Modul. PEWARISAN SIFAT
advertisement
PEWARISAN SIFAT 1. Pendahuluan Dalam suatu garis keturunan sering kita jumpai adanya persamaan dan perbedaan induk dengan keterunannya. Namun tidak semua keturunan yang dihasilkan dari induk yang sama mempunyai ketampakan yang sama pula. Sejak dulu manusia sudah mempraktikkan prinsip pewarisan keturunan, tanpa menyadari dan mengenal hukum-hukumnya. Manusia mengawinsilangkan berbagai jenis hewan ternak dan berbagai jenis tanaman untuk mendapatkan krturunan yang unggul. Padi hibrida merupakan salah satu contoh hasil perkawinan silang yang dilakukan oleh manusia untuk mendapatkan hasil tani yang unggul. Tidak hanya berhubungan dengan cara yang dilakukan oleh manusia untuk meningkatkan kualitas hidupnya, prinsip pewarisan keturunan juga telah dipraktikkan sejak dulu dalam lingkup keluarga. Para orang tua biasanya menyelidiki latar belakang orang yang hendak dijadikan menantu, apakah apakah orang tersebut memiliki latar belakang keluarga yang cacat mental atau fisik. Hal tersebut dilakukan para orang tua untuk menghindari dihasilkannya keturunan yang memiliki ciri atau sifat cacat seperti pendahulunya. Dahulu, semua hal tersebut dilakukan berdasarkan pengalaman atau dari pengamatan generasi sebelumnya. Akan tetapi, para ilmuwan tidak puas dengan menunggu terjadinya varietas baru. Mereka tentunya ingin mengetahui dengan pasti bilamana dan berapa seringnya atau atau ciri dari induk kepada keturunannya tersebut muncul, serta bagaimana cara penurunan sifat tersebut. Keinginan tersebut kemudian berkembang menjadi ilmu genetika yang mempelajari mekanisme pewarisan sifat atau hereditas. 2. Petunjuk Penggunaan Modul Bacalah modul ini dengan seksama dan pahami materinya!. 3. Standar Kompetensi Lulusan Menahami konsep dasar hereditas, reproduksi sel, penerapan prinsip-prinsip hereditas dan peristiwa mutasi. 4. Standar Kompetensi 3. Memahami konsep dasar dan prinsip-prinsip hereditas serta implikasinya pada saling temas. 5. Kompetensi Dasar 3.4 Menerapkan prinsip hereditas dalam mekanisme pewarisan sifat. 6. Tujuan Pembelajaran 1) Menemukan hipotesis yang diajukan Mendel tentang pewarisan sifat Siswa mengetahui istilah-istilah yang digunakan dalam hereditas. 2) Menerapkan hukum Mendel I, menentukan rasio fenotip dan genotip F2 persilangan monohibdrid 3) Menemukan hipotesis yang diajukan Mendel tentang pewarisan sifat 4) Menerapkan hukum Mendel II, menentukan rasio fenotip dan genotip F2 persilangan dihibrid 7. Kajian Belajar A. Pengertian Hereditas Hereditas adalah penurunan sifat dari induk kepada keturunannya. Keturunan yang dihasilkan dari perkawinan antar individu mempunyai perbandingan fenotip maupun genotip yang mengikuti aturan tertentu. Aturan-aturan dalam pewarisan sifat ini disebut pola-pola hereditas. Teori pertama tentang sistem pewarisan yang dapat diterima kebenarannya dikemukakan oleh Gregor Mendel pada tahun 1865. Teori ini diajukan berdasarkan penelitian persilangan berbagai varietas kacang kapri (Pisum sativum). Hasil percobaannya, ditulis dalam makalah yang berjudul Experiment in Plant Hybridization. Dalam makalah tersebut, Mendel mengemukakan beberapa hipotesis mengenai pewarisan material genetik dari tetua kepada anaknya, diantaranya adalah Hukum Segregasi dan Hukum Perpaduan Bebas. Hukum Segregasi atau Hukum Mendel I menyatakan bahwa dalam pembentukan sel gamet, pasangan alel akan memisah secara bebas. Sedangkan, Hukum perpaduan bebas atau Hukum Mendel II menyatakan bahwa alel dari lokus satu akan berpadu secara bebas dengan alel-alel dari lokus lainnya. B. Percobaan Mendel Gregor Johann Mendel (1822-1884) disepakati sebagai Bapak Pendiri Genetika. Mendel tinggal di Brno (Brunn), Austria (sekarang bagian dari Republik Cekoslowakia). Rasa ingin tahunya yang tinggi menuntun dia melakukan pekerjaan persilangan dan pemurnian tanaman kacang kapri (Pisum sativum). Melalui kegiatannya tersebut, iya menyimpylkan sejumlah aturan mengenai pewarisan