V. PEMULIAAN KELAINAN GENETIK DAN SITOGENETIK PADA TANAMAN Ir.Wayan Sudarka, M.P.
5.1. Pendahuluan Dalam Bab ini dijelaskan mengenai pengertian mutasi, penggolongan mutasi dan manfaat mutasi dalam pemuliaan tanaman. Mutasi dapat terjadi pada gen, kromosom atau genoom dalam inti sel atau pada materi genetik yang ada pada sitoplasma. Dijelaskan pula mengenai penyebab terjadinya mutasi, terutama radiasi gelombang pendek dan zat kimia mutagenik. Mutasi digolongakan menjadi mutasi gen, kromosom dan genoom, dan kelainan sitogenetik. Perubahan pada struktur kromosom dibedakan menjadi: defisiensi, duplikasi, inversi, dan translokasi. Mutasi genoom dibedakan menjadi aneuploid dan euploid. Aneuplid dibedalan menjadi: nulisomi, monosomi, trisomi dan tetrasomi. Euploid dibedakan menjadi autopoliploid dan allopoliploid. Dijelaskan pula mengenai keberhasilan yang mengagumkan pada pemuliaan autopoliploid, allopoliploid, dan kelainan sitogenetik.
5.2. Pengertian Mutasi Mutasi merupakan perubahan yang terjadi pada organisme yang bersifat menurun (hereditas), dan hasil perubahan tersebut disebut mutan. Mutasi merupakan sumber aneka alela, yaitu bahan baku bagi alternatif-alternatif genotipe. Mutasi memberi alam variabilitas yang diwariskan, dan merupakan kunci keberhasilan seleksi alam. Manfaat mutasi dalam pemuliaan tanaman adalah meningkatkan keragaman/ variabilitas genetik tanaman, sehingga pemilihan / seleksi untuk sifat-sifat baik lebih mudah dilakukan. Mutasi dapat terjadi secara alami dan buatan/ induksi. Penyebab mutasi alami belum diketahui secara pasti. Radiasi gelombang pendek seperti: ultra violet, sinar radioaktif, neutron, sinar kosmis dapat sebagai penyebab mutasi alam. Mutasi buatan dapat dilakukan dengan: a) zat kimia mutagenik seperti : colchisin, mustard nitrogen,
1
ethyl meta sulfonat (EMS), etilinimin, diefoksibutan, etilinoksida. Zat kimia mutagenik yang banyak digunakan untuk menimbulkan mutasi adalah: colchisin dan EMS. b). Radiasi gelombang pendek, seperti: α, β, γ, sinar X, neutron. Radiasi yang banyak digunakan untuk menimbulkan mutasi adalah sinar X. Mutasi yang terjadi di alam ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan. Sebagian besar mutasi yang terjadi merugikan, tetapi 1/1000 diperkirakan ada yang bermanfaat, seperti mutan yang tahan terhadap hama dam penyakit. Fenotipe hasil mutasi di kelompokkan ke dalam lima kelas: mutasi morfologi, mutasi letal, mutasi kondisional, mutasi biokimia, dan mutasi resiten. 1. Mutasi morfologi, perubahan yang terjadi dapat dilihat langsung pada organ mahluk hidup, seperti warna mata putih pada lalat buah (Drosophila melanogaster), tanaman kate pada kacang polong (Pisum sativum), dan lain-lain. 2. Mutasi letal, perubahan yang terjadi pada mahluk hidup bersifat mati (lethal), seperti tidak adanya khlorofil pada organ fotosintesis tanaman jagung, kedelai dan lain-lain. 3.
Mutasi kondisional, perubahan yang terjadi baru tampak pada kondisi tertentu (kondisi restriktif), sedangkan pada kondisi lain mengekspresikan normal (kondisi permisif). Dijumpai pada lalat buah (Drosophila melanogaster) dominant lethal peka terhadap suhu. Individu (H+/H) fenotipenya normal pada suhu 20o C (kondisi permisif), tetapi lalat buah tersebut mati bila suhu dinaikkan 30 o C (kondisi restriktif).
4. Mutasi biokimia, perubahan terjadi pada organisme yang menyebkan hilangnya fungsi biokimia dari sel. Contoh pada cendawan/ fungi tertentu terdapat mutan ad. yang yang baru akan hidup bila ditambah adenine. Mutan biokimia sering bersifat auksotrofik, artinya untuk pertumbuhan mikro organisme memerlukan tambahan nutrisi komplek. Sedangkan kebanyakan mikroorganisme bersifat prototropik artinya mikroorganisme tersebut dapat mandiri untuk nitrisinya. 5. Mutasi resisten, perubahan yang terjadi pada sel atau organisme bersifat resisten terhadap inhibitor, pathogen tertentu. Mutan jenis ini banyak dimanfaatkann dalam pemuliaan tanaman untuk mendapatkan varietas unggul baru yang tahan terhadap hama dan penyakit tertentu.
2
Berdasarkan perubahan yang terjadi pada material genetic dalam sel, mutasi dibedakan menjadi: mutasi gen, mutasi kromosom, mutasi genoom, dan mutasi gen sitoplasma
5.3. Mutasi Gen Mutasi gen yaitu prubahan terjadi pada material genetik, dalam prosesnya mutasi terjadi kerena adanya perubahan urutan (sequence) nukleotida DNA kromosom, yang mengakibatkan terjadinya perubahan pada bentuk protein enzim. Perubahan yang umum terjadi ialah penggantian satu nukleotida dengan yang lainnya pada saat berlangsungnya replikasi DNA. Selama kode genetik cukup berlimpah, seluruh penggantian nukleotida tidak mengakibatkan terjadinya perubahan protein. Yang dimaksud dengan kode genetik berlimpah, ialah adanya beberapa kode yang mereplikasikan nukleotida yang sama dengan asam amino. Alternatif lain ialah adanya penambahan atau hilangnya nukleotida, sehingga mengubah informasi genetic yang terbaca mulai dari saat terjadinya perubahan sampai pada gen-gen yang terahir. Proses-proses tadi mengakibatkan perubahan besar, karena dapat mengubah jumlah replikasi dan sebagian besar penampilannya akan hilang dari populasi melalui seleksi. Perubahan gen dapat diarahkan kearah dominant atau kearah resesif, tetapi kebanyakan terjadi kearah resesif, sehingga menampilkan sifat-sifat yang tidak diinginkan.Secara singkat dapat digambarkan: AA
Aa
aa, dimana
A = alela dominant, dan a = alela resesif. AA = gen hosigot dominant, Aa = gen heterosigot, dan aa = gen homosigot resesif.
