1. Arti dan ruang lingkup pemuliaan tanaman

Pokok Bahasan 1. Arti dan ruang lingkup pemuliaan tanaman

2.Koleksi plasma nutfah

3.Corak perkembang biakan tanaman dan kaitannya dengan pemuliaan tanaman

4.Dasar statistik dan genetik dalam pemuliaan tanaman

5.Metode pemuliaan tanaman

6.Resistensi dan toleransi tanaman terhadap cekaman biotik dan abiotik 7.Peran bioteknologi dalam pemuliaan tanaman 8. Peran Mutasi

9. Perbanyakan varietas baru

benih dan pelepasan

Sub Pokok Bahasan 1. Sejarah /perkembangan pemuliaan tanaman 2. Pengertian pemuliaan tanaman 3. Pengertian pemuliaan tanaman konvensional dan non-konvensional 4. Keterkaitan pemuliaan tanaman dengan bidang ilmu lainnya 1. Pusat penyebaran spesies tanaman 2. Domestikasi, introduksi dan adaptasi tanaman 3. Sumber pembentukan koleksi plasma nutfah 4. Konservasi plasma nutfah dan pemanfaatannya 5. Pelestarian plasma nutfah di dunia dan Indonesia 1. Corak perkembangbiakan tanaman 1. Seksual 2. Asexual 3. Apomiksis 4. Implikasi genetik dari masing-masing corak perkembangbiakan tanaman 1. Dasar statistik 2. Dasar genetiik 3. Variabilitas 4. Heritabilitas 5. Inbreeding 6. Heterosis 1. Pada tanaman menyerbuk sendiri 2. Pada tanaman menyerbuk silang 3. Pada tanaman membiak vegetatif 1. Pengertian cekaman/stres biotik dan abiotik 2. Resistensi terhadap hama dan penyakit 3. Toleransi terhadap lahan marjinal 1. Rekayasa genetika 2. Kultur jaringan 3. Marker Aided Selection (MAS) 1. Tujuan induksi mutasi 2. Seleksi hsl mutasi 3. Laju mutasi 4. Frekuensi mutasi 1. Perbanyakan benih 2. Kelas-kelas benih 3. Syarat pelepasan varietas baru

Daftar Buku: • • • • • • • •

• •

Jamsari. 2007. Bioteknologi Pemula, Prinsip Dasar Teknik Analisis Molekuler. Unri-Press. 180 halaman. Jamsari, 2008. Pengantar Pemuliaan, Landasan Biologis, Genetis dan Molekuler. Unri Press. Lewin, B. 2000. Genes. Oxford-University Press. 990 pp. Watson, J.D., J. Tooze, D.T. Kurtz. 1983. Recombinant DNA, A short course. Scientific American Book. 260 pp. Marshall, G., D. Walters. 1994. Molecular Biology in Crop Protection. Chapmann & Hall. 283 pp. Suzuki, D.T., A.J.F. Griffith, J. H. Miller, R.C. Lewontin. 1989. An Introduction to Genetic Analysis. W.H. Freeman and Company. 768 pp. Kempken, F and R. Kempken. 2000. Gentechnik bei Pflanzen. Springer-Verlag. Berlin. 245 pp. Nevers, P. 1991. Pflanzenzüchtung aus der Nähe gesehen. Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung. 87 p Brown, T.A. 2007. Genomes 3. Garland Science Publishing. Clarck, D.P. 2005. Molecular Biology, Understanding the genetic revolution. Elsevier Academic Press. USA.

Kriteria Penilaian : Skoring penilain dilakukan sesuai dengan kriteria penilain yang berlaku ditingkat Fakultas sebagai berikut: Nilai dalam huruf A AB+ B BC+ C CD E

Point

Rentang skor

4,00 3,50 3,25 3,00 2,75 2,25 2,00 1,75 1,00 0,00

85-100 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 40-49 00-39

Komponen Penilaian: 1. Penguasaan Teori Parameter : 1. UTS = 25% 2. UAS = 25% 3. Kuis (I+II) = 10% 2. Penguasaan Praktek Nilai Praktikum (30%), terdiri dari a. UAP = 40% b. Aktifitas selama praktikum (bertanya, diskusi, inisiatif, kreatifitas)= 10% c. Laporan praktikum = 20% d. Seminar hasil praktikum = 20% e. Kehadiran praktikum = 10% Aturan dan ketentuan praktikum dibuat dalam ketentuan tersendiri. 3. Tugas mandiri : 10%

Disiplin: • Toleransi keterlambatan dalammengikuti perkuliahan maksimal 15 menit berlaku untuk Dosen dan mahasiswa yang disepakati pada hari pertama perkuliaahan. • Seluruh tugas yang diberikan dikumpulkan sebelum perkuliahan dimulai. Setelah kuliah dimulai, maka tidak akan diterima. • Segala bentuk kecurangan (ujian, tugas, plagiarisme, dll.) merupakan tindakan kriminal dan memiliki sanksi akademik dan hukum yang berlaku.

Kontrak Perkuliahan: • Kuliah berdasarkan tatap muka, dan diskusi. Bilamana terjadi pembatalan kuliah, maka akan diganti sesuai dengan jadwal yang disepakati. • Kuliah menerapkan sistem SCL (student centered learning) • Pakaian kuliah harus rapi, tidak boleh berambut gondrong, pakai kaos oblong dan sandal. • Mahasiswa hanya diperkenankan mengikuti perkuliahan jika terlambat ≤ 15 menit (besaran waktu ini ditentukan berdasarkan kesepakatan bersama pada hari pertama kuliah) • Kehadiran kuliah minimal 75 % atau 12 kali jika total kuliah 16 kali. Kehadiran praktikum 100 %. • Praktikum diatur sendiri oleh Penanggung jawab praktikum dengan asistennya. Demikian kontrak perkuliahan ini dibuat, agar disetujui dan ditaati oleh semua pihak. Dosen Penanggungjawab

Padang, .... Perwakilan/Komting Mahasiswa .

Prof. Dr. Sc.agr. Ir. Jamsari, MP.

..................................................

Sejarah dan Prospek Pemuliaan Tanaman 1.1. Sejarah Pemuliaan 1.2. Pengertian Pemuliaan Tanaman 1.3. Ilmu dan Disiplin Terkait Pemuliaan Tanaman 1.4. Keahlian Yang Dibutuhkan Pemulia Tanaman 1.5. Peranan dan Fokus Pemuliaan Tanaman 1.6. Pemuliaan Tanaman di Masa Depan

1.1. Sejarah Pemuliaan

Relief yang memperlihatkan bangsa Suriah pada ta-hun 870 SM telah melakukan persilangan buatan pada tanaman kurma (Sumber: Wikipedia)

Sejarah Pemuliaan Tanaman • Kebudayaan pertanian telah diawali sejak 12.000 tahun sebelum masehi (SM) • Mesopotamia (kebudayaan Natufiah) membudidayakan jenis rumput-rumputan liar yang merupakan moyang dari tanaman serealia • Seleksi bahkan telah dilakukan manusia sejak 10.000 tahun yang lalu: tumbuh dengan cepat, memiliki biji yang lebih besar, atau buah yang lebih manis (Domestikasi)

Sejarah • Gregor Mendel pada awal tahun 1900-an: (Versuche über Plflanzenhybriden Experiment in plant hybridization- 1866). • Hugo de Vries (Belanda), Carl Correns (Jerman) dan Erich Tschermak (Austria) • Camerarius –Jerman (1694) orang pertama yang mendemonstrasikan tentang fungsi seks pada tanaman, persilangan merupakan suatu metode untuk menghasilkan jenis tanaman baru

Sejarah • Seleksi galur murni, kultur embrio, persilangan galur-galur inbred, vigor hibrida, persilangan 4 galur hibrida, heterosis dan lain sebagainya. • Pemahaman konsep-konsep teoritis seperti pewarisan karakter kwantitatif, penurunan heterozigositas, variasi kromosom seperti poliploidi, defisiensi, duplikasi dan translokasi, juga berkembang dengan cepat.

Sejarah • Penggunaan statistik dalam analisis variasi untuk mengukur kemajuan pemuliaan Fisher. • Pearson :menyumbangkan konsep matematis sederhana yang kita kenal dengan standar deviasi untuk digunakan dalam analisis matematis.

Tabel waktu sejarah pemuliaan tanaman Tahun

Kejadian dan penemu

12.000 (SM)

Bangsa Mesopotamia (kebudayaan Natufiah) telah menggunakan rumputrumput liar sebagai bahan makanan mereka

9800 (SM)

Bukti pertama budidaya gandum oleh bangsa Mesopotamia

9000 (SM)

Bukti pertama tentang domestikasi tumbuhan di Lembah Sungai Tigris

8500 (SM)

Budidaya gandum, barley, kacang kapri, flax, domba dan kambing.

7000 (SM)

Gandum, wijen, barley dan terung mulai dibudidayakan di India/Pakistan.

5000 (SM)

Munculnya komunitas berbasis pertanian di Mesopotamia

4000 (SM)

Bangsa Mesir mulai menggunakan ragi dalam pembuatan anggur dan roti

3000 (SM)

Bangsa Peru melakukan seleksi dan penanaman kentang.

3000 (SM)

Kegiatan domestikasi untuk seluruh tanaman budidaya penting di “dunia lama”

2000 (SM)

Bangsa Cina mengembangkan teknik fermentasi

1000 (SM)

Kegiatan domestikasi untuk seluruh tanaman budidaya penting di “dunia baru”

800 (SM)

Bangsa Syria dan Babilonia telah melakukan persilangan buatan pada tanaman korma

• Lihat Tabel : Tabel waktu sejarah pemuliaan tanaman *)

*) Buku Pengantar Pemuliaan, landasan biologis, genetis dan molekuler. Jamsari, 2008. Unri Press.

Pengertian Pemuliaan Tanaman • Fehr, (1987): pemuliaan tanaman adalah seni dan ilmu pengetahuan perbaikan genetik tanaman. • Pengertian lain: pemuliaan tanaman adalah ilmu pengetahun untuk memperbaiki keturunan tanaman agar bermanfaat bagi kehidupan manusia.

Pengertian Pemuliaan Tanaman • Pengertian modern dalam The Canadian encyclopedia : ilmu terapan yang memanfaatkan pengetahuan tentang genetika, patologi, fisiologi tumbuhan, statistik dan biologi molekuler untuk digunakan dalam memodifikasi spesies tumbuhan bagi keperluan atau kebutuhan manusia.

Ilmu dan Disiplin Terkait Pemuliaan Tanaman • Genetika • Statistik/ Biostatistik • Disiplin lainnya: agronomi, hortikultura, fisiologi tumbuhan, botani, morfologi dan anatomi • biokimia dan biologi molekuler (pemuliaan modern)

Aplikasi teknik MAS untuk seleksi Kelamin

Keahlian Yang Dibutuhkan Pemulia Tanaman • Pengembangan kultivar, • Penelitian yang berkaitan dengan pengembangan metode dan teknik untuk pengembangan kultivar dan • Pembinaan atau kegiatan pendidikan untuk membina para kader-kader pemulia-pemulia tanaman muda

Peranan dan Fokus Pemuliaan Tanaman

• Menjamin kecukupan pangan • Menjamin kwalitas produk pangan

Produksi • Produksi jagung di Amerika Serikat: meningkat 28% dalam interval 1930 -1960 • Peningkatan sekarang mencapai 50%. • Revolusi hijau pada tahun 1960-an: produksi padi dan gandum. • Produksi gandum yang spektakuler disumbangkan oleh Norman E. Borlaug yang pada tahun 1970 mendapatkan penghargaan hadiah Nobel perdamaian.

