I. Pendahuluan Gen adalah suatu unit fungsional dasar hereditas yang merupakan titik focal dalam ilmu genetika modern. Pada semua cabang-cabang ilmu genetika, gen merupakan benang merah yang mempersatukan keberagaman dalam pelaksanaan percobaan. Para ahli ilmu genetika memiliki perhatian yang sangat besar terhadap transmisi gen dari generasi ke generasi, struktur fisik gen, variasi dalam gen, dan terhadap cara bagaimana gen menurunkan sifat-sifat dari sebuah spesies. Dalam chapter ini akan dirunut bagaimana konsep gen muncul. Kita dapat melihat bahwa genetika adalah suatu ilmu yang abstrak dimana umumnya dimulai dari rangkaian hipotesis dalam pikiran para ahli genetika dan kemudian diidentifikasi dalam bentuk fisik. Konsep gen (bukan kata ’gen’nya) pertama kali diperkenalkan pada tahun 1865 oleh Gregor Mendel. Setelah itu, tidak banyak kemajuan dalam memahami hereditas yang telah dilakukan. Gagasan yang sedang berlaku pada saat itu adalah sperma dan sel telur mengandung sebuah sampling/cuplikan intisari dari berbagai bagian pada tubuh induk; sehingga pada proses pembuahan, intisari ini bercampur entah bagaimana untuk membentuk sifat individu baru yang dihasilkan. Ide ini yang disebut ” blending inheritance” (keturunan campuran) disusun untuk menjelaskan fakta bahwa hasil keturunan biasanya menunjukkan beberapa sifat yang sama dengan kedua induknya. Namun, ada beberapa masalah yang dihasilkan dari ide ini, satu diantaranya adalah hasil keturunan tidak selalu merupakan campuran antara sifat kedua induknya. Usaha untuk mengembangkan dan meningkatkan teori ini tidak mengarahkan pada pengertian yang lebih baik tentang hereditas. Kemudian sebagai hasil dari penelitiannya terhadap tanaman kacang polong, Mendel mengajukan teori alternatif yaitu ”particulate inheritance” (inheritan partikulat). Menurut teori Mendel, karakter-karakter ditentukan oleh unit-unit yang mempunyai ciri tersendiri yang diturunkan secara utuh ke generasi berikutnya. Model ini dapat menjelaskan berbagai hasil pengamatan yang tidak dapat dijelaskan oleh teori keturunana campuran. Teori Mendel juga dapat digunakan dengan baik sebagai kerangka untuk pengertian tentang mekanisme hereditas lebih lanjut dan terinci.
Pentingnya hasil pemikiran Mendel tersebut tidak dikenal sampai sekitar tahun 1900 (setelah kematiannya). Karya tulisnya kemudian ditemukan kembali oleh tiga saintis, setelah masingmasing mendapatkan hasil yang serupa secara terpisah. Penelitian Mendel merupakan bentuk dasar dari analisis genetika. Ia memberikan pendekatan secara eksperimental dan logis untuk hereditas yang masih digunakan sampai sekarang ini.
II. Percobaan Mendel Studi Mendel menghasilkan sebuah contoh luar biasa dari teknik saintifik yang baik. Ia memilih bahan-bahan penelitian yang cocok untuk mempelajari masalah yang ada, mendesain percobaannya dengan hati-hati, mengumpulkan banyak sekali data, dan menggunakan analisis matermatika untuk menunjukkan bahwa hasil-hasilnya konsisten dengan penjelasan-penjelasan hipotesisnya. Perkiraan hipotesisnya diuji dalam sebuah rangkaian percobaan yang baru. Mendel mempelajari tanaman kacang polong (Pisum Sativum) untuk dua alasan utama. Pertama, kacang polong tersedia dari berbagai jenis susunan bentuk dan warna yang berbeda yang dapat dengan mudah diidentifikasi dan dianalisis. Kedua, tanaman kacang polong dapat melakukan penyerbukan sendiri atau penyerbukan silang. Penyerbukan sendiri pada tanaman kacang polong terjadi karena bagian laki-lakinya (anthers) dan bagian wanita (ovaries) pada bunganya menghasilkan serbuk yang mengandung sperma dan indung telur yang mengandung sel telur, dimana masing-masing tertutup oleh dua kelopak yang bergabung membentuk sebuah ruang/ kompartemen yang disebut keel (lunas) (Gambar 2-1). Siapapun dapat melakukan penyerbukan silang dari dua pohon kacang polong manapun dan kapanpun (sewaktu-waktu). Anthers dari satu pohon dipindahkan sebelum mereka terbuka untuk melepaskan sebuk-serbuknya, sebuah operasi yang disebut dengan emaskulasi (emasculation) yang dilakukan untuk melindungi penyerbukan sendiri. Serbuk dari tanaman yang lain kemudian ditransfer ke stigma reseptif dengan sebuah sikat/kuas atau pada anthers-nya masing-masing (Gambar 2-2). Sehingga, para pelaku percobaan dapat memilih dengan mudah akan melakukan penyerbukan sendiri atau penyerbukan silang terhadap tanaman kacang polong (peas). Alasan praktis lain untuk pilihan Mendel terhadap tanaman kacang polong adalah sangat murah dan mudah didapat, memerlukan ruang yang tidak luas, mempunyai waktu generasi yang relatif
singkat, dan menghasilkan banyak keturunan. Pertimbangan-pertimbangan itu menuju pada pemilihan organisme untuk tiap riset genetika yang ada. Pemilihan organisme merupakan keputusan yang krusial dan sering tidak hanya berdasarkan pada sains tetapi juga sebagai ukuran yang baik untuk kelayakan.
