PERANAN BIOLOGI MOLEKULER PADA PEMULIAAN TANAMAN

PERANAN BIOLOGI MOLEKULER PADA PEMULIAAN TANAMAN Sudarmi*

Abstrak : Kemajuan dalam bioteknologi tanaman, khususnya biologi molekuler akan memberikan peluang untuk mengatasi dan memecahkan masalah pada pemuliaan tanaman. Dalam pemuliaan molekuler dapat mengatasi kendala yang terkesan sulit untuk menyeleksi sifat-sifat jenis unggul dalam populasi, karena kerumitan sifat genetik yang berinteraksi dengan faktor lingkungan. Dengan kemajuan iptek dibidang biologi molekuler telah memberikan peluang untuk mengatasi keterbatasan dalam pemuliaan tanaman secara konvensional, sehingga dalam pemuliaan dapat diketahui dan dilakukan, antara lain : 1) Identifikasi dan pnentuan letak gen 2)Pemindahan gen tak terbatas 3) Peningkatan pemahaman proses genetik dan fisiologi tanaman. 4) Perbaikan diagnosis penyakit dengan metode molekuler. 5) Pengaturan produksi protein pada tanaman serealia dan kacang-kacangan untuk meningkatkan gizi. 6) Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 7)Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 8) Memungkinkan dilakukannya transformasi, kontruksi dan ekspresi genetik melalui teknologi DNA. Dengan biologi molekuler juga digunakan untuk mengembangkan rekayasa genetika yang dapat menciptakan tanaman transgenic secara kloning ( moleculair cloning ). Beberapa contoh tanaman transgenic yang sudah berhasil diciptakan : 1) Tanaman transgenik toleran salin 2) Tanaman transgenik tahan kekeringan 3) Tanaman transgenik resisten hama dll. Kata kunci : biologi molekuler , pemuliaan tanaman.

PENDAHULUAN Kemajuan dalam bidang bioteknologi, khususnya pada biologi molekuler membuka peluang penggunaannya dalam memecahkan berbagai masalah pemuliaan tanaman. Dalam pemuliaan konvensional menggunakan hasil observasi fenotipe,kadang-kadang didukung oleh statistika yang rumit dalam menyeleksi individu unggul pada suatu populasi tanaman. Namun demikian, tugas ini terkesan sulit karena kerumitan genetika dari sebagaian besar sifat-sifat agronomi dan adanya interaksi yang kuat dengan faktor lingkungan (Amris, 1988).

Oleh karena itu pemuliaan tanaman di masa mendatang akan lebih mengarah kepada penggunaan teknik dan metodologi pemuliaan molekuler dengan menggunakan penanda genetik. Dengan penggunaan “pemuliaan molekuler” ini telah menjanjikan kesederhanaan terhadap kendala dan tantangan dalam pemuliaan tanaman yang rumit. Seleksi tidak langsug dengan menggunakan penanda molekuler yang terikat dengan

sifat-sifat

yang

diinginkan

telah

memungkinkan studi individu pada tahap pertumbuhan dini, mengulangi permasalahan yang berkaitan dengan seleksi sifat-sifat ganda dan

* Fak Pertanian Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo

Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013 ISSN 0215-9511

75

Peranan Biologi Molekuler Pada Pemuliaan Tanaman

ketidaktepatan pengukuran akibat ekspresi sifat yang

memiliki kelemahan-kelemahan antara lain sifat

disebabkan oleh faktor eksternal lokus genetik ganda.

penurunan yang dominan atau resesif, dipengaruhi

Menurut Moeljoprawiro dan Bustaman (1993),

oleh kondisi lingkungan dan mempunyai tingkat

mengatakan bahwa dengan kemajuan iptek dibidang

keragaman (polimorfisme) rendah serta jumlah yang

biologi molekuler telah memberikan peluang untuk

sedikit. Sedangkan penanda sitologi adalah penanda

mengatasi keterbatasan dalam pemuliaan tanaman

yang digunakan untuk membantu pemuliaan tanaman

secara konvensional, bahwa dalam beberapa aspek

melalui ukuran kromosom (Brown, 1991).

mikro dalam pemuliaan dapat diketahui dan

Penggunaan penanda sitologi khususnya pola pita

dilakukan, antara lain :

kromosom dengan ukuran yang relatife besar ,

1.

Identifikasi dan penentuan letak gen.

misalnya pada tanaman gandum.

2.

Pemindahan gen tak terbatas.

3.

Peningkatan pemahaman proses genetik dan

Saat ini dengan adanya kemajuan dibidang

fisiologi tanaman. 4.