4.4. Mutasi Kromosom Mutasi kromosom adalah prubahan terjadi pada struktur kromosom, diberi nama umum Aberasi khromosom, dibedakan atas:
3
a. Defisiensi, adalah hilangnya sebuah/ sebagian gen karena putusnya kromosom: 1). Defisiensi terminal atau delesi, adalah gen pada ujung kromosom hilang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ____.____________________________
1 2 3 4 5 6 7 8 ____._________________
9 10 11 (hancur tanpa sentromer) __________
2). Defisiensi interkalar, adalah hilangnya bagian tengah lengan kromosom 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ___.______________________________
1 2 3 4 5 ___._____________
6 7 _____
8 9 10 11 ___________
1 2 3 4 5 8 9 10 11 ___.___________________________
6 7 defisiensi _____
(asentris hancur)
Mengidentifikasi kromosom defisiensi, yaitu dengan melihat bentuk pasangan kromosom pada tanaman heterosigot. Kromosom normal akan berpasangan dengan kromosom defisiensi. 1). Defisiensi terminal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ____.____________________________ ____.___________________________ 1 2 3 4 5 6 7 8 10
11
11
4
2). Defisiensi interkalar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ____._______________________________________ ____._______________________________________ 1 2 3 4 5 8 9 10 11
6
7
1 2 3 4 5 8 9 10 11 ___.______________________ ________________ ___._____________________________________________ 1 2 3 4 5 8 9 10 11
b. Duplikasi, adalah keadaan dimana kromosom memiliki gen-gen terulang. Duplikasi terjadi karena kromosom putus di dua tempat dan penggabungan ujungujung yang terluka terjadi setelah kromosom mengalami replikasi, maka potonganpotongan kromosom itu dapat membentuk segmen-segmen yang memiliki gen terulang. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ___._______________________________
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ___._______________________________ ___._______________________________ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 ___.___________ ___.___________ 1 2 3 4
5 6 7 ________ ________ 5 6 7
8 9 10 11 __________________ kromosom putus di dua __________________ tempat 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 5 6 7 8 9 10 11 duplikasi 5 6 7 ___.___________________________________________ ___. ____________________________ 1 2 3 4 8 9 10 11 defisiensi 5 6 7
5
c. Inversi, adalah suatu segmen dari kromosom mempunyai urutan gen yang terbalik. Inversi dapat terjadi karena kromosom melengkung, kemudian putus di dua tempat dimana lengkung tersebut bertemu. Ujung-ujung yang putus dam lekat tersebut bersambungan lagi tetapi tidak kembali seperti semula, melainkan dibagian yang putus itu urutan letak gen-gen menjadi terbalik. ___.________________ 1 2 3 4 5 Radiasi
_________ ___. ___ 2 3 4 _______ 1 5
3 4 __._____ 1
2 ______ 5
3 4 __.____ 1
2 _______ 5
__.______________ 1 4 3 2 5
6
Inversi dibedakan menjadi: 1). Inversi parasentris, ialah inversi yang tidak mengikut sertakan sentromer, berarti bahwa sentromer terdapat di samping bagian kromosom yang mengalami inverse. 3 4 ___.___ 1
2 _____ 5
___._______________ 1 4 3 2 5 2). Inversi perisentris, inverse yang mengikut sertakan sentromer, berarti bahwa sentromer terdapat di dalam bagian kromosom yang mengalami inverse. 3 . 4 ______ 1
sentromer 2 _____ 5
_________.______ 1 4 3 2 5
d. Tranlokasi, adalah peristiwa pemindahan bagian dari sebuah kromosom ke bagian dari kromosom yang bukan homolognya. Tranlokasi dapat terjadi bila sel/ jaringan diradiasi dengan radiasi glombang pendek (seperti sinar radioaktif), kromosom putus dan potongan tersebut dapat bersambungan dengan potongan kromosom lain yang bukan homolognya. Berdasarkan cara terbentuknya dibedakan 3 tipe translokasi:
7
1). Translokasi sederhana, adalah bila pada satu kromosom terjadi pematahan tunggal, dan bagian yang patah tersebut langsung pindah ke bagian unjung kromosom lain yang bukan homolognya. Akan tetapi tipe translokasi ini jarang sekali terjadi, karena ujung kromosom lainnya memiliki telomer dam telomere ini tidak lengket. A B C D E F G H
O P Q R S T
C D E F G H
A B O P Q R S T
2). Translokasi Pemindahan, adalah patahan dalam satu kromosom terjadi di tiga tempat, dimana bagian tengah di antara dua patahan tersebut disisipkan pada kromosom lain yang tidak homolog yang putus di satu tempat. A b c d e f g h __.__________________
a b ___
e f ___
g h ___
a b efgh __.___________
CD ____ O P Q R __.___________
O P __. ____
Q R ____
O PCDQR _.____________
3). Translokasi resiprok, ialah bila patahan-patahan tunggal terjadi pada dua kromosom tidak homolog dan bagian patahan saling tertukar. Jenis tranlikasi ini paling banyak terjadi dam diplajari baik pada tumbuhan maupun hewan. Untuk jelasnya mengenai translokasi resiprok disajikan seperti bagan berikut.
8
A B C . N O
A B C . D E
A B L C M . . D N E O
L .M . N O
Dua pasang kromosom homolog
A B C . N O
L M
L M .
D E
. D E
Translokasi heterosigot
A B C
A B C
L M
L M .
D E
N O
D E
.
.
.
N O
5.5. Mutasi Genoom. Perubahan yang terjadi pada jumlah kromosom mahluk hidup. Genom adalah satu set kromosom haploid dari mahluk hidup. Berdasarkan perubahan yang tertjadi pada jumlah kromosom, maka mahluk hidup di bedakan menjadi: aneuploid dan euploid
a. Aneuploid Aneuploid adalah suatu organisme dimana selnya kekurangan atau kelebihan kromosom tertentu bila dibandingkan dengan mahluk hidup diploid normal. Kejadian ini dapat dijumpai pada tumbuhan, hewan dam manusia. Berbagai kemungkinan variasi dalam aneuploid disajikan seperti pada Tabel ….
9
Tabel
Berbagai kemungkinan ragam dalam aneuploid
Tipe
2n
Kemungkinan kromosom dengan (ABC) sebagai set kromosom haploid (ABC) (ABC)
2n-1 2n -2
(ABC) (AB) (AB)(AB)
2n + 1 2n + 1 + 1 2n + 2 2n + 3
(ABC)(ABC)(C) (ABC)(ABC)(B)(C) (ABC)(ABC)(C)(C) (ABC)(ABC)(C)(C)(C)
Formula
Disomi (normal) Aneuploid: 1. Monosomi 2. Nullisomi 3. Polisomi (ada tambahan kromosom) a. Trisomi b. Dobel Trisomi c. Tetrasomi d. Pentasomi
Penyebab terjadinya sel aneuploid adalah: 1). Hilangnya sel-sel hasil mitosis atau miosis, disebabkan terlambat datangnya kromosom, yang ditandai dengan bergeraknmya kromosom pada fase anaphase. Kromosom demikian disebut juga laggad artinya selalu terlambat. Kejadian ini menghasilkan kromosom yang hipo ploid, seperti: 4n-1, 4n-2, 2n-1 dan sebagainya. 2). Nondisjuction (gagal memisah), kromosom-kromosom atau kromatid-kromatid selama mitosis atau miosis gagal memisahkan diri, sehingga sel anak memiliki jumlah kromosom yang berbeda, seperti bagan berikut. P
AA XX (2n)
Nondisjunction
AXX (n+1) AO (n-1)
F1