III. Tanaman yang Memiliki Satu Karakter Berbeda Mendel memilih banyak karakter untuk dipelajari. Di sini, kata ‘character’ berarti sifat spesifik dari sebuah organisme; para ahli genetika menggunakan istilah ini sebagai sinonim untuk sifat atau ciri-ciri. Untuk tiap karakter yang dipilihnya, Mendel mendapat garis keturunan dari tumbuhan yang ia besarkan selama dua tahun untuk memastikan mereka benar-benar asli/murni. Sebuah garis keturunan murni adalah sebuah populasi yang menurunkan sifat asli, atau tidak menunjukkan variasi pada karakter tertentu yang dipelajari, yaitu semua keturunan yang dihasilkan dari penyerbukan sendiri atau penyerbukan silang dalam populasi menunjukkan bentuk yang sama dari karakter ini. Dengan memastikan “garis keturunan Mendel” menghasilkan keturunan yang benar, maka Mendel membuat sebuah garis keturunan dasar yang telah ditetapkan (fixed) untuk studinya di masa depan, sehingga setiap perubahan yang tampak setelah manipulasi yang sengaja dilakukan dalam penelitiannya, akan sangat berarti secara ilmiah; dan sebagai efeknya, Mendel membuat suatu percobaan pengontrol. Dua dari garis keturunan tanaman kacang polong yang ditumbuhkan oleh Mendel terbukti asli menurunkan karakter warna bunga. Satu garis keturunan asli menurunkan bunga berwarna ungu, dan garis yang lainnya menurunkan bunga berwarna putih. Tanaman manapun yang berada pada garis keturunan bunga ungu (ketika dilakukan penyerbukan sendiri atau silang dengan tanaman lain dari garis keturunan yang sama) akan menghasilkan biji yang akan tumbuh menjadi tanaman dengan bunga berwarna ungu. Jadi ketika tanaman-tanaman ini dilakukan penyerbukan sendiri atau silang diantara satu garis keturunan, maka keturunannya juga menghasilkan bunga berwarna ungu, dan seterusnya. Demikian pula garis keturunan bunga berwarna putih akan menghasilkan bunga yang berwarna putih saja seluruh generasinya. Mendel mendapat tujuh pasang garis
keturunan murni dengan 7 karakter, dimana tiap pasangan berbeda hanya satu karakter saja (Gambar 2-3). Tiap pasangan dari garis keturunan tanaman Mendel dapat dikatakan menunjukkan sebuah perbedaan karakter, yaitu sebuah perbedaan yang kontras di antara dua garis keturunan organisme (atau di antara dua organisme) dalam satu karakter tertentu. Perbedaan garis keturunan (atau individu) mewakili perbedaan bentuk yang terjadi pada karakter yang disebut bentuk-bentuk karakter, variasi karakter atau fenotip. Istilah ‘fenotip’ (berasal dari Yunani) secara harfiah berarti “ bentuk yang tampak”; merupakan istilah yang digunakan oleh ahli genetika saat ini. Walaupun kata-kata seperti gen dan fenotip tidak digunakan oleh Mendel, kita akan menggunakan kata-kata itu untuk menjelaskan hasil dan hipotesis Mendel. Gambar 2-3 menunjukkan tujuh karakter tanaman kacang polong, masing-masing diwakilkan oleh dua fenotip yang kontras. Fenotip yang kontras untuk sebuah karakter khusus/tertentu merupakan titik awal untuk analisa genetika. Hal ini menjelaskan poin yang dibuat pada Chapter1 bahwa variasi merupakan bahan baku untuk setiap analisa genetika. Tentu saja, penggambaran karakter terkadang berubah-ubah; sebuah organisme bisa saja terbagi menjadi beberapa karakter melalui berbagai macam cara. Contohnya, kita dapat menyatakan bahwa satu karakter tanaman kacang polong berbeda, melalui tiga cara: Karakter
Fenotip
Warna bunga
ungu atau putih
Keunguan bunga
ada atau tidak
Keputihan bunga
ada atau tidak
Dalam banyak kasus, penggambaran yang dipilih semata-mata berdasarkan kenyamanan (atau kesempatan). Beruntungnya, pemilihan tersebut tidak mengubah kesimpulan akhir dari analisa, kecuali dalam penggunaan kata. Kita sekarang membahas beberapa percobaan Mendel dengan garis keturunan yang asli untuk warna bunga. Pada penelitian awalnya, Mendel menyerbukkan tanaman berbunga ungu dengan
serbuk dari tanaman berbunga putih. Kita menyebut tanaman yang berasal dari garis keturunan asli/murni sebagai generasi parental (P). Semua tanaman yang dihasilkan dari penyilangan ini menghasilkan bunga berwarna ungu (Gambar 2-4). Hasil keturunan ini disebut generasi filial pertama (F1). Generasi berikutnya yang dihasilkan dengan penyerbukan sendiri dilambangkan dengan F2, F3, dan seterusnya. Mendel membuat penyilangan berbanding terbalik (reciprocal crosses). Pada kebanyakan tanaman, penyilangan manapun dapat dibuat dengan dua cara, tergantung pada fenotip mana yang digunakan sebagai laki-laki ( ♂) atau wanita (♀). Contohnya, untuk dua penyilangan:
Fenotip A (wanita) x fenotip B (pria) Fenotip B (wanita) x fenotip A (pria) merupakan “penyilangan berbanding terbalik Mendel”, dimana Mendel menyerbukkan tanaman berbunga putih dengan serbuk dari tanaman berbunga ungu mendapatkan hasil yang sama (semua berbunga ungu) pada F1-nya (Gbr. 2-5). Mendel menyimpulkan bahwa tidak ada bedanya penyilangan manapun yang dilakukan. Jika satu dari keturunan asli/murni parent (induk) adalah bunga berwarna ungu dan yang lain bunga berwarna putih, semua tanaman di F1 memiliki bunga berwarna ungu. Warna bunga ungu pada generasi F1 sama dengan tanaman induk (parental) yang berbunga ungu. Dalam hal ini, turunannya bukan merupakan campuran warna ungu dan putih sehingga menghasilkan warna intermediate. Untuk mempertahankan sebuah teori turunan campuran, orang akan mengasumsikan bahwa warna ungu lebih kuat daripada warna putih dan menutupi jejak fenotip warna putih secara keseluruhan dalam campuran tersebut. Kemudian, Mendel melakukan penyerbukan sendiri pada tanaman F1, membiarkan serbuk sari dari setiap bunganya untuk jatuh pada stigma masing-masing. Ia mendapatkan 929 biji kacang polong dari penyerbukan ini (individu F2) dan menanamnya. Menariknya, beberapa dari hasil tanaman tersebut berbunga putih; fenotip berwarna putih telah muncul kembali. Mendel kemudian melakukan sesuatu yang luar biasa yang akan menandai kelahiran genetika modern: Mendel menghitung jumlah tanaman pada tiap fenotip. Prosedur ini jarang sekali digunakan
dalam studi genetika sebelum adanya
percobaan Mendel ini. Memang, orang lain pernah
mendapatkan hasil yang sama dalam studi hereditas ini tetapi gagal untuk menghitung jumlahnya dalam tiap kelas. Mendel menghitung 705 tanaman berbunga ungu dan 224 tanaman berbunga putih. Ia mendapatkan bahwa rasio/perbandingan 705:224 adalah mendekati 3:1 (kenyataannya memang 3:1). Mendel mengulangi prosedur penyilangan untuk keenam pasang karakter tanaman kacang polong yang lain. Ia mendapatkan rasio 3:1 yang sama pada generasi F2 pada tiap pasang tanaman tersebut (Tabel 2-1). Kali ini Mendel tidak ragu lagi untuk mempercayai kebenaran rasio 3:1 tersebut dan berusaha mencari penjelasannya. Dalam setiap kasus, satu fenotip induk (parental) hilang pada F1 dan muncul kembali ¼ bagian di F2. Fenotip warna putih contohnya, betul-betul tidak tampak pada generasi F1 tetapi muncul kembali (dengan bentuk asli yang utuh) sebanyak ¼ bagian dari keseluruhan pada tanaman F2. Sulit sekali untuk menemukan sebuah penjelaan dari hasil ini berkaitan dengan teori keturunan campuran. Walaupun bunga F1 berwarna ungu, tanaman tersebut terbukti masih membawa potensi untuk menghasilkan keturunan bunga berwarna putih. Mendel menduga bahwa tanaman F1 menerima dari induknya kemampuan untuk menghasilkan baik fenotip bunga ungu maupun putih dan kemampuan ini disimpan dan dikeluarkan untuk generasi berikutnya namun tidak menghasilkan warna campuran. Mengapa fenotip warna putih tidak tampak pada tanaman F1? Mendel menggunakan istilah dominan dan resesip untuk menggambarkan fenomena ini tanpa menjelaskan mekanismenya. Dalam istilah modern, fenotip berwarna ungu dominan terhadap fenotip warna putih dan fenotip berwarna putih resesip terhadap warna ungu. Sehingga, definisi operasional ’dominan’ yang diberikan oleh fenotip F1 dibentuk dari penyilangan dua garis keturunan asli. Fenotip induk yang tampak pada individu F1 secara definisi merupakan fenotip dominan. Mendel melanjutkan bahwa pada kelas F2, individu-individunya menunjukkan fenotip dominan, yang kenyataannya merupakan dua sub-kelas yang nyata secara genetika. Dalam kasus ini, ia bekerja dengan warna biji. Pada tanaman kacang polong, warna bijinya ditentukan oleh keadaan genetik biji itu sendiri, dan tidak dari induknya, yang biasanya terjadi pada beberapa spesies tanaman. Hal ini sangat memudahkan karena para peneliti dapat memperlakukan tiap tanaman kacang polong sebagai sebuah individu dan dapat diamati fenotipnya secara langsung tanpa
harus menumbuhkan tanaman dari biji tersebut terlebih dahulu seperti yang biasa dilakukan untuk studi warna bunga. Ini juga berarti lebih banyak jumlah tanaman yang dapat diamati, dan juga lebih mudah untuk memperpanjang studi untuk generasi-generasi berikutnya. Warna biji yang digunakan oleh Medel adalah kuning dan hijau. Ia menyilangkan garis keturunan warna kuning asli dangan garis keturunan warna hijau asli, dan diamati bahwa kacang polong F1 yang muncul semuanya berwarna kuning. Secara simbolik sebagai berikut:
P
kuning x hijau
F1
semua berwarna kuning
Sehingga, secara definisi, warna kuning adalah fenotip dominan dan warna hijau adalah resesip.