7.

penanda izozim. Adapun penanda DNA yang telah dikenal antara lain Restriction Fragment Length

Pengaturan produksi protein pada tanaman

polymorphism (RFLP), Random amplified

serealia

polymorphsm DNA (RAPD) dan Amplified Fragment

dan

kacang-kacangan

untuk

meningkatkan gizi. 6.

penanda baru yang potensial dan dapat membantu pemuliaan tanaman, misalnya penanda DNA dan

Perbaikan diagnosis penyakit dengan metode molekuler.

5.

biologi molekuler, telah didapatkan jenis-jenis

Length polymorphism (AFLP).

Memudahkan dalam menghasilkan dan

Perbedaan yang mendasar antara metode

menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan

penanda DNA dengan izozim adalah pada tingkat

cekaman lingkungan.

pendeteksiannya. Pada metode penanda DNA, yaitu

Memungkinkan dilakukannya transformasi,

penanda RFLP, RAPD atau AFLP adalah

kontruksi dan ekspresi genetik melalui teknologi

mengungkapkan perbedaan tingkat molekul DNA

DNA.

baik pada daerah penyandi maupun bukan penyandi, sedangkan penanda izozim adalah mengungkapkan produk ekspresi gen.

PENANDA MOLEKULER

Analisis izozim memiliki beberapa kelemahan

Untuk memonitor terkombinasi genom pada

karena informasi yang diperoleh berhubungan denga

tanaman dalam kegiatan pemuliaan tanaman selain

protein yang merupakan produk espresi gen.

dilakukan pengukuran langsung terhadap fenotipe,

Sedangkan protein sendiri keberadaanya di dalam

juga digunakan berbagai penanda, antara lain penanda

tanaman dapat beragam bergantung kepada jenis

morfologi dan sitologi. Penanda morfologi adalah

jaringan, tingkat perkembangan tanaman, dan

penanda yang berdasarkan organ-organ tanaman yang

pengaruh lingkungan. Disamping itu, dengan teknik

mudah diamati. Namun demikian, penanda ini

alozim pemunculan penanda sering tidak konsisten,

76



dan jumlah penanda yang ditemukan tidak mencukupi

RFLP, yaitu antara lain penggunaan penanda RAPD

untuk kebutuhan analisis baik sebagian maupun

lebih murah, regenerasi lebih cepat, membutuhkan

keseluruhan genom tanaman.

DNA lebih dikit, tidak menggunakan radioisotop dan

RFLP merupakan salah satu jenis analisis

untuk analisis tidak perlu keahlian yang khusus.

molekuler hasil dari perkembangan teknik

Selain itu penanda RAPD dapat dihasilkan

rekombinan DNA. Analisis ini berdasarkan pada

tanpa perlu diketahui latar belakang genomnya. Pada

pemotongan situs DNA dengan menggunakan enzim

analisis RAPD dapat diperoleh hasil dengan cepat,

restriksi. Hasil dari pemotongan tersebut berupa

tidak memerlukan banyak tahapan, serta primer acak

fragmen-fragmen DNA yang didapat aktivitas enzim

yang dipakai dapat dibeli dan dapat digunakan untuk

restriksi merupakan akibat adanya variasai dalam

analisis genom semua jenis organisme.

jumlah dan distribusi situs restriksi yang ada pada

Penanda molekuler lainnya adalah AFLP.

DNA-nya. Variasi keberadaan situs restriksi

Teknik ini merupakan kombinasi antara metode

mencerminkan adanya variasi sekuen DNA. Dengan

RAPD dengan RFLP yang dapat digunakan untuk

kata lain , RFLP dapat berfungsi sebagai penduga

menganalisis

variasi DNA. Sehingga RELP dapat digunakan untuk

penggandaan fragmen DNA yang dihasilkan dari

menduga hubungan kekerabatan dari beberapa

pemotongan enzim retriksi, dengan menggunakan

individu atau dapt digunakan untuk analisis

primer spesifik (Kaidah, 1999).

keragaman

keragaman genetik. Selain itu penanda RFLP memiliki

genetik

melalui

3

beberapa kelebihan yaitu tidak mempunyai pengaruh terhadap fenotipe, tidak dipengaruhi oleh faktor

REKAYASA GENETIKA ATAU TANAMAN

lingkungan dan dapat dianalisis meskipun pada usia

TRANSGENIK

tanaman masih sangat muda sehingga memungkinkan

Banyak pakar memandang rekayasa genetika

untuk selekssi dini (Tranksley, 1989 dan Melchinger,

secara sederhana sebagai kelanjutan dari teknik

1990, Cit Kaidah, 1999). Keterbatasan pada analisis

pemuliaan konvensional karena kedua teknik itu pada

RFLP terletak pada biaya yang diperlukan sangat

dasarnya bertujuan untuk menggabungkan materi

tinggi (enzim restriksi relative mahal), penggunaan

genetika dari sumber yang berbeda untuk

bahan radioaktif (merupakan polutan yang sangat

menghasilkan organisme yang memiliki sifat-sifat

berbahaya), memerlukan tahapan yang rumit serta

baru yang berguna.

diperlukan teknisi yang berpengalaman.