AAXXX AAXXY Trisomi (2n+1)
AA XY (2n)
AX (n) AY (n)
Normal
AAXO AAYO Monosomi (2n-1)
10
1). Monosomi Monosomi adalah organisme dimana selnya kekurangan satu kromosom dibandingkan jumlah kromosom sel normal. Di kenal tiga macam monosomi: 1). Monosomi primer, adalah keadaan dimana satu kromosom hilang, tetapi kromosom homolog lainnya dengan kromosom yang hilang itu mempunyai struktur normal. 2). Monosomi sekunder, adalah keadaan dimana satu pasang kromosom homolog hilang dan digantikan oleh kromosom skunder atau oleh isokromosom untuk satu lengan dari pasangan kromosom yang hilang itu. 3). Monosomi tersier, bila dua kromosom non homolog terpotong-potong di daerah sentromer karena iradiasi. Dua lengan dari kromosom non homolog `ini bersatu dam membentuk kromosom tersier dengan sentromer yang berfungsi, sedangkan dua lengan lainnya hilang. Tanaman dengan putik yang dibuahi oleh serbuk sari demikian akan menghasilkan tanaman monosomi tersier. Monosomi telah digunakan secara intensif dalam pemuliaan tanaman gandum roti (Triticum aestivum). Tanaman ini yang seharusnya mempunyai spasang kromosom no 5, tetapi hanya ada sebuah saja. Dalam tahun 1926 Clusen dan Goodspeed untuk pertama kali menemukan monosomi pada tanaman tembakau (Nicotiana tabacum), yang memiliki 47 kromosom (2n-1). Menurut mereka dapat terjadi: a). Secara spontan terjadi pada keturunan tanaman normal. b). Terjadi pada keturunan tanaman monosomi lainnya, dan c). Terjadi pada keturunan dari Backcros N. tabacum (n = 24) x N. sylvestris (n = 12) x N. tabacum. Krakteristik tanaman N. tabacum relative kurang, bila dibandingkan dengan tanaman normal, seperti: ukuran tanaman, ukuran daun, intensitas klorofil, mahkota bunga, daun klopak, ukuran buah, dan pertumbuhan tanaman. Tanaman monosomi mempunyai formula kromosom (2n-1), dan akan membentuk dua macam gamet yaitu n dan n +1, walaupun serbuk sari n-1 dibentuk tetapi biasanya tidak berfungsi pada pembuahan, sebagai contoh:
11
♀ Monosomi 2n – 1
P
Sel telur:
♂ Monosomi 2n - 1
x
n -1 (75%) n (25%)
F1
seperma: n -1 (8 %) n (92%)
2n (23 %) 2n -1 (71 %) 2n – 2 (6 %)
diploid monosomi nullisomi
Dari hasil persilangan biasanya tanaman nulisomi tidak bisa hidup, sehingga perbandingan menjadi monosomi (71 %) dan diploid (23 %) = 3 : 1 Pada tembakau (Nicotiana tabacum) dikenal dua lokus gen yaitu gen dominant A maupun B (kemungkinan sendirian atau bersama-sama) dalam genotype, menyebabkan daun berwarna hijau tua. Jika gen dominan itu absent sama sekali dalam genotype maka daun berwarna hijau muda. Bila tanaman monosomi daun hijau tua (ABB) disilangkan dengan tanaman diploid hijau muda (aabb) maka turunannya sebagai berikut. P
♀ ABB Starain monosomi daun hijau tua Gamet: AB (n) B (n-1)
x
♂ aabb stain diploid daun hijau muda serbuk sari ab (n)
F1
AaBn diploid (daun hijau tua) dan ABb monosomi (daun hijau tua)
F2
Bila diploid AaBb (daun hijau tua) diinbriding maka didapatkan segregasi hijau tua bebanding hijau muda 15 : 1. Tetapi bila tanaman F1 monosomi diinbriding maka didapatkan segregasi sebagai berikut:
12
♀ monosomi (aBb)
F1
x
♂ F1 monosomi (aBb)
sel telur: ab (n) B (n-1) aB (n) b (n-1) F2
tepung sari: ab (n) B (n-1) (tak berfungsi) aB (n) b (n-1) (tak berfungsi)
aabb (diploid) daun hijau muda aaBb (diploid) daun hijau tua aBb (monosomi) daun hijau tua aBB (monosomi) daun hijau tua aaBb (diloid) daun hijau tua aaBB (diloid) daun hijau tua abb (monosomi) daun hijau muda aBb (monosomi) daun hijau tua
Fenotipe pada F2 tanaman tembakau berdaun hijau tua : tanaman berdaun hijau muda = 3 : 1 2). Nullisomi Organisme dimana selnya memiliki jumlah kromosom kurang dua dibanding dengan jumlah kromosom sel normal. Organisme nullisomi dengan formula (2n-2) secara alami tidak dijumpai, tetapi pada tanaman dapat terjadi dengan melakukan penyerbukan sendiri tanaman monosomi (2n -1) seperti diterangkan di muka. Gamet jantan yang kehilangan kromosom biasanya kurang dapat berfungsi, maka persentase nulisomi sangat rendah dalam keturunan dari penyerbukan sendiri tanaman nullisomi. Contoh pada tanaman gandum, nulisomi antara 0 - 100 %. Ciri tanaman nullisomi antara lain: tanaman umumnya kerdil, lemah sehingga sulit untuk dibudidayakan, fertilitasnya kurang, dam tidak mempunyai arti penting dalam agronomi. Walaupun demikian tanaman nulisomi digunakan untuk penelitian genetika, karena memiliki sifat-sifat morfologi berbeda, yang dapat memberi petunjuk tentang pengaruh genetic dari kromosom yang hilang. Analisis nullisomi dapat digunakan untuk menentukan gen dominant terhadap kromosom tertentu. Tanaman diploid homozigot dominant AA disilangkan dengan tanaman nullisomi yang mempunyai sifat resessif. Keturunan dari persilangan ini adalah homosigot (Aa) dan hemisigot (AO). Bila tanaman heterosigot (Aa) mengadakan
13
penyerbukan sendiri maka turunan adalah 3 A : 1a. Sedangkan bila tanaman monosomi AO diserbuk sendiri maka sebagain besar turunannya adalah AA + AO, dan sebagian kecil nullisomi (resesif). Tanaman nullisomi yang disilangkan tadi yang menghasilkan tanaman hemisigot F1 dengan pemisahan normal 3 : 1, dam pada F2 salah satu membawa gen dominant. ♀ seri nulisomi (2n-2)
P
F1
F2
x
♂ AA (norma = 2n)
__________________________________ Aa x Aa AO x AO Heterosigot (normal =2n) hemisigot (monosomi =2n-1)
_______________ ________________________ AA Aa Aa aa AA AO AO OO Normal (2n) (normal=2n) monosomi nulisomi (2n-1) (2n-2)
Tanaman nullisomi dihasilkan dengan menyerbuk sendiri tanaman monosomi, tetapi dalam keturunan jumlah sangat kecil. Hal ini disebabkan nullisomi berasal dari gamet jantan, bukan dari sel telur, sedangkan serbuk sari (n + 1) yang dapat menjalankan fungsinya pada pembuahan persentasenya kecil, seperti pada tanaman gandum (Triticum aestivum). Pada tanaman gandum banyaknya sel telur n (25 %), sel telur n-1 (75 %), tetapi serbuk sari n 90 – 100 % (rata-rata 96 %), sedang serbuk sari n-1 0 – 10 % (ratarata 4 %). Keturunan yang diharapkan dari penyerrbukan sendiri tanaman monosomi adalah sebagai berikut.
14
P
♀ gandum monosomi (2n -1) Sel telur n = 25 % n – 1 = 75 %
F1 Betina/ Jantan
x
♂ gandum monosomi (2n -1) Serbuk sari n = 96 % n-1 = 4 %
N = 21 kromosom 96% (90 – 100 %) N = 21 kromosom Diploid 2n = 24 25 % % n-1 = 20 Monosomi 2n-1 = kromosom 75 % 72 %
n-1 = 20 kromosom 4 % (0-10 %) Monoploid 2n-1 =1% Nullisomi 2n-2 =3%
Tanaman gandum nullisomi yang diperoleh tidak dapat bertahan hidup sehingga dalam kenyataannya dalam keturunan diperoleh 24 % diploid dan 73 % monosomi (1 diploid : 3 monosomi). Pada manusia dan hewan tidak dijumpai nullisomi, karena hilangnya kromosom berakibat lethal.