Mendel menumbuhkan tanaman F1 dari biji kacang polong F1 ini, dan kemudian melakukan penyerbukan sendiri terhadap tanaman tersebut. Buah kacang polong yang berkembang pada tanaman F1 mewakili generasi F2. Ia mengamati bahwa buah polong dari tanaman F1, ¾ bagiannya adalah buah polong yang berwarna kuning dan ¼ bagiannya berwarna kuning. Di sini kembali pada F2 kita lihat rasio fenotip 3:1. Mendel mengambil sampel yang terdiri dari 519 kacang polong F2 dan menumbuhkan tanaman dari kacang polong tersebut. Pada tanaman F2 ini dilakukan penyerbukan sendiri secara individu dan kacang polong yang berkembang dicatat. Mendel menemukan 166 dari tanaman tersebut menghasilkan hanya kacang polong berwarna kuning, dan masing–masing dari sisa 353 tanaman menghasilkan campuran kacang polong berwarna kuning dan hijau dengan rasio 3:1. Selain itu, kacang polong F2 yang berwarna hijau ditumbuhkan dan dilakukan penyerbukan sendiri, dan menghasilkan hanya kacang polong berwarna hijau. Kesimpulannya, semua F2 berwarna hijau terbukti keturunan asli/murni seperti garis keturunan induk berwarna hijau, tetapi F2 berwarna kuning, 2/3 bagiannya seperti F1
berwarna kuning (menghasilkan biji kuning dan hijau dengan rasio 3:1) dan 1/3 bagiannya seperti warna keturunan asli induknya. Sehingga, studi untuk generasi berikutnya (F3) mengungkapkan bahwa berdasarkan rasio fenotip pada generasi F2 ada rasio 1:2:1 yang lebih fundamental: ¼ bagian berwarna kuning keturunan asli ¾ bagian berwarna kuning 2/4 bagian berwarna kuning tidak asli ¼ bagian berwarna hijau
¼ bagian berwarna hijau keturunan asli
Studi selanjutnya menunjukkan bahwa rasio 1:2:1 tersebut mendasari semua rasio fenotip yang Mendel amati. Sehingga, masalahnya betul-betul bagaimana menjelaskan rasio 1:2:1 ini. Penjelasan Mendel merupakan sebuah contoh model klasik kreatif atau hipotesa yang didapatkan dari pengamatan dan cocok untuk pengujian dalam percobaan-percobaan berikutnya. Ia menyimpulkan beberapa penjelasan berikut ini mengenai rasio1:2:1 tersebut: 1. Ada faktor-faktor penentu hereditas dalam sebuah partikulat alam. (Mendel tidak melihat adanya campuran fenotip, jadi Ia terpaksa membuat kesimpulan ini). Kita sekarang menyebut faktor penentu ini gen. 2. Tiap-tiap tanaman kacang polong dewasa memiliki dua gen - sebuah pasangan gen – pada setiap sel untuk tiap karakter yang dipelajari. Alasan Mendel di sini jelas: tanaman F1, contohnya harus memiliki satu gen yang bertanggung jawab terhadap fenotip dominan dan gen yang lain bertanggung jawab terhadap fenotip resesif (yang muncul hanya pada generasi berikutnya). 3. Anggota-anggota dari pasangan-pasangan gen tersebut terbagi dua menjadi gametes, atau sel telur dan sperma. 4. Sebagai konsekuensinya, tiap gamete membawa hanya satu anggota dari tiap pasangan gen.
5. Penyatuan dari satu gamete dari tiap induk bersifat acak, dimana gametes berkombinasi tanpa memandang anggota pasangan gen mana yang dibawa, membentuk sel pertama (disebut zigot) pada sebuah individu keturunan baru. Poin-poin ini dapat digambarkan secara diagramatik untuk sebuah kasus umum, menggunakan lambang A untuk melambangkan gen yang menentukan fenotip dominan dan lambang a untuk melambangkan gen resesif (seperti yang telah dilakukan Mendel). Ini seperti cara seorang ahli matematik menggunakan simbol untuk melambangkan sesuatu yang abstrak yang beraneka ragam. Pada Gambar 2-6, simbol-simbol ini digunakan untuk menggambarkan bagaimana kelima poin di atas menjelaskan rasio 1:2:1. Semua model memiliki data yang logis. Namun, banyak model yang indah dikalahkan dalam pengujian. Pekerjaan Mendel berikutnya adalah menguji modelnya. Ia melakukan ini dengan mengambil (contohnya) sebuah tanaman F1 yang ditumbuhkan dari sebuah biji berwarna kuning dan disilangkan dengan tanaman yang tumbuh dari biji berwarna hijau. Sebuah rasio 1:1 dari bibit berwarna kuning terhadap bibit berwarna hijau dapat diprediksi pada generasi berikutnya. Jika kita melambangkan Y untuk gen yang menentukan fenotip dominan (biji kuning) dan y untuk gen yang menentukan fenotif resesif (biji berwarna hijau), kita dapat membuat diagram perkiraan Mendel seperti pada Gambar 2-7. Pada percobaan ini, Ia mendapatkan 52 berwarna kuning (Yy) dan 52 berwarna hijau (yy), sebuah perkiraan yang sangat dekat untuk memprediksi rasio 1:1 dan konfirmasi dari pemisahan setara dari Y dan y pada individu F1. Konsep
pemisahan setara menghasilkan penghargaan formal sebagai Hukum
Pertama Mendel.
Hukum Pertama Mendel. Dua anggota dari sebuah pasangan gen membelah membentuk gametes, sehingga satu bagian dari gametes membawa satu anggota dari pasangan gen dan yang lainnya membawa anggota pasangan gen yang lain.