Dengan berhasilnya rekayasa genetika melalui

RAPD merupakan salah satu metode penanda

metode kloning DNA, memungkinkan gen tunggal

genetic yang dapat digunakan untuk berbagai

dari suatu spesies makhuk hidup dimasukkan ke dalam

keperluan penelitian pada tingkat molekuler. Dalam

gen dari spesies makhluk hidup lainnya. Teknologi

analisis RAPD mempunyai banyak kelebihan

memanipulasi DNA yang dikerjakan dengan

dibandingkan dengan RFLP, yaitu analisis RAPD

pencangkokan (kloning) tanpa melalui perkawinan

mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan

disebut moleculair cloning atau recombinant DNA technology (Sitepoe,2001).


77


Rekayasa genetika dalam bidang tanaman dilakukan dengan mentransfer gen asing kedalam tanaman. Hasil rekayasa genetika pada tanaman seperti ini disebut tanaman transgenik (Suwarto, 2006). Sudah diperoleh beberapa tanaman transgenik yang toleran terhadap salinitas, kekeringan dan hama penyakit, antara lain : 1.

Tanaman transgenik toleran salin Dengan teknologi kultur jaringan telah dapat dikembangkan tanaman transgenik toleran salin. Rekayasa genetika mentransfer gen dari padi liar yang toleran terhadap salin ke padi yang biasa digunakan sebagai bahan pangan melalui fusi protoplasma. Dapat juga ditransfer dari sejenis jamur yang tahan salin kepada tanaman yang akan dijadikan tanaman transgenik. Beberapa tomat, melon dan barley transgenik yang toleran dengan salin (Scientist, 1997 dalam Sitepoe, 2001).

2.

Tanaman transgenik tahan kekeringan Tanaman tahan kekeringan memiliki akar yang sanggup menembus tanah kering, kutikula yang tebal mengurangi kehilangan air, dan kesanggupan menyesuaikan diri dengan garam di dalam sel. Tanaman toleran terhadap kekeringan ditransfer dari gen kapang yang mengeluarkan enzim terhalose. Tembakau salah satu tanaman transgenik yang dapat toleran dengan suasana kekeringan (Guardian , 1997 dalam Sitepoe, 2001).

3.

Tanaman transgenik resisten hama Bacillus thuringiensis menghasilkan protein toksin sewaktu terjadi sporulasi atau saat bakteri membentuk spora. Dalam bentuk spora berat toksin 20% dari berat badan spora. Apabila larva insek memakan spora maka di dalam alat pencernaan larva insek, spora bakteri dipecah dan keluarlah toksin. Toksin masuk kedalam membrane sel alat pencernaan larva, mengakibatkan alat pencernaan mengalami paralisis, pakan tidak dapat diserap sehingga larva mati. Dengan membiakkan bacillus thuringiensis kemudian di ektrak dan dimurnikan maka akan diperoleh insektisida biologis (biopestisida) dalam bentuk Kristal. Insektisida biologis serupa saja aplikasinya maupun untung ruginya dengan insektisida kimia lainnya. Oleh karena itu, pada tahun 1985 dimulai rekayasa gen dari bacillus thuringiensis dengan kode gen Bt toksin. Menurut Nasir (2002), kloning Bt toksin dibedakan menjadi empat golongan besar gen yaitu: gen cry I spesifik untuk moths dan kupu ; gen cry II untuk kumbang ; gen cry III untuk coleoptera; serta gen cry IV untuk dipteral. Bt toksin, disusul family tembakau, yaitu tomat dan kentang. Dengan sinar ultraviolet gen penghasil insektisida pada tanaman dapat diinaktifkan. Jagung juga telah direkayasa dengan menggunakan gen Bt toksin, tetapi diintegrasikan dengan plasmid bakteri salmonella parathypi, yang menghasilkan gen yang menonaktifkan ampicillin. Pada jagung juga telah direkayasa adanya resistensi herbisida dan resistensi insektisida ehingga tanaman transgenik jagung

78



memiliki berbagai jenis resistansi hama tanaman.