Produksi tahunan beberapa tanaman dunia (dalam Tanaman juta ton). Gandum

420

Jagung

385

Padi

375

Kentang

285

Barley

170

Ubi Jalar

145

Ubi Kayu

100

Kedelai

95

Anggur

70

Jeruk

55

Tebu

55

Sorghum

55

Tomat

40

Pisang

40

Apel

35

Bit Gula

35

Kapas

30

Kelapa

30

Kacang tanah

25

Semangka

20

Baw ang

15

Kubis

15

Mangga

10

Biji Bunga matahari

10

Buncis

10 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Produksi dalam juta ton

Sumber: International Assosciation of Plant Breeder (ASSINSEL)

450

Komposisi dan Kandungan Senyawa • Peningkatan vitamin • Peningkatan kandungan gizi

Resistensi terhadap Stress Biotik and abiotik. • • • •

Resistensi terhadap hama Resistensi terhadap penyakit Resistensi terhadap tekanan lingkungan Pengurangan terhadap penggunaan pestisida

Kualitas Pakan Ternak • • • • •

Peningkatan gizi Peningkatan daya cerna Peningkatan produksi susu Peningkatan produksi telur Dll.

Adaptasi Terhadap Mekanisasi • Menjadikan tanaman menjadi mudah untuk dipanen menggunakan mesin dan tidak mudah rebah

Adaptasi Fotoperiodisitas

Pemuliaan Tanaman di Masa Depan • Dari 1999 -2020 diperkirakan akan meningkat sekitar 80% (Pinstrup-Anderson dan Pandya Lorch, 1997). • Perlu peningkatan 40%. Jika produksi sekarang mencapai 590-600 juta metrik ton, maka pada tahun 2020 berarti harus mencapai 840 jutra metrik ton. • ADB: 2007 mengingatkan akan harga pangan yang semakin meningkat

Perkembangan Pemuliaan Tanaman di Masa Depan • 1) peningkatan komersialisasi produk-produk pertanian dan peluang untuk mengeekspor hasil-hasil pertanian tersebut. • 2) meningkatnya kompetisi dalam menghasilkan produk-produk pertanian dengan harga yang lebih rendah.

Peran Bioteknologi dalam Pemuliaan Tanaman

I. Sejarah Bioteknologi

Perkembangan Bioteknologi Jaman sebelum Louis Pasteur •

Minuman beralkohol (Bir, anggur, tuak)

•

Makanan terfermentasi (Keju, yoghurt, tape,tempe, petis, terasi)

Perkembangan Bioteknologi

Jaman Louis Pasteur • Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol) • Asam organik (Asam sitrat, asam asetat) • Pengolahan limbah secara aerob


Jaman antibiotika • Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, streptomisin) • Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio) • Transformasi steroid (DOPA) • Teknologi fermentasi media cair • Teknologi biakan jaringan hewan


Jaman pasca antibiotika • Asam amino (Asam glutamat, lisin, aspartame) • Protein sel tunggal • Enzim (amilase, glukosa isomerase, glukosa dehidrogenase) • Teknologi imobilisasi sel dan ensim • Teknologi pengolahan limbah cair anaerob (Biogas) • Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)

Timeline Perkembangan Bioteknologi

Seleksi kuda (Babylonia-6000 SM): benih padi :Cina; Gandum, jagung : Eropah dan Amerika Perkembangan ilmu Genetika :  Mendel (1822-1884)  1843, Abbe` Napp (1843)

Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

Timeline Perkembangan Bioteknologi Tahun

Kejadian penting

1865

Gen dianggap sebagai faktor partikulat

1900

Penemuan kembali hukum Mendel (Correns, Tschermak, de Vries)

1903

Khromosome adalah unit keturunan

1910

Gen-gen terletak pada kromosom

1913

Kromosome mengandung gen-gen yang tersusun secara linear

1927

Mutasi adalah perubahan physik pada gen

1931

Rekombinasi disebabkan oleh pindah silang

1944

DNA adalah materi genetik

1945

Gen adalah pengkode protein

1953

DNA berbentuk double helix (Watson dan Crick)

1958

Replikasi DNA bersifat semikonservatif

1961

Kode genetik tersusun secara triplet

1972

Kloning DNA ke dalam plasmid vektor

1976

Kloning gen pengendali insulin

Timeline Perkembangan Bioteknologi Tahun 1972 1973 1975 1975 1977 1978 1981 1982 1983 1984 1985 1987 1988 1989 1992

Kejadian Dihasilkannya rekombinan DNA pertama dengan bantuan enzim Ligase, Dihasilkannya organisme transgenik pertama oleh Cohen, et al. Ditemukannya teknik elektrophoresis dengan Agarose Sekuensing dengan metode pemutusan berantai Metode hibridisasi DNA Didirikannya perusahaan yang bergerak dalam teknologi gen: Genentech Diperkenalkannya RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) 579 gen manusia berhasil dipetakan diperkenalkannya Hibridisasi in-situ Genbank sekuens pertama didirikan Identifikasi pertama penyakit Huntington’s pada kromosom IV Diperkenalkannya Pulsefield Gel Elektroporesis (PFGE) Diperkenalkannya PCR (Polymerase Chain Reaction) Diperkenalkannya YAC (Yeast Artificial Chromosome) Didirikannya proyek pensekuenan genom manusia Peta lengkap pertama genome Hemophilius influenzae Peta tautan lengkap genome manusia pertama

Timeline Perkembangan Bioteknologi Tahun Kejadian 1993 Diperkenalkannya ESTs (Expressed Sequences Tags), Dipublikasikannya peta fisik pertama genome manusia 1995 Genom Haemophilus influenza dan Mycoplasma genitalium lengkap disekuens 1996 Genom Saccharomyces cereviceae (Eukaryot) lengkap disekuens, juga Eschericia coli , Methanococcus fannaschii (Archaeobacteria) lengkap disekuens, Diperkenalkannya teknologi chip 1997 Dipublikasikannya peta fisik genom manusia yang lengkap 1998 Genom C. elegans selesai disekuens 1999 Genom Drosophila melanogaster selesai disekuens 2000 Genom Arabidopsis thaliana selesai disekuens 2000 Genome manusia H.sapiens selesai disekuens 2000 Genom Oriza sativa selesai disekuens 2002 Genom nyamuk Anopheles gambiae dan Plasmodium palcifarum selesai disekuens

2. Pengertian Bioteknologi • Bios : makhluk hidup • Teknos : teknik/metode/prosedur • Logos : ilmu pengetahuan

Definisi CBD (Convention on Biological Diversity) 29 Desember 1993 –Rio de Janeiro: • Bioteknologi adalah teknologi yang mengaplikasikan penggunaan sistem biologis, organisme hidup, atau turunannya untuk membuat atau memodifikasi produk ataupun proses untuk tujuan tertentu. • Interpretasi (luas) mencakup berbagai alat dan teknik yang digunakan dalam berbagai kegiatan produksi material. • Interpretasi (sempit) berkaitan dengan teknik-teknik DNA (Deoxyribonucleic acid) yakni material genetik yang terdapat pada setiap organisme hidup, biologi molekuler dan aplikasi-aplikasi teknik reproduksi.

Pengertian Bioteknologi dan Ilmu Terkait dalam Ilmu Bioteknologi Bidang Kajian pendukung sesuai bidang kajian

Pertanian

Kedokteran Peternakan Farmasi

Biotek nologi

?????????

Teknologi pangan Lingkungan Kehutanan

Industri Nanoteknologi

3. Kontribusi bioteknologi dalam bidang pertanian

Penciptaan Varietas Resisten • Resistensi terhadap Herbisida Tanaman dengan resistensi terhadap herbisida adalah tanaman transgenik pertama yang diusahakan secara komersial, dengan alasan: 1.Relatif mudah untuk menghasilkannya 2.Gulma dapat menyebabkan 10-15% pengurangan hasil 3.Penggunaan herbisida yang tidak saja mahal, akan tetapi juga tidak ramah lingkungan.


Herbisida Total X Herbisida Selektif •Meracun terhadap semua jenis tumbuhan •Cepat terurari di tanah •(Phosphinothricin, Basta=(WP) PPT/10 hari), Glyphosat (Round up (WP)/3-60 hari)

•Aktif pada dosis tertentu terhadap tumbuhan tertentu dengan karakter morfologi dan fisiologi tertentu •Persistensi lama di tanah dan air. •Atrazin, Bromoxynil, 2.4-D


Penciptaan Tanaman Resistensi terhadap Herbisida Herbisida Basta ® Sumber gen Resisten: gen bar- dan gen pat- diisolasi dari Bakteri tanah Streptomyces hygroscopicus dan S. viridochromogenes Mutan Lucerne (Medicago sativa) gen toleran terhadap Basta Produk: Phosphinothricin-acetyltransferase Fungsi: detoksifikasi melalui proses acetilasi Promotor: 35S-Promotor dari CaMV Tanaman: lucerne, tomat, jagung, padi, gandum dan kedelai


Glyphosat Enzym Oxidoreduktase (bakteri) dan EPSP-Shynthase (35S-Promotor) dari A. tumifaciens strain CP4 (mutant) Tanaman transgenik yang dihasilkan:

Kapas, kentang, Jagung, kedelai, tembakau dan gandum 1996-1997 (USA): Tanaman transgenik resisten herbisida menurunkan penggunaan herbisida 22-26%. Erosi tanah menurun 90%, peningkatan produksi 5%

Problem : kekuatiran tentang penyebaran gen herbisida resisten, dicoba penggunaan plastida sebagai target untuk pengintegrasian gen asing Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

Resistensi terhadap herbisida


Resistensi terhadap Serangga Pertimbangan: Penggunaan insektisida yang jelas selain tidak ekonomis juga tidak ramah lingkungan

Menjadikan tanaman resisten terhadap serangga Sumber gen resisten: Bacillus thuringiensis, Bt-toxin , δ-Endotoxin Tanaman: Kapas, kentang, jagung, tomat

European corn borer

Keuntungan: Kapas: penghematan insektisida 3,6 juta liter, produksi 7% meningkat Jagung : 300.000 kg (10%) Western corn rootworm


Resistensi terhadap Serangga


Problem: Ada serangga yang resisten terhadap δ_endotoxin,

Strategi lain: Serin-Proteinase-inhibitor (menghambat enzim pencernaan)


Resistensi terhadap Virus Cross protection Coat protein gen ditransfer sebagai pelindung thdp. virus asing

Source: www.apsnet.org Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

R-Gene (-Resistent Gen) Resistensi terhadap Bakteri dan jamur 200 jenis bakteri bersifat pathogen (prokaryot) 8000 jenis jamur bersifat pathogen (Eukaryot) (100.000 jenis nonpathogen) Pathogen

