Keragaman Somaklonal
Yushi Mardiana, SP, MSi Retno Dwi Andayani, SP, MP
Mekanisme Terjadinya Keragaman Somaklonal • Keragaman somaklonal adalah keragaman genetik tanaman yang terjadi sebagai hasil kultur jaringan (Larkin dan Scowcroft, 1981) • Keragaman genetik akibat kultur jaringan meliputi penggandaan atau reduksi kromosom (Skirvin, 1978) • Selain akibat kultur jaringan, keragaman somaklonal juga dapat terjadi akibat persilangan, mutasi, dan rekayasa genetik
Keragaman genetik jeruk (Citrus sp) hasil mutasi
Keragaman genetik generasi F4 gandum (Triticum aestivum) hasil persilangan
Penyebab Keragaman Somaklonal pada Kultur Jaringan • • • •
Tipe kultur yang digunakan (sel, protoplas, kalus, atau organ) Zat pengatur tumbuh Komposisi bahan kimia yang digunakan sebagai media Lamanya fase pertumbuhan kalus
Keragaman somaklonal akibat perubahan kromosom • Perubahan kromosom disebut abrasi • Abrasi kromosom dibedakan menjadi abrasi jumlah dan abrasi struktur • Abrasi jumlah meliputi: euploid, poliploid, dan aneuploid • Abrasi struktur: delesi, duplikasi, inverse, dan translokasi
Abrasi Kromosom
Aneuploidi
Autopoliploidi
Keragaman Somaklonal akibat Faktor Fisiologis
• Perubahan fisiologis tanaman dapat terjadi akibat penambahan ZPT • Contohnya, pemberian auksin 2,4 D pada kultur kalus tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis) menunjukkan keragaman somaklonal di lapangan berupa buah bersayap (mantel) pada bunga jantan dan betina • Contoh lain: penambahan antibiotik pada media kultur jaringan padi menyebabkan kasus albino. Albino terjadi akibat perubahan metabolisme karbon. Akibatnya terjadi perubahan pada sintesis pati, lintasan karoten, resistensi antibiotik, dan metabolisme nitrogen
Keragaman Somaklonal akibat Faktor Genetik • Keragaman genetik yang terjadi selama proses regenerasi kultur jaringan merupakan perubahan tingkat kromosom • Meskipun terkadang fenotipe sama, tetapi kemungkinan sel nya berbeda • Dengan kata lain: keragaman sitologi terjadi diantara sel-sel dalam suatu jaringan
Keragaman Somaklonal akibat Faktor Biokimia • Penyimpangan biokimia merupakan faktor yang paling banyak menyebabkan terjadinya keragaman somaklonal pada kultur jaringan • Contoh: terjadinya metilasi dapat menyebabkan gen menjadi tidak aktif • Metilasi adalah munculnya gugus metil (CH3) pada nukleotida Adenin dan Sitosin • Contoh tanaman yang mengalami metilasi saat kultur jaringan: jagung, kentang, anggur, sawit • Belum diketahui apa penyebab lebih lanjut munculnya gugus metil
Mutagen Penginduksi Keragaman Somaklonal • Mutagen adalah agen yang digunakan untuk menginduksi mutasi • Mutagen dapat berupa bahan kimia atau sinar yang bersifat elektromagnetik • Mutagen kimia digunakan untuk induksi mutasi kima pada kultur jaringan • Mutagen sinar elektromagnetik digunakan untuk induksi mutasi fisik
• Mutagen kimia, contohnya: Etil Metan Sulfonat, Dietil Metan Sulfonat, Etilen Amino • Mutagen Fisik, contohnya: sinar gamma dan sinar X
Mutasi Kimia
Gamma Chamber
Identifikasi Keragaman Somaklonal • Keragaman somaklonal dapat diindentifikasi melalui analisis molekuler atau analisis isoenzim • Analisis molekuler dapat mendeteksi perubahan DNA dan RNA melalui perubahan pita kromosom • Analisis isoenzim dapat mendeteksi perubahan pada titik DNA yang tidak terdeteksi melalui analisis molekuler
Analisis Molekuler untuk Identifikasi Mutan Kentang (Solanum tuberosum) Tahan Salin
Klon kacang tanah (Arachis hypogea) tahan penyakit busuk batang • Induksi keragaman somaklonal telah dilakukan pada kacang tanah untuk mendapatkan galur yang resisten terhadap cendawan penyebab busuk batang (S rolfsii) • Seleksi dilakukan dengan mengkulturkan embrio somatik (ES) pada media kultur yang telah ditambahkan S rolfsii sebanyak 30% sebanyak 3 kali subkultur • Keragaman somaklonal diperoleh pada pengamatan kuantitatif dan kualitatif • Keragaman meliputi: percabangan berlebihan, daun variegata, albino, tanaman steril, perubahan tinggi tanaman dan jumlah polong
Kedelai (Glycine max) toleran cekaman lingkungan • Tanaman kedelai yang tahan kekeringan dan dan tahan Alumunium juga telah diperoleh melalui induksi keragaman somaklonal • Varietas tersebut diperoleh dengan menyeleksi embrio somatik secara in vitro • Untuk menghasilkan varietas tahan Al, embrio somatik diseleksi pada media yang telah ditambahkan Al dalam berbagai konsentrasi • Untuk menginduksi varietas tahan kekeringan, embrio somatik diseleksi pada media yang ditambahkan PEG dalam berbagai konsentrasi
Keragaman Somaklonal pada Artemisia (Artemisia annua ) •
•
• • •
Tunas pucuk yang telah diberi perlakuan mutagen fisik sampai 60 Gy dapat tumbuh dan bermultiplikasi pada media regenerasi MS + BA 0,3 mg/l Pengaruh dosis iradiasi pada pertumbuhan eksplan dapat dilihat dari kecepatan pertumbuhan tunas untuk masing-masing dosis iradiasi yang diberikan. Pada iradiasi dengan dosis 10-30 Gy maka multiplikasi dan pemanjangan tunas relatif cepat. Banyaknya tunas/eksplan bervariasi antara 2-4 buah/eksplan dan tinggi tunasnya antara 4-7 cm Pemberian iradiasi dengan dosis 10-20 Gy tidak menimbulkan penghambatan sehingga dianggap belum memberikan efek mutasi.
Keragaman Somaklonal pada Jagung (Zea Mays)
Keragaman karakter kualitatif (warna) akibat persilangan
Keragaman karakter kuantitatif akibat persilangan
Keunggulan Keragaman Somaklonal • Secara ekonomi, penggunaan keragaman somaklonal lebih murah dibanding hibridisasi atau transformasi gen. • Kergaman somaklonal menggunakan beragam spesies tanaman daripada transformasi genetik. • Keragaman somaklonal tidak memerlukan identifikasi sifat genetik, sedangkan pada teknik lain diperlukan identifikasi sifat untuk mengisolasi gen. • Banyak varian yang telah banyak dibentuk dari keragaman somaklonal, frekuensi dan distribusi kombinasi genetik bisa diubah.