3). Trisomi Trisomi adalah organisme dimana selnya mempunyai sebuah kromosom tambahan dibandingkan dengan organisme diploid normal, sehingga formulanya 2n + 1. Jika kromosom tambahan itu lebih dari satu maka dinamakan double trisomi dengan formula 2n + 1 + 1. Trisomi di ketemukan pada tanaman, hewan dam manusia. Pada tanaman di jumpai pada jagung, tomat, gandum, tembakau. Dikenal lima macam trisomi, ialah: 1). Trisomi primer adalah kromosom tambahan benar-benar homolog dengan salah satu dari pasangan kromosom dari komplemen. 2). Trisomi sekunder, adalah kromosom tambahan adalah kromosom sekunder atau suatu isokromosom. 3). Trisomi tersier, adalah kromosom tambahan adalah kromosom yang ditranslokasi atau kromosom tersier terdiri dari dua segmen kromosom nonhomolog. 4). Trisomi konpensasi, adalah sebuah kromosom hilang dan dikonpensasi oleh dua kromosom lain yang mengalami modifikasi. 5). Trisomi telosomi, adalah kromosom tambahannya adalah kromosom telosentris.
15
Trisomi pada jagung manis telah banyak dipelari oleh Mc.Clintock Iowa State University (USA), telah mencoba berbagai persilangan dengan jagung manis (sweet corn) Trisomi. Gen yang berperan dalam persilangan tersebut adalah: Su (gen dominant untuk sifat manis/ sugary), su (gen resesif untuk sifat tawar/ jagung biasa). Bila disilangkan jagung trisomi (SuSusu) dengan jagung tawar (susu), maka turunannya sebagai berikut. ♀ jagung manis(trisomi) SuSusu
P
x
Sele telur: 1 SuSu (n+1) 2 Susu (n+1) 2 Su (n) 1 su (n) F1
1 2 2 1
♂ jagung tawar (diploid) susu tepung sari: su
SuSusu (trisomi) manis Sususu (trisomi) manis Susu (diploid) manis susu (diploid) tawar
Perbandingan genotipe pada F1 adalah 3 trisomi : 3 diploid = 1 : 1 Perbandingan fenotipe pada F1 adalah Manis : tawar = 5 : 1 Bila dilakukan persilangan resiprok maka didapatkan turunan sebagai berikut: P
♀ Jagung tawar (diploid) susu
Sel telur:
F1
su
x
♂ jagung manis (trisomi) SuSusu tepung sari: 1 SuSu (n +1) tidak berfungsi 2 Susu (n + 1) tidak berfungsi 2 Su (n) 1 su (n)
2 Susu (diploid) manis 1 susu (diploid) tawar
Genotipe tanaman F1 semuanya diploid, dengan perbandingan fenotipe manis : tawar = 2 : 1
16
b. Euploid Euploid adalah organisme dimana jumlah kromosom sel somatisnya merupakan kelipatan dari kromosom haploidnya. Haploid adalah organisme dimana selnya memiliki genom tunggal atau satuset kromosom. Genom adalah satu set kromosom haploid. Diploid adalah organisme dimana selnya memiliki dua set kromosom haploid. Poliploid adalah mahluk hidup dimana sel somatisnya memiliki lebih dari dua set kromosom haploid (lebih dari dua genom). Bila individu haploid setiap selnya memiliki satu genom (n), maka diploid (2n), triploid (3n), tetraploid (4n), pentaploid (5n), dan seterusnya. Tabel 1. Berbagai kemungkinan ragam dalam euploid
Tipe euploid
Formula
Monoploid Diploid Poliploid: - Triploid - Tetraploid - Pentaploid - dan sebagainya
N 2n >2n 3n 4n 5n
Kemungkinan kromosom dengan ABC sebagai set kromosom haploid (genom) ABC AABBCC AAABBBCCC AAAABBBB CCCC AAAAABBBBB CCCCC
1). Monoploid Monoploid adalah organisme dimana selnya memiliki satu genom (n kromosom). Istilah monoploid digunakan untuk menggambarkan sifat suatu organisme. Sedangkan istilah haploid digunakan untuk menggambarkan sifat dari gamet yang dibentuk oleh organisme diploid. Beberapa contoh organisme haploid alami antara lain: bakteri (Bacteria), jamur (Fungi), alga biru (Cyanophyta), gametopfit Lumut Hati (Hepaticeae) dan Lumut Daun (Bryophyta), lebah madu jantan/ sawflies (Hymenoptera) terjadi karena partogenesis, juga dijumpai pada tanaman kentang (kentang monoploid lebih renyah/ enak). Tanaman monoploid juga dapat dibentuk dengan menumbuhkan gamet jantan (tepung sari)/ betina (n kromosom) pada media kultur jaringan. 17
Ciri tanaman monoploid antara lain: tanaman tampak lebih kerdil, kurang tahan terhadap serangan hama dan penyakit dan pengaruh lingkungan yang kurang baik. Tanaman monoploid bersifat steril karena kromosom tidak bisa berpasangan (tidak ada homolognya), tidak ada kemungkinan heterosigot, serta tida ada segregasi. Tanaman monoploid dapat dimanfaatkan untuk membentuk tanaman homosigot/ galur murni, dengan melipat gandakan kromosomnya (dengan kolkhisin). Galur murni penting untuk program pemuliaan tanaman, terutama untuk pembetukan varietas hibrida (hybrid vigor).
