Prinsip Dasar Pemuliaan Ternak

Modul 1

Prinsip Dasar Pemuliaan Ternak Dr. Rusfidra, S. Pt.

S

ejak nenek moyang kita mulai menjinakkan dan memelihara hewan liar serta mengubahnya menjadi ternak, secara tidak sadar mereka telah melaksanakan program pemuliaan. Bila dipandang dari sudut genetika kuantitatif, nenek moyang kita itu telah melaksanakan peningkatan mutu genetik ternak yang dipeliharanya, meskipun masih dalam bentuk yang sederhana, yaitu dengan memilih hewan-hewan tertentu yang dianggapnya lebih sesuai dengan kebutuhannya atau hewan yang disenanginya. Hewanhewan pilihan tersebut kemudiaan dipelihara lebih lama dari hewan-hewan lain dan dikawinkan untuk memperoleh keturunan. Setelah berlangsung beberapa generasi, terbentuklah sekelompok ternak yang makin memenuhi kebutuhan pemeliharanya. Berdasarkan pengamatan secara sederhana, pada masa itu telah disimpulkan bahwa terdapat kesamaan dalam sifat tertentu yang dimiliki tetua dengan sifat pada anaknya atau sesama saudara kandung dan atau sesama saudara tiri. Demikian pula ternak yang berkerabat dekat terdapat beberapa kesamaan sifat-sifat di antara mereka. Disimpulkan pula bahwa terdapat sifat-sifat yang pewarisannya lebih mantap dari sifat yang lain. Sejak itu, manusia diduga telah mencoba mencari hukum-hukum yang mengatur pewarisan sifat. Hal inilah yang kemudiaan membuahkan ilmu genetika modern. Manusia diperkirakan telah berusaha mengembangkan cara-cara pemuliaan sederhana yang efektif. Namun baru setelah hukum-hukum Mendel ditemukan kembali pada awal abad ini, Ilmu Pemuliaan Ternak Modern mulai berkembang dengan pesat. Ilmu Genetika merupakan salah satu cabang ilmu yang mempelajari seluk-beluk gen sebagai unit dasar biologis yang mengontrol pewarisan sifat. Karena gen memegang peran utama dalam kehidupan, menyebabkan ilmu genetika memiliki banyak kaitan dengan cabang ilmu lain dalam bidang biologi. Pada dasarnya genetika mempelajari dua aspek yang saling

1.2

Pemuliaan Ternak 

kontradiksi, yaitu kemiripan anak dengan tetuanya dan perbedaan antara anak dengan tetuanya serta perbedaan sesama anak. Jadi genetika mempelajari tentang pewarisan dari kesamaan dan variasi sifat antarindividu. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang pemuliaan ternak, pada Modul 1 ini akan diuraikan tentang: 1. Ilmu pemuliaan dan genetika; 2. Dasar fisiologis pewarisan sifat. Dari uraian di atas, diharapkan mahasiswa dapat menjelaskan prinsipprinsip dasar pada pemuliaan ternak yang berkembang dari dulu sampai sekarang.

1.3

 LUHT4326/MODUL 1

Kegiatan Belajar 1

Ilmu Pemuliaan dan Genetika

U

ntuk penguasaan Ilmu Pemuliaan Ternak dalam rangka meningkatkan mutu genetik ternak diperlukan pemahaman Ilmu Ternak Umum, Ilmu Genetika, Ilmu Fisiologi, Ilmu Statistik dan beberapa ilmu lain. Genetika merupakan salah satu cabang ilmu yang penting dalam biologi. Ilmu ini mempelajari pewarisan sifat yang dimiliki suatu individu ke individu berikutnya. Istilah lain untuk ilmu ini adalah hereditas atau ilmu pewarisan. Secara umum genetika berusaha menjelaskan material apa saja yang membawa informasi untuk diwariskan (bahan genetik), bagaimana informasi itu diekspresikan (ekspresi genetik), dan bagaimana informasi ditransmisikan dari suatu individu ke individu berikutnya (pewarisan genetik). Ilmu Genetika dimulai dengan adanya konsep-konsep yang dikemukakan oleh Gregor Mendel (1822-1884) dalam tahun 1865. Mendel merupakan orang yang pertama kali dapat menerangkan bahwa persamaan dan perbedaan antara anak dengan tetuanya dapat diterangkan dengan teori pewarisan gen. Mendel adalah seorang biarawan dari Brno, Austria. Mendel menemukan pertama kali bahwa pewarisan sifat pada tanaman (ia menggunakan tujuh sifat pada tanaman kacang kapri) mengikuti sejumlah nisbah matematika sederhana. Dari percobaan tersebut, ia berhasil menjelaskan bagaimana nisbah-nisbah itu terjadi. Hal itu kemudian dikenal dengan “Hukum Pewarisan Mendel”. Karena itu Gregor Mendel dianggap sebagai Bapak Ilmu Genetika modern. Dalam perkembangan berikutnya, ilmu genetika semakin berkembang dan membentuk cabang ilmu tersendiri sesuai dengan objek pengamatannya. Cabang-cabang ilmu genetika yang dikenal antara lain: genetika molekuler, genetika sel (sito genetik), genetika tingkah laku, genetika populasi, genetika kuantitatif, dan genetika perkembangan. PENINGKATAN MUTU GENETIK TERNAK Peningkatan produktivitas ternak dapat dilakukan melalui perbaikan mutu pakan dan program pemuliaan melalui seleksi dan persilangan. Perbaikan mutu pakan dan manajemen dapat meningkatkan produktivitas, tapi tidak meningkatkan mutu genetik. Perbaikan produktivitas tersebut

1.4


sering kali bersifat sementara dan tidak diwariskan pada turunannya. Perkawinan silang dapat meningkatkan produktivitas dan mutu genetik, namun membutuhkan biaya besar dan harus dilakukan secara bijak dan terarah, karena dapat mengancam kemurniaan ternak asli. Mencermati hal tersebut di atas maka upaya seleksi dipandang merupakan pilihan yang baik dan rasional. Perbaikan mutu genetik biasanya bersifat permanen dan dapat diwariskan dari generasi ke generasi berikutnya. Tujuan dari seleksi pada ternak adalah mengubah frekuensi gen dari suatu populasi ternak. Akan tetapi kenyataan di lapang menunjukkan pemilihan ternak yang akan digunakan sebagai bibit atau yang akan disisihkan dari populasi hanya ditetapkan berdasarkan fenotipnya, bukan berdasarkan atas genotipnya. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat kuantitatif pada ternak hampir tak mungkin ditetapkan genotipnya secara pasti. Oleh karena itu pengukuran fenotip seekor ternak harus dilakukan seakurat mungkin dan meminimalkan pengaruh lingkungan sehingga fenotip yang terukur merupakan pencerminan potensi genetiknya. Genotip ditentukan sewaktu terjadi pembuahan (fertilisasi) dan akan tetap selama hidupnya, kecuali jika terjadi mutasi. Fenotip merupakan kombinasi dari faktor genetik dan faktor lingkungan. Adanya keragaman fenotip dari sifat-sifat dalam populasi disebabkan oleh faktor genetik (G), lingkungan (L) dan interaksi genetik dengan ligkungan (IGL). Faktor genetik ditentukan oleh susunan gen dan kromosom yang dimiliki individu dari orang tuanya. Faktor lingkungan dapat dikatakan sebagai kesempatan yang dimiliki individu, yang meliputi faktor nongenetik antara lain pakan, suhu, penyakit, tatalaksana, kecelakaan dan lainnya. Interaksi faktor genetik dan lingkungan dapat diartikan ternak dengan genotip tertentu lebih adaptif pada suatu lingkungan dibandingkan dengan lingkungan yang lain. Seleksi dapat menyebabkan perubahan keragaman genetik, tergantung dari cara seleksi yang digunakan. Seleksi secara langsung mengakibatkan ragam genetik berkurang sampai tercapainya keadaan konstan pada suatu generasi tertentu Dengan seleksi terarah suatu sifat yang dikehendaki maka mutu genetik dapat ditingkatkan. Dalam memilih suatu sifat untuk dijadikan dasar seleksi perlu dipertimbangkan beberapa hal, yaitu tujuan program seleksi, nilai heritabilitas suatu sifat, nilai ekonomi dari adanya peningkatan sifat, korelasi antarsifat serta biaya dan waktu dari program seleksi. Beberapa sifat yang mempunyai nilai ekonomis tinggi meliputi fertilitas, daya hidup,


