BIOTEKNOLOGI TANAMAN PENDAHULUAN

12/18/2015

BIOTEKNOLOGI TANAMAN Dr. Refli., MSc Jurusan Biologi FST – UNDANA Kupang, 2015

Materi Kuliah Bioteknologi. Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

PENDAHULUAN TUMBUHAN PANGAN

SANDANG

OBAT-OBATAN

PERTUMBUHAN PENDUDUK

±10 miliar Thn 2050-60

PERTANIAN & KEHUTANAN

?

BIOTEKNOLOGI Materi Kuliah Bioteknologi. Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

1

12/18/2015

Mengapa TUMBUHAN menjadi FOKUS BIOTEKNOLOGI?

ALASAN TUMBUHAN mampu mengkonversi energi matahari energi kimia FOTOSINTESIS PRODUSEN

300.000 Sp yang diketahui hanya RATUSAN yang dimanfaatkan ada BIDANG PERTANIAN

Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

PEMANFAATAN & HASIL dari TUMBUHAN


2

12/18/2015

PERBAIKAN SIFAT TANAMAN PERBAIKAN SIFAT AGRONOMI Tehnik Lama Persilangan (sexual crossing)

Tehnik baru Mikropropagasi

Mutasi (mutation)

Fusi protoplasma Alami

Artifisial Rekayasa genetik

radiasi

Kimia

Fisika


PLANT BREEDING METHODS • Methods of hybridization –Self-pollinated species –Outcrossing species –Synthetic varieties –Hybrid varieties


3

12/18/2015

Self-pollinated species • • • • • •

Be grown as varieties derived from a pure line Pedigree Breeding Single-Seed Descent Bulk Breeding Methods Backcross Breeding Increasing Seed, Testing, and Releasing of PureLine Varieties


Self-pollinated species


4

12/18/2015

Self-pollinated species


Synthetic varieties


5

12/18/2015

Outcrossing species


Outcrossing species


6

12/18/2015

Outcrossing species; Recurrent Selection


Outcrossing species; Synthetic Varieties


7

12/18/2015

Outcrossing species; Hybrid Varieties


Marker-Assisted Selection


8

12/18/2015

NEW VARIETIES BY MODERN BIOTECNOLOGY


Some phermaceuticals products produced from tropical plant sources


9

12/18/2015

Breeding Enhancements • • • •

Doubled Haploidy Marker-Assisted Selection Mutation Breeding Apomixis


INDUKSI BREEDING MUTATION •

Mutagenesis

• •

Efektifitas Isolasi mutan ditentukan efesiensi penggunaan mutagen Jenis mutagen:

– proses mutasi, untuk mengkaji seleksi persilangan

– Kimia : ethylmethane sulfonate, methyl methanesulfonate, methyl ethanesulfonate, methyl ethanesulfonate, colchicine, potassium cyanide, hydrogen peroxide, uranyl nitrate, ferri sulphate, Di(beta-, diethyl sulfate, diepoxybutane, ethylene imine, diethyl 1,3propanedisulfonate , sodium azide

– Radiasi : X-rays,γ-rays, & electrons – Fisika: ion beam, perbedaan: higher linear energy transfer (LET) (≥10–1000 keV/mm than X-rays,γ-rays (sekitar 0.2 keV/mm) • on beams menyebabkan kerusakan lebih besar dibanding X-rays,γ-rays menghasilkan efektifines yang tinggi pada material biologi

• Sifat yang diamati: 1) the percentage of mature X1plants, 2) the average fertility of the X1 plants, 3) the mutation rate, and 4) the types of mutations Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

10

12/18/2015

INDUKSI BREEDING MUTATION • LET : – energi yang disimpan pada material ketika partikel yang mengion ketika melewati material tersebut – Jumlah energi yang ditrasfer ke substasi dan menyebabkan kerusakan – Satuan kiloelectronvolt per micrometer (keV/mm) = jumlah enegi rata-rata yang dilepas per jarak tertentu Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

INDUKSI BREEDING MUTATION • Dampak mutasi – Delesi, duplikasi, inversi, translokasi, substitusi basa nitrogen


11

12/18/2015

INDUKSI BREEDING MUTATION

• ion beams successfully induced many carnation flower color and shape mutants. Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

INDUKSI BREEDING MUTATION • Mutagenesis dengan menggunakan metode the transposonAc/Ds system – Memasukan fragmen DNA yang telah diketahui urutan nukleotidanya • Dua tagged lines : T-DNA & transposon-tagged lines (a transposonActivator(Ac)/Dissociator(Ds) system


12

12/18/2015

INDUKSI BREEDING MUTATION


Apomixis


13

12/18/2015

KULTUR JARINGAN • Definisi : tehnik menumbuhkan sel atau jaringan menjadi tumbuhan utuh • Lebih mudah diaplikasikan pada tumbuhan totipotensi tumbuhan > totipotensi hewan – Kemampuan sel membelah, tumbuh dan berdiferensiasi hingga menjadi tumbuhan

• Eksplan bag. Tumbuhan yang ditumbuhkan sebagai bahan awal untuk dikultur


KULTUR JARINGAN Jenis kultur Medium tumbuh

Kultur kalus (medium padat)

Kultur suspensi (medium cair)


14

12/18/2015

KULTUR JARINGAN A. Kultur Kalus

B. Kultur liquid


KULTUR JARINGAN Jenis kultur Kultur kalus Kultur meristem Kultur organ


15

12/18/2015

Plant meterials for explants • Eksplan : materi tumbuhan yang digunakan dalam budidaya jaringan • Protoplasma: dikultur dalam media car • Kalus : koloni sel yang belum mengalami differensiasi • Mutasi lebih efektif pada kultur kalus dibanding biji atau daun utuh

Materi tanaman untuk eksplan


16

12/18/2015

Sterilisasi dan inokulasi eksplan


Kelebihan kultu jaringan dibanding perbanyakan konvensional • Lebih cepat dengan produksi yang tinggi, kontaminasi terhadap penyakitl ebih kecil, lebih homogen, ketersediaan bibit terjamin kualitas dan keberlanjutann ya.