sifat yang dikenal dengan nama Hukum Pewarisan Mendel. Dalam percobaan untuk meneliti kinerja pewarisan sifat, Mendel memilih tanaman yang memiliki sifat biologi yang mudah diamati. Berbagai alasan dan keuntungan menggunkan tanaman kapri adalah sebagai berikut. a. Mudah melakukan penyerbukan silang. b. Mudah didapat. c. Mudah hidup atau mudah dipelihara. d. Cepat berubah atau berumur pendek. e. Dapat terjadi penyerbukan sendiri. f. Terdapat jenis-jenis yang memiliki sifat beda yang mencolok, misalnya: 1) Warna bunga: ungu atau putih 2) Warna biji: hijau atau kuning 3) Warna buah: hijau atau kuning 4) Bentuk biji: bulat atau kisut 5) Sifat kulit: halus atau kasar 6) Letak bunga: aksial atau terminal; aksial artinya terletak disepanjang batang, terminal artinya terletak pada ujung batang. 7) Ukuran batang tinggi atau pendek Mendel mempelajari beberapa pasang pasang sifat pada tanaman kapri yang masing-masing bersifat dominan dan tidak dominan (resesif). Masing-masing sifat yang dipelajari adalah: a. Bentuk biji (bulat x keriput) b. Bentuk polong masak (menggembung x mengerut) c. Panjang batang [tinggi (2-2,5 m) x pendek (0,25-0,5)] d. Letak bunga [diketiak daun (aksial) x diujung batang (terminal)] e. Warna biji (kuning x hijau) f. Warna polong (hijau x kuning) g. Warna bunga (ungu x putih) Mula-mula Mendel mengamati dan menganalisis data untuk satu sifat, dikenal dengan monohibrid, seperti sifat tinggi tanaman saja, warna bunga saja, atau jenis biji saja. Selain itu, Mendel juga mengamati data kombinasi antar sifat, dua sifat (dihibrid), tiga sifat (trihibrid), dan banyak sifat (polihibrid). Varietas-varietas yang disilangkan disebut tetua, induk atau parental (P). Biji-biji hasil persilangan anatar parental disebut biji filial pertama (F1). Ciri-ciri F1 dicatat dan bijinya ditanam kembali. Tanaman yang tumbuh dari biji F1 dibiarkan menyerbuk sendiri untuk menghasilkan biji generasi berikutnya (F2). Dalam percobaannya, Mendel mengamati sampai generasi F7, juga melakukan persilangan antara F1 dengan salah satu tetuanya (testcross). Hasil percobaan monohibrid menunjukkan bahwa pada seluruh tanaman F1 hanya sifat (ciri) dari salah satu tetua yang muncul. Pada generasi F2, semua sifat yang dimiliki oleh tetua (P) yang disilangkan muncul kembali. Sifat tetua yang hilang pada F1 terjadi karena tertutup, kemudian disebut sifat resesif, dan yang menutupi disebut dominan. Sifat dominan bisa diberi simbol dengan huruf besar, sedangkan sifat resesif diberi simbol dengan huruf kecil. Misalnya mengenai tinggi tanaman kapri, tumbuhan tinggi dominan terhadap tumbuhan pendek. Jadi, gen untuk sifat tinggi diberi simbol “T” dan sifat pendek diberi simbol “t”. Sebagai salah satu kesimpulan dari percobaan monohibridnya, Mendel menyatakan bahwa setiap sifat organisme ditentukan oleh faktor, yang kemudian disebut gen. Faktor tersebut kemudian diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Dalam setiap tanaman terdapat dua faktor (sepasang) untuk masingmasing sifat, yang kemudian dikenal dengan istilah alel; satu faktor berasal dari tetua janatan dan satu lagi berasal dari tetua betina. Dalam kaitannya dengan gen yang dimiliki oleh individu, diketahui bahwa alel gen atau genotip yang dimiliki individu dapat berupa homozigot dominan, homozigot resesif, atau heterozigot. Homozigot dominan artinya suatu individu memiliki alel gen dominan. Misalnya, pasangan alel gen tinggi diberi simbol TT (artinya dua gen T yang dominan saling berpasangan). Penampakan atau Fenotipe individu beralel TT adalah individu bertubuh tinggi. Homozigit resesif artinya suatu individu memiliki alel gen resesif. Misalnya, pasangan alel gen pendek atau tt (artinya memiliki dua gen t yang resesif saling berpasangan). Fenotipe individu beralel tt adalah individu bertubuh pendek. Makhluk hidup homozigot disebut juga sebagai galur murni. Individu-individu yang memiliki pasangan gen berbeda dikatakan heterozigot. Heterozigot