FRIABLE EMBRYOGENIC CALLUS (FEC) SEBAGAI MATERIAL PERBAIKAN SIFAT UNGGUL UBI KAYU

BioTrends Vol.7 No.1 Tahun 2016

FRIABLE EMBRYOGENIC CALLUS (FEC) SEBAGAI MATERIAL PERBAIKAN SIFAT UNGGUL UBI KAYU HANI FITRIANI Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI Jl. Raya Bogor KM. 46. Cibinong

Telp. 021-8754587 email: [email protected]

U

bi kayu (Manihot esculenta Crantz) atau yang sering disebut dengan singkong atau ketela pohon sudah sangat akrab di telinga masyarakat Indonesia. Ubi kayu atau singkong sering diklaim sebagai makanan kedua setelah nasi sebagai makanan yang kaya akan kandungan karbohidrat. Ubi kayu merupakan salah satu tanaman umbi-umbian yang mengandung sumber karbohidrat utama masyarakat Indonesia ke tiga setelah padi dan jagung, serta sebagai bahan baku aneka industri yang terus berkembang. Pada beberapa tempat tanaman ini dapat diolah dan akhirnya menjadi makanan pokok dalam kesehariannya yang kita kenal dengan tiwul.Umbinya mengandung air sekitar 60%, pati 25-35%, serta protein, mineral, serat, kalsium, dan fosfat. Awal mulanya tanaman inidariBrazil, Amerika Selatan dan telah menyebar ke Asia pada awal abad ke-17 dibawa oleh penjelajah Spanyol dari Mexico ke Philipina. Selanjutnya, menyebar ke Asia Tenggara, termasuk Indonesia. Tanaman ini pada mulanya diperkenalkan oleh para penguasa kolonial sebagai tanaman

cadangan bila kelaparan. Menanam ubi kayu tidak terlalu sulit, asalkan ada lahan, ubi kayu bisa tumbuh. Saking mudahnya hidup, kayunya kita letakkan ditanah saja bisa tumbuh tunastunas baru. Umumnya petani menanam tanaman ini sebagai kegiatan sampingan atau selingan untuk menanami sawah mereka pada saat musim kemarau, dimana jika musim penghujan sawah tersebut akan ditanami padi kembali.

beberapa alasan antara lain umumnya pengembangan ubi kayu dilakukan di lahan marginal; bubidaya ubi kayu di tingkat petani yang masih dilakukan secara sederhana, jarak tanam terlalu rapat, tidak dipupuk secara intensif, dan tidak dilakukan pengendalian hama dan penyakit secara intensif sehingga produksinya kurang maksimal. Selain itu, adanya mitos yang berkembang bahwa ubi kayu termasuk tanaman yang rakus unsur hara sehingga apabila Indonesia adalah negara ketiga ditanam terus menerus maka terbesar produsen ubi kayu, lahan menjadi tidak subur. Tidak setelah Nigeria dan Thailand. adanya jaminanharga juga Tetapi negara pengekspor menyebabkan petani lebih tertinggi dipegang Thailand memilih komoditas lain untuk disusul Vietnam dan Indonesia di dibudidayakan seperti sawit atau urutan ketiga. Sayangnya karet pada tanah marginal rawa persentase ekspor ubi kayu dan kering serta padi atau jagung Indonesia dibandingkan dua pada lahan sawah.Sehingga negara terbesar tersebut sangat dibutuhkan peningkatan berbagai jauh. Tahun 2011 Thailand teknologi budidaya untuk mampu mengekspor 65% ubi kayu meningkatkan produktivitas ubi dunia, sedangkan Vietnam kayu tersebut seperti penyediaan 31,32%. Indonesia hanya 2,28% klon-klon unggul salah satunya dan Costa Rica 1%. “Walaupun dengan teknologi DNA Indonesia mengekspor, ternyata rekombinan atau rekayasa masih mengimpor juga dalam genetika. bentuk tepung dan pati” (Julianto, 2015).Rendahnya produksi Teknologi DNA rekombinan atau tersebut disebabkan oleh rekayasa genetika ubi kayu

9


Teknologi DNA rekombinan atau rekayasa genetika telah melahirkan revolusi baru dalam berbagai bidang kehidupan manusia, yang dikenal sebagai revolusi gen. Rekayasa genetika merupakan salah satu metode yang efektif untuk perbaikan karakter penting pada tanaman dengan cara transformasi (menyisipkan gen asing dari spesies tanaman yang berbeda atau mahluk hidup lainnya seperti hewan, cendawan atau bakteri). Sifat ketahanan terhadap beberapa cekaman biotik seperti gulma, virus, serangga, dan mikroorganisme telah dapat diperbaiki dengan pendekatan ini. Demikian pula terhadap cekaman abiotik dan modifikasi kualitas dan kuantitas produk tanaman. Sebagian besar rekayasa atau modifikasi sifat tanaman dilakukan untuk mengatasi kebutuhan pangan yang semakin meningkat dan juga permasalahan kekurangan gizi manusia.Dalam proses teknologi rekayasa genetika tersebut diperlukan suatu metode ideal untuk mentransfer gen secara efektif ke tanaman.