Sekarang kita perlu memperkenalkan beberapa istilah lagi. Individu yang dilambangkan sebagai Aa, disebut sebagai heterozigot, atau terkadang hibrid, sedangkan individu yang yang merupakan
garis keturunan murni disebut homozigot. Hetero berarti berbeda, sedangkan homo berarti identik. Jadi sebuah tanaman AA dikatakan homozigos dominan; sebuah tanaman aa merupakan homozigos untuk gen resesip. Seperti yang kita lihat di chapter 1, susunan genetika yang dipilih dari suatu karakter atau karakter-karakter yang dipelajari disebut genotip. Sehingga YY dan Yy contohnya, adalah berbeda genotip walaupun biji dari kedua jenis tersebut memiliki fenotip yang sama (yaitu kuning). Dalam situasi ini, fenotip dapat dipikirkan secara simpel sebagai bentuk luar dari genotip yang mendasarinya. Perlu dicatat bahwa yang mendasari rasio fenotip 3:1 pada F2 adalah rasio genotip 1: 2 : 1 dari YY : Yy : yy. Perlu dicatat juga bahwa ekspresi ”dominan” dan ”resesif” merupakan sifat dari fenotip. Fenotip yang dominan ditentukan/dibuktikan dalam analisis oleh tampilan F1. Namun, dengan jelas sebuah fenotip (yang merupakan sebuah deskripsi saja) tidak dapat mendesak kedominanan. Mendel menunjukkan bahwa kedominanan suatu fenotip terhadap yang lain adalah secara nyata disebabkan oleh kedominanan satu anggota dari sepasang gen terhadap yang lainnya. Mari kita berhenti sejenak untuk meresapi makna dari penelitian ini. Apa yang Mendel lakukan adalah untuk mengembangkan sebuah skema analitik untuk mengidentifikasi gen yang mengatur setiap karakter atau fungsi biologis. Mari kita mengambil contoh warna kelopak. Diawali dengan dua fenotip yang berbeda (ungu dan putih) dari satu karakter (warna kelopak), Mendel dapat menunjukkan bahwa perbedaannya disebabkan oleh satu pasangan gen. Ahli genetika modern akan mengatakan bahwa analisis Mendel telah mengidentifikasi sebuah gen untuk warna kelopak. Apakah artinya? Artinya bahwa pada oranisme ini terdapat sebuah gen yang memiliki sebuah pengaruh yang besar pada warna kelopak. Gen ini terdapat dalam bentuk yang berbeda: bentuk dominan dari gen tersebut (dilambangkan sebagai C) yang menyebabkan kelopak berwarna ungu, dan bentuk resesif dari gen tersebut (dilambangkan sebagai c) yang menyebabkan kelopak berwarna putih. Bentuk C dan c disebut ”alleles” ( bentuk alternatif) dari gen itu untuk warna kelopak. Mereka diberi lambang huruf yang sama untuk menunjukkan bahwa mereka adalah bentuk-bentuk dari satu gen. Kita dapat mengekspresikan hal ini dengan cara lain dengan mengatakan bahwa ada sejenis gen yang secara fonetis disebut sebuah gen yang ”see” dengan ”allele” (bentuk alternatif) C dan c. Setiap inividu tanaman kacang polong akan selalu memiliki dua gen ”see”, membentuk sebuah pasangan gen, dan anggota aktual dari pasangan gen tersebut dapat berupa CC, Cc, atau cc. Perhatikan bahwa walaupun anggota-anggota dari sebuah
pasangan gen dapat menghasilkan efek-efek yang berbeda, namun keduanya dengan jelas mempengaruhi karakter yang sama. Istilah yang berhubungan yaitu gen dan ”allele” secara potensial membingungkan, namun untuk menjelaskan konsepnya, mari kita melompat kedepan untuk memikirkan bahwa apa yang mereka tunjukkan pada level DNA. Ketika ”alleles” atau bentuk alternatif seperti A dan a diuji pada level DNA menggunakan teknologi modern, secara umum didapatkan bahwa keduanya adalah identik pada sebagian besar susunan mereka, dan berbeda hanya pada satu atau sedikit nukleotida dari ribuan nukleotida yang membentuk gen tersebut. Sehingga, kita dapat melihat bahwa bentuk alternatif adalah betul-betul versi yang berbeda dari gen dasar yang sama. Lihat sebaliknya, gen adalah istilah genetika dan ”allele” (bentuk alternatif) adalah bersifat spesifik. Kita telah melihat bahwa walaupun istilah dominan dan resesif didefinisikan pada level fenotip, namun fenotip tersebut dengan jelas merefleksikan tindakan yang berbeda dari berbagai macam ”allele” (bentuk alternatif). Sehingga, kita dapat menggunakan secara sah frase ’bentuk alternatif (allele) dominan’ dan ’bentuk alternatif resesip’ sebagai faktor yang menentukan fenotip dominan dan resesif. (Catat bahwa penggunaan ini lebih benar daripada istilah gen dominan dan gen resesif, walaupun istilah-istilah ini terkadang digunakan). Bagaimana istilah ”allele” berhubungan dengan konsep pasangan gen? Sebuah pasangan gen dapat terdiri dari allele yang identik (pada homozigot) atau allele yang berbeda (pada heterozigot). Ketika sebuah pasangan gen membelah seperti yang digambarkan oleh hukum Mendel pertama, kemudian pasangan gen tersebut dapat berupa alleles identik yang membelah, sebagai homozigot, atau alleles berbeda yang membelah, sebagai heterozigot. Tentu saja hanyalah pembelahan heterozigot yang akan mengarahkan pada sebuah pemecahan fenotip (yaitu membentuk dua fenotip yang terpisah) pada keturunannya. Rute dasar dari analisis Mendelian untuk karakter tunggal dapat disimpulkan pada Tabel 2-2.
Pesan:
Keberadaan gen mula-mula disimpulkan (dan masih disimpulkan sampai sekarang) dengan cara mengamati rasio matematis secara tepat dalam keturunan dua individu induk yang berbeda secara genetik.
IV. Tanaman yang Memiliki Dua Karakter Berbeda Pada penelitian yang dijelaskan sejauh ini kita telah memperhatikan sesuatu yang terkadang disebut sebagai sebuah persilangan monohibrida, penyerbukan silang atau penyerbukan sendiri dari heterozigot yang dihasilkan dari sebuah pertemuan antara individu-individu dari dua garis keturunan murni yang berbeda dalam sebuah gen yang mengatur sebuah perbedaan karakter. Sekarang kita dapat bertanya apakah yang terjadi dalam sebuah penyilangan dihibrida, di mana garis keturunan induk yang murni memiliki dua gen berbeda yang mengontrol dua karakter berbeda yang terpisah? Kita dapat menggunakan istilah yang digunakan Mendel untuk menunjukkan genotip warna biji (Y dan y) dan bentuk biji (R dan r). R memberikan biji bundar, dan r memberikan biji yang berkerut/keriput. Dalam sebuah penyilangan monohibrida, sebuah rasio ¾ bundar dan ¼ keriput tampak pada F2 (Gambar 2-8). Sebuah garis keturunan murni dari tanaman Rryy melalui penyerbukan sendiri, menghasilkan biji yang bundar dan hijau. Garis keturunan murni yang lain adalah rrYY; melalui penyerbukan sendiri garis keturunan ini akan menghasilkan biji berwarna kuning yang keriput. Ketika Mendel menyilangkan tanaman dari kedua garis keturunan ini, ia mendapatkan biji F1 yang bundar dan kuning, seperti yang diharapkan. Hasil pada F2 dapat disimpulkan pada Gambar 2-9. Mendel melakukan percobaan serupa menggunakan pasangan karakter yang lain dalam banyak penyilangan dihibrida lainnya, dalam hal ini ia mendapatkan rasio 9:3:3. Jadi, ia mendapat fenomena lain untuk dijelaskan dan banyak angka untuk menghasilkan sebuah ide.
