yang sama panjang, 1 lengan pendek, kromosenter, band, interband, dan puff (Wolfe 1993: 737). Hasil yang kelompok kami dapatkan adalah hanya terlihat kromosom politen dengan beberapa lengan, sedangkan struktur dan bagian dari kromosom politen tidak terlihat jelas. Hal tersebut dikarenakan kekurangtelitian dalam melakukan isolasi kelenjar ludah. Hasil pengamatan yang kami dapat dari kelompok 4A memperlihatkan bagian-bagian seperti kromosenter, puff, band, interband, 4 lengan panjang, dan 1 lengan pendek. Bagian puff terlihat lebih menggembung dan tidak menggulung (Wolfe 1993: 738). Kromosenter terletak di tengah dan merupakan tempat melekatnya kelima lengan kromosom (Hartl & Jones 2005: 272). Bagian band dan interband tidak dapat terlihat dengan jelas. Hal tersebut terjadi karena pada saat penambahan perbesaran bagian kromosom jadi membias. Bagian yang banyak terkondensasi pada kromosom politen memiliki banyak salinan sekuen DNA 4
tetapi karena berada dalam kondisi terpadatkan, DNA tidak bisa diakses oleh sel yang bertanggung jawab untuk mengekspresikan informasi genetik yang dikodekan dalam DNA, bagian tersebut bernama heterokromatin. Heterokromatin berwarna gelap karena berada dalam kondisi yang terpadatkan. Heterokromatin tidak aktif dalam melakukan transkripsi karena tidak mengandung gen-gen yang aktif (Klug & Cummings 1994: 321). Eukromatin adalah bagian yang tidak terkondensasi dan terlihat berwarna terang. Hal tersebut terjadi karena eukromatin tidak mengalami pemadatan. Eukromatin mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi sehingga menjadi bagian yang aktif dalam melakukan replikasi (Wolfe 1993: 553). b a Gambar 1. Kromosom politen pada kelenjar ludah larva instar III Drosophila melanogaster (a) Kromosenter (b) Puff (c) Lengan X (d) Lengan 4 (e) Lengan 3R (f) Lengan 3L (g) Lengan 2L (h) Lengan 2R [Sumber : Dokumentasi Kelompok 4A] 4. Kesimpulan Kromosom politen adalah kromosom raksasa yang ukurannya bisa mencapai 100 kali dari kromosom biasa. Berdasarkan hasil praktikum kromosom politen ditemukan pada kelenjar ludah larva instar III Drosophila melanogaster. Berdasarkan hasil praktikum yang didapatkan dari kelompok 4A struktur kromosom politen Drosophila melanogaster terdiri dari kromosom 2 lengan kanan, kromosom 2 lengan kiri, kromosom 3 lengan kanan, kromosom 3 lengan kiri, kromosom X, dan kromosom 4 yang memiliki lengan sangat pendek daripada lengan kromosom yang lain. Bagian kromosom politen Drosophila melanogaster terdiri dari kromosenter, puff, band, dan interband. Kromosenter adalah tempat bersatunya kelima lengan kromosom. Puff adalah bagian pada kromosom politen yang tidak menggulung dan terlihat menggembung. Perbedaan antara kromosom politen dan kromosom biasa terletak pada ukuran dan struktur kromosom. 5
5. Daftar Pustaka Campbell, N.A., J.B. Reece & L.A. Urry. 2010. Biologi. Ter. dari Biology oleh Wulandari, D.T., Erlangga, Jakarta: xi + 486 hlm. Fairbanks, D.J. & W.R. Andersen. 1999. Genetics: The Continuity of Life. Brooks/Cole Publishing Company, California: xix + 820 hlm. Hartl, D.L., E.W. Jones. 2005. Genetics: Analysis of Gene and Genomes, 6 th ed. Jones and Bartlett Publishers, Inc., USA: xxv + 854 hlm. Klug, W.S. & M.R. Cummings. 1994. Concepts of Genetics. 4 th ed. Prentice Hall Inc., Engelwood Cliffs: xvi + 779 hlm. Passarge, E. 2007. Color Atlas of Genetics. Appl Aprinta Inc., Germany: x + 497 hlm. Rittner, D. & McCabe, T. L. 2004. Encyclopedia of Biology. Facts On File, Inc., New York: xiv + 400 hlm. Suryo, H. 1995. Sitogenetika. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta: xiv + 446 hlm. Suryo. 1995. Sitogenetika. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta: xvi + 446 hlm. Wilkins, Adam. 1993. Genetic Analysis of Animal Development, 2 nd ed. Willey-Liss, Inc., New York: xv + 546 hlm. Wolfe, S.L. 1993. Molecular and Cellular Biology. Wadsworth, Inc., California: xviii + 1145 hlm. 6
7
*) Kelompok 2A 1
9