15/01/16

for us
0 Comments

Teknik Rekayasa Genetik dalam Perbaikan Sumber Daya Genetik Tanaman; Makalah biologi molekuler ; Improved Genetic Engineering Techniques in Plant Genetic Resources



 Teknik Rekayasa Genetik
Dalam Perbaikan Sumber Daya Genetik Tanaman

1.    Pendahuluan
Sepanjang sejarah ilmu pengetahuan, manusia telah memanfaatkan proses alami pertukaran genetik melalui pemuliaan yang menciptakan berbagai varietas dalam ciri-ciri biologi. Upaya untuk memperbaiki jenis-jenis tumbuhan telah dilakukan dengan pemuliaan tradisional maupun melalui teknik biologi molekuler. Dalam kedua cara tersebut, manusia telah merekayasa proses alam untuk menghasilkan berbagai organisme yang memiliki sifat yang diinginkan, seperti meningkatkan produksi, tahan terhadap serangan hama, dan penyakit atau ternak dengan produksi daging tinggi dan kadar lemak rendah.
Letak perbedaan antara pemuliaan tradisional dan transfer gen dengan metode biologi molekuler adalah kecepatan, ketepatan, keterandalan, dan cakupan. Pemuliaan tradisional menyilangkan dua macam tumbuhan atau hewan yang berkembang biak secara seksual dan akan terjadi pencampuran puluhan ribu gen. Masing-masing induk, melalui proses peleburan sel sperma dan sel telur, menyumbangkan separuh genomnya kepada keturunannya. Banyak persilangan harus dilakukan sebelum kombinasi gen yang tepat terjadi pada keturunan dengan kombinasi sifat-sifat yang diinginkan.
Metode biologi molekuler dapat menyederhanakan masalah ini dengan merekayasa gen satu per satu dalam proses. Para ilmuwan dapat menyisipkan gen satu per satu gen untuk sifat spesifik secara langsung ke dalam genom yang telah terbentuk. Para ilmuwan dapat juga mengendalikan ekspresi gen dalam varietas tanaman atau hewan yang baru. Transfer gen molekuler dapat memperpendek waktu yang diperlukan dan memberikan ketepatan yang lebih besar untuk menghasilkan sifat yang diinginkan.
Keberhasilan dalam rekayasa genetik tumbuhan, harus dimulai dengan mengembangkan pengertian mengenai unsur-unsur yang mengendalikan ekspresi gen. Inti sari rekayasa genetik adalah menentukan gen yang mengekspresikan sifat tertentu, kemudian memisahkannya dan memasukkannya ke dalam inang asli atau organisme lain.
Aplikasi teknik rekayasa genetik memiliki peluang besar untuk perbaikan sifat tanaman, khususnya ketahanan terhadap serangga hama dan penyakit tanaman. Rekayasa genetik akan menghasilkan tanaman produk rekayasa genetik (PRG) yang memiliki sifat baru seperti ketahanan terhadap serangga hama dan penyakit atau toleran herbisida. 

2.    Sumber Daya Genetik
Berdasarkan Undang-Undang Nomor 4 Tahun 2006, sumber daya genetik tanaman adalah materi genetik tanaman yang mempunyai nilai nyata atau potensial. Materi genetik itu sendiri adalah bahan dari tanaman, termasuk materi propagasi reproduktif dan vegetatif yang mengandung unit-unit fungsional pewarisan sifat (hereditas).
Pemanfaatan sumber daya genetik memiliki masalah utama yaitu cekaman biotik seperti serangga hama, penyakit, nematoda parasit tanaman dan cekaman abiotik seperti kekeringan, pembekuan dan suhu rendah, salinitas, oksidatif dan cekaman logam berat. Perakitan tanaman tahan serangga hama atau penyakit atau nematoda parasit secara konvensional dapat dilakukan dengan pemuliaan, tetapi sumber gen ketahanan cekaman tersebut terbatas atau sering tidak dijumpai dalam sumber daya genetik tanaman yang tersedia (Manshardt, 2004).
Aplikasi bioteknologi modern dengan teknik rekayasa genetik dalam pemanfaat sumber daya genetik memiliki peluang besar untuk menjaga ketahanan pangan, perbaikan sifat tanaman. Teknik rekayasa genetik dapat digunakan sebagai mitra dan pelengkap teknik pemuliaan tanaman yang sudah mapan (Manshardt, 2004). Teknologi rekayasa genetik memberikan wahana bagi pemulia tanaman untuk memperoleh kelompok gen baru yang lebih luas (Herman, 2008). 