2). Pollipoid Poliploid adalah mahluk hidup dimana sel somatisnya memiliki lebih dari dua set kromosom haploid (lebih dari dua genom). Poliploid banyak di jumpai pada tumbuhan, sedangkan pada hewan atau manusia sangat jarang dijumpai karena poliploid dapat menyebakan kelainan atau kematian/letal. Ciri umum tanaman poliploid (dibanding tanaman diploid), antara lain: tanaman tampak lebih kekar, ukuran organ tanaman lebih besar (akar, batang, daun, bunga dan buah), ukuran sel dan inti selnya lebih besar, buluh pengangkutan (xylem dan phloem) lebih besar, stomata juga lebih besar, daun lebih tebal dan warna hijau daun lebih tua, ukuran bunga lebih besar dan waktu berbunganya lebih lama. Berlipatnya jumlah kromosom tanaman poliploid dapat menyebabkan kandungan protein, vitamin dam asam organik lainnya meningkat, tetapi tekanan osmotik sel-sel berkurang, pembelahan sel terlambat, masa vegetatif lebih panjang, fertilitas berkurang, tanaman kurang tahan terhadap hama dan penyakit. Tanaman poliploid diketahui mempunyai fertilitas relatif rendah, maka pengembangannya akan lebih menguntungkan pada tanaman yang tidak mementingkan biji, seperti: sayuran-sayuran, bunga-bungaan, buah-buahan. Terjadinya poliploid pada tumbuhan, sebagai berikut:
18
(1). Poliploid terjadi secara alami, yaitu: a). Kelipatan kromosom sel somatis, terjadi karena kromosom melakukan pemisahan yang tida teratur selama mitosis, sehingga sel-sel anak yang baru ada memeliki jumlah kromosom berlipat. b). Sel-sel reproduktif dapat mengalami pembelahan yang tak teratur, sehingga kromosom tidak memisah secara sempurna ke kutub-kutub pda waktu anafase. (2) Poliploid terjadi secara buatan, yaitu dengan memberi perlakuan zat kimia tertentu pada sel, sehingga jumlah kromosom sel anak dapat digandakan. Zat kimia yang biasa digunakan untuk menimbulkan poliploid pada sel tumbuhan adalah: kolhkisin, asenaften, kloralhidrat, sulfanilamid, etil-merkuri-klorid,dan heksklorosikloheksan. Kolkhisinlah yang paling banyak digunakan untuk kegiatan ini karena mudah larut di dalam air. Sedangkan zat kimia lainnya harus dilarutkan di dalam gliserol. Kholkhisin dengan rumus (C22H25O6N) merupakan suatu alkaloid yang dihasilkan oleh tanaman Autumn crocus (Cochicum autonale) famili Liliaceae. Kolkhisin merupakan racun kuat, diperoleh dari biji dan umbi tanaman tersebut. Kokhisin pada konsentrasi tertentu mencegah terbentuknya benang spindel selama pembelahan sel, sehingga fase anafase tidak dapat berlangsung dan kromosom-kromosom tetap berserakan di dalam sitoplasma, sehingga inti sel yang terbentu kromosomnya berlipat. Kolkhissin dapat dilarutkan dalam air (tidak air panas), gliserol, dapat dicampur dengan agar atau lanolin. Larutan kolkhisin bekerja efektif pada konsentrasi 0,01 –1,0 %, lama perendaman berkisar antara 3-24 jam tergantung jenis tanaman. Konsentrasi larutan kolkhisin yang sering dipakai untuk kebanyakan tanaman adalah 0,2 %. Tehnik pemberian kolkhisin yaitu: (a). Merendam benih/ biji dalam larutan kolhisin, makin keras kulit biji makin pekat konsentrasi larutan yang dipakai. (b). Meneteskan larutan kolkhisin pada mata tunas, dilakukan secara berulang-ulang agar jangan sampai kering. (c). Merendam kecambah dalam larutan kolkhisin. Kecambah dari benih tanaman monokotil lebih sulit diberi perlakuan kolkhisin dibanding dengan tanaman dikotil karena titik tumbuhnya dilindungi oleh koleoptil.
19
(d). Merendam akar tanaman dalam larutan kolkhisin, dapat dilakukan pada berbagai jenis tanaman dengan interval waktu 12 jam. Interval waktu 12 jam maksudnya adalah 12 jam dalam larutan kolkhisin, 12 jam dalam air, 12 jam lagi dalam larutan kolkhisin. (e). Meredam batang dalam larutan kolkhisin, sebaiknya menunggu batang melewati masa dorman. Tanaman poliploid dibedakan menjadi dua yaitu: (1). Tanaman Autopoliploid yaitu apabila genom yang sama mengalami kelipatan. (2.) Allopoliploid yaitu apabila genom-genom berbeda berkumpul melalui hibridisasi.
(1). Autopoliploid Tanaman autopoliploid adalah tanaman mempunyai kelipatan genom yang sama, dam berdasarkan banyaknya kelipatan itu dapat dibedakan tanaman yang triploid (3n), tetraploid (4n), pentaploid (5n), heksaploid (6n), dan seterusnya. Tanaman autopoliploid sama dengan induknya hanya jumlah kromosomnya yang berbeda. Beberapa ciri tanaman autopoliploid adalah : 1). Inti dan isi sel lebih besar, yang ditunjukkan oleh ukuran stomata dam butir tepung sari. 2). Daun dam bunga bertambah besar, pertambahan ukuran ini ada batasnya sehingga dengan penambahan jumlah kromosom, tidak akan menyebabkan menambah secara berlanjut. 3). Adanya perubahan komposisi senyawa kimia, seperti peningkatan kadar karbohirat/ gula, protein, asam organik dan alkaloid. 4). Laju pertumbuhan tanaman menjadi lebih lambat, demikian pula waktu pembungaan juga menjadi lambat. 5). Meiosis sering tidak teratur, sehingga dapat terjadi kromosom tidak berpasangan, hal ini disebabkan karena terbentuknya bevalent, trivalent, quadrivalent dam seterusnya. 6). Terjadi perubahan segregasi genetik, yang berbeda dengan segregasi genetik tanaman diploid.
20
7). Terjadinya penurunan fertilitas pada tepungsari/ biji, hal ini perlu diperhatikan dalam program pemuliaan tanaman. Seperti pada jagung penurunan mencapai 80 %, pada selada mencapai 5 – 15 % dibanding dengan tanaman diploid. 8). Autopoliploid ganjil (triploid, pentaploid) hampir seruhnya steril, karena pemisahan tidak teratur dari miosis, sehingga memberikan gamet yang tidak seimbang.
a. Autotriploid Tanaman autotriploid mengandung tiga set kromosom (3n), dapat terjadi: 1). Pembelah miosis yang abnormal menyebabkan ada sel (gamet) yang tetap memiliki 2n kromosom. Bila gamet (2n) dibuahi oleh gamet haloid (n), maka akan dihasilkan keturunan (3n). 2). Persilangan antara tanaman diploid (gamet n) dengan tanaman tetraploid ( gamet 2n), maka dihasilkan turunan triploid (3n). Pembentukan tanaman autotriploid dari tanaman diploid dan tetraploid, hasilnya akan lebih baik bila tanaman tetraploid digunakan sebagai induk betina dan tanaman diploid sebagai pejantan, seperti contoh berikut. P.