dinyatakan dengan huruf gen dominan terlebih dahulu. Contohnya, individu heterozigot untuk sifat tinggi tanman adalah individu dengan alel Tt (artinya gen T yang dominan berpasangan dengan gen t yang resesif). Heterozigot memperlihatkan sifat dari gen yang dominan. Oleh karena itu, penampakan individu heterozigot adalah adalah bertubuh tinggi. Ide tersebut kemudian dikenal sebagai Hukum Dominansi. Kemudian, pada saat pembentukan gamet, setiap faktor atau gen dapat dipisah kembali secara bebas. Peristiwa tersebut kemudian dikenal sebagai Hukum Mendel I, yaitu Hukum Segregasi yang berbunyi: “Pada pembentukan gamet, gen yang merupakan pasangan akan disegregasikan ke dalam dua sel anak”. Jadi sehubungan dengan sifat tinggi dan pendek pada tanaman kapri, pasangan gen homozigot dominan (TT), homozigot resesif (tt), maupun heterozigot (Tt) akan didistribusikan ke sel anak sehingga setiap sel gamet akan kembali berpasangan dengan homolognya ketika perkawinan terjadi dan menghasilkan keturunan dengan perbandingan jumlah sifat yang dapat dihitung. Hasil dari seluruh percobaan monohibrid untuk tujuh sifat yang diamati, pada F2, terdapat perbandingan yang mendekati 3:1 antara jumlah individu dominan dengan individu resesif. Tabel Hasil Percobaan Monohibrid Mendel C. Berbagai Pola Pesilangan 1. Persilangan Monohibrid Pesilangan dengan pengamatan satu sifat beda disebut sebagai persilangan monohibrid. Misalnya, persilangan antara tanamn berbunga merah dengan berbunga putih, kacang kapri berbiji halus dengan kisut (keriput), dan tanaman tinggi dengan tanaman pendek. Berdasarkan sifat keturunan yang dihasilkan, persilangan monohibrid dapat dikelompokkan menjadi monohibrid dominan penuh dan dan monohibrid dominan tidak penuh (intermediet). a) Persilangan Monohibrid Dominan Penuh Pada persilangan monohibrid dominan penuh, sifat yang dominan akan menutup sempurna sifat resesif. Dengan demikian, pesilangan monohibrid penuh menghasilkan generasi F1 yang 100% mirip parental Bergen dominan, serta F2 dengan perbandingan fenotipe dominan dan resesif sama dengan 3:1. Ketika tanaman kapri berbunga ungu (PP) dikawinkan dengan tanaman kapri berbunga putih (pp), akan dihasilkan generasi F1 yang 100% bertubuh tinggi, walaupun genitipenya heterozigot (Pp). Jika F1 (Pp) disilangkan dengan sesamanya, akan dihasilkan perbandingan jumlah keturunan antara kacang kapri berbunga ungu dengan kacang kapri berbunga putih sama dengan 3:1. b) Persilangan Monohibrid Intermediet Tidak semua gen dominan dapat menutup dengan sempurna alel yang resesif. Pada kondisi tersebut, fenotipe yang diekspresikan (muncul) pada individu ialah antara sifat dominan dengan resesif. Sifat antara tersebut dinamakan sifat intermediet. Contohnya adalah pada bunga pukul empat dan bunga anyelir. Bunga merah disilangkan dengan putih menghasilkan generasi F1 yang 100% bunganya berwarna merah muda. Apabila F1 disilangkan dengan sesame F1 lagi, akan dihasilkan keturunan F2 dengan perbandingan antara individu berbunga merah, berbunga merah muda, dan berbunga putih sama dengan 1:2:1. 2. Persilangan Dihibrid Hukum Mendel II, atau dinamakan hukum penggabungan bebas mengenai ketentuan penggabungan bebas yang harus menyertai terbentuknya gamet pada perkawinan dihibrid. Hukum Mendel II dapat dipelajari pada persilangan dihibrid. Pada perkawinan dihibrid, misalnya suatu individu memiliki genotip AaBb maka A dan a serta B dan b akan memisah kemudian kedua pasangan tersebut akan bergabung secara bebas sehingga kemungkinan gamet yang terbentuk akan memiliki sifat AB, Ab, aB, ab. Persilangan dihibrid adalah perkawinan yang melibatkan dua sifat beda. Misalnya persilangan antara tanaman kacang kapri berbiji bulat dan berwarna kuning dengan tanaman kacang kapri berbiji keriput dan berwarna hijau. Ternyata, hasil persilangan adalah 100% anakan berbiji bulat dan berwarna kuning. Selanjutnya, jika tanaman hasil persilangan ini dikawinkan sesamanya, terjadilah hasil perkawinan