3.    Teknik Rekayasa Genetik
Teknik rekayasa genetik memberikan peluang untuk mengisolasi gen ketahanan dari organisme lain seperti cendawan, bakteri, dan virus. Gen eksogenous (dari luar spesies) yang sudah dikonstruksikan bisa dipindahkan ke tanaman budidaya yang diinginkan, misalnya gen ketahanan terhadap cekaman biotik, toleran cekaman abiotik, gen toleran herbisida, dan gen untuk memodifikasi kualitas produk tanaman.
Teknik rekayasa genetik telah diaplikasikan dalam perbaikan sifat tanaman dan telah menghasilkan tanaman produk rekayasa genetik (PRG) yang sering disebut tanaman transgenik. 

4.    Proses Rekayasa Genetik Tanaman
Gen interens yang akan ditransformasikan ke genom tanaman untuk memperoleh sifat yang diinginkan dapat diisolasi dari berbagai organisme seperti cendawan, bakteri, virus, serangga, binatang, atau tanaman lain. Gen tahan serangga yang populer adalah gen Bt yang diisolasi dari bakteri Bacillus thuringiensis (Herman, 2008).
               Gen interens yang akan ditransfer ke tanaman biasanya diklon terlebih dahulu dalam vektor plasmid yang dapat memperbanyak diri dalam Agrobacterium tumefaciens atau Escherichia coli. Gen tersebut digabungkan dengan promotor yang dapat diekspresikan dalam tanaman dan dirangkaikan dengan terminator yang tepat (Pena, 2005). Syarat plasmid yang baik adalah ukuran kecil sehingga bisa masuk ke dalam sel inang, dapat melakukan replikasi, mempunyai daerah untuk pemasukan materi genetik, dan penanda selektif. Promotor adalah daerah DNA di mana RNA polymerase akan menempel untuk memulai proses transkripsi (Pena, 2005). Ada beberapa promotor yang digunakan dalam perakitan tanaman PRG, bergantung pada tujuan penggunaannya. Jenis-jenis promotor antara lain constitutive, inducible, dan spesifik jaringan (PL, 2007). Terminator adalah sekuens DNA yang berada di ujung transcript yang menyebabkan RNA polymerase menghentikan proses transkripsi. Transkripsi adalah proses sintesis RNA pada template DNA (Pena, 2005).
              Plasmid yang digunakan untuk transformasi tanaman tidak hanya mengandung gen dari sifat yang diinginkan, tetapi juga gen marka untuk seleksi, seperti gen npt II untuk ketahanan terhadap antibiotik atau gen bar untuk toleran herbisida glufosinate. Gen marka akan memudahkan seleksi sel atau jaringan yang tertransformasi. Perlu juga ditambahkan gen pelapor antara lain β-glucuronidase atau gen luciferase. Plasmid yang mengandung konstruksi gen lengkap (gen interens, gen marka seleksi, dan gen pelapor) siap ditransformasikan ke genom tanaman.


 




           
              Teknik transfer gen dibagi menjadi dua yaitu secara langsung dan tidak langsung. Transfer gen langsung, contohnya adalah perlakuan pada protoplas tanaman dengan elektroporasi atau dengan polyethyleneglycol, penembakan eksplan gen dengan particle bombardment, atau penggunaan silicon carbide whiskers dengan vortex. Transfer gen tidak langsung bisa menggunakan vektor A. Tumefaciens. Setelah proses transfer gen, eksplan dipindahkan ke medium seleksi untuk mengidentifikasi transforman.
              Sel atau jaringan yang ditransformasi harus dapat diregenarasi menjadi suatu tanaman. Regenerasi tanaman dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara organogenesis atau embriogenesis. Selain itu, tanaman PRG perlu dikarakterisasi secara molekuler untuk mengkonfirmasi integritas gen yang introduksi dan menentukan jumlah kopinya dengan analisis Southern Blot dalam genom tanaman.
              Analisis Southern Blot adalah teknik yang bisa mendeteksi fragmen restriksi tunggal yang spesifik dalam campuran asam nukleat yang sangat kompleks yang dihasilkan dari pemotongan genom oleh enzim restriksi endonuklease. Langkah-langkah umum yang biasa digunakan adalah fragmen DNA didenaturasi dalam gel. DNA yang telah terdenaturasi ditempatkan pada lembaran kertas filter dan dibenamkan dalam larutan buffer. Sebuah membran nitroselulosa diletakkan di atas gel. DNA akan berikatan dengan membran nitroselulosa. Tahapan terakhir adalah merendam membran di dalam larutan yang mengandung probe. DNA target dan DNA/RNA probe akan berikatan karena merupakan pasangan komplementer dan dapat berikatan satu sama lain. Setelah itu, membran dicuci untuk menghilangkan probe yang tidak berikatan dan dipaparkan pada film X-ray. Pada posisi di mana probe berikatan, β-emmision dari probe menyebabkan film X-ray menjadi hitam. Hal ini memungkinkan untuk identifikasi ukuran dan jumlah fragmen gen kromosomal dengan kesamaan yang kuat dengan gen atau fragmen gen yang digunakan sebagai probe.
              Tanaman yang telah dianalisis dengan analisis Southern Blot perlu dikarakterisasi secara biokimia untuk menentukan apakah gen tersebut berfungsi dengan benar. Setelah tahapan regenerasi in vitro dan analisis molekuler dilalui, tanaman PRG perlu dikarakterisasi sifat yang diinginkan di laboratorium dan rumah kaca. Selanjutnya, untuk mengkonfirmasi apakah sifat baru yang diinginkan dapat diturunkan, maka perlu disilangkan untuk mempelajari pewarisannya. 