Mendel mula-mula memeriksa apakah rasio dari tiap gen dalam penyilangan dihibrida adalah sama dengan penyilangan monohibrida. Jika anda melihat hanya pada fenotip bundar dan keriput dan menjumlahkan semua biji yang berada pada dua kelas ini pada Gambar 2-9, maka totalnya adalah {315 + 101) : (108+32) = 416 : 410, sekali lagi mendekati 3:1. Dari petunjuk ini Mendel menyimpulkan bahwa dua sistem hereditas tersebut adalah bebas satu sama lain. Ia cukup cerdas secara matematis untuk menyadari bahwa rasio 9:3:3:1 tidak lebih dari sekedar sebuah kombinasi acak dari dua rasio 3:1 yang bebas.
Ini merupakan poin yang tepat untuk memperkenalkan beberapa aturan dasar probabilitas yang akan sering kita gunakan di seluruh buku ini. 1. Definisi probabilitas
Probabilitas = Berapa kali sebuah kejadian diharapkan terjadi Jumlah kemungkinan untuk sebuah kejadian terjadi (atau jumlah percobaan) Contohnya, probabilitas dari mendapatkan 4 pada sebuah dadu dalam sebuah trial ditulis sebagai berikut: P(dari sebuah 4) = 1/6 karena dadu memiliki 6 sisi. Jika tiap sisi memiliki kesempatan yang sama untuk muncul, maka rata-rata sebuah 4 akan muncul setiap lemparan enam.
2. Aturan Hasil Kali. Probabilitas bahwa dua kejadian bebas akan terjadi secara simultan adalah hasil kali dari masing-masing kemungkinannya. Contohnya, melempar dadu dua kali adalah dua kejadian bebas, dan P(dari dua 4) = 1/6 X 1/6 = 1/36 3. Aturan Penjumlahan. Kemungkinan baik satu atau dua kejadian bebas (eksklusif satu sama lain) adalah jumlah dari kemungkinan individu mereka. Contohnya, ketika dua dadu dilembar bersama, P(dari dua 4 atau dua 5) = 1/36 + 1/36 = 1/18 Komposisi F2 dari peyilangan dihibrida kacang polong dapat diprediksi jika mekanisme untuk menempatkan R atau r dalam sebuah gamete adalah bebas dari mekanisme untuk menempatkan Y atau y ke dalam gamete. Frekuensi dari tipe gametes dapat dihitung dengan menentukan kemungkinan mereka menurut aturan yang baru saja diberikan. Sehingga jika anda mengambil sebuah gamete secara acak, kemungkinan mengambil tipe gamete tertentu adalah sama dengan frekuensi dari tipe gamete itu. Kita tahu dari Hukum pertama Mendel bahwa sebuah heterozigot menghasilkan gametes dengan proporsi: Y gametes = y gametes = ½ R gemetes = r gametes = ½ Sebuah tanaman RrYy membentuk empat jenis gamete. Kemungkinan sebuah gamete membawa R dan Y ditulis sebagai p(RY). Demikian pula, p(R,r) menunjukkan kemungkinan sebuah gamete membawa R dan y. Dengan asumsi bahwa pembelahan R atau r menjadi sebuah gamete adalah bebas dari pembelahan Y atau y dan membentuk gamete yang sama, kita dapat menggunakan aturan hasil kali pada teori probabilitas untuk menghitung kemungkinan dari tiap kombinasi gametis: p(RY) = ½ x ½ = 1/4 p(ry) = ½ x ½ = ¼
p(ry) = ½ x ½ = ¼ p(rY) = ½ x ½ = ¼ Sehingga kita dapat menjabarkan generasi F2 dengan sebuah bujursangkar/kotak Punnett (mengikuti nama penemunya), seperti ditunjukkan pada Gambar 2-10. Kolom dari bujursangkar tersebut tersusun dari kontribusi induk pria pada F2 dan baris tersusun dari kontribusi induk wanita. Kemungkinan dari 1/16 yang ditunjukkan untuk tiap kotak dalam bujursangkar juga didapatkan dengan aturan hasil kali. Susunan dari sebuah zigot adalah hasil dari dua kejadian bebas – kejadian yang membentuk gamete laki-laki dan kejadian yang membentuk wanita. Sehingga, contohnya, kemungkinan (atau frekuensi) dari zigot RRYY (kombinasi dari sebuah gamet lakilaki RY dengan sebuah gamete wanita RY) adalah ¼ x ¼ = 1/16. Mengelompokkan semua tipe ini seperti pada Gambar 2-9, kita mendapatkan rasio 9:3:3:1 (sekarang menjadi tidak terlalu misterius) dalam semua keindahannya: Bundar, kuning
9/16 atau 9
Bundar, hijau
3/16 atau 3
Keriput, kuning
3/16 atau 3
Keriput, hijau
1/16 atau 1
Kebebasan dari pembelahan allelik untuk dua gen yang berbeda merupakan konsep yang penting. Ini disebut ”independent assortment” (penggabungan bebas), dan pernyataan umum ini sekarang dikenal sebagai Hukum Mendel Kedua.
Hukum Kedua Mendel: Selama pembentukan gamete, pembelahan allele dari satu gen adalah bebas dari pembelahan allele dari gen yang lainnya.