Tanaman Inang

Gejala Penyakit

Bakteri

Agrobacterium tumifaciens

Tumbuhan dikotil

Erwinia amylovora

Apel, peer

Pseodomonas syringae pv. lachrymans

Timun

Bercak daun

Streptomyces scabies

Kentang

Bisul

Xanthomonas oryzae pv. oryzae

Padi

Blast

Ophiostoma novo-ulmi

Ulm

Mati ulm

Phytoptora infestans

Kentang

Busuk umbi

Puccinia graminis

Gandum

Karat hitam

Pembentukan tumor

Jamur


Kerusakan akibat Jamur dan Bakteri: • Kerusakan morfologis, fisiologis • kontaminasi (mycotoksin) didalam bahan makanan dalam jangka panjang bersifat carcinogenic Kasus Phytoptora infestans Tanaman kentang di USA (1845), kelaparan terparah di dunia sehingga menyebabkan migrasi besar-besaran dari Irlandia ke USA

Strategi: - Chitinase untuk mencerna lapisan chitin dinding sel jamur (spesifik) - α-Thionin terhadap Pseudomonas syringae, dan Fusarium oxysporum Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

Strategi - Gen Cholinoxygenase dari bakteri Arthrobacter globiformis menghasilkan Transgenik Arabidopsi thaliana toleran terhadap kadar garam tinggi (Glycinbetain) - Mannitol-Dehydrogenase (E. coli )menyebabkan akumulasi mannitol yang bisa meningkatkan toleransi terhadap kekeringan pada tanaman tembakau - Quicsilberreduktase (bakteri) pada tanaman Liriodendron tulipifera meningkatkan toleransi terhadap logam perak - Gen Metallothionin pada tanaman tembakau meningkatkan resistensi terhadap logam Cadmium


Toleran terhadap stress lingkungan (abiotic-stress) • Panas, • Dingin, • Kekeringan • Kadar Garam yang tinggi • Kekurangan mineral • Logam berat • Radiasi UV-B


Gene glutathione dari E. coli berperan dalam chelating untuk mengurangi keracunan pollutant.

Deteksi pollutant

Rumput lapangan golf

 Tahan herbisida  Tumbuh lambat mengurangi pemangkasan mengurangi polusi Bio Steel  Jaring laba-laba adalah protein terkuat  Protein penyusu jaring laba-laba diekspresikan di bulu domba  Hasilnya utuk membuat baju tahan peluru (Nexia)

Deteksi Ranjau Darat Dibutuhkan oleh Angkatan Darat, Tanpa upaya ini,anak-anak dan penduduk sipil terancam Bantuan Bioteknologi Tanaman (dikembangkan oleh Aresa Biodetection) • Gen yang peka terhadap logam dimasukkan ke dalam tanaman • Apabila akar tanaman menyentuh ranjau darat, Tanaman berubah warna dari hijau menjadi merah

Mendeteksi ranjau darat

Perubahan pada bahan makanan Negara berkembang: kekurangan pangan Negara Maju : Alergi, kualitas bahan makanan, transportasi

Strategi - Gen AGPase (ADP-Glucose-phsoporilase) dari E. coli digunakan untuk meningkatkan kandungan pati pada tanaman kentang Sebaliknya teknik ekspressi antisense Dihasilkan kentang yang menghasilkan amylopketin, tapi tanpa amylosa (penting untuk industri) - Gen Thioesterase dari Umbellularia californica dapat meningkatkan kandungan Laurat pada tanaman Raps, berguna dalam pembuatan margarin


Perubahan pada bahan makanan Kandungan Protein dan asam amino esensial, vitamin

- Pada tanaman padi dihasilkan tanaman transgenikj yang mampu menghasilkan kadar β-Carotin yang tinggi. Untuk itu empat macam gen pengkode empat macam enzim diintegrasikan: - Phyton-Synthase, Phytoen-Desaturase, ζ-Carotin-Desaturase dan Lycopen-ß-Cyclase.

- Golden Rice


Rasa dan Daya Simpan •

•

Polygalacturonase dengan teknik antisense dapat diinaktifkan dan daya simpan menjadi lama. Tomat dengan tanda Flavr Savr®.

Bahan baku industri •Poly (3HB) = PHB untuk menghasilkan materi bioplastik. Berhasil dicobakan pada plastida tanaman Arabidopsis thaliana dari gen Ralstonia eutropha

Source: Wikipedia E. coli

Produksi Metabolik Sekunder • Alkaloid : Morphin = Atropin (Papaver somniferum) Taxol untuk kanker dari Taxus brevifolia • Bahan untuk imunisasi: Gen spaA menghasilkan protein yang mampu mencegah karies gigi

proteins such as growth hormones, insulin, blood substitutes, and trypsin inhibitor Promega-3 fatty acid not from fish Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

PENGANTAR PEMULIAAN TANAMAN

Barnase-Barstar-System ON MALE STERILITY RNase dari Bacillus amyloliquefaciens >< Barstar Tumbuhan Steril (MS)

Tumbuhan Normal TA29

Barnase

TA29

Barnase

TA29

Barstar

Barnase

+

Barstar

Barnase Degradasi RNA di tapetum Tapetum mati Tapetum hidup Pollen tidak terbentuk

Pollen terbentuk normal

Dr. Jamsari-program study pemuliaan tanaman-BDP-FPUA

References: 1. Hayward, et al. (1993). Plant Breeding-principles and prospects. Chapman & Hall. 2. Fehr, W.R. (1987). Prnciples of cultivar development. Macmillan Publishing. Co. New York.


SELEKSI BERPANDUAN PENANDA

MARKER ASSISTED SELECTION (MAS)


Penanda Morfologis

Catharanthus roseus Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

Sistem Penanda AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)


Asparagus Phenotyping Male:

a a

a

st s

f o

o f

f o

Female: st s o

us

a f o s st us

= = = = = =

anther filament ovary style stigma degenerated stamen This picture is a courtesy of Jamsari.

Sistem Penanda STS (Sequences Tagged Sites) CAPs (Cleavage Amplified Polymorphisms) Mm m fmm mf mmm f f m mmm

V

Mm

MM

mm

Mm

MM

mm

A 400 bp 211 bp 152 bp 104 bp 85 bp

430 bp

20-39 bp

STS

B

104 bp

189 bp

341 bp 361 bp

ASP2-SP6 (M)

400 bp 104 bp

C ASP2-SP6 (m)

85 bp 104 bp

152 bp

20 bp

39 bp

189 bp 400 bp

104 bp

85 bp

CAPs Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

Sistem Penanda SNP (Single Nucleotide Polymorphism)


4. Konsep Sel Sebagai Produsen Peluang pemanfaatan sel sebagai produsen dengan menggunakan potensi bioteknologi Kultur starter protein, aroma buatan, bahan pengawet, Zat perasa, konsentrat

Protein pakan ternak, Asam amino, vitamin silase, Biopestisida, Tanaman resisten, metabolik sekunder

Enzim: untuk mencerna lemak, selulose, protein, pati,

Produksi bahan makanan Produk Pertanian

Konversi bahan mentah Sel Sebagai Produsen

Antibiotika, hormon, enzim, bahan, imunisasi,

Produksi bahan obatobatan Teknik Lingkungan dan Energi alternatif

Bahan baku dalam industri Enzim pencuci, kosmetik, Plastik dan pembungkus ramah lingkungan,

inhibitor, antibodi, vitamin

Degradasi dan perubahan kontaminan berbahaya untuk pembersihan sampah. Biogas,


Selesai

2.1. Pusat penyebaran spesies tanaman 2.2. Domestikasi, introduksi dan adaptasi tanaman 2.3. Sumber pembentukan koleksi plasma nutfah 2.4. Konservasi plasma nutfah dan pemanfaatannya 2.5. Pelestarian plasma nutfah di dunia dan Indonesia

Copyright Statement:

Dengan ini dinyatakan, bahwa seluruh material (teks, gambar, grafik dan seluruh alat bantu penjelas lainnya) bahan kuliah dalam format .ppt sebagaimana tercantum disini memiliki hak eksklusif intelektual bagi penyusun. Penggunaan diluar untuk keperluan pembelajaran sebagaimana disepakati dalam pemberian material harus mendapatkan izin tertulis dari penyusun dan pelanggaran dalam hal ini akan dikenakan sanksi hukum sebagaimana berlaku di Negara Kesatuan Republik Indonesia.

 Asal

usul tanaman merupakan dasar dalam kegiatan pemuliaan tanaman.  Keberadaan asal usul digunakan untuk melokalisasi keberadaan kerabat liar, kerabat dekat, gen-gen baru (khususnya gengen dominan, sumber gen-gen resisten).

Variasi Plasma Nutfah

Asal usul Jagung

 Pengetahuan

asal usul tanaman penting untuk menghindari terjadinya erosi genetik yang disebabkan oleh hilangnya plasma nutfah sebagai akibat hilangya ekotipe, genotipe lokal, hilangnya habitat (hutan tropis) dan peningkatan urbanisasi.

 Pelestarian

plasma nutfah dapat dilakukan melalui pendirian genbank (koleksi benih dalam jumlah besar, meskipun sekarang termasuk juga bagian batang) dan juga pelestarian habitat alaminya.

Tokoh yang melakukan penelitian untuk mengetahui pusatpusat asal-usul tanaman/spesies (Vavilov Centre) Dr. Nikolai Ivanovich Vavilov

(1) Mexico-Guatemala, (2) Peru-Ecuador-Bolivia, (2A) Southern Chile, (2B) Southern Brazil, (3) Mediterranean, (4) Middle East, (5) Ethiopia, (6) Central Asia, (7) Indo-Burma, (7A) Siam-Malaya-Java, (8) China.

 Vavilov

Center (Vavilov Center of Diversity) daerah didunia yang ditunjukkan oleh Dr. Nikolai Ivanovich Vavilov sebagai suatu pusat asal usul domestikasi tumbuhan.  Tumbuhan tidak didomestikasi didunia secara kebetulan tetapi ada daerah dimana domsetikasi pertama berlangsung.  Pusat asal usul dipercaya sebagai juga pusat keragaman (diversiti) dimana ditemukan keragaman yang tinggi antara tanaman budidaya dengan kerabat liarnya.

Center

Plants



1) South Mexican and Central American Center:







Includes southern sections of Mexico, Guatemala, Honduras and Costa Rica. Grains and Legumes: maize , common bean, lima bean, tepary bean, jack bean, grain amaranth

Melon Plants: malabar gourd, winter pumpkin, chayote Fiber Plants: upland cotton, bourbon cotton, henequen (sisal) Miscellaneous: sweetpotato, arrowroot, pepper, papaya, guava, cashew, wild black cherry, chochenial, cherry tomato , cacao.

62 plants listed; three subcenters oot Tubers: Andean potato, Other endemic cultivated potato species. 2) Peruvian, Ecuadorean, Bolivian Center:

2)South American Center:



RFourteen or more species with chromosome numbers varying from 24 to 60, Edible nasturtium



Grains and Legumes: starchy maize, lima bean, common bean



Root Tubers: edible canna, potato



Vegetable Crops: pepino, tomato, ground cherry, pumpkin, pepper



Fiber Plants: Egyptian cotton



Fruit and Miscellaneous: cocoa, passion flower, guava, heilborn, quinine tree, tobacco

2A) Chiloe Center (Island near the coast of southern Chile) 

Common potato(48 chromosomes), strawberry

2B) Brazilian-Paraguayan Center 

manioc, peanut, rubber tree, pineapple, Brazil nut, cashew , purple granadilla.