FEC merupakan salah satu material untuk transformasi genetik yang paling efektif dengan peluang transformasi yang lebih tinggi karena berasal dari satu sel somatik

LIPI telah berhasil mengidentifikasi dan menentukan urutan nukleotida gen penyandi phytoeneshynthase (Psy) yang terlibat dalam biosintesis beta karoten pada ubi kayu untuk konfirmasinya. Gen yang diperoleh ini akan diintroduksi kembali ke tanaman ubi kayu. Menariknya, beta karoten diduga berkorelasi dengan ketahanan terhadap kekeringan.Namun untuk melakukan proses rekayasa genetika tersebut perlu dilakukan proses transformasi yang diharapkan akan menghasilkan positif transforman (yang mengandung gen yang diinginkan). Dalam proses transformasi tersebut diperlukan material tanaman yang sesuai agar gen tersebut terintroduksi ke sel yang dituju sehingga dihasilkan ekpresi gen yang stabil dan tidak bersifat sementara atau Chimera. Friable Embryoenic Callus (FEC)

Penggunaan kultur embryogenik seperti friable embryogenic callus (FEC) yang dikombinasikan dengan Agrobacterium-media transformasi telah menjadi metode dengan tingkat genetika tanaman pada ubi kayu Penggunaan metode transformasi tersebut dilakukan untuk keberhasilan yanglebih sukses adalah cara yang paling ideal menyiasati perubahan iklim yang dibandingkan dari untuk mentransfer gen yang lebih kering di masa depan.Hal ini kotiledon(disebut juga kotil atau diinginkan secara efisien tanpa daun lembaga) adalah bakal daun dikarenakan perbaikan ubi kayu dibatasi oleh halangan seksual yang terbentuk pada embrio yang secara konvensional dan hubungan kedekatan cenderung menghasilkan transgen membutuhkan proses yang taksonomi. Teknologi transformasi panjang dan lama, dimana plasma dengan ekspresi gen yang bersifat juga akan memberikan wahana sementara.Taylor dkk., nutfah yang ada memiliki gen baru bagi pemulia tanaman ubi berpendapat, yang perlu ketahanan yang kayu untuk memperoleh gen atau rendah,heterozigot yang diperhatikan dalam teknik kelompok gen baru yang lebih transformasi genetik adalah kultur tinggi,alloploidi, serta luas. Produk teknologi tersebut harus memiliki kemampuan pembungaan yang tidak jelas. berupa organisme transgenik atau Oleh karena itu, transformasi morfogenetikyaitu proses organisme hasil modifikasi genetik genetik ubi kayu muncul sebagai pertumbuhan dan diferensial sel(OHMG), yang dalam bahasa sel individu menjadi jaringan alternatif yang berharga dan Inggris disebut dengan genetically pendekatan yang melengkapi kemudian menjadi organ dan modified organism akhirnya menjadi organisme yang teknik lainnya dalam perbaikan (GMO).Penelitian rekayasa genetik singkong.Sebagai contoh, dapat dikenali. 10


FEC merupakan salah satu material untuk transformasi genetik yang paling efektif dengan peluang transformasi yang lebih tinggi karena berasal dari satu sel somatik. InduksiFEC sendiri sebenarnya merupakan teknik baru dalam kultur kalus embriogenik dimana kalus embriogenikyang dihasilkan banyak dan remah serta sebagian besar bersifat totipotensi atau potensi pada setiap sel penyusun jaringan dewasa untuk

adalah multiplikasi embrio somatik sekunder (ESS; embrio somatik yang terbentuk di atas permukaan embrio somatik primer). Zulkarnain menyatakan bahwa embrio somatik tumbuh dan berkembang akan melewati fase globular, hati, torpedo dan kotiledon. Dalam ESP dan ESS, fase seperti torpedo dan kotiledon tidak diinginkan karena tujuan akhirnya adalah terbentuknya kalus FEC dengan bentuk seperti nodul-nodul yang saling bersusun