Sebuah catatan peringatan: kita harus melihat kemudian bahwa sebuah fenomena yang disebut ikatan gen (gene linkage) menghasilkan sebuah pengecualian penting terhadap Hukum Kedua Mendel. Catat bagaimana Mendel menghitung menuju penemuan suatu keteraturan yang tak terduga sebagai rasio 9:3:3:1 dan bagaimana sedikit asumsi sederhana (seperti pembelahan sama dan penggabungan bebas) dapat menjelaskan rasio ini yang semula sepertinya sangat mengherankan. Walaupun itu tidak dihargai pada saat itu, pendekatan kuantitatif Mendel merupakan kunci untuk pengertian mekanisme genetika. Tentu saja, Mendel menguji hukum kedua ini juga. Contohnya, ia menyilangakan F1 dihibrrida RrYy dengan sebuah strain resesip homozigos rryy. Sebuah persilangan terhadap resesip homozigos sekarang dikenal sebagai sebuah ”testcross” (uji penyilangan). Testcross memfokuskan percobaan pada genotip yang mendasari fenotip dominan dalam satu individu karena induk resesif homozigos mengkontribusi hanya allele resesif pada keturunannya. Kita akan melihat jenis persilangan ini beberapa kali dalam buku ini. Untuk testcross ini, Mendel memperkirakan bahwa dihibrida RrYy akan menghasilkan tipe gametik RY, Ry, ry, dan rY dalam frekuensi yang sama- yang ditunjukkan sepanjang satu pinggiran dalam bujursangkar Punnet dalam Gambar 2-10, dengan frekuensi ¼, ¼, ¼, dan ¼. Sebaliknya karena homozigos, tanaman rryy menghasilkan hanya satu tipe gamet (ry), tanpa menghiraukan pembelahan identik atau penggabungan bebas. Sehingga, fenotip keturunannya akan merefleksi langsung tipe gamatik dari induk RrYy (karena kontribusi ry resesif dari induk rryy tidak mengubah fenotip seperti yang ditunjukkan oleh gemete yang lain). Sehingga, Mendel memprediksi sebuah rasio 1:1:1:1 dari keturunan RrYy, Rryy, rryy dan rrYy dari testcross ini, dan prediksinya dikonfirmasi. Ia menguji konsep penggabungan bebas secara intesif pada empat kombinasi berbeda dari karakternya dan menemukan bahwa hal ini berlaku untuk setiap kombinasi. Tentu saja, kesimpulan dari pembelahan sama (identik) dan penggabungan bebas sebagai konsep abstrak yang menjelaskan fakta-fakta yang diamati mengarahkan dengan cepat pada pertanyaan mengenai struktur dan gaya apa yang menentukan perilaku demikian dari gen. Ide pembelahan seimbang (identik) sepertinya menunjukkan bahwa kedua allele dari sebuah gen sesungguhnya ada di beberapa jenis konfigurasi berpasangan yang rapi dari mana mereka dapat terbelah dengan bersih selama pembentukan gamete (Gambar 2-11). Jika allele dari gen yang lain berkelakuan
bebas dengan cara yang sama, maka kita memiliki penggabungan bebas (Gambar 2-12). Tetapi, ini semua spekulasi pada tahap ini dalam diskusi kita, karena ini adalah setelah penemuan kembali penelitian Mendel. Mekanisme aktual yang dikenal sekarang, dan dapat dilihat di Chapter 3 bahwa letak kromosom dari gen yang bertanggung jawab terhadap pembelahan seimbang (identik) dan penggabungan bebas.
Pesan. Mendel membentuk aturan dasar untuk analisis genetika. Perkerjaannya memungkinkan untuk menduga keberadaan dan sifat alami unit hereditas dan mekanisme hereditas tanpa pernah melihatnya. Analisis frekuensi fenotip dalam keturunan dari persilangan yang terkontrol masih merupakan bagian yang perlu dilengkapi dari pendekatan percobaan yang digunakan dalam berbagai genetika modern.
V. Metode Untuk Menghitung Rasio Genetika Kita berhenti sejenak untuk menghitung rasio fenotip dan genotip. Bujursangkar Punnett jelas dan dapat dipercaya, tetapi sulit dipakai; hanya cocok untuk ilustrasi, tidak untuk perhitungan efisien. Sebuah diagram bercabang dapat digunakan untuk menyelesaikan beberapa masalah. Contohnya, rasio fenotip 9:3:3:1 dapat diturunkan dengan menggambar sebuah diagram bercabang dan mengaplikasikan aturan hasil kali untuk menentukan frekuensi. (Catat bahwa penggunaan dari kaidah bahwa R-- mewakili baik RR dan Rr; yaitu, allele manapun dapat menempati tempat yang ditunjukkan oleh garis hubung. F1 RrYy hasil penyerbukan sendiri
Komposisi F2
By product rule ¾ bagian akan
9/16
¾ bundar
berwarna kuning (Y-)
bundar, kuning (R-Y-)
¼ bagian akan
3/16
berwarna hijau (yy)
bundar, hijau (R-yy)
¾ bagian akan
3/16
berwarna kuning (Y-)
keriput, kuning (rrY-)
¼ bagian akan
1/16
berwarna hijau (yy)
keriput, hijau (rryy)
(R-)
¼ keriput (rr)
Diagram cabang tersebut tentu saja merupakan ekspresi yang jelas dari aturan hasil kali. Itu dapat digunakan untuk rasio fenotip dan genotip. Diagram tersebut dapat diperpanjang menjadi sebuah rasio trihibrida (seperti AaBbCc x AaBbCc) dengan menggambar set cabang yang lain pada bagian ujungnya. Namun, semakin banyak jumlah gennya, jumlah fenotip yang dapat diidentifikasi meningkat dan jumlah genotip meningkat lebih tinggi seperti ditunjukkan pada Table 2-3. Dengan jumlah yang besar tersebut, bahkan metode cabang menjadi sulit dipakai. Pada kasus tersebut, kita harus mengambil jalan untuk menggunakan dasar secara langsung pada aturan hasil kali dan penjumlahan. Contohnya, bagaimana proporsi dari keturunan hasil persilangan berikut: AaBbCcDdEeFf x AaBbCcDdEeFf Apakah menjadi AabbCcDDeeFf? Jawabannya mudah didapat jika pasangan-pasangan allele semuanya tersusun secara bebas, sehingga dapat menggunakan aturan hasil kali. Dengan demikian, ¼ dari keturunannya akan berupa AA, ¼ bb, ½ Cc, ¼ DD, ¼ ee, dan ½ Ff, jadi kita mendapat jawabannya dengan mengalikan trekuensi ini: P(AabbCcDDeeFf) = ¼ x ¼ x ½ x ¼ x ¼ x ½ = 1/1024
Mari kita kembali pada penelitian Mendel. Ketika hasil-hasil Mendel ditemukan kembali pada tahun1900, prinsip dasarnya diuji dalam spektrum luas dari organisme eukaryotik ( organisme yang memiliki sel yang mempunyai inti sel). Hasil-hasil dari uji ini menunjukkan bahwa prinsip Mendelian secara umum dapat diaplikasikan. Rasio Mendelian (seperti 3:1, 1:1, 9:3:3:1, dan 1:1:1:1) secara ekstensif dilaporkan (Gambar 2-13), menyarankan bahwa pembelahan identik dan penggabungan yang saling bebas merupakan proses keturunan yang fundamental yang dapat ditemukan di seluruh alam semesta. Hukum Mendel tidak hanya tentang kacang polong saja tetapi hukum tentang genetika dari organisme eukariotik secara umum. Pendekatan penelitian yang digunakan oleh Mendel dapat diaplikasikan secara ekstensif pada tanaman. Namun, pada beberapa tanaman, dan di sebagian besar hewan, teknik penyerbukan sendiri tidak mungkin terjadi. Masalah ini dapat diatasi dengan persilangan genotip yang identik. Contohnya, sebuah F1 hewan hasil dari pertemuan induk garis keturunan murni yang berbeda dapat dipertemukan dengan F1 saudaranya (saudara laki-laki atau perempuan) untuk menghasilkan sebuah F2. Individu-individu F1 adalah identik untuk gen yang dipertanyakan, jadi penyilangan F1 sama dengan sebuah penyerbukan sendiri.