Center

3) Mediterranean Center

Plants . Cereals and Legumes: durum wheat, emmer, Polish wheat, spelt, Mediterranean oats, sand oats, canarygrass, grass pea, pea, lupine Forage Plants: Egyptian clover, white clover, crimson clover, serradella Oil and Fiber Plants: flax, rape, black mustard, olive Vegetables: garden beet, cabbage, turnip, lettuce, asparagus, celery, chicory, parsnip, rhubarb, Ethereal Oil and Spice Plants: caraway, anise, thyme, peppermint, sage , hop.

Center

Plants

. Grains and Legumes: einkorn wheat,

4) Middle East

durum wheat, poulard wheat, common wheat, oriental wheat, Persian wheat, two-row barley, rye, Mediterranean oats, common oats, lentil, lupine Forage Plants: alfalfa, Persian clover, fenugreek, vetch, hairy vetch Fruits: fig, pomegranate, apple, pear, quince, cherry , hawthorn.

Center

5) Ethiopia

Plants

. Includes Abyssinia, Eritrea, and part of Somaliland. 38 species listed; rich in wheat and barley. Grains and Legumes: Abyssinian hard wheat, poulard wheat, emmer, Polish wheat, barley, grain sorghum, pearl millet, African millet, cowpea, flax, teff Miscellaneous: sesame, castor bean, garden cress, coffee, okra, myrrh , indigo.

Center

Plants . Includes Northwest India (Punjab,

6) Central Asiatic Center

Northwest Frontier Provinces and Kashmir), Afghanistan, Tadjikistan, Uzbekistan, and western Tian-Shan. 43 plants Grains and Legumes: common wheat, club wheat, shot wheat, peas, lentil, horse bean, chickpea, mung bean, mustard, flax, sesame Fiber Plants: hemp, cotton Vegetables: onion, garlic, spinach, carrot Fruits: pistacio, pear, almond, grape, apple

Center

Plants . ) Indo-Burma: Main Center (Hindustan): Includes Assam and Burma, but not Northwest India, Punjab, nor Northwest Frontier Provinces, 117 plants Cereals and Legumes: rice, chickpea, pigeon pea, urd bean, mung bean, rice bean, cowpea, Vegetables and Tubers: eggplant, cucumber, radish, taro, yam Fruits: mango, orange, tangerine, citron, tamarind Sugar, Oil, and Fiber Plants: sugar cane, coconut palm, sesame, safflower, tree cotton, oriental cotton, jute, crotalaria, kenaf Spices, Stimulants, Dyes, and Miscellaneous: hemp, black pepper, gum arabic, sandalwood, indigo, cinnamon tree, croton, bamboo.

Center

Plants . 7A) Siam-Malaya-Java: statt Indo-

Malayan Center: Includes Indo-China and the Malay Archipelago, 55 plants Cereals and Legumes: Job's tears, velvet bean Fruits: pummelo, banana, breadfruit, mangosteen Oil, Sugar, Spice, and Fiber Plants: candlenut, coconut palm, sugarcane, clove, nutmeg, black pepper , manila hemp.

Center

Plants . A total of 136 endemic plants are listed in the largest independent center

8) Chinese Center:

Cereals and Legumes: e.g. broomcorn millet, Italian millet, Japanese barnyard millet, Koaliang, buckwheat, hull-less barley, soybean, Adzuki bean, velvet bean Roots, Tubers, and Vegetables: e.g. Chinese yam, radish, Chinese cabbage, onion, cucumber Fruits and Nuts: e.g. pear, Chinese apple, peach, apricot, cherry, walnut, litchi Sugar, Drug, and Fiber Plants: e.g.sugar cane, opium poppy, ginseng camphor, hemp.

Domestikasi (Latin: domesticus) adalah proses dimana suatu populasi tumbuhan atau hewan melalui proses seleksi menjadi berada dibawah kendali manusia.  Alasan-alasan domestikasi:  Menghasilkan makanan  Menghasilkan komoditas bermanfaat seperti wol, kapas dan sutera.  Untuk transportasi  Untuk perlindungan diri  Penelitian sains dalam rangka penemuan obat atau untuk keindahan. 

 Kelompok

pre-Neolithic groups di Syria: rye EpiPalaeolithic (± 11,050 SM)  Lagenaria siceraria digunakan sebagai wadah air sebelum jaman keramik (10,000 SM)  Tahun 8000 SM terjadi migrasi manusia dari Asia ke Amerika  Jenis Serealia didomestikasi sekitar 9000 SM di Timur Tengah (Pea dan gandum).  Menyusul apples dan olives (jenis pepohonan)  maize, beans, dan ubi kayu  Asia Timur millet, padi, dan kedelai

 Kegiatan

memasukkan suatu jenis plasma nutfah kedalam suatu populasi tertentu.  Alasan introduksi:  Sumber gen-gen baru  koleksi keragaman  Pertukaran antar lembaga /gen bank  Penelitian ilmiah  Pengembangan bahan baku obat-obatan

 Proses

evolusi dimana suatu populasi/individu menjadi lebih sesuai terhadap habitatnya.  Proses adaptasi terjadi selama beberapa generasi.  Istilah adaptasi lebih mengacu kepada proses, bukan produk (hasil)  Adaptasi merupakan proses utama munculnya perbedaan spesies (spesiasi)

 Structural

(bentuk, pelindung tubuh, kelengkapan pertahanan diri dan organisasi internal)  Perilaku (instink, mencari makan, perkawinan, suara)  Fisiologis (adaptasi agar tanaman mampu melakukan suatu kegiatan-kegiatan tertentu seperti: mengeluarkan lendir, fototropisme, keseimbangan ionik, pertumbuhan, pengaturan suhu, dll.

 Tumbuhan

liar sering membawa gen/alel yang bermanfaat bila tidak dilestarikan akan hilang dimasa depan.  Produksi varietas baru meningkatkan keseragaman genetik dan cenderung menghilangkan keragaman genetik.  Dokumentasi identitas plasma nutfah perlu dilindungi untuk mencegah terjadinya kepemilikan tidak syah.

 1950s,

konservasi PN mendapat perhatian masyarakat internasional.  1961 di Roma Konferensi teknis disponsori oleh FAO (Food and Agriculture Organization)  1967: 2nd Konferensi Teknis KPN: International Biological Program (IBP)  Negara yang telah melakukan: Brazil, Colombia, negara-negara persemakmuran, Perancis, Jerman, Jepang, Mexico, Belanda, Scandinavia, dan Inggeris

UU No. 6 Tahun 1967 tentang Peternakan dan Kehewanan,  UU No 9 Tahun 1985 tentang Perikanan,  UU No. 5 Tahun 1990 tentang Konservasi Sumber Daya Alam dan Ekosistemnya,  UU No 12 Tahun 1992 tentang Sistem Budidaya Tanaman,  UU No. 23 tahun 1997 tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup,  UU No 41 Tahun 1999 tentang Kehutanan,  UU No 29 Tahun 2000 tentang Perlindungan Varietas Tanaman, serta  UU No. 18 Tahun 2002 tentang Sisnas Litbangrap IPTEK, Keputusan Presiden No. 100 Tahun 1993 tentang Izin Penelitian Bagi Orang Asing 

 United

Nations Convention on Biological Diversity/CBD) ; Cartagena Protocol on Biosafety tahun 2000; Bonn Guidelines on Access to Genetic Resources and Fair and Equitable sharing of the Benefits Arising out of Their Utilization tahun 2002;

Daftar kekayaan spesies tanaman dan hewan yang terdapat di Indonesia

Koleksi plasma nutfah tanaman di beberapa IARC1

 PN

diartikan sebagai “bahan tanaman, hewan, mikroba atau mahluk lainnya yang mengandung satuan-satuan fungsional pewarisan sifat yang mempunyai nilai, baik aktual maupun potensial” (Komnas PN, 2000).

 GATT

(General Agreement on Tariffs and Trade),  TRIP (Trade Related Intellectual Property Rights),  AFTA (Asian Free Trade Agreement),  Cartagena Protocol on Biosafety, dan International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture (ITPGR/FA).

 SK

Menteri Pertanian No. 783/Kpts./OP/11/1976 telah ditetapkan Komisi untuk pertama kalinya yang secara resmi berdiri tanggal 23 Nopember 1976 dengan nama Komisi Pelestarian Plasma Nutfah Nasional (KPPNN).  Komnas PN yang terakhir dibentuk berdasarkan Surat Keputusan Menteri Pertanian Nomor 341/Kpts/KP.150/6/2001 tanggal 6 Juni 2001

KULTUR JARINGAN

PERAN KULTUR JARINGAN BAGI PEMULIAAN TANAMAN

Powerpoint Templates

Page 1

KULTUR JARINGAN

Pengertian, dan Tujuan Kultur jaringan = tissue culture Kultur = kegiatan perbanyakan dengan berbagai macam tujuan (propagasi, produksi senyawa tertentu, dll.) Jaringan= sel-sel yang telah mengalami differensiasi Powerpoint Templates

Page 2

Pengertian, dan Tujuan

• Pengertian lebih luas: bukan hanya jaringan, tetapi sel, protoplasma • Dasar teori kultur jaringan: TOTIPOTENSI, kemampuan satu sel untuk membentuk organisme lengkap Persamaan: kondisi aspetik dan in-vitro


Page 3

Mini Plant

Organogeneis

Regenerasi kallus

Inisiasi Kallus

Sumber eksplant

Tahapan

Powerpoint Templates Page 4

Tahapan


Page 5

POTENSI KULTUR JARINGAN

Potensi pemanfaatan teknologi kultur jaringan Teknik Kultur Jaringan

Aplikasi

Kultur Biji

1. Peningkatan efisiensi perkecambahan untuk biji yang sukar dikecambahkan secara in-vivo. 2. Merangsang kedewasaan dengan aplikasi zat pengatur tumbuh. 3. Induksi pembentukan multi pucuk dan organogenesis melalui aplikasi zat pengatur tumbuh. 4. Eliminasi virus oleh karena benih tidak membawa virus.

Kultur Embryo

1. Mengatasi masalah pengguguran embryo yang disebabkan oleh penghalang inkompatibilitas 2. Mengatasi persoalan dormansi biji dan sterilitas diri biji 3. Embryo rescue hasil hibridisasi interspesies ataupun intergenera dimana perkembangan endosperm sangat kurang. 4. Produksi monohaploid 5. Mempersingkat siklus pemuliaan

Kultur ovary atau kultur ovule

1. Produksi tanaman haploid 2. Rekoveri embryo hybrid untuk mencegah pengguguran embryo pada fase awal perkembangan zigot karena penghalang inkompatibilitas. Powerpoint 3. Fertilisasi in-vitro Templates Page 6


Teknik Kultur Jaringan

Aplikasi

Kultur anter dan mikrospora

1. Produksi tanaman haploid 2. Produksi galur homozigot diploid melalui penggandaan kromosom, sehingga dapat mengurangi siklus pemuliaan 3. Transformasi genetic menggunakan mikrospora. 4. Produksi keragaman gametoklonal 5. Investigasi kromosom dengan kromosom berset tunggal 6. Fiksasi karakter genetik dari sumber material heterozigot.

Pollinasi vitro

in- 1. Produksi hybrid yang sulit dilakukan dengan embryo rescue. 2. Produksi hibrid yang memiliki kekerabatan jauh yang terhalang oleh adanya inkompatibilitas style dan stigma dan menghambat perkecambahan dan pertumbuhan pollen tube. 3. Produksi transgenic dengan injeksi DNA eksogen kedalam inti sel gamet dan zigot.