Perbandingan produksi kentang secara budidaya konvensional dan kultur jaringan (sumber Mantel et al ., 1985)

Tahun

Konvensional

Kultul jaringan

Pertama

100 g umbi ↓ 1 tanaman dewasa

100 g umbi ↓ 1 tanaman prekondisi ↓ 10 Kultur tunas ↓ Perbanyakan tunas ↓ 650.000 umbi berukuran kecil

↓

Kedua

1.6 kg umbi ↓ 16 tanaman dewasa ↓

Panen

16 X 600 g umbi = 25,6 kg

617.500 tanaman ↓ 617.500 tanaman x 500 umbi = 308.750 kg


17

12/18/2015

REKAYASA GENETIK PADA TANAMAN • Telah diaplikasikan untuk mendapatkan: – – – – –

Tanaman tahan virus Tanaman tahan insekta Tanaman tahan herbisida Tanaman penghasil bahan aktif dan antibiotik Tanaman sebagai bioreaktor


Tehnik Rekayasa


18

12/18/2015

Tehnik Rekayasa

Genetically modified organisms (GMOs)


. Genetically modified tomatoes produce mRNA that decreases the effects of the pectinase gene


19

12/18/2015


Gladiol

Bakteri Erwina sp Tanaman gladiol dan bakteri Erwina sp sumber gen β karoten

Gen-gen tersebut diambil dari dan disisipkan ke plasmid Agrobacterium

Kemudian bakteri rekombinan tersebut diifeksikan ke sel-sel embrio biji padi sehingga terjadi fusi materi genetik. Sel dikultur hingga tumbuh menjadi tumbuhan yang dewasa yang meghasikan b karoten 40 Beyer Prof. Peter (IRRI, 2001)

20

12/18/2015

REKAYASA GENETIK PADA TANAMAN – Mature larva of the common stalk borer, Papaipema nebris, boring into a corn plant early in the growing season. Feeding within the stalk causes deformed or stunted plants that often lead to the death of the plant



21

12/18/2015


Tumbuhan sebagai detektor ranjau darat

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

44 Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

22

12/18/2015

Fitoremediasi • Sekitar 350 spesies tumbuhan di alam mampu menyerap material-material beracun yang mencemari lingkungan. • Contoh

– Bunga matahari telah digunakan menyerap logam-logam radioaktif cesium dan strontium pada lokasi kebocoran reaktor nuklir di Chernobil Rusia – Tumbuhan air seperti selada air telah digunakan untuk menyerap arsenik yang mencemari badan air

– Enceng gondok diduga mampu menyerap sejumlah logam yang terdapat pada badan-badan air di sekitar industri


Tumbuhan sebagai degradator polutan


23

12/18/2015

Transgenic plants

Royal Demolition eXplosive

Gene from bacterium moved to plant genome Stimulates plant growth! 47 Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

Peningkatan risistensi terhadap stres abiotik melalui rekayasa genetik


24

12/18/2015

TUMBUHAN SEBAGAI BIOREKTOR BAGI PENYEDIAAN OBAT-OBATAN – Kebutuhan molekul terapi meningkat – Bioteknologi memenuhi kebutuhan tersebut dengan lebih ekonomis – Sumber molekul: • Sel bakteri, sel hewan, sel tumbuhan

– Tumbuhan sebagai bioreaktor BIOAKTIF: • lebih murah & mudah dapat dilakukan skala budidaya pertanian – Beberapa produk biofarmaka yang mahal sudah dapat diproduksi dengan memanfaatkan tumbuhan. Contoh human lysosomal enzymes , human growth hormone, recombinant antibodies , recombinant subunit vaccines

• Dapat mengurangi kontaminasi patogen hewan • Produk dapat dimodifikasi pada tahap akhir translasi


TUMBUHAN SEBAGAI BIOREKTOR BAGI PENYEDIAAN OBAT-OBATAN – Protein rekombinan yang diekspresi dalam bioreaktor tanaman diarahkan dan didegradasi dalam sel – Sistem tanaman yang digunakan sebagai bioreaktor: • Vakuola penyimpan protein • Badan minyak • Eksudat akar • Kloroplas • Kultur suspensi sel

The plant bioreactor system

– beberapa organel berfungsi sebagai sumber, deliver dan penyimpanan bioaktif


25

12/18/2015

TUMBUHAN SEBAGAI BIOREKTOR BAGI PENYEDIAAN OBAT-OBATAN – SEED OIL BODY AS BIOREACTOR


TUMBUHAN SEBAGAI BIOREKTOR BAGI PENYEDIAAN OBAT-OBATAN – Protein rekombinan yang diekspresi dalam bioreaktor tanaman diarahkan dan didegradasi dalam sel – Sistem tanaman yang digunakan sebagai bioreaktor: • Vakuola penyimpan protein • Badan minyak • Eksudat akar • Kloroplas • Kultur suspensi sel

The plant bioreactor system

– beberapa organel berfungsi sebagai sumber, deliver dan penyimpanan bioaktif


26

12/18/2015

Terima Kasih


27

BIOTEKNOLOGI TANAMAN PENDAHULUAN

Recommend Documents