1.5

nilai karkas, bobot lahir, bobot sapih, tipe dan konformasi tubuh, bobot dan kualitas bulu (Lasley, 1978). Percobaan seleksi menggunakan ternak sebagai objek seleksi memerlukan biaya mahal dan membutuhkan waktu beberapa generasi untuk mendapatkan hasil yang pasti, serta hasil yang diperoleh hanya berlaku khusus pada populasi yang menjadi objek seleksi. Untuk mengatasi kendala tersebut, bisa didekati dengan meniru seleksi di lapang dengan menggunakan model simulasi seleksi. Beberapa keuntungan simulasi adalah; (1) dapat menjelaskan tingkah laku sistem yang kompleks yang tidak mungkin dijelaskan oleh model lain, (2) memungkinkan untuk meneliti sistem yang kompleks tanpa mengganggu susunan dunia nyata, dengan meneliti kemungkinan perubahan dalam sistem dunia nyata, dapat dicobakan rencana yang baik ataupun yang jelek; (3) lebih mudah mengontrol populasi dibandingkan dunia nyata; (4) memperpendek waktu yang panjang menjadi beberapa detik waktu komputer dan (5) pada beberapa kasus, simulasi digunakan untuk merancang sistem awal yang tidak mungkin diteliti dalam dunia nyata (Watson dan Blackstone, 1981). Melalui simulasi komputer kita dapat menentukan alternatif terbaik tanpa adanya resiko yang besar seperti bila dilakukan dalam dunia nyata. Senada dengan itu Martojo (1988) mengungkapkan bahwa jasa komputer dapat dimanfaatkan dalam mengelola usaha peternakan dari skala sedang sampai besar untuk penentuan kebijakan pemuliaan (seleksi dan persilangan), penyusunan ransum, penentuan harga sampai pada perencanaan pengembangan wilayah peternakan. Pemanfaatan komputer dalam seleksi sapi telah digunakan untuk membantu program seleksi di Proyek Pembibitan dan Pengembangan sapi Bali (P3Bali), dengan keuntungan lebih menghemat waktu dan tenaga dalam pengolahan data, lebih ringkas dalam menyimpan data, serta memudahkan dalam mencari data seekor sapi sewaktu diperlukan. Perkawinan silang atau persilangan merupakan jalan pintas untuk memperoleh individu-individu yang memiliki sejumlah sifat unggul yang dipunyai oleh kedua bangsa tetuanya. Di negara berkembang, ternak tidak diseleksi secara intensif untuk sifat tertentu seperti pertambahan bobot badan, akan tetapi bangsa ternak asli sering mempunyai resistensi yang tinggi terhadap parasit, toleransi tinggi terhadap keadaan cuaca yang kurang menguntungkan serta dapat tumbuh baik pada kondisi pakan yang berkualitas jelek. Bila disilangkan dengan

1.6


bangsa ternak produktif dari negara lain, maka turunan pertamanya sering lebih baik hasilnya dibanding dengan ternak asli. Turunan ini ternyata menggabungkan gen-gen untuk produktivitas dengan daya adaptasi dari kedua bangsa tetua dan meningkatkan heterosis effect. Tetapi perlu diperhatikan bahwa kelemahan grading up adalah bila persilangan dilakukan secara terus menerus ke arah ternak impor, maka sifat heterosis dan kualitas adaptasi dapat hilang serta produksi menjadi turun dan bahkan jauh lebih rendah dari bangsa ternak asli. Karena itu sebelum melaksanakan program grading up, harus direncanakan sampai generasi keberapa persilangan dilakukan dan untuk tujuan apa turunan persilangan tersebut digunakan. Seperti diketahui, apa yang diharapkan dari persilangan adalah adanya efek heterosis dalam beberapa sifat produksi sehingga melebihi rataan kedua bangsa tetuanya. Pada ternak kambing yang diharapkan adalah kecepatan pertumbuhan yang tinggi sehingga mencapai bobot potong muda yang cukup tinggi, kualitas karkas yang baik dan penggunaan pakan yang efisien serta daya adaptasi dengan lingkungan yang cukup baik. Metoda kawin silang digunakan untuk memperoleh individu yang memiliki sifat produksi unggul dalam waktu singkat. Sebagai contoh, perbaikan mutu genetik kambing Kacang melalui persilangannya dengan kambing Ettawah. Kambing kacang memiliki sifat unggul seperti sifat resistensi tinggi terhadap parasit, daya tahan tinggi terhadap perubahan cuaca, kemampuan bertahan hidup pada kondisi pakan berkualitas rendah serta tingkat reproduktivitas yang cukup tinggi. Sifat unggul yang diharapkan dari kambing Ettawah adalah sifat pertumbuhannya yang cepat, kualitas karkas yang cukup baik serta adaptasi terhadap lingkungan yang cukup baik pula. Dari kambing persilangan kita kehendaki adanya heterosis dalam performa produksinya. Heterosis merupakan fungsi dari perbedaan keturunan persilangan dari rataan keturunan murni.


1.7

LAT IH A N Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan berikut! 1) Jelaskan aplikasi pemulian ternak yang dilakukan oleh nenek moyang kita! 2) Jelaskan mengapa ilmu genetika sangat diperlukan dalam memahami pemuliaan ternak! 3) Jelaskan mengapa Gregor Mendel disebut Bapak Genetika modern! 4) Jelaskan strategi perbaikan mutu genetik pada ternak! Petunjuk Jawaban Latihan 1) Sejak nenek moyang kita mulai menjinakkan dan memelihara hewan liar serta mengubahnya menjadi ternak, secara tidak sadar mereka telah melaksanakan program pemuliaan secara sederhana, yaitu dengan memilih hewan-hewan tertentu yang dianggapnya lebih sesuai dengan kebutuhannya atau hewan yang disenanginya. Hewan-hewan pilihan tersebut kemudiaan dipelihara lebih lama dari hewan-hewan lain dan dikawinkan untuk memperoleh keturunan. Bila Anda ingin memahami lebih jelas, Anda dapat mempelajarinya kembali pada Modul 1 bagian materi pendahuluan. 2) Genetika merupakan ilmu yang mempelajari pewarisan sifat yang dimiliki suatu individu ke individu lainnya. Genetika berusaha menjelaskan material apa saja yang membawa informasi untuk diwariskan (bahan genetik), bagaimana informasi itu diekspresikan (ekspresi genetik), dan bagaimana informasi ditransmisikan dari suatu individu ke individu lainnya (pewarisan genetik). Bila Anda ingin memahami lebih jelas, Anda dapat mempelajarinya kembali pada Modul 1 bagian materi pendahuluan. 3) Gregor Mendel (1822-1884) merupakan orang yang pertama kali dapat menerangkan bahwa persamaan dan perbedaan antara anak dengan tetuanya dapat diterangkan dengan teori pewarisan gen. Karena itu Gregor Mendel dianggap sebagai Bapak Ilmu Genetika modern. Bila

1.8


Anda ingin memahami lebih jelas, Anda dapat mempelajarinya kembali pada Modul 1 Kegiatan Belajar 1. 4) Peningkatan mutu genetik ternak dapat dilakukan dengan program pemuliaan melalui seleksi dan persilangan. Perkawinan silang dapat meningkatkan produktivitas dan mutu genetik, namun membutuhkan biaya besar dan harus dilakukan secara bijak dan terarah, karena dapat mengancam kemurniaan ternak asli. Perbaikan mutu genetik biasanya bersifat permanen dan dapat diwariskan dari generasi ke generasi berikutnya. Bila Anda ingin memahami lebih jelas, Anda dapat mempelajarinya kembali pada Modul 1 Kegiatan Belajar 1. R A NG KU M AN