Kultur Organ

1. Produksi massal dari tanaman elit dan plasma nutfah langka. 2. Produksi kalus, pucuk dan akar untuk menghasilkan metabolic sekunder. 3. Pengembangan bank plasma nutfah terhadap tanaman langka dan dilindungi. Powerpoint Templates Page 7


Kultur Apikal Meristem.

1. Produksi tanaman bebas virus. 2. Produksi missal genotype yang dikehendaki. 3. Memfasilitasi pertukaran plasma nutfah internasional. 4. Cryopreservasi atau konseravsi In vitro plasma nutfah 5. Transpor Phytosanitary.

Embryogenesis Somatik

1. Perbanyakan massal plasma nutfah elite. 2. Produksi bibit buatan. 3. Sumber material untuk protoplas embryogenik. 4. Regenerasi transforman genetik. 5. Produksi metabolic primer spesifik benih seperti lemak di dalam minyak biji. 6. Memungkinkan untuk mekanisasi dan bioreaktor.

Organogenesis dan pengayaan pertunasan axilar.

1. Perbanyakan massal plasma nutfah elite 2. Sumber material untuk manipulasi protoplas, transformasi genetic dan mirografting. 3. Konservasi genotype yang dilindungi, melalui suhu normal ataupun sub-zero temperatur.

Kultur Kallus

1. Produksi plantlet melalui embryogenesis ataupun organogenesis somatik. 2. Untuk mendapatkan tanaman bebas virus. 3. Regenerasi ataupun mendapatkan varian somaklonal dan gametoklonal. 4. Sumber material untuk kultur protoplast dan suspension. 5. Produksi senyawa metabolic sekunder bermanfaat. 6. Studi biotransformasi. 7. Seleksi galur-galur yang memiliki karakter bermanfaat seperti resistensi terhadap penyakit, herbisida, overproduksi senyawa metabolic sekunder dan lain-lain. 8. Studi mutagenetik.


Page 8



Aplikasi

Produksi senyawa metabolik sekunder secara In vitro

1. Produksi senyawa bermanfaat seperti obat-obatan, senyawa aromatik, pigmen, tepung dan lain-lainnya tanpa merusak tumbuhan induknya. 2. Produksi senyawa metabolic yang secara normal tidak dihasilkan oleh tumbuhan induknya. 3. Biotransformasi dan studi elicitor

Kultur sell dan seleksi in-vitro pada level selluler.

. Produksi embryo somatikc, morfogenesis nodul dan plantlet seluruh tanaman. 2. Over-produksi senyawa metabolik sekunder 3. Over-produksi senyawa metabolik primer. 4. Induksi dan seleksi mutan bermanfaat atau somaklonal pada level selluler dalam hal resistensi penyakit, tolerance stress dan perbaikan kualitas nutrisi dengan menggunakan ruang dan waktu yang lebih sedikit.

Variati Somaklonal (Genetik atau Epigenetik)

1. Isolasi varian bermanfaat yang memiliki kemampuan adaptasi baik, genotype berproduksi tinggi tetapi kurang dalam beberapa karakter berguna lainnya. 2. Isolasi varian dengan kemampaun over-produksi senyawa metabolic primer dan sekuender. 3. Isolasi varian dengan kapasitas resistensi penyakit toleransi stress yang lebih baik. 4. Penciptaan variasi genetik tambahan pada kultivar budidaya tanpa hibridisasi. Powerpoint Templates

Page 9


Kultur protoplas sel, jaringan dan organ

Alat untuk penelitian Phytopathologis. 1. Preparasi dan replikasi virus 2. Kulture parasit obligate. 3. Interaksi Inang-parasit. 4. Kulture nematode. 5. Testing phytoalexins and phytotoxins. 6. Studi Nodulasi. Alat untuk penelitian Fisiologis. 1. Studi siklus sel. 2. Studi proses metabolik. 3. Studi nutrisi. 4. Studi morphogenetik dan perkembangan


Page 10


Mutagenesis 1. Induksi polyploidy untuk peningkatan biomassa atau hasil. In vitro 2. Introduksi keragaman genetic dan seleksi cepat dan multiplikasi mutan bermanfaat. 3. Alat untuk studi genetika perkembangan dan pemahaman proses biokimia. Isolasi, 1. Pengkombinasian genom tanaman yang berkerabatan jauh untuk Kultur and menghasilkan hibrida somatic, hybrida asimetrik dan cybrida. Fusi 2. Produksi rekombinan organel Protoplast 3. Transfer CMS (cytoplasmic male sterility=mandul jantan) kepada galur-galur elit 4. Sumber material untuk transformasi genetic 5. Penciptaan varian genetik Transformas 1. Introduksi DNA asing sebagai metode penciptaan kombinasi i Genetik genetik. 2. Transfer gen-gen yang dikehendaki untuk resistensi terhadap penyakit, hama dari spesies tumbuhan yang berkerabat ataupun tidak kedalam kultivar berproduksi tinggi tetapi peka. 3. Studi struktur dan fungsi gen. 4. Induksi akar rambut dan pucuk terratomas untuk over produksi senyawa metabolic sekunder yang ada pada tumbuhan induk maupun tidak. Powerpoint Templates Page 11



Aplikasi

Pembungaan In 1. Reduksi siklus hidup pertumbuhan spesies perennial seperti vitro Bambu. 2. Supply pembungaan, buah dan biji tanpa tergantung kepada keadaan musim. Micrografting

1. Mengatasi ikompatibilitas dalam grafting (okulasi). 2. Propagasi massal mata tunas spesies elit yang akan diokulasi kepada spesies dengan karakter baik seperti sifat resistensi terhadap patogen tular tanah. 3. Multiplikasi dan mempertahankan kehidupan spesies tumbuhan akar dan transforman yang dihasilkannya. 4. Pengembangan tanaman bebas virus.

Cryopreservasi dan penyimpanan suhu rendah

1. Preservasi jangka panjang plasma nutfah bermanfaat (galur sel, mersitem, organ tumbuhan, kuktur kalus morphogenetik) 2. Konservasi keragaman genetic alamiah


Page 12



Page 13


Teknik Kultur Jaringan Kultur rambut

Aplikasi

akar 1. Pemahaman dan manipulasi metabolisme spesifik akar.

2. Untuk budidaya bersama dengan jamur Mikoriza VesicularArbuscular dalam rangka peningkatan produksi metabolic sekunder. 3. Budidaya bersama dengan serangga untuk studi patogenesis. 4. Studi dan eksploitasi komersial eksudat akar bioaktif. 5. Budidaya bersama dengan teratoma pucuk untuk eksploitasi metabolisme akar dan pucuk dan biotransformasi serta produksi metabolisme spesifik di akar dan pucuk. 6. Untuk pengembangan "green hairy roots" yang bersifat fotoautotrop sehingga menghasilkan spectrum metabolik sekunder yang berbeda.


Page 14

Kultur Akar Rambut


Page 15


Beberapa jenis tanaman resisten terhadap penyakit/patogen yang dihasilkan dengan menggunakan aplikasi kultur in-Vitro. Tanaman

Penyakit/Patogen

Stress seleksi

Fase seleksi

Padi (Oryza sativa)

Blast

Asam Tenuazoat

Kallus dari protoplas

Tomat (Lycopersicon esculentum)

Penyakit layu fusarium

Asam Fusarat

Kallus daun

Avena sativa

Becak daun oat

Victorin

Regeneran dari kallus dan turunannya

Tembakau (Nicotiana tabacum)

Tobacco mosaic virus (TMV)

Tidak diperlakukan dengan stresss

Pucuk diregenerasi dari kallus yang diinfeksi dengan TMV

Tomat (Lycopersicon esculentum)

Layu bakteri tomat

Tidak diperlakukan dengan stresss

Regenerants dari kallus

Alfalfa

Colletotrichum sp.

Kultur filtrat

-

Coffee

Colletotrichum sp.

Kultur filtrate sebagian dimurnikan

-

Maize

Helminthosporium maydis

Racun T

-

Oat*

Helminthosporium victoriae

Victorin

-

Oilseed Rape*

Phoma lingam

Kultur filtrat

-

Peach

Xanthomonas sp.

Kultur filtrat

-

Potato**

Phytophthora infestans

Kultur filtrat

-

Rice*

Xanthomonas oryzae

Kultur filtrat

-

Sugarcane**

Helminthosporium sp.

Kultur filtrat

-

Sugarcane**

Helminthosporium sachari

Racun HS yang sebagian dimurnikan

-

Tobacco*

Psedomonas tabaci

Methinine-sulfoximineo

-

Tobacco*

Powerpoint Templates Alternaria alternata Racun HS yang sebagian dimurnikan

-

Page 16


SELEKSI BERPANDUAN PENANDA

MARKER ASSISTED SELECTION (MAS)


Page 17 Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA

Penanda Morfologis


Catharanthus roseus




Page 19


Penanda Molekuler 2.1. Berbasis protein / enzim : Isoenzim 2.2. Berbasis DNA : RAPD, AFLP, STS Penanda berbasis protein / enzim Contoh :

esterase, acid phosphatase, catalase, phospoisoglucoisomerase, aldehyde dehidrogenase, dan lain-lain.



Penanda Molekuler

Penanda Berbasis Protein


Page 21


Penanda Berbasis DNA

1. RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) Probe

A

Mutasi pada titik potong

B Gel elektrophoresis A

A

B

B

A Southern transfer, Hibridisasi, dan Eksposisi

2 1

4 3

8 7

10 9

12 11

14 13

16 15

18 17

20 19

22 21

24 23

26 25

28 27

30 29

32 31

35 34

37 36

39 38

41 40

42

43 45 44

B




Penanda Berbasis DNA dan PCR RAPD (Random Amplified Polymorphism DNA) 5΄ 3΄

Genotyp A

PCR

3

1 5΄ 3΄

Genotyp B

PCR

1 Genotyp Gel Elektrophoresis

A

2 B

AB 1 2

Fragmen No.

