Teknologi Rekayasa Genetika
Pokok Bahasan: Teknologi Rekayasa Genetik Sub Pokok Bahasan: • Hukum Mendel • Pemuliaan Mutasi • Teknologi DNA Rekombinan
TIK: • Mahasiswa dapat menjelaskan teknologi rekayasa genetik • Mahasiswa memahami Hukum Mendel, pemuliaan mutasi dan teknologi DNA rekombinan
Waktu: 4x (2x50 menit)
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. • Konsep gen (bukan kata ’gen’nya) pertama kali diperkenalkan pada tahun 1865 oleh Gregor Mendel.
II. Percobaan Mendel • 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-laki (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. (Gbr 2-1).
III. Perbedaan Tanaman dalam Satu Karakter • Kata ‘character’ berarti sifat spesifik dari sebuah organisme; para ahli genetika menggunakan istilah ini sebagai sinonim untuk sifat atau ciri-ciri. • 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. 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.
• 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. • 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 Keunguan bunga Keputihan bunga
ungu atau putih ada atau tidak ada atau tidak
• Pada 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 juga melakukan penyilangan 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 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.
• 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. • 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.
• Mendel mendapatkan 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). • 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.
• 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. • Fenotip induk yang tampak pada individu F1 secara definisi merupakan fenotip dominan.
• Mendel melanjutkan bahwa pada kelas F2 • 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. • 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.
• Warna biji yang digunakan oleh Medel adalah kuning dan hijau. Ia menyilangkan garis keturunan warna kuning asli dangan garis keturunan warna hijau asli, dan didapatkan bahwa kacang polong F1 yang muncul semuanya berwarna kuning. • Secara simbolik dijabarkan 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 mendapatkan bahwa buah polong dari tanaman F1, ¾ bagiannya adalah buah polong yang berwarna kuning dan ¼ bagiannya berwarna kuning. Jadi pada F2 kembali 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 sebagai berikut: 1/4 bagian warna kuning turunan murni 3/4 bagian warna kuning 2/4 bagian warna kuning tidak murni 1/4 bagian warna hijau
1/4 bagian warna hijau turunan asli
Mendel menyimpulkan beberapa penjelasan berikut ini mengenai rasio1:2:1 tersebut: • Ada faktor-faktor penentu hereditas dalam sebuah partikulat alam. Kita sekarang menyebut faktor penentu ini gen. • Tiap-tiap tanaman kacang polong dewasa memiliki dua gen (sepasang gen) pada setiap sel untuk tiap karakter yang dipelajari. Pada tanaman F1 contohnya, harus memiliki satu gen yang bertanggung jawab terhadap fenotip dominan dan gen yang lain terhadap fenotip resesif.
• Anggota-anggota dari pasangan-pasangan gen tersebut terbagi dua menjadi gametes, atau sel telur dan sperma. • Sebagai konsekuensinya, tiap gamete membawa hanya satu anggota dari tiap pasangan gen. • 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 tersebut dapat digambarkan secara diagramatik untuk sebuah kasus umum, menggunakan lambang A untuk melambangkan gen penentu fenotip dominan dan lambang a untuk melambangkan gen resesif. Pada Gambar 2-6, simbol-simbol tersebut digunakan untuk menggambarkan bagaimana kelima poin di atas menjelaskan rasio 1:2:1.
• Mendel kemudian menguji modelnya.Ia mengambil 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 lambangkan 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 presisi untuk memprediksi rasio 1:1 dan sebuah konfirmasi dari konsep pemisahan setara dari Y dan y pada individu F1. Konsep pemisahan setara ini 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.
• 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. • 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.
• Jadi, yang mendasari rasio fenotip 3:1 pada F2 adalah rasio genotip 1: 2 : 1 dari YY : Yy : yy. • Perlu dicatat bahwa ekspresi ”dominan” dan ”resesif” merupakan sifat dari fenotip. Fenotip yang dominan ditentukan/ dibuktikan dalam analisis oleh tampilan F1. • Mendel menunjukkan bahwa kedominanan suatu fenotip terhadap yang lain adalah secara nyata disebabkan oleh kedominanan satu anggota dari sepasang gen terhadap yang lainnya.