Sejak pertama kali ditemukan, FEC telah dimanfaatkan pada berbagai kultivar ubi kayu diberbagai wilayah di dunia. Misalnya, TMS60444 merupakan salah satu kultivar ubi kayu asal Afrika yang sudah berhasil diinduksi menjadi FEC dan dimanfaatkan sebagai material transformasi genetik. Selanjutnya model transformasi ubi kayu dengan menggunakan FEC kultivar60444 (sebelumnya disebut sebagai TMS 60444) menjadi model dari kegiatan

Gambar 1. Tahapan dalam pembentukan FEC hingga menjadi tanaman mengadakan pembelahan dan membentuk individu baru.Lalu bagaimana tahapan untuk menghasilkan FEC pada kultur ubi kayu?. Ternyata untuk membentuk FEC diperlukan beberapa tahapan yang melibatkan penggunaan beberapa kombinasi zat pengatur tumbuh dan asam amino yang berbedabeda untuk setiap genotip ubi kayu. Meskipun begitu secara umum tahapan inisiasi FEC hampir semuanya sama yaitu yang harus dilakukan pertama adalah induksi embrio somatik primer(ESP) yaitu embrio somatik yang dihasilkan langsung dari kalus yang bersifat embriogenik.Dalam hal ini biasanya penggunaan auksin dengan konsentrasi yang tinggi seperti Pikloram dan juga penambahan asam amino seperti L-Tyrosine mampu menginduksi ESP dengan baik. Setelah ESP terbentuk tahapan berikutnya

ke atas seperti piramida dengan tekstur yang sangat remah dibandingkan kalus somatik biasa.Tahapan berikutnya yaitu induksi fresh FEC (FFEC) dan terakhir adalah subkultur FEC dan multiplikasi. UntukESP dan ESS pada ubi kayu yang terbentuk paling banyak berasal dari eksplan young leaf lobes atau tunas pucuk yang diinduksi pada media kultur yang ditambahkan hormon auksin seperti Pikloram atau 2,4-D dengan konsentrasi yang tinggi. Meskipun begitu adafaktor-faktor lain yang mempengaruhi induksi FEC antara lain jenis tanaman, media, dan hormon. Selain itu inisiasi FEC dan regenerasinya ini sangat bergantung pula pada genotipe tanaman. Keberhasilan penggunaan FEC ubi kayu

11

transformasi pada ubi kayu dengan FEC dimana sebagian besar hasil kegiatan mengenai ubi kayu transgenik didasarkan pada model transformasi dengan FEC kultivar 60444 tersebut (Zhang, 2000). Keberhasilan metode transformasi genetik dengan FEC ubi kayu kulivar 60444 membawa dampak terhadap peningkatan dan percepatan dalam kegiatan transgenik ubi kayu.Sedangkan baru-baru ini, Zainuddin dkk., telah berhasil merumuskan suatu metode transformasi genetik dengan material FEC ubi kayu dari beberapa kultivar ubi kayu yang disukai oleh petani.Lembaga Pusat Bioteknologi Ubi kayu di Shanghai, China juga telah sukses menginduksi FEC dari kultivar ubi kayu asal Asia yaitu KU50, SC8 dan SC205. Ubi kayu genotipe Gebang dan varietas Adira 4 asal Indonesia juga telah berhasil diinduksi menjadi FEC dari material young


leaf lobe atau meristem yang dikerjakan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) ditunjukkan dalam Gambar 1. Seiring dengan kemajuan teknologi dibidang pertanian, LIPI berusaha untuk menyelaraskan visi dan misinya dengan perkembangan teknologi tersebut. Diantaranya terkait dengan penelitian tanaman ubi kayu adalah upaya untuk menghasilkan ubi kayu yang mengandung kadar amilosa lebih tinggi dan lebih rendah. Amilosa merupakan komponen pati selain amilopektin yang komposisinya secara alami adalah 20 persen untuk amilosa dan 80 persen untuk amilopektin. Kadar amilosa tinggi (amilopektin rendah) diperlukan untuk industri pangan, khususnya makanan bagi orang yang memiliki masalah dengan pencernaan dan untuk obat-obatan pada industri farmasi. Sedangkan kadar amilosa rendah baik bagi pengolahan pada industri kertas dan tekstil karena pengolahannya menjadi lebih mudah. Di samping beberapa keuntungan dari penggunaan FEC tersebut, ada beberapa keterbatasan dari penggunaan FEC diantaranya penurunan daya morfogenesis dari kalus embriogenik setelah beberapa kali subkultur,peningkatan abnormalitas pada morfologi tanaman hasil regenerasi asal FECkarena umur kultur FEC semakin tua dan subkultur berulang serta memerlukan penanganan yang lebih intensif karena kultur lebih rapuh. Meskipun demikian, teknik ini merupakan salah satu teknik yang menjanjikan dalam upaya untuk meningkatkan plasma nutfah ubi kayu, terutama bagi petani di negara tropis yang sebagian besar menggantungkan hidupnya pada ubi kayu sebagai bahan pangan.