Sejak nenek moyang kita mulai menjinakkan dan memelihara hewan liar serta mengubahnya menjadi ternak, secara tidak sadar mereka telah melaksanakan program pemuliaan secara sederhana. Bila dipandang dari sudut genetika kuantitatif, nenek moyang kita itu telah melaksanakan peningkatan mutu genetik ternak yang dipeliharanya, meskipun masih dalam bentuk yang sederhana, yaitu dengan memilih hewan-hewan tertentu yang dianggapnya lebih sesuai dengan kebutuhannya atau hewan yang disenanginya. Hewan-hewan pilihan tersebut kemudiaan dipelihara lebih lama dari hewan-hewan lain dan dikawinkan untuk memperoleh keturunan. Ilmu Genetika dimulai dengan adanya konsep-konsep yang dikemukakan oleh Gregor Mendel (1822-1844) dalam Tahun 1865. Mendel merupakan orang yang pertama kali dapat menerangkan bahwa persamaan dan perbedaan antara anak dengan tetuanya dapat diterangkan dengan teori pewarisan gen. Karena itu Gregor Mendel dianggap sebagai Bapak Ilmu Genetika modern. Peningkatan produktivitas ternak dapat dilakukan melalui perbaikan mutu pakan dan program pemuliaan melalui seleksi dan persilangan. Perbaikan mutu pakan dan manajemen dapat meningkatkan produktivitas, tapi tidak meningkatkan mutu genetik Perbaikan tersebut sering kali bersifat sementara dan tidak diwariskan pada turunannya. Perkawinan silang dapat meningkatkan produktivitas dan mutu genetik, namun membutuhkan biaya besar dan harus dilakukan secara bijak dan terarah, karena dapat mengancam kemurniaan ternak asli. Perbaikan


1.9

mutu genetik biasanya bersifat permanen dan dapat diwariskan dari generasi ke generasi berikutnya. TES F OR M AT IF 1 Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1) Hukum Pewarisan dikemukakan oleh Mendel pada tahun .... A. 1822 B. 1864 C. 1865 D. 1884 2) Pada saat mengemukakan hukum pewarisan, Mendel berprofesi sebagai …. A. cendekiawan B. budayawan C. biarawan D. negarawan 3) Perbaikan mutu genetik ternak dapat dilakukan melalui program .... A. perbaikan mutu pakan B. seleksi dan persilangan C. perbaikan tatalaksana D. perbaikan kandang 4) Perbaikan mutu genetik pada ternak memiliki sifat .... A. permanen B. tidak permanen C. tidak diwariskan D. permanen dan diwariskan 5) Yang termasuk faktor non-genetik pada ternak adalah sebagai berikut, kecuali ... A. mutu pakan B. tatalaksana C. penyakit D. bibit

1.10


6) Ilmu yang mempelajari seluk beluk gen yang mengontrol pewarisan sifat disebut .... A. ilmu pemuliaan ternak B. ilmu genetika C. ilmu biologi D. ilmu fisiologi Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 1 yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.

Tingkat penguasaan =

Jumlah Jawaban yang Benar

 100%

Jumlah Soal Arti tingkat penguasaan: 90 - 100% = baik sekali 80 - 89% = baik 70 - 79% = cukup < 70% = kurang Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar 2. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum dikuasai.


1.11

Kegiatan Belajar 2

Dasar Fisiologis Pewarisan Sifat

U

nit fungsional materi genetik ialah gen, berasal dari kata genos, artinya asal-usul. Sedangkan unit struktural atau unit kimiawi gen ialah DNA (deoxyribo nucleic acid). Gen atau DNA itu berderet secara linier pada kromatin atau kromosom. Satu benang kromatin terdiri atas nukleoprotein, yaitu gabungan asam nukleat (DNA) dan protein. DNA membentuk super lilitan sepanjang kromatin, sedangkan protein bertindak sebagai tempat melilit. Protein tempat melilit DNA disebut histon. Protein lain dalam kromatin ada yang bertindak sebagai penyekat, penyalut, unsur regulator, atau sebagai enzim bagi aktivitas DNA, mereka disebut protein nonhiston. Gen merupakan unit pewaris sifat yang keberadaannya dapat diketahui terhadap sifat fenotipnya. Gen adalah substansi hereditas yang terletak di dalam kromosom. Gen disusun oleh suatu substansi yang disebut dengan deoxyribo nucleic acid (DNA). DNA terdiri dari dua untaian panjang terpilin yang membentuk double helix (seperti tangga terpilin, lihat Gambar 1.1). Molekul DNA ditemukan pada tahun 1951 oleh Francis Crick, James Watson dan Maurice Wilkins dengan menggunakan difraksi sinar-X. Namun struktur molekul DNA seperti tangga berpilin berhasil digambarkan oleh ahli biokimia Amerika James Watson dan ahli biofisika Inggris Francis Crick pada tahun 1953. Atas keberhasilan tersebut, Crick, Watson dan Wilkins mendapat hadiah Nobel pada tahun 1962 untuk penemuan struktur molekul DNA. Penemuan struktur molekul DNA menjadi tonggak terpenting perkembangan biologi molekuler. Model temuan mereka memiliki arti penting dalam memahami sintesis protein, replikasi DNA dan mutasi gen. Watson dan Crick mempublikasikan analisa mereka mengenai struktur DNA berdasarkan batasan informasi yang telah dipaparkan oleh Chargaff dan Rosalind Franklin. Model heliks ganda yang diusulkan memiliki karakteristik sebagai berikut (Suwanto, 1993). 1. Dua rantai polinukleotida putar kanan dililitkan di sekitar sumbu tengah. Lilitan ini bersifat plektonik, yang berarti bahwa kedua lilitan hanya dapat dipisahkan sempurna dengan cara menguraikan lilitannya. 2. Kedua utas DNA bersifat antiparalel, artinya kedua utas DNA mempunyai orientasi C5 ke C3 yang berlawanan. 3. Basa-basa pada kedua utas memiliki struktur datar yang terletak tegak lurus pada sumbu. Basa-basa tersebut ditumpuk satu di atas yang lain

1.12

4.

5. 6. 7.


dengan jarak 3,4 A, dan ditempatkan di bagian dalam struktur molekul DNA. Basa-basa nitrogen dari utas yang berlawanan berpasangan satu dengan yang lain sebagai akibat dari pembentukan ikatan hidrogen (pasangan AT dan G-C). Satu putaran heliks memiliki panjang 3,4 A, sehingga ada 10 basa untuk tiap putaran. Adanya periodisitas antara major grooves dan minor grooves. Diameter heliks ganda adalah 20 A ( setara dengan 2,0 nanometer).

Setiap dua untaian DNA disusun oleh ribuan unit nukleotida. Setiap nukleotida disusun oleh basa nitrogen, gula deoksiribosa dan asam posfat. Kedua untaian DNA dihubungkan oleh ikatan lemah hidrogen. Ada empat macam basa nitrogen yang ditemukan pada DNA, yaitu adenin (A), timin (T), sitosin (C) dan guanin (G). Adenin selalu berpasangan dengan timin (A-T), sedangkan sitosin selalu berpasangan dengan guanin (G-C).

Gambar 1.1. Model struktur molekul DNA dalam bentuk heliks ganda menurut Watson dan Crick .


1.13

Materi genetik gen ialah DNA. Asam ini disebut juga asam nukleat, berasal dari kata asam yang terdapat dalam nukleus, karena sebagian besar (99,9 persen) asam ini terdapat dalam inti sel. Sisanya yang 0,1 persen terdapat dalam organel. Organel yang mengandung DNA ialah mitokondria dan kloroplas. Asam nukleat merupakan bahan dasar kehidupan. DNA bertanggungjawab atas pewarisan informasi genetik dari suatu generasi ke generasi berikutnya. DNA merupakan molekul yang mengkode informasi genetik. DNA adalah bahan organik yang memiliki BM (berat molekul) yang terbesar dalam sel, yaitu dalam ukuran juta. Monomer DNA ialah nukleotida. Satu gen dibina oleh satu molekul DNA, dan satu molekul DNA dibina oleh ribuan sampai puluhan ribu nukleotida. Satu nukleotida terdiri dari tiga gugus senyawa: 1) gula deoksiribosa; 2) posfat; 3) basa nitrogen. Gula yang menyusun DNA tergolong gula pentosa, yaitu gula yang atom karbonnya lima. Glukosa merupakan sebagian besar bentuk gula dalam tubuh manusia dan yang menjadi sumber energi utama. Basa nitrogen terdiri dari dua kelompok yaitu basa: 1) purin; adenin (A) dan guanin (G); 2) pirimidin: timin (T) dan citosin (C). Molekul DNA merupakan cetak biru genetik untuk setiap sel dan faktor penentu setiap karakteristik tertentu pada organisme hidup. Suatu gen diberi simbol menurut urutan pasangan basa nukleotidanya: A-T, G-C. Alasannya ialah: 1) P (Posfat) semua nukleotida tetap; 2) S (sugar, gula) semua nukleotida bersifat tetap, yaitu deoksiribosa; 3) variasi antara nukleotida hanya pada basa yang empat macam; 4) mutasi yang terjadi pada suatu gen dapat menyebabkan kelainan atau penyakit, selalu terjadi pada basa nukleotida saja. Contoh urutan basa suatu gen:

Urutan basa yang berpasangan di atas dapat disederhanakan dengan hanya menulis urutan basa dari satu utas DNA yang double helix, yaitu utas 5'-3'. Bila diketahui rumus A-T, G-C, maka pasangan ATAGATCGGTA (lihat bagian atas) adalah TATCTAGCCAT (lihat bagian bawah).