♀ AAAA Tetraploid
x
♂ aa Diploid
Sel telur: 4 AA (2n) 4 A (n)
Serbuk sari: a (n)
F1
4 Aa (2n) Diploid
4 AAa (3n) : Triploid
Bila dilakukan inbriding terhadap tanaman F1 triploid (AAa), maka akan diproleh keturunan sebagai berikut: F1
AAa Triploid
Sel telur: 1 AA (2n) 2 Aa (2n) 2 A (n) 1 a (n)
x
AAa Triploid Tepung sari: 1 AA (2n) 2 Aa (2n) 2 A (n) 1 a (n)
21
F2 ♂ ♀ 1 AA 2 Aa 2A 1a
1 AA
2 Aa
2A
1a
1 AAAA (4n) 2 AAAa (4n) 2 AAA (3n) 1 AAa (3n)
2 AAa (3n) 4AAaa (4n) 4 AAa (3n) 2 Aaa (3n)
2 AAA 4 AAa (3n) 4 AA (2n) 2 Aa (2 Aa)
1AAa 3 Aaa (3n) 2 Aa (2n) 1 aa (2n)
Perbandingan genotip dalam keturunan = 9 tetraploid : 18 triploid : 9 diploid atau = 1 tetraploid : 2 triploid : 1 diploid. Perbandingan fenotipe adalah 35 A : 1 a, sedangkan untuk tanaman diploid monohibrid (Aa x Aa) menghasilkan segregasi fenotipe 3 A : 1a. Jadi dengan merubah tanaman diploid menjadi triploid, maka penyerbukan sedirinya diharapkan mendapatkan sifat dominan = 35/3 = + 12 kali lebih banyak. Bila gen dominan untuk sifat menguntungkan, maka dengan merubah tanam diploid menjadi triploid, maka diperoleh sifat yang menguntungkan sekitar 12 kali lipat. Sifat steril dari tanaman triploid sering dimanfaatkan orang untuk memproleh keuntungan, seperti: pisang yang dikonsumsi buahnya (tanpa biji), pengembangan buah semangka tanpa biji (seedles watermelon), tanaman apel varietas Baldwin dan Mc Iintos, tanaman pear yang dikembangkan di Eropah. Beberapa jenis sayur-sayuran dan bunga potong banyak yang triploid. Tanaman semangka diploid (2n) memiliki 22 kromosom, triploid (3n) memiliki 33 kromosom, dam tanaman tetraploid (4n) memiliki 44 kromosom. Cara membuat beberapa ploidi pada tanaman semangka seperti berikut. 2n Normal
Kolkhiosin
2n ------------x---------------------x------------ 4n
Biji (2n)
betina x jantan (2n) (4n)
betina x jantan (4n) (2n)
Biji kosong
Biji (3n)
Tanaman dengan buah berbiji
Biji (4n)
Tanaman Tanaman dengan buah dengan tanpa biji buah berbiji 22
b. Autotetraploid Tetraploid umumnya dijumpai pada tanaman dan tidak dijumpai pada hewan atau manusia. Tetrapolid dapat terjadi secara alami dan secara buatan yaitu: 1. Penyimpangan pada meioses, yaitu pada pembelahan meiosis tahap pertama dimana kromosom yang berpasangan gagal memisah pada anafase I, sehingga satu sel telofase menerima seluruh seluruh kromosom diploid dan sel yang lain tidak menerima satupun. Sel yang pertama dapat mengalami pembelahan mioses II untuk menghasilkan gamet diploid. Penggabungan satu dari gamet ini dengan gamet haploid akan menghasilkan zigot triploid, tetapi penggabungan dengan gamet diploid yang lain menghasilkan zigot tetraploid, tetapi jarang terjadi. 2.. Penggunaan zat kimia mutagenik. Zat kimia kolkhisin banyak digunakan untuk melipatgandakan kromosom dari sel diploid (2n) menjadi sel tetraploid (4n). Tetetraploid biasanya sering mengalami sterilitas, hal ini disebabkan karena adanya miosis yang tidak teratur, yang menyebabkan terjadinya kromosom univalent, bevalent dan trivalent. Adanya genom-genom yang tidak sempurna menyebabkan gamet yang terbentuk steril. Penambahan kromosom menyebabkan kerumitan nisbah gamet. Misal pasang alel A dan a pada tetraploid ada lima macam kemungkinan genotipe, yaitu: AAAA (kuadruplek), AAAa (triplek), AAaa (duplek), Aaaa (simplek) dan aaaa (nuliplek) Tanaman autotetraploid membuat gamet 2n, karena itu berpasangannya kromosomkromosom homolog selama miosis berlangsung lebih teratur dari tanaman triploid. Bila gen-gen letaknya dekat dengan sentromer, sehingga gen-gen tidak mengalami pindah silang (crosing over). Tanaman autotetraploid duplek (AAaa) akan membentuk gamet diploid dengan perbandingan 1 AA : 4 Aa : 1 aa, seperti berikut. ___._______________ A ___._______________ A ___._______________ a ___._______________ a
23
A -
A A A A
A AA -
A Aa Aa -
A Aa Aa Aa -
Penyerbukan sendiri tanaman heterzigot AAaa, akan menghasilkan nisbah seperti berikut. ♂ ♀ 1AA 4Aa 1aa
1AA
4Aa
1aa
1AAAA 4AAAa 1Aaaa
4AAAa 16AAaa 4Aaaa
1AAaa 4Aaaa 1aaaa
Perbandingan genotipe tada F1 adalah 1 kuadruplek: 8 triplek : 18 duplek : 8 simplek : 1 nuliplek. Perbandingan fenotipenya adalah 35 A : 1 a. Sedangkan segregasi F1 tanaman diploid (Aa x Aa) adalah 3 A : 1a. Jadi dengan merubah tanaman diploid menjadi tetraploid kita akan mendapatkan sifat dominan 35/3 = ± 12 kali lebih banyak. Bila gen-gen letaknya jauh dari sentromer, sehingga gen-gen dapat mengalami pindah silang. Seperti diketahui pindah silang akan berlangsung setelah masing-masing kromosom membelah memanjang menjadi kromated.
____.______________ A ____.______________ A
____.______________ a ____.______________ a
4 kromated
____.__________________ A _____.__________________ A _____.__________________ A _____.__________________ A _____.__________________ a _____.__________________ a _____. __________________ a _____.___________________ a 8 kromated
24
Gen-gen yang mengalami segregasi tidak lewat kromosom melainkan lewat kromated. Segregasi demikian disebut juga segregasi random kromated. Sehingga tanaman autotetraploid dupleks AAaa akan membentuk gamet-gamet diploid (2n) dengan perbandingan 6 AA: 166 Aa: 6aa atau 2 AA : 5 Aa : 2 aa, seperti bagan berikut.
A A A A A A A A
A -
A AA -
A AA AA -
A AA AA AA -
A Aa Aa Aa Aa -
A Aa Aa Aa Aa Aa -
A Aa Aa Aa Aa Aa Aa -
A Aa Aa Aa Aa Aa Aa Aa -
Bila terjadi penyerbukan sendiri maka keturunan yang dapat diharapkan adalah: ♂ ♀ 2AA 5Aa 2aa
2 AA
5 Aa
2 aa
4 AAAA 120 AAAa 4 AAaa
10 AAAa 25 AAaa 10 Aaaa
4 AAaa 10 Aaaa 4 aaaa
Hasil penyerbukan sendiri tersebut mendapatkan perbandingan genotipe = 4 kuadruplek : 20 triplek : 4 nulipleks, dan dengan perbandingan fenotipe yaitu: 77 A : 4 a atau 19,25 A : 1a. Bila hasil ini dibandingan dengan diploid monohibrid (Aa x Aa), maka masih dapat diharapkan memperoleh kelipatan sifat dominan 19,25 / 3 = + 6,5 kali. Sekarang telah banyak tanaman yang dibudidayakan dan mempunyai nilai dalam perdagangan sengaja dibuat tetraploid dengan menggunakan kolkhisin, seperti tanaman hias, bunga potong, ketang, gula bit, kacang tanah, buah amggur, buah peer Bartlett, Apel Mc Intossh dan lain-lain.