Kesimpulan/Pospek FEC ke depan uji stabilitas daya hasil sebelum dirilis sebagai varietas dan juga Saat ini, pendekatan rekayasa kajian secara sosioekonomi untuk genetika melalui integrasi dan mengetahui hal tersebut. Namun ekspresi transgen pada tanaman demikian, hal ini merupakan khususnya ubi kayu untuk langkah awal yang menjanjikan memperbaiki dan menghasilkan dalam mencapai tujuan ketahanan sifat-sifat unggul telah banyak pangan di Indonesia.Semoga. dilakukan di berbagai negara terutama Asia, Amerika dan Afrika Daftar Pustaka yang notabenenya merupakan makanan pokok di beberapa Julianto. 2015. Menengok sentra negara tersebut. Penggunaan FEC ubi kayu di Pati. sebagai material yang menjanjikan untuk keberhasilan introduksi gen http://m.tabloidsinartani.com/ind saat proses transformasi tanaman ex.php?id=148&tx_ttnews[tt ubi kayu menjadi salah satu _news]=2787&cHash=d46528 kemajuan penting dalam 6cbd38ff336aaf5f9624f984d7 perbaikan genetik dan perakitan . 15 Desember 2015 tanaman unggul. Uji lapang untuk yang pertama kali untuk ubi kayu LiuJ, ZhengQ, MaQ, GadidasuKK, transgenik dengan material dari and Zhang P. 2011. Cassava hasil FEC pada tahun 2004 di genetic transformation and Afrika dan Amerika Selatan its application in breeding. J. menjadi salah satu contoh dari Integr. Plant Biol. 53, 552– kemajuan tersebut. Menariknya, 569. doi: 10.1111/j.1744keberhasilan uji lapang ini menjadi 7909.2011.01048. langkah awal dalam menentukan arah kebijakan kedepannya Raemakers CJJM., SofiariE, Taylor termasuk di Indonesia agar N, HenshawG, Jacobsen E, produk tanaman hasil FEC dan and Visser RGF. 1996. atau rekayasa genetika dengan Production of transgenic bahan FEC untuk bisa diterima cassava (Manihot esculenta oleh pemerintah, petani dan Crantz) plants by particle semua pihak terkait.Kebijakan bombardment using tersebut meliputi keamanan luciferase activity as selection pangan dan lingkungan yang marker. Mol. Breed. 2, 339– diterjemahkan ke dalam undang349. doi: undang, kebijakan dan praktek 10.1007/BF00437912. pengelolaan manfaat dan resiko, karena walau bagaimanapun Sutrisno AW. 2015. Peluang dan produk GMO masih menjadi Tantangan Pengembangan polemik di sebagian besar Ubikayu di Indonesia. masyarakat dunia termasuk juga Balitkabi. di Indonesia. Tapi harus dipahami pula bahwa hasil penelitian ubi http://balitkabi.litbang.pertanian. kayu transgenik masih dilakukan go.id/kilas-litbang/1850dalam skala laboratorium dan uji peluang-dan-tantanganlapang terbatas belum secara pengembangan-ubikayu-disignifikan langsung dapat indonesia.html mengubah kesejahteraan petani ubi kayu karena perlu dilakukan 12


Taylor NJ, Edwards M, Kiernan RJ, schurenH. 2012. Robust Dissertation ETHZ-No.13962. DaveyCDM, BlakesleyD, and transformation procedure for Swiss Federal Institute of HenshawGG. 1996. the production of transgenic Technology, Zurich, Development of friable farmer-preferred cassava Switzerland. embryogenic callus and landraces. Plant Methods embryogenic suspension 8:24. doi: 10.1186/1746Zulkarnain. 2009. culture systems in cassava 4811-8-24. KulturJaringanTanaman. (Manihot esculenta Crantz). Jakarta: BumiAksara. Nat. Biotechnol. 14, 726–730. Zhang P. 2000. Studies on Cassava (Manihot esculenta Crantz) Zainuddin I M, Schlegel K, Transformation: Towards GruissemW, and Vander Genetic Improvement. Ph.D.

13

FRIABLE EMBRYOGENIC CALLUS (FEC) SEBAGAI MATERIAL PERBAIKAN SIFAT UNGGUL UBI KAYU

Recommend Documents