1.14


Jumlah urutan pasangan basa yang menyusun satu gen menunjukkan banyaknya jumlah pasang nukleotida yang menyusun gen itu. Jumlah pasangan basa ini disebut sebagai satuan ukuran besar molekul atau panjang DNA pada kromatin, diberi singkatan dengan bp (base pair: pasangan basa). Satuan yang lebih besar disebut Kb (kilo basa) dan Mb (mega basa). 1 bp = 10 -3 Kb = 10 -6 Mb. Satu gen rata-rata terdiri dari 10-15 Kb. Ada juga gen yang luar biasa besar, terdiri dari beberapa Mb. Besar materi genetik suatu makhluk hidup disebut genom. Genom bisa ditulis pada jumlah kromosom, bisa pula pada jumlah gen. Manusia memiliki 23 pasang kromosom, maka genomnya adalah 23 kromosom, atau 23 x 2.000-3.000 = lebih kurang 50.000 gen. Gen mengatur kehidupan sel dan individu suatu makhluk. Gen bekerja mengatur kehidupan lewat dua proses: 1) replikasi; dan 2) transkripsi. Replikasi atau mengganda, ialah menggandanya sepasang DNA yang double-helix anti-paralel menjadi dua pasang yang susunan basanya persis sama. Replikasi bertujuan untuk pembelahan sel. Pembelahan sel bertujuan untuk: perbiakan, pertumbuhan sejak embrio, lahir dan sampai dewasa, regenerasi bagian tubuh yang lepas dan untuk menyembuhkan bagian tubuh yang rusak. Transkripsi ialah mencetak RNA, bertujuan untuk sintesa (menghasilkan) protein. Jika gen aktif bereplikasi atau transkripsi, ikatan hidrogen menjadi lepas dan tiap utas menjadi terentang lurus. DNA terbagi dalam segmen-segmen (bagian–bagian memanjang) yang merupakan gen-gen. Protein berfungsi mengatur bentuk dan struktur kromosom, sehingga dapat memendek dan memanjang diameternya dan sebaliknya seperti yang terjadi dalam proses pembelahan sel. Karena kromosom terdapat dalam pasangan-pasangan homologos maka gen-gen juga berpasangan (disebut alel). Dalam kromosom gen-gen secara linier seperti manik-manik yang terangkai dalam seuntai kalung. Letak atau tempat gen dalam rangkaian linier tersebut dinamakan lokus. Pasangan gen tersebut mempengaruhi satu sifat (atau lebih dari satu sifat) yang sama. Bila pasangan gen (alel) tersebut terdiri dari gen yang sama (AA atau aa) maka pasangan tersebut disebut genotip homozigot, sedangkan bila pasangan gen berbeda (Aa) disebut genotip heterozigot. Fenotip (P) adalah setiap sifat yang diekspresikan seekor hewan. Misalnya sifat produksi susu, produksi telur, warna bulu, kadar hormon dalam darah dan golongan darah. Sifat-sifat fenotip seekor hewan

1.15


dipengaruhi oleh seluruh gen-gen atau genotipnya (G), lingkungan di sekitarnya (L), dan interaksi antara genotip dengan lingkungan (IGL). Kerjasama antara G, L dan IGL sangat erat sehingga tidak dapat dipisahkan. Hal tersebut dapat dirumuskan dalam persamaan berikut: P = G + L + IGL Genotip (G) adalah seluruh gen-gen yang dimiliki seekor hewan yang diwarisi dari kedua tetuanya. Genotip seekor hewan telah ditetapkan pada saat terjadinya fertilisasi, yaitu saat bersatunya sel telur (ovum) dengan sel mani (spermatozoa) yang membentuk zigot. Genotip atau gen-gen yang dimiliki seekor hewan adalah seluruh gen-gen yang diwarisi dari kedua tetuanya. Gen-gen tersebut terdapat di dalam kromosom yang ada dalam keadaan berpasangan. Pasangan kromosom tersebut disebut pasangan homologus, yaitu pasangan yang serupa besar dan bentuknya, satu berasal dari induknya dan satu lagi berasal dari bapaknya. Gugus atau himpunan gen yang lengkap dari suatu organisme disebut genom. Genom dapat mengendalikan keseluruhan metabolisme sehingga organisme tersebut dapat hidup dengan sempurna. Banyaknya gen yang terdapat dalam suatu genom berbeda antara satu organisme dengan organisme yang lain. Semakin rumit suatu organisme semakin banyak gengen yang dikandung oleh genomnya. MEKANISME KERJA GEN Fungsi gen adalah mengontrol bentuk fenotip dari suatu individu. Menurut Hardjosubroto (2001) cara gen mengontrol fenotip dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. Karakteristik suatu organ ditentukan oleh fenotip bagian-bagiannya. 2. Fenotip dari bagian-bagian tersebut ditentukan oleh jaringan penyusunnya. 3. Fenotip jaringan ditentukan oleh sel penyusun jaringan. 4. Setiap sel ditentukan oleh sederetan alur reaksi katalis yang dikendalikan oleh enzim. Jadi, enzim mengatur susunan dasar dari sel. 5. Keberadaan enzim ditentukan oleh ada tidaknya suatu gen.

1.16


Teori yang mendasari hipotesis tersebut disebut teori “satu-gen satu enzim”. Berdasarkan teori ini maka mekanisme dominansi dapat diterangkan secara biokimia. Pada umumnya gen yang bersifat dominan terhadap pasangannya dinyatakan mengandung informasi yang dapat mengatur terbentuknya enzim tertentu yang dibutuhkan dalam manifestasi bentuk fenotip yang diperlukan, sedangkan gen pasangannya yang bersifat resesif tidak memiliki informasi DNA berupa kodon-kodon sehingga tidak dapat membentuk enzim tadi. FREKUENSI GEN Di dalam pemuliaan ternak, selain memperhatikan individu kita biasanya lebih tertarik pada perubahan-perubahan yang terjadi pada sifat-sifat populasi. Telah dipahami bahwa sifat atau fenotip seekor hewan dipengaruhi oleh genotip atau gen-gen yang dimiliki hewan tersebut. Oleh karena itu, untuk memahami latar belakang genetik yang mempengaruhi sifat-sifat populasi, kita perlu memahami salah satu parameter populasi yaitu frekuensi gen. Frekuensi gen adalah perbandingan jumlah gen tersebut dengan jumlah seluruh gen yang terdapat pada lokus yang sama. Menurut Warwick et al. (1995) terdapat empat faktor yang menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi gen. Keempat faktor itu adalah mutasi, seleksi, migrasi dan genetic drift (fluktuasi acak). 1.

Mutasi Mutasi adalah perubahan dalam gen atau bagian kromosom, menjadi bentuk baru. Dalam populasi alami mutasi jarang terjadi dan dari segi kegunaan praktis dapat diabaikan oleh pemulia ternak. Akan tetapi dari sudut evolusi untuk waktu yang lama, mutasi sangat penting artinya. Mutasi yang mengubah frekuensi gen ada dua macam: 1). Mutasi tak berulang, dan 2). Mutasi berulang. Mutasi tak berulang jarang terjadi dan tidak menghasilkan perubahan berarti pada frekuensi gen. Mutasi berulang lebih sering terjadi dan berulang secara teratur dalam jangka panjang. Mutasi berulang dapat mengubah frekuensi gen.