5.    Keunggulan dan Kekurangan Rekayasa Genetika
              Rekayasa genetika telah digunakan untuk menghasilkan tanaman yang tahan penyakit dan tanaman bergizi tinggi. Salah satu contohnya adalah tanaman kapas Bt di mana Bacillus thureingiensis digunakan untuk memasukkan berbagai gen tahan penyakit pada tanaman. Terdapat lima tanaman PRG yang sudah dikomersialkan di luar negeri dan ditetapkan aman lingkungan di Indonesia, yaitu kedelai TH GTS 40-3-2, jagung Bt MON810, jagung TH GA21, kapas TH MON1445/1698, dan kapas Bt MON531/757/1076. Dari kelima tanaman PRG tersebut, hanya kapas Bt MON 531/757/1076 yang dikomersialkan di Indonesia. Salah satu penelitian mengungkapkan bahwa beberapa tanaman PRG tahan cekaman biotik seperti padi PRG tahan hama penggerek batang, kentang PRG tahan penyakit hawar daun, dan tomat PRG tahan penyakit virus TYLCV dan CMV telah diuji ketahanannya di lapangan uji terbatas (Herman, 2010).
              Rekayasa genetika adalah teknik mahal untuk dilaksanakan. Teknik ini membutuhkan penyisipan gen yang diinginkan pada lokasi yang tepat yang memerlukan keahlian terutama ketika melibatkan banyak faktor risiko. Hal ini membutuhkan tenaga kerja terampil, perangkat yang sangat baik dan akurat dan laboratorium yang canggih.
Menurut Herman (2010), teknologi rekayasa genetik membutuhkan biaya mahal, tingkat kesulitan tinggi, dan sulit memperoleh konstruksi gen dari sifat yang diinginkan sehingga diperlukan langkah-langkah untuk pembinaan tenaga usia muda dalam bidang kultur jaringan dengan penekanan pada efisiensi regenerasi tanaman dan biologi molekuler, terkhusus pada bidang teknik isolasi, kloning, dan karakterisasi gen.

Daftar Pustaka:
Herman, M. 2008. Tekonologi rekayasa genetik dan status penelitiannya di Indonesia. Dalam B. Purwantara, dan M. Thohari (eds.) Tanaman Produk Rekayasa Genetik dan Kebijakan Pengembangannya. Volume 1. Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian. 106 hlm.
Herman, M., E. Listanto, A.D. Ambarwati, T.J. Santoso, M. Bustamam, D. Damayanti, H. Purwanti, A. Sisharmini, A. Apriana, E. Sofiari, A. Duriat, E. Suryaningsih, dan S.H. Hidayat. 2010. Pembentukan tanaman transgenik kentang dan tomat tahan penyakit yang dapat mengurangi 50% aplikasi pestisida. Laporan Hasil Penelitian Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian Tahun 2009.
Manshardt, R. 2004. Crop improvement by conventional breeding or genetic engineering: how different are they? BIO-5, January 2004. Biotechnology. Cooperative Extention Service. College of Tropical Agriculre and Human Resources. University of Hawai at Manoa.
Patent Lens (PL). 2007. Promoters used to regulate gene expression. http://www.bios.net/daisy/promoters/242/g2/266.html.
Pena, L. 2005. Transgenic plants: Methods and protocols. Methods in Molecular Biology Vol. 286.

    Contact Us

    Nama

    Email *

    Pesan *

    "I'm not a perfect person. I make a lot of mistakes. But, I really appreciate those people who stay with me after knowing who I really am"