Pada tahun 1960-an Departemen of

Bt toksin gen juga direkayasa ke tanaman kapas

primary Industry di Quennsland telah

bahkan multiple-gene dapat direkayasa genetika

mengembangbiakkan suatu jenis sorgum baru

pada tanaman transgenik.

yang berasal dari India yang resisten terhadap

Toksin yang diproduksi dengan tanaman

virus JGMV tipe liar (JGMV-Jg). Sorgum

transgenik menjadi non aktif apabila terkena sinar

tersebut diberi nama Sorgum Krish dan

matahari, khususnya sinar ultraviolet.

dipercayai mempunyai gen resisten N yang tahan

Sejumlah tanaman transgenik toksin Bt telah berhasil diproduksi, antara lain kapas (Bt toksin terhadap cutton boll worm, produksi Monsanto, St Louis, Missouri, Amerika Serikat; kini diuji coba secara terbatas di Sulawesi

terhadap serangan JGMV-Jg. Percobaab ini menghasilkan beberapa galur sorgum krish (missal QL12) yang resisten terhadap JGMV-Jg dan telah disebarkan kepada petani dan memberikan keuntungan.

Selatan), kentang (Bt toksin terhadap penggerek batang European, produksi Ciba Seed,

KESIMPULAN

Greensboro, California Utara, Amerika Serikat Dari uraian tersebut diatas maka dapat

(Nasir, 2002).

disimpulkan sebagai berikut : 4.

Tanaman transgenik resisten penyakit

1). Adanya kemajuan dalm bioteknologi tanaman

Dalam percobaan kloning “Bintje” yang

khususnya biologi molekuler sangat membantu

mengandung gen thionin dari daun barli (DB4)

keberhasilan program pemuliaan tanaman,

yang memakai promoter 35S cauliflower mosaic

yaitu :

virus (CaMV), dengan mengikutsertakan Bintje

a.

tanaman .

tipe liar yang sangat peka terhadap serangan phytophthora infestans sebagai kontrol,

b.

menunjukkan bahwa klon “Bintje” dapat mengekspresikan gen DB4. Jumlah sporangium setiap

nekrosa

yang

c.

awal. d.

direduksi.

Bermanfaat

untuk menekan

perkembangbiakan phytophthora infestans

Dapat menyeleksi klon yang bebas dari penyakit dan virus.

perkembangbiakan phytophthora infestans sehingga kerugian secara ekonomi dapat

Dapat menghasilkan sejumlah besar tanaman klon dari sejumlah kecil jaringan

phytophthora infestans mengalami penurunan pendekatan ini sangat bermanfaat untuk menekan

Dapat menentukan genetik tanaman dengan penanda molekuler.

disebabkan oleh

lebih dari 55% jika dibandingkan tipe liar,

Dapat meningkatkan keragaman genetik

e.

Mendapatkan sumber ketahanan terhadap penyakit dan cekaman lingkungan yang tak menguntungkan dan lain lain.

sehingga kerugian secara ekonomi dapat direduksi.


79


2). Program pemuliaan tanaman yang tepat untuk ditempuh pada masa kini adalah menggunakan biologi molekuler sebagai pembantu pemecahan masalah dalam metode pemuliaan konvensional dan bukan untuk menggantikan metode konvensional tersebut.

Kaidah, S., 1999. Analisis Keragaman Genetik Tanaman Salak (Salacca sp.) Indonesia dengan Teknik RAPD. Program Pascasarjana. IPB. Bogor. Mulyoprawiro S, dan Bustaman M, 1993. Pemuliaan dan Biologi Molekuler.

DAFTAR PUSTAKA

Prosiding Simposium Kinerja Pemuliaan Tanaman Pangan III. Badan

Amris Makmur, 1998. Pengantar Pemuliaan Tanaman. Bina Aksara. Jakarta.

Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan. Bogor.

Antonius Suwarto, 2006. Tanaman Transgenik Bagaimana Kita Menyikapinya.

Nasir, 2002. Bioteknologi Molekuler Teknik Rekayasa Genetika Tanaman.PT.Citra

Jurusan Biologi FMIPA IPB. Bogor. Diakses dari : www.indobiogen.or.id Brown. T. A. 1991. Pengantar Kloning Gen. Yayasan Essentia Medica. Yogyakarta.

80

Aditya Bakti. Bandung. Sitepoe, M. 2001. Rekayasa Genetika. Grasindo. Jakarta.


PERANAN BIOLOGI MOLEKULER PADA PEMULIAAN TANAMAN

Recommend Documents