1.17

2.

Seleksi Pada dasarnya seleksi merupakan suatu tindakan untuk memilih ternak yang dianggap mempunyai mutu genetik baik untuk dikembangkan lebih lanjut serta menyingkirkan ternak yang kurang baik. Seleksi bertujuan mengubah frekuensi gen. Oleh karena itu bila seleksi dilakukan, diharapkan adanya kemajuan genetik, berupa meningkatnya rataan populasi untuk sifat yang diseleksi pada generasi berikutnya (Falconer, 1981). Seleksi dapat terjadi karena pengaruh faktor alam (disebut seleksi alam) atau seleksi yang sengaja dilakukan oleh manusia (disebut seleksi buatan). 3.

Migrasi Bila sejumlah individu yang berasal dari suatu populasi dipindahkan (migrasi) dan bercampur dengan individu populasi lain (terjadi perkawinan) maka dapat terjadi perubahan frekuensi gen. Misalnya, dengan memasukkan gen-gen dari jenis sapi baru ke suatu negara dengan inseminasi buatan (IB) dapat mengakibatkan perubahan frekuensi gen dari populasi sapi nasional secara drastis. Jadi migrasi merupakan cara yang paling efektif penyebab perubahan genetik. Migrasi menjadi bermanfaat bila memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1) tersedia populasi lain dengan gen-gen yang diinginkan, dan 2) telah diketahui dengan pasti bahwa perubahan yang terjadi dapat bermanfaat. 4.

Fluktuasi Acak (Genetic drift) Faktor genetic drift biasanya terjadi secara kebetulan dan dapat mengubah frekuensi gen. Dalam populasi kecil, fluktuasi acak mempunyai efek yang penting. Dalam kenyataan populasi ternak di pedesaan dapat berfluktuasi secara acak tak teratur karena pengaruh musim atau serangan wabah penyakit yang dapat menyebabkan kematian pada sebagian besar populasi sehingga pada suatu saat populasi turun secara drastis. Ternak yang tersisa yang dapat bertahan akan mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap frekuensi gen pada generasi berikutnya. SEL, KROMOSOM, DAN GAMET 1.

Sel sebagai Satuan Dasar Kehidupan Kata sel pertama kali diungkapkan oleh Robert Hook pada tahun 1665 untuk menunjukkan ruang-ruang kecil dalam irisan tipis jaringan gabus yang

1.18


dilihat melalui mikroskop sederhana. Baru kemudian, pada permulaan abad ke-19 Lorenza Oken, Matthias Schleiden, Theodor Schwann dan Rudolf Virchow mengemukakan “teori sel”. Pemikiran mereka tentang sel merupakan dasar bagi perkembangan ilmu Biologi modern saat ini. Perkembangan dalam peralatan optik (ditemukannya mikroskop elektron) dan evolusi dalam metode-metode sitokimia memungkinkan kita mengungkapkan lebih dalam mengenai fisiologi dan biokimia sel (Tjondronegoro, 1993). Sel sebagai satuan struktural kehidupan berlaku untuk semua organisme di bumi, baik spesies bersel tunggal ataupun bersel banyak. Sel memiliki sifat-sifat yang membedakan benda hidup dengan benda mati, sel mengasimilasikan bahan makanan dan mengubahnya ke dalam bahan-bahan seluler, sel mengalami respirasi, sel bereaksi terhadap rangsangan, dan sel dapat bereproduksi dalam arti bahwa sel dapat berbagi diri dan berlipat ganda. Ada ribuan macam sel. Berbagai ragam bentuk sel ini dapat dikelompokkan berdasarkan strukturnya dan cara mendapatkan energinya. Berdasarkan strukturnya kita mengenal dua macam sel yaitu sel prokariot dan eukariot. Istilah prokariot berasal dari bahasa Yunani, pro yang berarti sebelum atau sederhana, dan karyon yang berarti inti (nukleus). Jadi prokariot berarti sel yang memiliki inti sederhana, sedangkan eukariot berarti sel yang memiliki inti sel yang sempurna. Organisme yang memiliki sel eukariot adalah bakteri dan sianobakteri (ganggang hijau biru), sedangkan organisme tumbuhan, hewan dan cendawan memiliki sel prokariot. Berdasarkan cara mendapatkan energi, sel diklasifikasikan atas dua kelompok, yaitu sel autotrof dan heterotrof. Sel autotrof adalah sel yang dapat menggunakan CO2 sebagai sumber karbon, sedangkan heterotrof adalah sel yang menggunakan karbon organik sebagai sumber karbon. Ukuran sel biasanya dinyatakan dalam satuan um (baca mikro meter). Karena memiliki ukuran yang sangat kecil maka untuk melihatnya diperlukan bantuan mikroskop. Ukuran sel berkisar antara 0,1 um sampai 100 um. Sel terkecil adalah mycoplasma dengan ukuran kurang dari 0,1 um, sedangkan sel terbesar adalah sel telur burung Onta (Ostrich), dengan diameter lebih dari 3 cm. Biasanya organisme tidak ditentukan oleh besarnya individu sel tetapi lebih ditentukan oleh jumlah total sel. Misalnya, tubuh manusia mengandung lebih dari 100 trilyun (1014) sel, sedangkan seekor tikus dengan sejumlah organ yang sama mengandung 100 milyar (1011) sel.


1.19

Komponen di dalam sel yang paling banyak menarik perhatian adalah inti sel (nukleus) dan mitokondria. 2.

Nukleus (inti sel) dan Mitokondria Nukleus atau inti sel telah lama dikenal sebagai unit penting dari struktur dan fungsi sel. Nukleus merupakan pusat dari kebakaan dan terlibat langsung dalam pengendalian metabolik sel. Informasi genetik yang diteruskan kepada sel anak pada pembelahan inti sel terdapat dalam bentuk molekul makro dari asam deoksiribo nukleat (DNA). Protein berasosiasi dengan DNA membentuk kompleks nukleoprotein yang dikenal sebagai kromatin. Mitokondria merupakan benda dengan banyak bentuk (polimorfik) yang dibatasi oleh dua unit membran. Membran bagian dalam membentuk lipatanlipatan yang luas yang disebut cristae. Dari hasil analisis kandungan mitokondria dijumpai adanya posfolipid, asam nukleat (DNA dan RNA), enzim-enzim siklus Krebb, berbagai substrat, sitokrom dan komponen sistem transpor lainnya. Mitokondria menyediakan energi bagi sel dalam jumlah yang besar. Di dalam mitokondria, energi yang dilepaskan akan diikat dalam bentuk ikatan posfat berenergi tinggi, yaitu adenosin triposfat (ATP). Energi dalam bentuk ATP dapat segera dilepaskan dan dimanfaatkan untuk reaksireaksi sel yang membutuhkan energi. STRUKTUR KROMOSOM Kromosom disusun oleh benang-benang kromatin. Kromosom pertama kali ditemukan oleh Flemming (1879). Nama kromosom diberikan oleh Waldeyer pada tahun 1888 yang berasal dari bahasa latin, yaitu krom yang berarti warna dan soma yang berarti tubuh. Kromosom-kromosom tersebut terdapat di dalam inti sel. Bentuk kromosom selalu berubah-ubah pada saat pembelahan sel. Pada umumnya kromosom mempunyai dua lengan yang dipisahkan oleh sentromer. Kromosom memiliki bagian sentral yang disebut sentromer. Berdasarkan posisi sentromernya, kromosom dapat dikelompokkan dalam empat grup sebagai berikut. 1. Metasentrik: sentromer terletak di tengah-tengah kromosom. 2. Sub metasentrik: sentromer terletak agak dipinggir kromosom 3. Akrosentrik: sentromer terletak dekat ujung kromosom. 4. Telosentrik: sentromer terletak di ujung kromosom.

1.20


Panjang kromosom bervariasi dari satu sampai beberapa mikrometer. Jumlah gen yang terdapat di dalam kromosom bervariasi dari beberapa gen sampai ribuan gen (Noor, 1996). Bentuk kromosom berdasarkan letak sentromernya ditampilkan pada Gambar 1.2.