VI. Genetika Mendelian Sederhana dalam Agrikultur (Pertanian) Metode perkembang-biakan tanaman yang digunakan oleh petani pada zaman Neolitik mungkin saja sama dengan yang digunakan oleh petani sampai pada saat penemuan genetika Mendelian. Pada dasarnya, pendekatan tersebut untuk menyeleksi fenotip superior yang sering muncul sebagai varian yang jarang dalam populasi natural, dan kemudian menyebarkan hal ini pada tahun-tahun berikutnya. Yang terutama sekali diinginkan adalah garis keturunan murni dari fenotip yang lebih disukai tersebut, karena garis keturunan ini menghasilkan hasil yang konstan selama penanaman generasi-generasi berikutnya. Tanpa pengetahuan genetika Mendelian, bagaimana mungkin untuk mengembangkan garis keturunan murni? Selalu terjadi bahwa tanaman yang mengalami penyerbukan sendiri, seperti tanaman crop, yang secara alami cenderung bersifat homozigos, karena penyerbukan sendiri mengurangi keheterozigosan dalam populasi sebagaimana tampak jelas bila memperhatikan genotip induk dan genotip yang mungkin diantara keturunannya:
Aa
AA
AA
Aa
aa
AA
Aa
aa
aa
Ilustrasi ini lebih detail pada gambar 2-23. Jadi, garis keturunan murni telah berkembang secara otomatis selama tahun-tahun berikutnya. Namun, proses keturunan yang sederhana ini memiliki masalah besar; peternak dipaksa bergantung pada kombinasi gen natural yang disukai. Dengan kedatangan genetika Mendelian, terbukti bahwa kualitas yang diinginkan dari garis keturunan yang berbeda dapat dikombinasikan melalui hibridisasi dan penyeragaman susunan gen.
Prosedur ini membentuk dasar bagi
pengembang-biakkan tanaman moderen. Pengembang-biakkan tanaman untuk menghasilkan genotip yang baru dan kualitas meningkat dapat dilakukan dengan cara ini. Untuk tanaman yang mengalami penyerbukan sendiri secara alami, seperti padi atau gandum, dua garis keturunan murni (masing-masing dari genotip berbeda yang diinginkan) dihibridisasi dengan penyerbukan silang secara manual dan berkembanglah sebuah F1. F1 ini kemudian dibiarkan untuk mengalami penyerbukan sendiri dan pasangan heterozigos dari allele-nya digabungkan untuk menghasilkan banyak genotip yang berbeda, beberapa mewakili kombinasi baru yang diinginkan dari gen induk. Sebagian kecil dari genotip baru ini merupakan keturunan murni; sedangkan yang tidak merupakan keturunan murni, beberapa generasi dari penyerbukan sendiri akan menghasilkan homozigositas dari gen yang relevan. Gambar 2-24 menyimpulkan metode ini. Sebuah contoh mengenai pentingnya metode ini dalam perkembang-biakan yang sangat produktif, yaitu pada garis keturunan padi kerdil, yang merupakan salah satu bahan makanan pokok dunia. Program perkembang-biakan ditunjukkan pada Gambar 2-25.
Sebuah contoh peningkatan genetik dari suatu spesies yang sangat familiar adalah tomat. Setiap orang yang pernah membaca katalog bibit/ biji dewasa ini akan terbiasa dengan singkatan V, F, dan N yang tercantum pada jenis-jenis tomat. Ini mewakili keresistenan masing-masing terhadap patogen Verticillium, Fusarium, dan Nematodes – keresistenan yang telah diturunkan pada tomat domestik, khususnya dari golongan liar. Sebuah fenotip tomat yang berguna dapat menentukan pertumbuhan. Ujung cabang-cabang tanaman tomat kebanyakan dapat terus tumbuh (pertumbuhan indeterminate), tetapi pada garis keturunan determinate sebagian besar ujung cabang mernyerupai rangkaian bunga. Tanaman determinate lebih rindang dan padat, dan tidak membutuhkan tiang pancang (gambar 2-26). Pertumbuhan determinate disebabkan oleh allele resesif sp (self-pruning), yang telah disilangkan dengan varietas modern. Simbol sp mewakili sebuah gen tunggal; kebanyakan simbol gen lebih dari satu huruf. Allele yang berguna dari gen yang lain adalah u (uniform ripening); allele ini menghilangkan green patch atau shoulder disekitar batang dari buah yang matang. Ahli genetika tomat telah menghasilkan susunan besar berbagai jenis morfologi tomat yang berbeda, yang banyak terdapat di supermarket atau toko tanaman (Gambar 2-27). Intinya adalah bahwa genetika Mendelian sederhana, seperti yang dijelaskan pada chapter ini, telah memungkinkan perngembang-biakan tanaman agrikurtur dengan metodenya yang rasional dan moderen. Keseluruhan genotip kompleks dapat disusun dari rangkaian garis keturunan leluhurnya, masing-masing menunjukkan sifat-sfat yang diinginkan. Ketika kita berpikir tentang teknik genetika, kita berpikir tentang teknik molekular pada tahun 1980 dan 1990, tapi teknik genetika untuk peningkatan tanaman dimulai sejak dulu kala. Genetika Mendelian juga menyediakan teori dasar formal untuk pengembang-biakan hewan, yang memungkinkan efisiensi yang lebih besar daripada menggunakan teknik tradisional. Teknik yang lebih baru, seperti penggunaan semen dingin, superovulasi, inseminasi buatan, test-tube fertilisation, embrio beku, dan pengganti ibu dalam spesies ternak, telah memungkinkan petani/peternak untuk meningkatkan jumlah keturunan dari genotip yang spesifik – beberapa secara normal dibatasi oleh jangka hidup dari hewan tersebut.
VII. Varian dan Pemotongan Genetik
Analisis genetika, seperti yang telah kita lihat, harus dimulai dari perbedaan (varian) induk. Tanpa varian, tidak ada analisis genetika yang mungkin. Dari manakah varian ini – bahan baku untuk analisis genetika ini berasal? Ini adalah pertanyaan yang dapat dijawab dengan lengkap hanya pada chapter berikutnya. Singkatnya, kebanyakan varian seperti yang digunakan oleh Mendel (dan oleh petani/peternak jaman dulu dan modern) muncul secara spontan di alam atau pada populasi petani/ peternak tanpa pengerjaan genetika yang sengaja dilakukan. Mari kita menekankan lagi bahwa varian dapat bervariasi dari jarang ke umum. Beberapa varian yang jarang (rare varian) adalah abnormal. Tidak diragukan lagi di alam banyak dari jenis itu yang mati oleh seleksi alam, tetapi mereka dapat tetap hidup dengan perawatan sehingga allele yang bertanggung jawab dapat dipelajari. Sebaliknya, dari sekian banyak gen ada dua atau lebih allele yang umum dalam sebuah populasi yang menghasilkan polimorfisme genetik — koeksistensi antara fenotip varian tertentu secara genetika. Walaupun alasan keberadaan polimorfisme ini biasanya tidak mudah ditemukan, namun bagi ahli genetika polimorfisme adalah sumber allele varian yang berguna untuk diperlajari. Kita telah melihat bahwa analisis genetika dari varian dapat mengidentifikasi sebuah gen istimewa yang penting untuk proses biologi. Aspek inti dari genetika modern adalah pemotongan genetika (genetic dissection). Mendel adalah orang yang pertama kali melakukan pembedahan genetik. Menggunakan analisis genetika, ia dapat mengidentifikasi dan membedakan beberapa komponen dari proses hereditas dengan cara yang meyakinkan seolah-olah ia telah melakukan pembedahan/pemotongan mikro terhadap komponen –komponen tersebut. Kenyataannya, gen yang digunakannya adalah gen bentuk kacang polong, warna kacang polong dan seterusnya, yang sangat tidak relevan. Gen-gen tersebut digunakan dengan mudah sebagai marker genetik, yang memungkinkan bagi Mendel untuk melacak proses hereditas pembelahan dan penggabungan. Marker genetik adalah allele varian yang digunakan untuk memberi label sebuah struktur biologi atau proses, melalui jalan percobaan. Hampir seolah-olah Mendel dapat ”mewarnai” dua allele dengan dua warna yang berbeda dan melakukan penyilangan untuk melihat bagaimana perlakukan mereka. Marker genetik sekarang secara rutin digunakan dalam ilmu genetika dan biologi untuk mempelajari semua jenis proses dimana gen marker sendiri tidak mempengaruhinya secara langsung. Marker umumnya morfologikal (berupa analisis), seperti