2.1.2. Allopoliploid Tanaman allopoliploid adalah tanaman yang berasal dari pelipatan jumlah kromosom tanaman hibrida interspesifik. Tanaman hibrida interspesifif diperoleh dengan
25
menyilangkan dua spesies atau genus yang berlainan, tetapi masih mempunyai hubungan kerabat dekat (famili). Jumlah genom hibrida interspesifik ini berlainan dengan genom kedua tetuanya, sehingga bersifat sangat steril. Untukmendapatkan tanaman tanaman allopoliploid yang fertil ada dua kemungkinan yaitu: 1) Tanaman hibrid interspesifik yang steril itu tanpa mengalami reduksi kromosom (meiosis) dapat membentuk gamet-gamet yang bila bersatu akan menghasilkan tanaman allopoliploid yang fertil. Cara yang terjadi secara alamiah ini sangat jarang terjadi di alam. 2) Tanaman hibrida interspesif yang steril itu dilipat gandakan kromosomnya dengan perlakuan zat kimia tertentu seperti kolkhisin. Karena jumlah kromosom berlipat dua, maka dapat membentuk pasangan-pasangan kromosom selama meosis, sehingga tanaman yang terbentuk sifat allopoliploid yang fertil. Cara ini umum dilakukan oleh para ahli pemulia tanaman. Untuk lebih jelasnya mengenai cara untuk membentuk tanaman allopoliploid, disajikan seperti bagan berikut. P
Gamet F1
Spesies A diploid 2n = 4
x
Spesies B diploid 2n = 4
n=2
n=2 Hibrida interspesifik 2n = 4 sangat steril Cara I
Kemungkinan dapat menghasilkan 2n = 4 beberapa gamet Persatuan tanpa reduksi gamet-gamet
Cara II Cara buatan yaitu dengan memberi Perlakuan kolkhisin
2n = 4
Tanaman allopoliploid 4n = 8 fertil
26
Karpechenkov (1928) berkebangsaan Rusia, berhasil menyilangkan tanaman radis (Rapanus satvus) dengan tanaman kubis (Brassica oleracea), keduanya termasuk dalam famili Cruciferae. Masing-masing tanaman tadi memiliki kromosom somatis 2n = 18, akan tetapi kromosom radis memiliki gen-gen yang tidak dijumpai pada kromosom kubis. Turunan pertama (F1) hasil persilangan ini merupakan hibrida interspesifik yang bersifat sangat steril. Pelipat gandaan hibrida interspesifik ini dengan kolkhisin menghasilkan tanaman fertil yang disebut Rhapanobrassica bersifat allopoliploid atau amphidiploid. P
Raphanus sativus 2n = 18 R
Gamet: n = 9 R
F1
x
Brassica oleracea 2n = 18 B n=9B
Hibrid interspesifik (sangat steril) 2n = 9R + 9B = 18 Kromosom dilipat gandakan dengan kolkhisin Raphanobrassica Amphidiploid Allotetraploid (fertil) 4n = 18 R + 18 B = 36
Antara tanaman autopolliploid dengan allopoliploid terdapat beberapa perbedaan pokok, yaitu: 1. Tanaman autopoliploid, diperoleh dengan menginduksi jenis tanaman tertentu dengan menggunakan zat kimia seperti kolkhisin. Tanaman poliploid yang diperoleh sama dengan jenisnya, misalnya tanaman tomat diloid (2n) menjadi tomat tetraploid (4n). Karena jumlah kromosom berlipat ganda, maka beberapa sifat tertentu mengalami perubahan, seperti: tanaman lebih kekar, daun-daun lebih lebar dan hijau, buah lebih
27
besar, kandungan protein meningkat. Karena sterilitas meningkat, jumlah buah dan biji berkurang. 2. Tanaman allopoliploid dibuat dengan melipatgandakan jumlah kromosom hibrida interspesifik dengan zat kimia seperti kolkhisin. Hibrida interspesifik ini dibuat dengan menyilangkan antara spesies atau genus yang berbeda tetapi masih mempunyai hubungan kerabat 9famili). Tanaman allopoliploid ini bersifat fertil dan merupakan jenis baru yang sebelumnya tidak dikenal. 3. Dibandingkan dengan tanaman autopoliploid, maka tanaman allopoliploid yang merupkan jenis baru, mempunyai arti lebih peting dari segi agronomi dan evolusi tanaman Pengembangan tanaman allopoliploid oleh pemulia tanaman untuk pembangunan pertanian dibeberapa negara didunia antara lain: 1). Tanaman tembakau allotetraploid Tanaman tembakau (Nicotiana tabcum) adalah peka terhadap penyakit virus mosaik tembakau (TMV), sedangkan spesies tembakau lainnya yaitu Nicotiana glutinosa lebih tahan. Clausen dan Goodspeed dalam tahun1925 menyilangkan Nicotiana tabcum (2n 48, gamet n = 23) dengan Nicotiana glutinosa (2n = 24, gamet n = 12), menghasilkan sangat sedikit tanaman F1 yang kebanyakan steril. Satu dari tanaman F1 menghasilkan beberapa tanaman F2 yang fertil. Penelitian sitologis membuktikan tanaman F2 tersebut bersifat allotetraploid dengan jumlah kromosom 72 buah, yaitu sama dengan jumlah kromosom kedua induknya. Jenis tembakau bari ini dinamakan icotiana digluta, mempunyai sifat lebih tahan terhadap TMV serta memberi hasil lebih baik. 2) Tanaman Rubus alloheksaploid Di Eropah dikenal dua jenis Rubus yaitu Rubus idaeus diploid (2n = 14) dan Rubus caesius tetraploid (4n = 28), persilangan kedua jenis tanaman ini menghasilkan tanaman F1 triploid 3n = 21 kromosom dan bersifat steril. Pelipat gandaan khromosom tanaman F1 dengan kolkhisin akan menghasilkan tanaman baru heksaploid (6n = 42)yang diberi nama Rubus maksimus.
28
P
Rubus caesius (4n = 28) C1C1C2C2
Gamet:
C1C2
x
Rubus idaeus (2n = 14) II I
F1
Hbrid interspesifik Triploid (3n = 21) steril C1C2I Kromosom dilipat gandakan dengan kolkhisin
Rubus maximus Allohexaploid (6n = 42) fertil C1C1C2C2 II Rubus maksimus menghasilkan serat batang yang kuat dan baik untuk pembuatan karung goni. 3). Tanaman kubis allotetraploid Dikenal tiga spesies diploid dari genus Brassica ialah: B. oleracea (n = 9), B, nigra (n = 8), dan B. campestris (n = 10). Nagahara U pemulia tanaman bangsa Jepang tahun 1935, melakukan penelitian terhadap hasil persilangan alami diantara spesies tanaman kubis tersebut, dan ternyata turunannya merupakan tanaman amphidiploid atau allotetraploid. Untuk memudahkan mempelajari hubungan satu dengan yang lainnya, Nagahara U menciptakan hubungan yang berbentuk segi tiga yang disebut segi tiga U, seperti berikut. B.nigra ( n = 8)
carinata (n=17)
B. oleracea (n = 9)
B. juncea (n = 18)
B. nafus (n = 19)
B. campestris (n = 10)
B. carnata (n = 17), B juncea (n = 18) dan B. nafus (n = 19) merupakan jenis kubis baru yang bersifat ampidiploid atau allotetraploid. Diketemukannya kubis jenis baru ini
29
sangat membantu pemulia tanaman untuk mengembangkan varietas kubis yang mempunyai nilai komersial tinggi. 4).. Gandum heksaploid Tanaman gandum Triticum monococcum merupakan bahan baku pembuatan roti, diketahui peka terhadap penyakit cendawan karat daun (2n = 14). Jenis lain yang masih ada hubungan kerabat dengan gandum yaitu genus Aegilop dengan dua spesies yaitu.Aegilop speltoides (2n = 14),dan Aegilop squarrosa (2n = 14). Persilangan diantara ke tiga jenis spesies tersebut dilakukan oleh J. Percival di Inggris, menghasilkan tanaman gandum alloheksaploid yang disebut Triticum aestivum (6n = 42), fertil. P
F1
P
F1
Triticum monococcum (2n = 14) (AA)
x
Aegilops speltoides (2n = 14) (BB)
Hibrid interspesifik Sangat steril (2n = 14) (AB) Kromosom dilipatgandakan dengan kokhisin Triticum dicocoides x Aegilops speltoides Gandum allotetraploid (2n = 14) (4n = 28), fertil (CC) (AABB) Hibrida interspesifik Sangat steril (3n = 21) (ABD) Kromosom dilipat gandakan Triticum aestivum Gandum roti alloheksaploid (6n = 42), fertil (AABBDD)
Triticum aestivum (alloheksaploid) dapat tumbuh baik pada berbagai lingkungan, tahan terhadap penyakit cendawan karat daun, dan bijinya menghasilkan roti yang enak rasanya. Jenis gandum baru ini ditanam secara luas di Eropah dan Amerika.