Sumber: Noor (1996)

Gambar 1.2. Bentuk kromosom berdasarkan letak sentromernya.

Kariotipe adalah gambar atau potret sejumlah kromosom yang terdapat pada inti sel. Untuk menggambarkan kariotipe secara baik maka kromosom diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok tergantung pada letak sentromernya, yaitu telosentrik, akrosentrik dan metasentrik. Secara singkat cara pembuatan kariotipe adalah sebagai berikut: 1. Ambil contoh sel yang membelah dengan cepat dari sumsum tulang atau sel darah putih yang digertak untuk membelah dengan membiakkannya dalam biakan khusus selama beberapa hari. 2. Hentikan pembelahan sel dengan menambahkan kolkhisin. 3. Tambahkan cairan hipotonik untuk membuat sel dan inti sel membengkak. 4. Sel-sel difiksasi dengan campuran metanol dan asam asetik glasial. 5. Teteskan cairan sel pada suatu kaca objek. 6. Keringkan dan warnai dengan zat warna kromosom.

1.21


JUMLAH KROMOSOM Ternak yang tergolong dalam satu spesies memiliki jumlah kromosom yang sama. Kromosom hewan biasanya memiliki jumlah khas dan bersifat tetap. Jumlah kromosom ini sangat penting sebab kekurangan atau kelebihan kromosom dari jumlah yang seharusnya dapat berakibat fatal bagi ternak. Kelainan jumlah kromosom dapat menyebabkan kematian ternak pada tahap embrio. Jumlah kromosom beberapa jenis ternak disajikan pada Tabel 1.1. Di dalam sel tubuh, kromosom berada dalam kondisi berpasangan sesuai dengan bentuk, panjang dan letak sentromer. Kromosom yang memiliki bentuk, panjang dan letak sentromer yang sama disebut kromosom homolog. Sel yang mengandung kromosom yang berpasangan disebut berada dalam keadaan diploid (2N). Sel kelamin atau gamet pada umumnya berada dalam keadaan tidak berpasangan (dalam keadaan haploid, n) (Noor, 1996). Perkawinan antara dua individu ternak biasanya membutuhkan jumlah kromosom yang sama. Perkawinan antara dua individu yang berbeda jumlah kromosomnya tidak akan menghasilkan keturunan, atau bila ada, menghasilkan keturunan yang steril (mandul). Sebagai contoh, perkawinan antara keledai jantan dengan kuda betina akan menghasilkan mule yang steril. Namun adakalanya perkawinan antara hewan yang mempunyai kromosom yang sama juga dapat menghasilkan hewan yang steril. Sebagai contoh perkawinana sapi Bos taurus maupun Bos indicus dengan sapi Bali (Bos sondaicus) akan menghasilkan keturunan sapi jantan yang steril. Tabel 1.1. Jumlah kromosom diploid pada beberapa jenis ternak. Jenis Ternak Sapi Kambing Kerbau Rawa Kerbau Sungai Kuda Keledai Babi Kalkun Domba Ayam Itik Kelinci Kucing Tikus Rumah Sumber: Hardjosubroto dan Astuti (1993)

Jumlah kromosom (2N) 60 60 48 50 64 62 38 82 54 78 80 44 38 40

1.22


TIPE KROMOSOM

1. 2.

Kromosom pada hewan dibedakan atas dua tipe, yaitu: Autosom atau kromosom tubuh. Genosom atau kromosom seks.

Sebagai contoh, ternak sapi memiliki 60 buah kromosom atau 30 pasang kromosom, terdiri dari 29 pasang kromosom autosom dan 1 pasang kromosom seks. Kromosom seks pada mamalia dibedakan atas 2 tipe yaitu kromosom seks X dan kromosom seks Y. Pada mamalia jantan, pasangan kromosom seksnya adalah XY (heterogametik seks), sedangkan mamalia betina memiliki pasangan kromosom seks XX (homogametik seks). Sebaliknya pada ternak unggas, jenis kelamin jantan memiliki pasangan homogametik (pasangan kromosom seks ZZ), sedangkan unggas betina memiliki heterogametik, pasangan kromosom seksnya adalah ZW. Kromosom seks ditemukan oleh Henking pada tahun 1891. 1.

Hukum Mendel Teori mengenai sifat-sifat menurun pertama kali dikemukakan oleh Gregor Mendel (Gambar 1.3). Dari tahun 1855-1866 Mendel bekerja di kebun gerejanya di kota Brno, Austria bertanam kacang ercis dan memeriksa turunan-turunannya. Dari percobaannya tersebut Mendel memperoleh beberapa penemuan yang kemudian menjadi dasar pengertian mekanisme pewarisan sifat. Pada saat itu diduga bahwa spermatozoa membawa sebagian sifat dari bapaknya sedangkan ovum membawa sebagian sifat dari induknya. Pada saat fertilisasi kedua sifat itu kemudian melebur menjadi suatu sifat baru yang dimiliki olek anaknya. Konsep demikian disebut sebagai teori pewarisan yang melebur (blending inheritance). Konsep ini didasari atas kenyataan bahwa anak yang lahir akan mempunyai kemiripan dari kedua tetuanya. Mendel juga menduga ada suatu materi pembawa sifat (misalnya sifat warna bunga, bentuk biji dan sebagainya) yang dapat diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya, sebagai unit dan tidak terjadi peleburan diantara unitunit tersebut saat fertilisasi.


1.23

Dari hasil percobaannya pada kacang ercis, Mendel kemudian membuat hipotesis sebagai berikut. 1. Ada suatu materi yang mempunyai potensi membawa sifat yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi berikutnya. Materi pembawa potensi inilah yang kemudian disebut dengan gen. 2. Setiap tanaman dewasa mempunyai sepasang gen yang membawa sifat tertentu. Pada generasi pertama (F1) tanaman juga memiliki sepasang gen, tetapi satu gen bersifat dominan sedangkan gen yang lain bersifat resesif. Gen resesif ini baru menampakkan potensi pada generasi berikutnya bila tidak berpasangan dengan gen dominan. 3. Pada saat pembentukan sel kelamin, kedua gen dalam pasangan tersebut terpisah satu sama lain dalam sel kelamin. Jadi dalam setiap sel kelamin terdapat satu gen. 4. Dalam pembentukan zigot berikutnya, satu pasangan gen baru akan terbentuk secara acak. Atas dasar percobaannya tersebut, Mendel kemudian merumuskan hukum yang disebut Hukum Mendel I yang berbunyi: “Anggota suatu pasangan gen akan terpisah satu sama lain pada proses pembentukan gamet (sel kelamin), sehingga separuh dari sel kelamin yang terbentuk akan mengandung salah satu dari pasangan gen tersebut dan separuhnya lagi mengandung pasangan lainnya. Setiap gamet hanya mengandung salah satu dari pasangan tersebut. Hukum Mendel I disebut juga dengan Hukum Segregasi. Pada percobaan berikutnya, Mendel melibatkan tanaman dengan dua beda sifat. Dalam percobaan ini digunakan tanaman yang mempunyai biji bulat dan berwarna hijau, yang disimbolkan dengan (RRyy) dengan tanaman yang mempunyai biji keriput dan berwarna kuning, yang disimbolkan dengan (rrYY). Percobaan tersebut menghasilkan rasio sebagai berikut: 9 (kacang biji bulat warna kuning) : 3 (kacang biji bulat warna hijau) : 3 (kacang biji keriput warna kuning) : 3 (kacang biji keriput warna hijau). Perbandingan (9:3:3:1) merupakan kombinasi secara bebas antara dua macam kombinasi (3:1). Dari percobaan inilah Mendel merumuskan Hukum Mendel II yang berbunyi: “Pasangan-pasangan gen yang terpisah dalam pembentukan gamet akan bergabung secara bebas”.