3




Penanda AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) A ------G/AATT CAAC---------------------------------------GACT/TA A-----------C TTAA/GTTG---------------------------------------CTGA AT/T-----EcoRI

Restriksi

MseI

AATTCAAC---------------------------------------GACT GTTG---------------------------------------CTGAAT Ligasi adaptor

non posphorilated adaptor

5-CTCGTAGACTGCGTACAATTCAAC---------------------------------------GACTTACTCAGGACTCATC-3 3- CATCTGACGCATGTTAAGTTG---------------------------------------CTGAATGAGTCCTGAGTAG-5 Preamplifikasi dengan EcoRI + 1 selektif nukleotid, MseI + 1 selektif nukleotid

G 3-GAATGAGTCCTGAGTAG 5-CTCGTAGACTGCGTACAATTCAAC---------------------------------------GACTTACTCAGGACTCATC-3 3- CATCTGACGCATGTTAAGTTG---------------------------------------CTGAATGAGTCCTGAGTAG-5 A 3-GACTGCGTACAATTCA Amplifikasi dengan EcoRI + 3 selektif nukleotid, MseI + 3 selektif nukleotid

CTG CTGAATGAGTCCTGAGTAG-5 5-CTCGTAGACTGCGTACAATTCAAC---------------------------------------GACTTACTCAGGACTCATC-3 3- CATCTGACGCATGTTAAGTTG---------------------------------------CTGAATGAGTCCTGAGTAG-5 AAC 5-GACTGCGTACAATTCAAC 7% Polyacrilamid Gel Elektrophoresis




Sistem Penanda AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)




Sistem Penanda STS (Sequences Tagged Sites) CAPs (Cleavage Amplified Polymorphisms) Mm m fmm mf mmm f f m mmm

V

Mm

MM

mm

Mm

MM

mm

A 400 bp 211 bp 152 bp 104 bp 85 bp

430 bp

20-39 bp

STS

B

104 bp

189 bp

341 bp 361 bp

ASP2-SP6 (M)

400 bp 104 bp

C ASP2-SP6 (m)

85 bp 104 bp

152 bp

20 bp

39 bp

189 bp 400 bp

104 bp

85 bp

CAPs Powerpoint Templates



Sistem Penanda SNP (Single Nucleotide Polymorphism)



Manfaat MAS • Tugas!!! • Uraikan manfaat MAS dalam bidang pemuliaan tanaman. Masing-masing orang membuat uraian menggunakan satu kasus tanaman (buah, pangan dan sayuran). • Minimal 1 halaman kwarto. • Kumpul: tanggal 14 Nop 2011. Powerpoint Templates

Page 28

Selesai


Page 29

Pengantar Pemuliaan Tanaman Smester Genap 2004-2005



Penampilan berbagai variasi Jamur pada Media Agar Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Penampilan berbagai warna mahkota bunga mawar Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Pollen Fertil dan Steril Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA




Sumber: Jamsari (2004)



! Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Seleksi NO

Seleksi OK



Pengaruh Perubahan Genotip terhadap Penotip Tipe liar

Mutan

G*

+

E

E

G

G*

+

E

E

G

G*

+

E

E

G

* = monogenic trait



 Perubahan sekuens DNA normal dari suatu

organisme sebagai akibat aksi agen-agen kimia dan fisika atau kesalahan pada saat replikasi DNA.

• Organisme yang memiliki penotip normal disebut dengan tipe liar • Organisme yang memilki penotip yang berubah disebut dengan mutan Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


1. Mutasi titik (point mutation): perubahan

yang terjadi pada basa-basa nitrogen mana saja pada sekuens DNA suatu gen. 2. Mutasi besar (gross mutation): perubahan

yang melibatkan segmen sekuens DNA yang panjang Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA




Mutasi missense: mutasi sebagai akibat perubahan satu basa nitrogen penyusun suatu kodon, yang menyebabkan perubahan terhadap asam amino yang dikodenya 5‘ – TTC GAT GAG CCC TTG TGC ACG-3‘ Phe Asp Glu Pro Leu Cys Thr Mutasi G

A

5‘ – TTC GAT AAG CCC TTG TGC ACG-3‘ Phe Asp Lys Pro Leu Cys Thr Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


 Mutasi nonsens (nonsense mutation): mutasi titik

yang merubah kodon pengkode suatu asam amino menjadi kodon terminator

5‘ – TTC GAT GAG CCC TTG TGC ACG-3‘ Phe Asp Glu Pro Leu Cys Thr Mutasi C

A

5‘ – TTC GAT GAG CCC TTG TGA ACG-3‘ Phe Asp Glu Pro Leu Stop Thr Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


 Mutasi framshift (frameshift mutation): Mutasi

titik yang terjadi akibat insersi basa nitrogen tambahan atau delesi basa nitrogen yang telah ada pada sekuens DNA suatu gen.

5‘ – TTC GAT GAG CCC TTG TGC ACG-3‘ Phe Asp Glu Pro Leu Cys Thr Insersi basa A

5‘ – TTC GAT GAG ACC CTT GTG CAC G-3‘ Phe Asp Glu Thr Leu Val His Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


 Mutasi silens (Silence mutation): perubahan pada

salah satu basa nitrogen kodon yang tidak menyebabkan adanya perubahan pada jenis asam amino yang dikodenya.

5‘ – TTC GAT GAG CCC TTG TGC ACG-3‘ Phe Asp Glu Pro Leu Cys Thr Mutasi C

T

5‘ – TTC GAT GAG CCT TTG TGC ACG-3‘ Phe Asp Glu Pro Leu Cys Thr Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


1. Delesi

2. Insersi 3. Rearrangement



 Delesi : mutasi yang disebabkan oleh hilangnya

sebagian sekuens DNA. Besarnya bagian yang hilang mulai dari sebagian sampai keseluruhan sekuens suatu gen

5‘

Exon 1

Exon 2

Exon 3

Exon 4

3‘

Mutasi delesi 5‘

Exon 1

Exon 3

Exon 4

3‘


a b c

d

e

f

d a

b

a

b

c c

a c

e f

g

h

f

g

h

d

e

f


 Insersi: insersi terjadi akibat adanya

5‘

penyelipan fragmen yang biasanya berasal dari kromosom lainnya. Panjangnya bervariasi dari mulai satu fragmen gen sampai satu segmen sekuens yang besar 5‘

Exon 1

Exon 2

Exon 3 insersi

Exon 1

i-DNA

Exon 4

3‘

i-DNA Exon 3

Exon 4


3‘

duplikasi a

b

c

d

e

f

a

b

b

c

d

e

f

c

d

e

f

a

b

h

c

d

e

f

insersi a

b




5‘

Rearrangement: pertukaran posisi segmen DNA sekuens di dalam atau diluar sekuens gen satu dengan yang lain.

Gen 1

Gen 2

3‘

Rearrangement DNA gen 1 dan 2 5‘

3‘



 Mutasi dapat terjadi secara spontan, tidak

diperlakukan dengan sengaja (mutasi spontan) Atau  Mutasi yang dibuat dengan sengaja (mutasi buatan) Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Mutasi spontan (alamiah) Frekuensinya sangat rendah untuk setiap individu gen: 10-6 (1/1000.000) Karena itu, dilakukan mutasi buatan (induced mutation) untuk meningkatkan laju mutasi

Secara umum target mutasi terjadi secara acak,

belum dapat dikendalikan!!! Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


 Studi intensif dilakukan sejak tahun 1950-1960-an, dan

telah banyak menghasilkan beberapa kultivar,  tetapi,  Jumlahnya masih sangat kecil dibandingkan dengan kultivar yang dikembangkan dari proses hibridisasi dan seleksi  Penggunaannya didalam pemulian tanaman modern sangat terbatas



Jumlah varietas yang dilepas dari hasil pemuliaan mutasi sampai 1977 Karakter

Jumlah varietas yang dilepas Padi-padian

Legume

Lain-lain

Total

Hasil tinggi

27

10

10

47

Tahan rebah

23

3

-

26

Tahan penyakit

13

9

2

24

Umur genjah

19

9

8

36

Batang pendek

14

2

-

16

Kualitas (pakan, bahan roti, dll)

13

3

11

27

Tahan musim dingin

3

-

-

3

Tahan naungan

-

2

-

2

Panen mudah

1

2

-

3

Protein tinggi

2

2

-

4

Sumber: manual on mutation breeding (1977)



 Mutasi buatan dilakukan dengan

menggunakan agen-agen penyebab mutasi (mutagen)  Jenis mutagen : fisika dan kimia



Jenis radiasi

Sumber

Deskripsi

Bahaya

Pelindung yang diperlukan

Daya tembus jaringan

Sinar X

Mesin Sinar X

Radiasi elektromagn etik

Berbahaya, daya tembus kuat

Beberapa milimeter, kecuali dgn. Mesin kuat

Beberapa mm sampai cm

Sinar gamma

Radioisotop, reaktor nuklir

Rad. elektromagn t

Berbahaya, kuat menembus

Beberapa cm, atau meter beton

Beberapa cm

Neutron (cepat, lambat, panas)

Reaktor nuklir, akselerator

Tidak tampak kecuali berinteraksi dengan AN

Sangat berbahaya

Pelindung tebal seperti konkret beton

Beberapa cm

Partikel beta

Radioisotop atau akselerator

Mengionisasi lebih rendah dari partikel alpha

Cukup berbahaya

Lempengan tebal cardboard

Sampai beberapa milimeter

Partikel alpa

Radioisotop

Inti helium mengionisasi sangat kuat

Sangat berbahaya

Kertas tipis

Sedikit bagian dari milimeter

Proton dan deutron

Reaktor nuklir dan akselerator

Inti hidrogen

Sangat berbahaya

Beberapa cm air atau paraffin

Sampai beberapa centimeter

Sumber: manual on mutation breeding (1977)


 Sinar UV biasanya digunakan untuk

menginduksi pollen. Panjang gelombang yang digunakan antara 2500-2900 nm (optimal absorpsi Asam Nukleat)


Pengantar Pemuliaan Tanaman Smester Genap 2004-2005 

Grup Mutagen

Mutagen kimia (MoMB, 1977)

Contoh Produk

Analog basa

5-bromo-uracil, 5 bromodeoxyuridine, 2 aminopurine

Antibiotik

Azaserine, mitomycin C, Streptonigrin, actinomycin D

Agen alkyl: Sulfur mustard Nitrogen mustard Epoxides Ethylene eimine Sulfates, sulfonates, sulfones, dan lactone Diazoalkanes Nitrosocompounds

Ethyl-2-chloroethyl sulfide 2-chloroethyl-dimethyl amine Ethylene oxide Ethylene eimine Ethyl methanesulfonate Diazomethane N-ethyl-N-nitroso urea

Azide

Sodium azide

Hydroxylamine

Hydroxylamine

Nitrous acid

Nitrous acide

Acridines

Acridine orange Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


 Ethidium Bromide juga digunakan sebagai mutagen yang

umumnya menyebabkan mutasi pada organel di dalam sitoplasma: kasus CMS!



Bahan Tanaman yang diperlakukan:  Seluruh bahan tanaman: Sinar X, Sinar Gamma pada stasiun radiasi





Biji; paling sering dipergunakan baik untuk mutagen fisik maupun kimia. Lebih tahan terhadap tekanan fisik seperti: desikkasi, perendaman, pembekuan, dan pada level oksigen dan gas lain yang berbeda Biji diperlakukan dengan mutagen

Aa

AA

AA

AA

AA

Aa

Aa AA

Aa

AA

Aa

Aa Tanaman M1

No mutation

Mutation/chimera

Mutation/chimera

Mutation/no chimera








Pollen: diperlakukan baik dengan mutagen kimia maupun fisika. Zigot / tanaman yang dihasilkan adalah heterozygot. A Perlakuan mutagen a A A A A A A A A a A A A A A a a

Tetua betina AA X Pollen yang telah diperlakukan Sel telur

A

A

A

AA

AA

No mutation

AA Aa

Aa

A A

Aa Aa

Aa

a

A

Aa

AA

a

Mutation/

Mutation/

No chimera

No chimera

AA

AA

No Mutation



 Bagian tanaman untuk perbanyakan vegetatif;

jaringan meristematik; pucuk, plantlet  Explant sel dan kultur jaringan



Faktor yang perlu dipertimbangkan dalam perlakuan dengan mutagen: 1. Dosis dan laju mutagen: Penentuan dilakukan secara empiris dengan percobaan. Kriteria yang digunakan biasanya LD50 2. Spesies dan genotip: setiap spesies dan genotipe memiliki respon berbeda terhadap perlakuan mutagen Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Mutasi Buatan




3

4 5

Kadar oksigen: Kadar oksigen yang tinggi cenderung merusak terhadap perkecambahan dan aberasi kromosom Kadar air: Kelembaban tinggi mengurangi kadar oksigen demikian sebaliknya Temperatur: Pada radiasi temperatur bukan faktor crusial, tetapi pada perlakuan mutagen kimia temperatur sangat berpengaruh. Suhu mempengaruhi 0,5T (half life) mutagen kimia EMS (40°C = 7,9 h); Sulfur mustard (37°C = 3 min). Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


 

  

Perhatian penggunaan Mutagen!!!: Personal harus bekerja dengan hati-hati Hanya personal dengan keahlian baik sebenarnya boleh bekerja mandiri Penggunaan Jas lab, pipet, sarung tangan, kaca mata, ruang asam, masker serta peralatan lain harus dilengkapi Mengupayakan eksposisi sesingkat mungkin Menghindari kontak langsung dengan mutagen (kimia). Sampah dan sisa mutagen harus ditempatkan pada container tersendiri untuk menghindari pencemaran terhadap lingkungan Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


1. 2.