sebagai berikut: 9/16 bagian = biji bulat kuning, 3/16 bagian = biji bulat hijau, 3/16 bagian = biji keriput kuning, 1/16 bagian = biji keriput hijau. Atau dapat ditulis dengan perbandingan 9 : 3 : 3 : 1. Persilangan Dihibrid Generasi 1 P1 Fenotip : ♂ tanaman berbiji bulat, >< Berwarna kuning F1 Genotip : BBKK Gamet : BK : ♀ tanaman berbiji keriput, berwarna hijau bbkk bk 100% BbKk Tanaman berbiji bulat, berwarna kuning Generasi 2 P2 Fenotip : tanaman berbiji bulat, >< Berwarna kuning Genotip : BbKk Gamet : BK, Bk, bK, bk tanaman berbiji bulat, berwarna kuning BbKk BK, Bk, bK, bk Berdasarkan diagram perkawinan dihibrid tersebut, dapat disimpulakan bahwa perbandingan fenotif anakan F2 dari persilangan dihibrid adalah sebagai berikut: 9/16 bagian dari populasi anakan berfenotip biji bulat kuning (genotip B*K*) 3/16 bagian dari populasi anakan berfenotip biji bulat hijau (genotip B*kk) 3/16 bagian dari populasi anakan berfenotip biji keriput kuning (genotip bbK*) 1/16 bagaian dari populasi anakan berfenotip biji keriput hijau (genotip bbkk) Keterangan: Tanda * : pada B* menunjukkan kemungkinan genotip BB atau Bb Pada K* menunjukkan kemungkinan genotip KK atau Kk 3. Persilangan Testcross, Backcross, dan Resiprok a. Testcross Testcross (uji silang) ialah perkawinan F1 yang tidak diketahui fenotipnya dengan salah satu induknya yang resesif. Testcross dilakukan untuk mengetahui apakah F1 bergenotif homozigot (galur murni) atau heterozigot. Jika hasil testcross menunjukkan perbandingan fenotipe 1:1, dapat disimpulkan bahwa F1 heterozigot. Sedangkan jika hasil testcross 100% berfenotip sama, berarti F1 homozigot (galur murni). Contoh persilangan testcross P : ♂ BB ♀ bb >< Hitam Putih F1 : Bb Hitam Uji silang : ♂ Bb ♀ bb >< Hitam F2 : Bb Hitam 50% Putih Bb bb bb Hitam Putih Putih 50% b. Backcross Backcross ialah persilangan antara individu F1 yang heterozigot dengan salah satu induknya (induk dominan atau resesif). Tujuan Backcross adalah mencari genotype tetua. Jika hasil backcross menunjukkan perbandingan fenotip 1:1, genotip parental adalah homozigot resesif. Sebaliknya jika hasil backcross menunjukkan fenotip yang 100% sama, genotip parental adalah homozigot dominan. c. Persilangan Resiprok Persilangan resiprok (perkawinan kebalikan) adalah persilangan ulang dengan jenis kelamin yang dipertukarkan. Misalnya pada perkawinan monohibrid tanaman jantnnya berbunga merah dengan tanaman betina berbunga putih, maka resiproknya adalah tanaman betina berbunga merah disilangkan dengan tanamn jantan berbunga putih. Persilangan resiprok bertujuan untuk menunjukkan bahwa dalam suatu persilangan berlaku sama pada jenis kelamin jantan dan betina, yang berarti baik jantan maupun betina mendapatkan kesempatan sama dalam pewarisan sifat. 4. Persilangan Trihibrid Persilangan trihibrid adalah persilangan antara dua individu dengan melibatkan tifa sifat beda. Untuk mencari generasi F2 pada pesrsilangan lebih dari dua sifat beda akan menyulitkan jika digunakan diagram Punnet. Untuk itu, dapat diguankan sistem bracket untuk mengamati persilangan lebih dari dua sifat beda (polihibrid). 5. Menghitung Jumlah Genotip dengan Tabel Selain melalui diagram Punnet dan Bracket, kita juga dapat mengetahui macam gamet, jumlah genotip, dan jumlah individu melalui rumus matematika yang mudah. Angka yang digunakan dalam rumus adalah jumlah heterozigot. Sebagai contoh, pada genotip AABbCcDDEeFF. Pada individu tersebut, berarti terdapat tiga pasang heerozigot (n = 3). Nilai n kemudian dimasukkan ke dalam tabel. Tabel Menghitung Jumlah Genotip Jumlah Macam Gamet Jumlah heterozigot Jml Fenotip Jumlah Genotip F2 Individu 1 pasang 2 3 2 4 2 pasang 22 = 4 32 = 9 22 = 4 42 = 16 3 pasang 23 = 8 33 = 27 23 = 8 43 = 64 4 pasang 24 = 16 34 = 81 24 = 16 44 = 256 n pasang 2n 3n 2n 4n Berdasarkan tabel di atas diketahui bahwa untuk genotip AABbCcDDEeFF, terdapat 8 jenis gamet atau gen, 27 macam genotip, dan 8 fenotip untuk 64 individu.