1.24


Hasil percobaan Gregor Mendel yang disertai dengan penjelasannya telah menunjukkan kepada kita bahwa sifat organisme ditentukan oleh suatu faktor yang diwariskan. Faktor yang diwariskan tersebut yang sekarang kita kenal dengan sebutan gen. Makromolekul yang berperan sebagai bahan kimia gen tersebut adalah asam nukleat. Asam nukleat ada dua jenis yaitu DNA (Deoxyribo Nucleic Acid) dan RNA (Ribo Nucleic Acid). DNA merupakan bahan kimia gen pada hampir semua organisme. Beberapa virus memiliki RNA sebagai bahan gen-nya. DNA yang menjadi bahan gen membawa informasi yang dibutuhkan untuk membentuk suatu sifat organisme.

Gambar 1.3. Gregor Mendel (1822-1884)

2.

Hukum Hardy-Weinberg. Hukum Hardy-Weinberg dirumuskan oleh ahli matematika G.H. Hardy dan ahli fisika W. Weinberg pada tahun 1908. Kedua ahli tersebut berasal dari Inggris. Untuk menjelaskan hukum Hardy-Weinberg digunakan contoh perkawinan sapi Shorthorn warna merah, putih dan roan. Sifat ini dikontrol oleh dua alel kodominan, yaitu alel merah (R) dan alel putih (r). Jika diasumsikan bahwa frekuensi gen merah adalah p dan frekuensi gen putih adalah q, dengan p = 0,7 dan q = 0,3, maka proporsi sapi berwarna bulu merah genotip RR adalah p2 = (0,7)2 = 0,49, sedangkan proporsi sapi berwarna bulu putih = q2 = (0,3)2 = 0,09. Proporsi sapi berwarna roan adalah 2pq = 2 (0,3) x (0,7) = 0,42. Angka dua di depan pq disebabkan adanya dua kemungkinan terbentuknya sapi roan, yaitu dari pertemuan sperma yang mengandung gen R dengan sel telur yang mengandung gen r, dan dari sperma yang mengandung gen r dengan sel telur yang mengandung gen R.


1.25

Noor (1996) menyatakan ada dua hal yang perlu diperhatikan pada hukum Hardy-Weinberg: 1. Jumlah frekuensi gen dominan dan resesif (p+q) adalah 1. 2. Jumlah proporsi dari ketiga macam genotip (p 2+2pq+q2) adalah 1. Hukum Hardy-Weinberg terjadi apabila pada suatu populasi yang besar, perkawinan terjadi secara acak serta tidak terjadi mutasi, migrasi, seleksi dan genetic drift. Keadaan populasi yang demikian disebut populasi berada dalam keadaan seimbang (equilibrium). Suatu populasi dengan frekuensi gen dan genotip yang tetap dikatakan dalam keadaan keseimbangan Hardy-Weinberg. 3.

Alel Ganda (Multipel Alel) Alel adalah gen-gen berlainan yang menempati lokus-lokus yang sama pada kromosom homolog. Alel merupakan bentuk alternatif dari gen yang terjadi akibat mutasi. Jika suatu alel terbentuk akibat mutasi maka dapat diharapkan bahwa perubahan seperti ini terjadi pada alel-alel lainnya. Jika terdapat dua atau lebih alel mengontrol suatu sifat maka sifat tersebut dikatakan dikontrol oleh alel ganda (Noor, 1996). Salah satu rangkaian alel ganda yang terkenal terdapat pada kelinci. Apabila kita menyilangkan kelinci berwarna dengan kelinci albino, maka semua F1 akan berwarna, sedangkan generasi F2 adalah 3 kelinci berwarna berbanding 1 kelinci albino. 4.

Epistasis Epistasis adalah interaksi antara gen-gen yang tidak sealel. Sebagai gambaran paling sedikit harus ada dua pasang gen yang terlibat. Gen pada lokus yang satu berinteraksi dengan gen dari lokus yang lain. Dari hasil interaksi tersebut diperoleh fenotip yang tidak akan diperoleh bila gen-gen teresebut bekerja sendiri-sendiri. Sebagian besar fenotip merupakan hasil serangkaian reaksi kimia yang dikontrol oleh enzim. Produksi enzim dikontrol oleh oleh gen. Mekanisme reaksi gen epistasis diperlihatkan pada Gambar 1.4.

1.26


Sumber: Noor, 1996

Gambar 1.4. Reaksi gen epistasis.

Pada Gambar 1.4 dapat dilihat bahwa pigmen melanin diproduksi karena reaksi enzim C yang dikontrol oleh gen C. Melanin kemudian diubah oleh enzim yang sintesisnya dikontrol oleh gen e untuk memproduksi pigmen kuning. Jika gen C tidak ada (seperti pada kasus individu dengan genotip cc) maka enzim yang mengkatalis produksi melanin tidak ada, sehingga melanin tidak disintesis. Walaupun terdapat gen e, namun tidak ada melanin maka pigmen kuning tidak akan diproduksi. Oleh karena itu, gen ini merupakan resesif yang terletak pada lokus C. 5.

Pewarisan Sifat yang Terpaut Kelamin (Sex Linked) Selain mengandung gen yang mengontrol jenis kelamin, kromosom seks juga mengandung gen lain. Gen-gen yang terletak pada kromosom seks disebut gen-gen yang terpaut kelamin. Sebagian besar gen-gen ini ada pada kromosom seks X. Genotip gen-gen yang terpaut kelamin pada individu betina mamalia dapat digambarkan seperti genotip untuk gen-gen autosomal. Pada individu jantan hanya terdapat 1 kromosom seks X, jadi ada 1 gen yang muncul untuk mempengaruhi sifat-sifat tertentu. Namun, ada bagian kecil kromosom X yang sama dengan bagian kecil pada kromosom Y. Potongan yang sama pada kromosom X dan Y memungkinkan terjadinya sinopsis pada saat pembelahan meiosis. Lokus-lokus yang terletak pada bagian ini ada dalam keadaan berpasangan. Oleh sebab itu, cara pewarisannya akan sama dengan gen-gen autosomal. Beberapa contoh sifat-sifat yang terpaut kelamin pada ternak unggas dan mamalia dapat dilihat pada Tabel 1.2.

1.27


Tabel 1.2. Sifat-sifat terpaut kelamin pada unggas dan mamalia Spesies Ayam

Kucing

Sifat Pola bulu lurik Warna bulu keemasan atau keperakan Pertumbuhan bulu cepat pada anak Warna bulu hijau atau cinamon Warna mata hitam atau merah Pola bulu tortoiseshell

Anjing

Hemofilia

Burung kenari

Cara Pewarisan Dominan dominan untuk keperakan Resesif Dominan untuk bulu hijau Dominan untuk hitam Intermediate antara alel kuning dan alel bukan kuning Resesif

Sumber: Noor (1996)

6.

Pewarisan Sifat yang Dipengaruhi oleh Jenis Kelamin (Sex Influenced)

Gen-gen yang diwariskan secara sex influenced tidak terletak pada kromosom seks. Oleh karena itu, genotip pada individu jantan dan betina akan sama. Pewarisan sifat seperti ini disebabkan oleh interaksi antara alelalel dominan pada individu jantan dan resesif pada betina. Alel resesif pada jantan biasanya dominan pada betina. Interaksi antaralel ini dipengaruhi oleh hormon seks pada kedua jenis kelamin. Sebagai contoh, warna mahogany dan merah pada sapi. Warna mahogany adalah warna merah gelap hampir mendekati merah cokelat. Warna ini sering dijumpai pada sapi Maineanjou dan Shorthorn. Warna bercak putih sering dihubungkan dengan warna merah dan mahogany, tetapi gen-gen yang mempengaruhi warna bercak putih diwariskan secara terpisah. Pada sapi jantan, warna mahagony dikontrol oleh gen dominan lengkap, sedangkan pada sapi betina warna ini dikontrol oleh gen resesif. Warna merah pada sapi jantan dikontrol oleh gen resesif, sedangkan pada sapi betina dikontrol oleh gen dominan. Contoh pewarisan sifat secara sex influenced lainnya adalah sifat kebotakan pada manusia, sifat bertanduk pada domba, dan sifat berjambang pada kambing.

1.28

7.