3.

4. 5. 6.

Winter et al. (1998). Instant notes in Genetics. Springer verlag. Griffith, et al. (2003). Modern Genetic Analysis, Integrating Genes and Genomes. W.H. Freeman and Company Suzuki, et al (1998). Introduction to Genetic Analysis. W.H. Freeman and Company. Fehr (1987). Principles of Cultivar Development. Theory and Technique. Macmillan Publishing. Co. Anonym (1977). Manual on Mutation Breeding. IAEA. Jamsari (2008). Dasar Pemuliaan Tanaman, Landasan Biologi, genetik, dan Molekuler. Unri Press. 180 hal. Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA



Pengantar Pemuliaan tanaman



Mandul Jantan Pengertian: ketidakmampuan suatu organisme (tanaman) untuk menghasilkan pollen yang fertil

A

B

C

D a

a

a

st

st

s s

f o

f

o

o f

o

ua





Apa itu tanaman hibrida (F1)? A

P

F1

B

X

Lebih vigor Penampilan lebih baik Produksi lebih tinggi, dll dibanding tetuanya



HETEROSIS Apa itu efek heterosis?

penampilan tanaman hibrid yang lebih baik (superior) dibandingkan dengan rata-rata penampakan tetuanya



Galur inbred A

Heterosis Efek Galur inbred B

Tanaman lebih vigor dan berproduktifitas tinggi

Efek positif heterosis hanya terlihat pada F1, maka produksi hibrida selalu dikontrol oleh pemulia tanaman Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Inbreeding Inbreeding (silang dalam): perkawinan individu-individu yang memiliki hubungan lebih dekat dibandingkan individu-individu yang berkawin secara acak pada suatu populasi.

Inbreeding meningkatkan homozigositas, yang disebabkan oleh akumulasi frekuensi alel-alel identik pada lokus tertentu di dalam suatu populasi

Peningkatan homozigositas pada individu memungkinkan ekspresi alel-alel resesif yang dalam hal tertentu menurunkan vigor serta performa individu tersebut,

(terutama akan tampak sekali pada tanaman yang bersifat

menyerbuk silang)

Contoh: jagung, alfalfa (polyploid), Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Efek Inbreeding



Inbreeding Penurunan vigor dan produktifitas akibat persilangan dalam (inbreeding) disebut dengan: Depressi inbreeding Tetapi:

Inbreeding meningkatan variabilitas genetik diantara individu pada suatu populasi tertentu Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Selfing

Siklus I

Proporsi homozigositas

AaBb AaBb x AaBb

Proporsi

AB

Ab

aB

ab

AB

AABB

AABb

AaBB

AaBb

Ab

AABb

AAbb

AaBb

Aabb

aB

AaBB

AaBb

aaBB

aaBb

ab

AaBb

Aabb

aaBb

aabb

AABB

1/16

AABb

2/16

AAbb

1/16

AaBB

2/16

Aabb

2/16

aaBB

1/16

aabb

1/16

aaBb

2/16

Total

12/16 (75%)

Proporsi heterozigositas Proporsi

AaBb

4/16

Total

4/16 (25%)



Proporsi homozigositas

AABb X AABb

Proporsi

Siklus II

Siklus II

AB

Ab

AB

AABB

AABb

Ab

AABb

AAbb

AABB

1/4

AABb

2/4

AAbb

1/4

Total

4/4 (100%)

AaBb X AaBb Sama pada siklus I

Proporsi homozigositas dan heterozigositas dari siklus I dan siklus II dari ketiga persilangan (36 individu di luar tetua)

Homozigot: 12 + 4 + 12 = 28/36 (77,8%) Heterozigot : 4 + 0 + 4 = 8/32 (22,2%) Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Efek Heterosis

Galur inbred A

Galur inbred B




Performa ekspresi Heterosis •

Ada dua cara untuk mengukur ekspressi heterosis: F1 – MP x 100 1. Heterosis tengah-tetua (%) = MP

2. Heterosis tinggi-tetua (%) =

F1 – HP HP

x 100

Dimana: F1 = performa hibrid MP = performa rata-rata tetua (P1+P2)/2 HP = Performa tetua terbaik Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Performa ekspresi Heterosis • Contoh: misalkan hasil suatu populasi hibrida adalah 90 unit, hasil dari tetua I 60 unit, dan hasil dari tetua II adalah 80 unit, rata-rata performa tetua adalah 70 unit, maka:

• Heterosis tengah-tetua = • Heterosis tinggi-tetua =

90 – 70 70

90 – 80 80

x 100% = 28,6%

x 100% = 12,5%



Dasar Genetis Heterosis Heterosis dapat muncul apabila hibrid memiliki allel yang berbeda pada suatu lokus tertentu, dan terdapat level dominansi diantara alel-alel tersebut (Falconer, 1981). Teori heterosis: 1. Hipotesis dominansi (dominan lengkap ataupun parsial dominan) (Bruce, 1910; Jones, 1917, 45,58)

2. Hipotesis overdominan: nilai heterozygote dianggap lebih superior dibandingkan nilai homozigot. (Shull, 1908; East, 1936; Hull, 1945). Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Dasar Genetis Heterosis

• •

Teori lain: Hipotesis heterozigositas Hipotesis Coupling/Koppling



Dasar Genetis Heterosis AAbbCC x AABBcc

AABbCc Asumsikan: Alel A menyumbangkan 10 unit Alel B menyumbangkan 12 unit, b = 6 unit Alel C menyumbangkan 8 unit, c = 4 unit, Dengan memasukkan masing-masing nilai: Rata-rata AA = 10, BB = 12 , bb=6, CC= 8, cc=4. Performans: AAbbCC = 10+6+8=24 AABBcc = 10+12+4=26



Dasar Genetis Heterosis Hipotesis dominansi: AABbCc • Dominansi penuh: 10 + 12 + 8 = 30 • Partial dominan : 10 + 10 + 7 = 27 Hipotesis overdominan: 10 + 13 + 9 = 32 AAbbCC = 10+6+8=24 AABBcc = 10+12+4=26 Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Skema produksi hibrida

Galur inbred A

Galur inbred B




Sejarah Produksi Hibrida • Thomas Fairchild during 1717 by crossing between sweet william (Dianthus barbatus and carnation (Dianthus caryophyllus). • Joseph Koelreuter, one of the famous scientist who made several crosses in Tobacco during 1760-1766 and reported hybrid vigour in F1 Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Produksi Tanaman Hibrid



Produksi hibrida massal

Emaskulasi, Ok

Emaskulasi, Ok Emaskulasi, ? Emaskulasi, ??

Emaskulasi, ?????



Mandul Jantan Tanaman Menyerbuk silang Vs Tanaman Menyerbuk sendiri

emasculation of the female line by hand is required, raising costs and labor expenses of seed production Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Landasan Genetik Mandul Jantan Kontrol mandul jantan secara umum dikendalikan oleh allel resesif tunggal pada inti sel (NMS) Meskipun mekanisme genetik yang lebih kompleks telah dilaporkan, seperti pada sitoplasma (CMS) Allel untuk mandul jantan dituliskan dengan

ms



Landasan Genetik Mandul Jantan Mandul jantan pada inti sel (NMS) disebabkan baik karena peristiwa mutasi secara spontan maupun terjadi karena buatan

Frekuensi NMS yg. disebabkan mutasi spontan di alam cukup tinggi, dikendalikan oleh sepasang gen resesif msms



Landasan Genetik Mandul Jantan Nuclear MS inheritance Â

MSMS

Â

B

msms X

msmsMSMS

MSms

MSMS

B

msms X

msmsMSMS

X

MSMS Inti sel

Diamati pada lebih dari 175 spesies tanaman Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Nuclear MS inheritance • Pemuliaan Dua Galur (Two-Line Breeding) A. Penggunaan: environment sensitive genic male sterility (EGMS) 1. 2.

TGMS = Thermo-Sensitive Genic Male Sterility PGMS = Photoperiod Sensitive Genic Male Sterlity

B. Penggunaan Bahan Kimia untuk menginduksi mandul jantan Cth: GA, EtBr,



Nuclear MS inheritance

Skema produksi hibrid 2 galur pada tanaman padi Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Cytoplasmic MS inheritance • Ditemukan secara alamiah pada jagung varietas Tampa (Tcytoplasma) (1970) • Perubahan pada mitokondria ataupun cytoplasma • Ditemukan pada jagung (Laughnan and Gabay-Laughnan, 1983), raps (Jarl et al.1988), padi (Kodowaki et al., 1988) and beet gula (e.g. Hallden et al., 1988). • Mekanisme MS ditentukan dengan adanya interaksi antara elemen sitoplasma dengan element inti

Jika tanaman MS tidak menghasilkan pollen, bagaimana pelestarian generasinya???



Cytoplasmic MS inheritance CMS =

msms mfmf

Maintaner =

Restorer:

mfmf MSMS

MFMFMSMS

Maintainer

Restorer



Cytoplasmic MS inheritance

Skema Three-Line Breeding pada padi Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Cytoplasmic MS inheritance Male fertil

Male steril

CMS

mfmf msms

X

mfmf MSMS

Male fertil

Male steril

mfmf msms

Maintainer

X

MFMF MSMS

Mfmf msms

Restorer

Benih hibrida

Skema Three-Line Breeding pada padi Dr. Jamsari, Prog. Studi Pemuliaan Tanaman Jurusan BDP-FPUA


Peranan Bioteknologi Dalam Menghasilkan MS Barnase-Barstar-System ON MALE STERILITY RNase dari Bacillus amyloliquefaciens >< Barstar Tumbuhan Steril (MS)

Tumbuhan Normal TA29

Barnase

TA29

Barnase

TA29

Barstar

+

Barnase

Barstar

Barnase Degradasi RNA di tapetum Tapetum mati Tapetum hidup Pollen tidak terbentuk

Pollen terbentuk normal

Dr. Jamsari-program study pemuliaan tanaman-BDP-FPUA

References: 1. Hayward, et al. (1993). Plant Breeding-principles and prospects. Chapman & Hall. 2. Fehr, W.R. (1987). Prnciples of cultivar development. Macmillan Publishing. Co. New York.



Selesai


PLOIDI DAN STRUKTUR GENOM

 Jumlah

kromosom dasar setiap genom = “x”  Monoploid = x  Diploid = 2x  > 3 x disebut poliploid ( triploid=3x; tetraploid=4x, dst.