IV. Tanaman yang Memiliki Dua Karakter Berbeda • 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 muncul 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.
• 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. • Mendel 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.
• 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 probabilitas. • Sehingga jika anda mengambil sebuah gamete secara acak, kemungkinan mengambil tipe gamete tertentu adalah sama dengan frekuensi dari tipe gamete itu.
• 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 laki-laki RY dengan sebuah gamete wanita RY) adalah ¼ x ¼ = 1/16.
• Mengelompokkan semua tipe ini seperti pada Gambar 29, kita mendapatkan rasio 9:3:3:1 (sekarang menjadi tidak terlalu misterius) sebagai berikut: 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 suatu 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.
• Mendel menguji hukum kedua ini juga. Contohnya, ia menyilangakan F1 dihibrida RrYy dengan sebuah strain resesip homozigos rryy. Sebuah persilangan terhadap resesif homozigos sekarang dikenal sebagai sebuah ”testcross”. • Testcross memfokuskan percobaan pada genotip yang mendasari fenotip dominan dalam satu individu karena induk resesif homozigos mengkontribusi hanya allele resesif pada keturunannya.
• 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 untuk keturunan RrYy, Rryy, rryy dan rrYy dari testcross ini, dan prediksinya dikonfirmasi.
V. Metode Untuk Menghitung Rasio Genetika • Bujursangkar Punnett jelas dan dapat dipercaya, tetapi sulit dipakai; hanya cocok untuk ilustrasi, tidak untuk perhitungan efisien. • Sebagai alternatif, 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 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
¾ bundar (R-)
¼ keriput (rr)
By product rule ¾ bagian akan berwarna kuning (Y-)
9/16 bundar, kuning (R-Y-)
¼ bagian akan berwarna hijau (yy)
3/16 bundar, hijau (R-yy)
¾ bagian akan berwarna kuning (Y-)
3/16 keriput, kuning (rrY-)
¼ bagian akan berwarna hijau (yy)
1/16 keriput, hijau (rryy)
• Diagram cabang tersebut dapat digunakan untuk rasio fenotip dan genotip. • 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 23. Dengan jumlah yang besar tersebut, bahkan metode cabang menjadi sulit dipakai.
• Ketika hasil-hasil Mendel ditemukan kembali pada tahun1900, prinsip dasarnya diuji dalam spektrum luas. 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. Individuindividu F1 adalah identik untuk gen yang dipertanyakan, jadi penyilangan F1 sama dengan sebuah penyerbukan sendiri.
VI. Genetika Mendelian Sederhana dalam Agrikultur (Pertanian) • Dengan adanya 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 dengan cara tersebut. • 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 mengalami penyerbukan sendiri dan pasangan heterozigos dari allele-nya digabungkan untuk menghasilkan berbagai genotip yang berbeda, beberapa mewakili kombinasi baru yang diinginkan dari gen induk. • Sebagian kecil dari genotip baru ini sudah merupakan keturunan murni; sedangkan yang bukan merupakan keturunan murni, beberapa generasi dari penyerbukan sendiri akan menghasilkan homozigositas dari gen yang relevan. Gambar 2-24 menyimpulkan metode ini. • Sebuah contoh pentingnya metode ini dalam perkembang-biakan yang sangat produktif, yaitu pada garis keturunan padi kerdil, yang merupakan salah satu bahan makanan pokok dunia. Program perkembangbiakan 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 masingmasing 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).
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. • 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.
• 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 jalannya 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 berpengaruh secara langsung. • Marker umumnya morfologikal, seperti dalam contoh kacang polong. Namun varian molekular (DNA dan protein) sudah semakin banyak digunakan sebagai marker juga.
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.
• 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 genetik 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.
Thank you