Pewarisan Sifat yang Pemunculannya pada Satu Jenis Kelamin (Sex Limited) Secara umum dikatakan bahwa sifat-sifat sex limited biasanya hanya diekspresikan pada satu jenis kelamin. Sifat sex limited sering diragukan dengan sex linked namun berbeda model pewarisannya. Gen pengatur sex linked terdapat pada kromosom X atau Z, sedangkan gen sex limited kemungkinan tersebar pada beberapa kromosom. Gen sex limited bertanggung jawab secara umum terhadap karakteristik kelamin sekunder. Contoh sifat yang sex limited adalah sifat produksi susu pada hewan mamalia dan produksi telur pada unggas yang hanya dijumpai pada ternak betina. Pemunculan sifat ini tergantung pada perkembangan struktur anatomi tertentu yang menghasilkan sifat tertentu. Pewarisan sifat ini melibatkan banyak gen (poligen). Bentuk bulu jantan pada bangsa burung juga diwariskan secara sex limited. Sifat ini dikontrol oleh sepasang gen autosomal. Gen dominan H menghasilkan bulu betina pada unggas jantan dan betina. Oleh karena gen ini dominan maka genotip unggas yang memiliki bulu betina adalah HH dan Hh. Genotip homozigot resesif (hh) ada pada unggas jantan dan betina, tetapi hanya diekspresikan pada individu jantan yang menghasilkan bulu jantan. Diduga ada pengaruh hormon jantan sebagai faktor utama agar gen ini bisa diekspresikan. Sifat berkokok pada ayam jantan juga diwariskan secara sex limited. Sifat berkokok hanya terdapat pada ayam jantan dan merupakan karakteristik kelamin sekunder ayam jantan.


1.29

LAT IH A N Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan berikut! 1) Jelaskan apa yang dimasksud dengan gen, autosom, sentromer, haploid dan lokus! 2) Jelaskan faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi gen! 3) Jelaskan hukum Mendel I dan hukum Mendel II! 4) Jelaskan apa yang dimaksud dengan sex linked, sex limited dan sex influence! 5) Jelaskan hukum keseimbangan Hardy-Weinberg! Petunjuk Jawaban Latihan 1) Bila Anda ingin memahami lebih jelas tentang gen, Anda diharapkan dapat mempelajarinya kembali Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi dasar fisiologis pewarisan sifat. Mengenai autosom dapat Anda lihat pada Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi tipe kromosom. Defenisi sentromer dapat dilihat pada Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi struktur kromosom. Penjelasan mengenai haploid dapat dilihat pada Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi jumlah kromosom. 2) Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi gen adalah mutasi, seleksi, migrasi dan genetic drift (fluktuasi acak). Bila Anda ingin memahami lebih jelas, Anda dapat mempelajari kembali Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi frekuensi gen. 3) Bila Anda ingin memahami lebih jelas, Anda dapat mempelajari kembali Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi hukum Mendel. 4) Bila Anda ingin memahami lebih jelas mengenai sex linked, sex limited dan sex influence, Anda dapat mempelajari kembali Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi dengan sex linked, sex limited dan sex influence. 5) Bila Anda ingin memahami lebih jelas mengenai hukum keseimbangan Hardy-Weinberg, Anda dapat mempelajari kembali Modul 1, Kegiatan Belajar 2 bagian materi hukum keseimbangan Hardy-Weinberg.

1.30


R A NG KU M AN

Gen merupakan unit pewaris sifat yang keberadaannya dapat diketahui terhadap sifat fenotipnya. Gen merupakan substansi heereditas yang terletak di dalam kromosom. Gen disusun oleh suatu substansi yang disebut dengan deoxyribo nucleic acid (DNA). DNA terdiri dari dua untaian panjang terpilin yang membentuk double helix (seperti tangga terpilin). Setiap dua untaian DNA disusun oleh ribuan unit nukleotida. Setiap nukleotida disusun oleh basa nitrogen, gula deoksiribosa dan asam fosfat. Kedua untaian DNA dihubungkan oleh ikatan lemah hidrogen. Ada empat macam basa nitrogen yang ditemukan pada DNA, yaitu adenin (A), timin (T), sitosin (C) dan guanin (G). Adenin selalu berpasangan dengan timin (A-T), sedangkan sitosin selalu berpasangan dengan guanin (G-C). Terdapat empat faktor yang menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi gen. Keempat faktor itu adalah mutasi, seleksi, migrasi dan genetic drift (fluktuasi acak). TES F OR M AT IF 2 Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1) Kromosom yang sentromernya kromosom .... A. metasentrik B. sub metasentrik C. akrosentrik D. telesentrik

terletak

ditengah-tengah

2) Ternak sapi memiliki jumlah kromosom ... buah A. 46 B. 60 C. 74 D. 62 3) Kromosom homolog adalah kromosom yang memiliki .... A. bentuk yang sama B. panjang yang sama

disebut


1.31

C. letak sentromer yang sama D. bentuk, panjang dan letak sentromer yang sama 4) Tempat gen pada kromosom disebut …. A. alel B. lokus C. DNA D. Genotip 5) Basa nitrogen yang tidak terdapat di dalam untai ganda DNA adalah .... A. Adenin B. Timin C. Sitosin D. urasil 6) Di dalam DNA, basa nitrogen adenin dan timin ... A. selalu berpasangan B. tidak pernah berpasangan C. kadang-kadang berpasangan D. tidak berikatan 7) Sifat berkokok pada ayam jantan termasuk sifat yang diwariskan secara .... A. sex limited B. sex linked C. sex influence D. sex reversal 8) Sifat bulu lurik pada ayam diwariskan secara .... A. sex limited B. sex linked C. sex influence D. sex reversal 9) Sifat-sifat pada ternak yang hanya diwariskan pada satu jenis kelamin disebut .... A. sex limited B. sex linked C. sex influence D. sex reversal

1.32


10) Menurut hukum Hardy-Weinberg, frekuensi gen dan genotip akan tetap dari generasi ke generasi bila memenuhi kondisi di bawah ini, kecuali .... A. perkawinan terjadi tidak secara acak B. tidak ada mutasi C. tidak ada migrasi D. tidak ada seleksi 11) Perubahan frekuensi gen yang disebabkan oleh masuknya individu baru ke dalam suatu populasi disebut .... A. mutasi B. migrasi C. seleksi D. fluktuasi acak 12) Struktur DNA berbentuk heliks ganda ditemukan oleh Watson dan Crick pada tahun .... A. 1950 B. 1953 C. 1960 D. 1962 13) Ternak ayam memiliki jumlah kromosom .... A. 78 buah B. 60 buah C. 54 buah D. 30 buah Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 2 yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2.

Tingkat penguasaan =

Jumlah Jawaban yang Benar

 100%

Jumlah Soal Arti tingkat penguasaan: 90 - 100% = baik sekali 80 - 89% = baik 70 - 79% = cukup < 70% = kurang


1.33

Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan ke modul selanjutnya. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 2, terutama bagian yang belum dikuasai.

1.34


Kunci Jawaban Tes Formatif Tes Formatif 1 1) C 2) C 3) B 4) D 5) D 6) B

Tes Formatif 2 1) A 2) B 3) D 4) B 5) D 6) A 7) A 8) B 9) A 10) A 11) B 12) B 13) A

1.35


Daftar Pustaka Bourdon, R. M. (1997). Understanding Animal Breeding. New Jersey, USA: Prentice Hall. Falconer, D. S. (1981). Introduction to Quantitative Genetic. London, New York: Longman Ltd. Hardjosubroto, W. (1994). Aplikasi Pemuliaan Ternak di Lapangan. Jakarta: Gramedia. Hardjosubroto, W., dan J. M. Astuti. (1993). Buku Pintar Peternakan. Jakarta: Grasindo. Lasley, J. F. (1978). Genetics of Livestock Improvement. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs. Martojo, H. (1992). Peningkatan Mutu Genetik Ternak. Bogor: Pusat antarUniversitas Bioteknologi, IPB. Noor, R. R. (1996). Genetika Ternak. Jakarta: Penebar Swadaya. Suwanto, A. Biokimia DNA. Materi Kuliah Biologi Molekuler. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Tjondronegoro, P. D. (1993). Sel Sebagai Satuan Dasar Kehidupan. Materi Kuliah Biologi Molekuler. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Warwick, E. J., J. M. Astuti dan W. Hardjosubroto. (1995). Pemuliaan Ternak. Cetakan 5. Yogyakarta: Gajahmada University Press.

Prinsip Dasar Pemuliaan Ternak

Recommend Documents