dalam contoh kacang polong. Tetapi varian molekular (DNA dan protein) semakin meningkat untuk digunakan sebagai marker juga. Mungkin tanpa menyadarinya, Mendel telah menemukan aspek lain dari pemotongan genetika dimana penggunakan gen yang persis serupa adalah penting. Pada jenis analisis ini, varian genetik digunakan sedemikian rupa sehingga dengan mempelajari fungsi gen varian, kita dapat membuat kesimpulan tentang keadaan ”normal” dari gen dan proses yang mengontrolnya. Tiap kali sebuah gen diidentifikasi dengan analisis Mendelian, akan teridentifikasi sebuah komponen dari proses biologis. Ketika sebuah gen telah diidentifikasi sebagai ”affecting” (yang mempengaruhi), contohnya warna kelopak pada kacang polong, kita menyebutnya sebagai gen yang utama, tetapi apakah artinya? Utama dalam hal secara jelas memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap warna kelopak. Kita dapat menyimpulkan bahwa apakah ini langkah tunggal yang paling penting dalam penentuan warna kelopak? Jawabannya adalah tidak dan alasannya dapat dilihat dalam sebuah analogi. Jika kita mencoba untuk menemukan bagaimana sebuah mesin mobil bekerja, kita mungkin menarik berbagai bagiannya untuk mengamati pengaruhnya terhadap jalannya mesin. Jika kabel beterai diputuskan maka mesin akan berhenti; ini mungkin mengarahkan kita untuk menyimpulkan bahwa kabel adalah faktor yang paling penting dalam jalannya mesin. Bagian lain juga sama pentingnya, dan pemindahannya dapat juga menghentikan atau secara serius membuat mogok mesin tersebut. Dengan cara yang sama dapat ditunjukkan (seperti yang akan kita lihat di chapter 4) bahwa banyak gen dapat diidentifkasi, yang mana semuanya memiliki pengaruh besar dan serupa pada pewarnaan kelopak. Karya Mendel dapat bertahan terhadap waktu dan telah memberikan kita bahan dasar untuk semua ilmu genetika modern. Bahkan hasil kerjanya tidak dikenal dan ditolak selama 35 tahun setelah publikasinya. Mengapa? Ada banyak alasan yang mungkin, tetapi di sini kita akan memperhatikan hanya satu saja. Mungkin karena ilmu biologi pada waktu itu tidak dapat memberikan bukti unit secara fisik yang nyata di dalam sel yang sesuai dengan partikel genetika Mendel. Kromosom sudah tentu belum dipelajari, meiosis belum dapat dijelaskan dan bahkan siklus hidup tanaman secara detail belum bekerja. Tanpa pengetahuan dasar ini, sepertinya ide Mendel hanya semata-mata peramalan dengan angka saja.
Pesan. Hasil kerja Mendel adalah analisis prototipikal genetika. Dengan demikian, ini penting untuk beberapa alasan berikut: 1. Ditunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mempelajari proses biologi menggunakan marker genetika. 2. Ditunjukkan bagaimana fungsi dari gen-gen itu sediri dapat dijelaskan/diuraikan dari studi allele varian. 3. Memiliki jangkauan luas percabangan dalam bidang pertanian dan kedokteran.
Pada chapter berikutnya, kita fokus pada lokasi fiksik dari gen dalam sel dan konsekuensinya dari lokasi ini.
VIII. Kesimpulan Genetika modern berdasarkan pada konsep gen, unit fundamental dalam hereditas. Dalam percobaannya dengan kacang polong, Mendel adalah orang pertama yang mengetahui tentang keberadaan gen. Contohnya, dengan penyilangan sebuah garis keturuan murni dari tanaman kacang polong berbunga ungu dengan sebuah keturunan murni tanaman kacang polong berbunga putih dan kemudian melakukan penyerbukan sendiri generasi F1-nya yang seluruhnya berbunga ungu, Mendel mengasilkan generasi F2 berupa tanaman berbunga ungu dan berbunga putih dengan rasio 3:1. Pada penyilangan tanaman kacang polong yang menghasilkan biji kuning dan biji hijau, ia menemukan bahwa sebuah rasio 1:2:1 mendasari semua rasio 3:1. Dari rasio yang tepat secara matematika ini, Mendel menyimpulkan bahwa ada penentu keturunaan dari sebuah partikulat alam (sekarang dikenal sebagai gen). Pada sel tanaman tingkat tinggi dan sel hewan, gen berada dalam bentuk berpasangan. Bentuk varian dari sebuah gen disebut alleles. Alleles individu dapat merupakan allele dominan ataupun resesif.
Dalam penyilangan tanaman berbiji kuning yang heterozigos (Yy) dengan tanaman berbiji hijau homozigos (yy), dihasilkan sebuah rasio 1:1 warna kuning terhadap hijau. Dari rasio ini Mendel mengkonfirmasi Hukum Pertama-nya, yang menyatakan bahwa dua anggota dari sebuah pasangan gen akan berpisah satu sama lain selama pembentukan gamete meghasilkan jumlah gamete yang sama. Sehingga setiap gamete hanya akan membawa satu anggota dari tiap pasangan gen. Penyatuan gemete untuk membentuk sebuah zigot adalah acak tergantung pada allele mana yang dibawa oleh gamete. Kesimpulan di atas berasal dari percobaan Mendel dengan persilangan monohibrid. Pada persilangan dihibrid, Mendel menemukan rasio 9:3:3:1 pada F2, yang betul-betul merupakan rasio 3:1 dikombinasikan secara acak. Dari rasio ini Mendel menyimpulkan bahwa allele dari kedua gen dalam sebuah persilangan dihibrid berperilaku secara bebas. Konsep ini adalah Hukum Kedua Mendel. Walaupun, persilangan yang terkontrol tidak dapat dilakukan dalam manusia, genetika Mendelian memiliki arti yang besar bagi manusia. Banyak penyakit dan kondisi luar biasa lain pada manusia yang ditentukan oleh allele resesif yang diturunkan dengan cara Mendelian; kondisi luar biasa lain disebabkan oleh allele dominan. Selain itu, genetika Mendelian telah digunakan secara luas dalam agrikultur modern. Dengan mengkombinasi kualitas yang diingikan dari garis keturunan yang berbeda melalui hibridisasi dan penyusunan kembali susunan gen, maka ahli genetika tanaman dan hewan dapat menghasilkan garis keturunan baru dari fenotip yang unggul. Terakhir, Mendel berkontribusi pada teknik dasar dari pemotongan genetika yang masih digunakan sekarang ini. Satu dari teknik itu adalah penggunaan gen sebagai marker genetik untuk melacak proses hereditas pemisahan dan penyusunan. Teknik yang lain adalah studi tentang varian abnormal untuk menemukan bagaimana gen beroperasi secara normal.