30
5). Triticale allopoliploid Jenis serealia ini merupakan bahan roti yang diproleh dengan dengan menyilangkan tanaman gandum durum (Triticum turgidum) tetraploid (4n = 28) dengan tanaman rye/ rogge (Secale sereal) diploid (2n = 14). Turunan F1nya merupkan hibrida interspesifik sangat steril, penggandaan kromosom menghasilkan Triticale alloheksaploid (6n = 42) yang fertil, skema persilngannya seperti berikut. P
F1
Triticum turgidum Tetraploid (4n = 28) AABB
x
Secale sereal Diploid (2n = 14) RR
Hibrida interspesifik Sangat steril ABR Kromosom dilipat gandakan dengan kolkhisin
Triticale Alloheksaploid (6n = 42) AABBRR Triticale alloheksaploid mempunyai ciri batang kuat, umur genjah, hasil tinggi, tahan terhadap serangan cendawan karat daun, bijinya menghasilkan roti yang enak rasanya.
5.6. Kelainan sitogenetik Salah satu contoh kelainan sitogenetik adalah jantan madul (male steril) yang banyak dijumpai pada tanaman yang mempunyai bunga. Pada tanaman seperti jagung, gandum, gula bit, bawang merah dan beberapa tanaman lainnya, bahwa fertilitas dikendalikan oleh faktor genetik yang ada dalam sitoplasma. Tetapi tanaman lainya yang jantan madul dapat dikendalikan oleh gen yang ada dalam inti sel.
31
Jantan madul adalah keadaan tidak berfungsinya gamet jantan karena faktor genetik. Pada tanaman jagung misalnya, dijumpai bunga jantan tumbuh seperti biasa, tetapi tidak menghasilkan serbuk sari (pollen). Dengan demikian penyerbukan pada bungan betina memerelukan serbuk sari dari tanaman lain yang fertil.. Hal ini kemudian dimanfaatkan untuk memproduksi varietas hibrida dalam rangka mengatasi biaya untuk melakukan pemotongan bunga jantan (detasseling). Mekanisme pewarisan maternal yang memindahkan jantan madul pada jagung telah diteliti dengan cermat oleh M.M. Rhodes. Tidak terbentuknya tepung sari pada tanaman tertentu, sehingga menyebabkan tanaman tersebut jantan mandul, tetapi struktur bunga betina dan fertilitasnya normal. Gen-gen inti sel tidak mengontrol tipe jantan mandul ini. Jantan madul ini diwariskan dari generasi ke generasi melalui sitoplasma dari sel telur. Varietas jantan madul tertentu diserbuki oleh tepung sari tanaman jagung normal, akan menghasilkan keturunan jantan madul saja. Keturunan jantan mandul ini kemudian di silang balik (back cross) dengan tanaman normal jantan fertil. Turunan hasil silang balik ini akan tertap jantan mandul, walaupun hampir semua gen-gen inti sel dari tanaman jantan mandul itu telah diganti. Jadi jelaslah sifat jantan mandul diturunkan lewat pewarisan maternal, bukan oleh gen-gen kromosom. Penelitian lebih lanjut menunjukkan dari tanaman jantan mandul ternyata masih ada beberapa tepung sari yang fertil, sehingga masih memungkinkan terjadinya persilangan resiprok. Hasil persilangan resiprok itu berupa tanaman jantan madul. Dengan demikian terbukti bahwa jantan fertil diwariskan secara maternal seperti berikut.
32
Jantan steril
0
o0
Sitoplasma
Jantan fertil
Gamet jantan fertil Sel telur
Jantan steri
Jantan fertil
Beberapa kali Silang balik
Jantan steril
Jantan steril
Faktor genetik dalam sitoplasma yang ikut mengambil bagian dalam jantan mandul, tidak hanya sendirian tetapi faktor genetik itu mengadakan interaksi dengan gengen inti tertentu. Misal gen inti R (dominan) pada jagung dapat memulihkan fertilitas dari tanaman yang pada mulanya jantan steril. Jagung yang memiliki sitoplasma S (jantan mandul) dan genotipe inti rr (Srr) menghasilkan antera yang tidak normal dan tidak memiliki tepung sari. Sedangkan tanaman dengan sitoplasma F (fertil jantan) atau genotipe inti R- atau kedua-duanya (F-, SR-, atau Frr) dapat menghasilkan tepung sari normal. Para pemulia tanaman menggunakan interaksi faktor genetik dalam sitoplasma
33
dengan dengan gen inti sel, untuk memproduksi benih hibrida secara komersiil. Sebagai contoh bila salah satu induk adalah galur inbrida jantan mandul (Srr) disilangkan dengan galur inbrida fertil (FRR,) maka akan diproleh F1 hibrida SRr (fertil), seperti berikut
P
Galur A
Galur inbrida
rr
Galur B
Galur C
x
Jantan mandul
Galur D
x
Jantan fertil
F1 hibrida Silang tunggal
Jantan mandul
Jantan fertil
x Jantan fertil
Jantan mandul
F1 Hibrida Silang ganda
Jantan fertil
Jantan mandul
Tehnik pembuatan jagung hibrida komersiil di lapangan dengan pemanfaatan jantan mandul, dilakukan sebagai berikut: misalnya persilangan dibuat antara galur inbrida A dengan B, dan antara galur inbrida C dengan D, sehingga dihasilkan dua F1 hibrida silang tunggal AB dan CD. Kedua hibrida ini kemudian disilangkan untuk menghasilkan F1 hibrida silang ganda ABCD, selanjutnya dijual kepada petani Untuk jelasnya disajikan seperti pada bagan berikut.
34
P
♂ inbrida B jantan subur
x
♀ inbrida A jantan mandul
♀ inbrida C jantan subur
x ♂ inbrida D jantan subur
inbred b dan inbred B atau keduanya, memiliki restorer genes (gen pengendali untuk pollen subur) F1
F1
♀ (A x B) tanaman single cross jantan mandul
x
♂ (C x D) tanaman single cross jantan subur
(AB)(CD) biji double cross dijual swecara komersil sebagai benih varietas hibrida
Daftar Pustaka Allard, R.W. 1960. Principles of Plant Breeding. John Willey& Sons, Inc. New York, London, Sydney. Mangoendijdojo, W. 2003. Dasar-Dasar Pemuliaan Tanaman. Penerbit Kanisius (Anggota IKAPI), Yogyakarta. 182 h. Poehlman, J.M. 1977. Breeding Field Crops. The AVI Publishing Company, Inc. Westport Connecticut, USA. Soetarso, 1991. Ilmu Pemuliaan Tanaman. Jurusan Budidaya Pertanian, Fak. Pertanian, Univ. Gadjah Mada, Yogyakarta. 164 h. Suryo, H. 1995. Sitogenetika. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Swanson, C.P., T. Merz, W. J. Young. 1981. Cytogenetics. Presentice, Inc., Englewood Clifts, NJ 07632. Prented in the USA. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetics. Pants, Animals, Humans. Springer-Verlag. New York, Heidelberg, Berlin.
35
36