 “x”

= Jumlah kromosom dasar setiap genom.  n = informasi yang menyatakan bahwa sel tersebut berasal dari hasil pembelahan miosis (gamet) (haploid ≠ monoploid)  2n = informasi yang menyatakan bahwa sel tersebut berasal dari gabungan dua buah gamet (zigot) (diploid)

Chromosome doubling

A

n=4=x

B

n=3=x

Monoploid

A

n=8=2x

B

n=6=2x

Diploid/haploid

Chromosome doubling

A

B

n=8=2x n=6=2x Diploid

A

B

n=16=4x n=12=2x

♂

A

♀

+

n=4=x haploid

B

+ n=3=x haploid

A

2n=7=2x diploid

Genotip Istilah aaaa Nulliplex

Aaaa AAaa AAAa AAAA

Simplex Duplex Triplex Quadriplex

Keterangan Tidak ada alel dominan Satu alel dominan Dua alel dominan Tiga alel dominan Empat alel dominan

Deskripsi genotip Hanya satu jenis alel yang muncul Satu jenis alel muncul sebanyak 3 kali, alel yang lain muncul hanya sekali Dua alel berbeda masingmasing muncul dua kali Satu alel muncul dua kali, dua alel yang berbeda muncul sekali Empat alel berbeda, masingmasing muncul sekali

Istilah

Contoh

Nulliplex

aaaa, bbbb

Simplex

aaab, abbb

Duplex

aabb, bbcc

Trigenik

aabc, bbcd

Tetragenik abcd

Genotip Nulliplex, aaaa Simplex, aaab Duplex, aabb Trigenik, aabc Tetragenik, abcd

Gamet yang terbentuk aa aa + ab aa + 4ab + bb aa + 2ab + 2ac + bc ab + ac + ad + bc + bd + cd

Level

Ploidi Nilai ekonomi bagian-bagian tanaman Pertimbangan ekonomi tanaman poliploid yang dihasilkan Panjang siklus seleksi



Autoploid: penggandaan kromosom

- ukuran bagian tanaman meningkat - produksi benih menurun 

Alloploid: penyilangan dua spesies dengan genom berbeda, lalu penggandaan kromosom.



- Triticale (Triticum aestivum x Secale cereale) (AABBRR) - Tritordeum Triticum aestivum x Hordeum chilense. (AABBHchHch)-



 Kondisi

kromosom ganda yang berasal dari spesies dengan struktur yang sama (berada dalam spesies yang relatif sama)

Chromosome doubling

A

n=4=x

A

n=8=2x

 Kondisi

kromosom ganda yang berasal dari spesies dengan struktur yang berbeda (berada dalam spesies yang relatif berbeda)

♂

A

♀

+

n=4=x haploid

B

+ n=3=x haploid

mitosis

A

A

2n=7=2x

2x=7

diploid

diploid

 Kondisi

variasi jumlah kromosom yang bukan merupakan kelipatan dari jumlah kromosom normal.  Variasi disebabkan oleh adisi, delesi keseluruhan kromosom ataupun bagian kromosom.

Tabel. Jenis aneuploid hasil adisi dan delesi dari spesies 2n Jenis aneuploid 2n

Komposisi Kromosom AABBCC

Trisomik Primer

2n + 1A

AAABBCC

Trisomik double

2n + 1A + 1B

AAABBBCC

Tetrasomik

2n + 2A

AAAABBCC

Trisomik Sekunder

2n + isokromosom A

AAA*BBCC

Disomik

Jumlah kromosom

Penambahan

Telosomik Telosomik 2n + telosentrik A

AAA@BBCC

Trisomik Tertier

2n + interchange A

AAA§BBCC

Monosomik

2n – 1A

A-BBCC

Nullisomik

2n – 2A

--BBCC

Monoisodisomik

2n–2A+isokromo-som A

--A*BBCC

Monotelosomik

2n–2A + Telosentrik A

--A@BBCC

Pengurangan

 Isokromosom:

kromosom yang kedua lengannya

adalah identik

Telomer

Sentromer

Telomer

 Telosentrik

kromosom: kromosom yang salah satu ujungnya adalah sentromer

 Interchange

kromosom: kromosom yang kedua lengannya merupakan gabungan dari lengan dua kromosom berbeda

Telomer Kromosom A

Sentromer Kromosom B Telomer

Produksi

benih hibrida Pemetaan kromosom Substitusi kromosom

 Delesi/defisiensi

a

b

c

d

e

f

d a

b

a

b

c c

a

c

d

e

f

e f f

g g

h h

Struktur loop yang akan terbentuk sebagai akibat persitiwa delesi/defisiensi

duplikasi a

b

c

d

e

f

a

b

b

c

d

e

f

c

d

e

f

a

b

h

c

d

e

f

insersi a

b

a. Tandem b a a

b

c b b

c

d

a

b

c

d

a

b

b. Reverse c a

b

a

b

c c

d d d

c

c

c

c

b

b d d c

b

b

a

b

d

a

d

c

a

a

d

c

b

c

d

c

a

d

a

d b

c

Inversi a b

c

d e

a e

f

d

c b

f

c a b

c

d

e

b a

a d

c

b

e

a

b

c

d

d

e e

Parasentrik

Perisentrik

A

B

C

D

E

F

A

B

E

D

C

F

A

B

C

D

E

F

A

D

C

B

E

F

Translokasi a

a

b

b

c

c

d

d

e

k

f

l

g

g

h

h

i

i

j

j

k

e

l

f

A

Normal

Rasio lengan ; panjang:pendek = 1 : 1

Inversi


B

 “x”

= set dasar kromosom  Monoploid = sel dengan komposisi set dasar kromosom  Euploid=individu (sel) yang memiliki beberapa macam set dasar kromosom 1x = monoploid, 2x=diploid, 3x=triploid, 4x=tetraploid, 6x=heksaploid, dst.  Individu dengan set kromosom > 2x disebut dengan poliploid

 Pengaruh

kolkisin

normal

1

1 1

2

2 2 3 3

3

Sel awal

Sel setelah pembentukan sister kromatid

1

1

2

2

3

3

1 1 2 2 3 3

Dengan kolkisin dengan satu kali pembelahan sel

 Triploid

Trivalen

1 2 3

Kemungkinan Pairing Bivalen Univalen

 Tetraploid

Dua Bivalen

1 2 3 4

Kemungkinan Pairing

Satu Quadrialen

Univalen

+ Trivalen

 Autopoliploid

A

A

n=8=2x

n=16=4x

 Allopoliploid

Chromosme doubling

♂

A

♀

+

n=4=x haploid

B

+ n=3=x haploid

A

2n=7=2x dihaploid

A

2n=14=4x tetraploid



Triticale (Triticum aestivum x Secale cereale) (AABBRR) Tritordeum Triticum aestivum x Hordeum chilense. (AABBHchHch)-

Brassica oleraceae 2n = 18; Kubis, Kol Bunga, Brokoli, Kohlrabi

Brassica napus 2n = 34 Raps

Brassica carinata 2n = 34 Abyssinian mustard

Brassica nigra 2n = 16 Black mustard

Brassica juncea 2n = 36 Leaf mustard

Brassica campestris 2n = 20 Kol Cina; Turnip

Produksi

benih hibrida Pemetaan kromosom Substitusi kromosom

 Delesi/defisiensi

a

b

c

d

e

CGTATATAGCGTAGTAACGTA…ATAGGATCATAGATA GCATATATCGCATCATTGCAT…TATCCTAGTATCTAT

f

d a

b

a

b

c c

a

c

d

e

f

e f f

g g

h h

Struktur loop yang akan terbentuk sebagai akibat persitiwa delesi/defisiensi

duplikasi a

b

c

d

e

f

a

b

b

c

d

e

f

c

d

e

f

a

b

h

c

d

e

f

insersi a

b

a. Tandem b a a

b

c b b

c

d

a

b

c

d

a

b

b. Reverse c a

b

a

b

c c

d d d

c

c

c

c

b

b d d c

b

b

a

b

d

a

d

c

a

a

d

c

b

c

d

c

a

d

a

d b

c

Inversi a b

c

d e

a e

f

d

c b

f

c a b

c

d

e

b a

a d

c

b

e

a

b

c

d

d

e e

Parasentrik

Perisentrik

A

B

C

D

E

F

A

B

E

D

C

F

A

B

C

D

E

F

A

D

C

B

E

F

Translokasi a

a

b

b

c

c

d

d

e

k

f

l

g

g

h

h

i

i

j

j

k

e

l

f

A

Normal


Inversi


B

 “x”

= set dasar kromosom  Monoploid = sel dengan komposisi set dasar kromosom  Euploid=individu (sel) yang memiliki beberapa macam set dasar kromosom 1x = monoploid, 2x=diploid, 3x=triploid, 4x=tetraploid, 6x=heksaploid, dst.  Individu dengan set kromosom > 2x disebut dengan poliploid

 Pengaruh

kolkisin

normal

1

1 1

2

2 2 3 3

3

Sel awal

Sel setelah pembentukan sister kromatid

1

1

2

2

3

3

1 1 2 2 3 3

Dengan kolkisin dengan satu kali pembelahan sel

 Triploid

Trivalen

1 2 3

Kemungkinan Pairing Bivalen Univalen

 Tetraploid

Dua Bivalen

1 2 3 4

Kemungkinan Pairing

Satu Quadrialen

Univalen

+ Trivalen

 Autopoliploid

Chromosome doubling

A

2x=8

A

4x=16

 Allopoliploid

Chromosome doubling

♂

A

♀

+

x=4 haploid

B

+ x=3 haploid

A

2n dihaploid

A

4x=14 tetraploid



Triticale (Triticum aestivum x Secale cereale) (AABBRR).



Tritordeum Triticum aestivum x Hordeum chilense. (AABBHchHch)-

Brassica oleraceae 2n = 18; Kubis, Kol Bunga, Brokoli, Kohlrabi

Brassica napus 2n = 34 Raps

Brassica carinata 2n = 34 Abyssinian mustard

Brassica nigra 2n = 16 Black mustard

Brassica juncea 2n = 36 Leaf mustard

Brassica campestris 2n = 20 Kol Cina; Turnip

Sumber: Wikipedia

• high yield potential and good grain quality of wheat • disease and environmental tolerance (including soil conditions) of rye

Kingdom:

Order: Family: Tribe: Genus:

Plantae Angiosperms Monocots Commelinids Poales Poaceae Triticeae × Triticosecale

Sumber: Wikipedia

Taxonomy Kingdom:

Order: Family: Subfamily: Tribe: Genus:

T. aestivum Plantae T. aethiopicum Angiosperms T. araraticum Monocots T. boeoticum Commelinids T. carthlicum T. compactum Poales T. dicoccoides Poaceae T. dicoccon Pooideae T. durum Triticeae T. ispahanicum Triticum T. karamyschevii L.

Sumber: Wikipedia

Kingdom:

Order: Family: Subfamily: Tribe: Genus: Species:

Plantae Angiosperms Monocots Commelinids Poales Poaceae Pooideae Triticeae Secale S. cereale

Sumber: Wikipedia

Perbandingan ukuran biji gandum, rye dantriticale

1. Arti dan ruang lingkup pemuliaan tanaman

Recommend Documents