bab iii hukum mendel tentang pewarisan sifat dan

BAB III
HUKUM MENDEL TENTANG PEWARISAN SIFAT DAN PREDIKSI
KETURUNAN HASIL PERSILANGAN
 Genotipe dan fenotipe hasil persilangan dapat diprediksi berdasar HK.
Mendel. Hal ini menunjang Pemuliaan Tan.
Selanjutnya akan dibahas:
1) Istilah-istilah dasar terkait PEWARISAN SIFAT
2) Hukum Mendel:
a) Hk. Segregasi/Pemisahan Pasangan Gen (Alel)
3)
4)
b) Hk. Pemisahan & Pengelompokan Gen scr Bebas
Prediksi Keturunan Persilangan berdasar Metode Kotak Punnat
Prediksi Keturunan Persilangan Berdasar Metode Probabilitas (Teori
Kemungkinan)
Pemuliaan Tanaman, BAB III
1
1). ISTILAH-2 DASAR TERKAIT PEWARISAN SIFAT
a. GEN – ALEL
Gb. Kromosom mengandung Gen-2
 GEN: FAKTOR GENETIK PENGATUR SIFAT
Contoh: gen M mengatur sifat warna bunga,
warna biji
gen K mengatur sifat
 ALEL: BENTUK ALTERNATIF SUATU GEN
Contoh: Gen M (pengatur warna bunga) mempunyai 2 alel:
 alel M menyebabkan bunga berwarna merah
 alel m menyebabkan bunga berwarna putih
Contoh: Gen K mengatur sifat warna biji mempunyai 2 alel:
 Alel K menyebabkan biji berwarna kuning
 Alel k menyebabkan biji berwarna hijau
Pemuliaan Tanaman, BAB III
2
b. GENOTIPE
 GENOTIPE (G): susunan genetik (gen-2) organisme
 Gen-2 berpasangan (dari tetua jantan dan tetua betina)
Contoh: Genotipe organisme berdasar 3 pasang gen (Gambar) mempunyai
genotipe: MM KK Bb
Gb. PASANGAN KROMOSOM & PASANGAN GEN
(separoh dari
tetua jantan, separoh dari tetua betina)
PASANGAN GEN/ALEL dibedakan dibedakan atas:
 HOMOSIGOT: mempunyai alel sama, contoh: MM, KK
 HETEROSIGOT: mempunyai alel tidak sama, contoh: Bb
Pemuliaan Tanaman, BAB III
3
c. FENOTIPE
 FENOTIPE (F): sifat tampak (penampilan) organisme
 Fenotipe ditentukan Faktor Genetik (G) dan Lingkungan (E)
F = G+E, (G: Genetik; E: Lingkungan)
 Mungkinkah GENOTIPE SAMA, FENOTIPE BERBEDA?
 Genotipe sama, fenotipe dpt berbeda bila lingkungan
tumbuh berbeda
 Contoh: fenotipe tanaman mawar di lahan subur
berbeda dengan di lahan tdk subur
 Mungkinkah GENOTIPE BERBEDA, FENOTIPE SAMA?
Pemuliaan Tanaman, BAB III
4
d. HIBRIDISASI: persilangan dua individu berbeda
M
m
x
M
MM
mm
m
M


m
F1:
Mm
(M dg m alelik)
(M dominan
thd m)
 F1 : keturunan pertama hsl. persil.
 F2 : keturunan kedua hsl persilang.
(hasil selfing antara individu F 1)
 Homosigot: individu dg. 2 alel sama,
MM / mm
 Heterosigot: indv. dg 2 alel berbeda,
Mm
Pemuliaan Tanaman, BAB III
5
E.DOMINAN DAN RESESIF
 DOMINAN: sifat (alel) yg terekspresi/muncul dan menutupi
sifat (alel) lain pada keadaan heterosigot
 RESESIF: alel atau sifat yg tidak terekspresi/muncul pada
keadaan heterosigot
Contoh:
Sifat warna bunga merah (alel M) dominan/ menutupi sifat warna bunga putih (alel
m) pada keadaan Heterosigot (Mm).
Pemuliaan Tanaman, BAB III
6
2. HUKUM MENDEL:
 MENDEL merumuskan kaidah-kaidah dasar pewarisan sifat yg dikenal sbg
“Hukum Mendel Tentang Pewarisan Sifat (MENDELISM)”.
 HK. MENDEL dirumuskan berdasar HASIL PERCOBAAN PERSILANGAN pada
tanaman ercis (Pisum sativum)
 Berdasar HK. Mendel dpt diprediksi genotipe-fenotipe keturunan hasil
persilangan. (Hal ini menunjang keberhasilan pemuliaan tanaman).
PROSEDURE MEMPELAJARI PRINSIP-2 GENETIKA MELALUI PERSILANGAN:
1) Menyilangkan organisme-2 berbeda pd sifat-2 tertentu
2) Pengamatan dan Tabulasi
3) Analisis hasil
Pemuliaan Tanaman, BAB III
7
a). Hk. MENDEL I
(Hukum Segregasi/Pemisahan Pasangan Gen/Alel):
“Pada pembentukan gamet*), ALEL DARI PASANGAN-2 GEN AKAN MEMISAH
(BERSEGREGASI) ke dalam Gamet-gamet yg dibentuk”
*) Perbiakan generatif melibatkan:
 Pembentukan gamet-2
 Penyatuan gamet
Pemuliaan Tanaman, BAB III
8
b). HUKUM MENDEL II
(Hukum Pemisahan & Pengelompokan Gen Secara Bebas):
“Pada pembentukan gamet, alel dari pasangan-2
gen akan memisah (bersegregasi) scr. bebas
(GENOTIPE)
dan mengelompok secara bebas pula”.
GAMET-2:
Pemuliaan Tanaman, BAB III
9
3. PREDIKSI KETURUNAN PERSILANGAN BERDASAR METODE KOTAK
PUNNAT
a). MONOHIBRID
(Persil. dg SATU SIFAT BEDA)
Contoh:
Pisum sativum TINGGI x KERDIL
(Tinggi dominan thd kerdil)
 Bagaimanakah genotipe F1 & F2?
 Bagaimanakah fenotipe F1 & F2?
P (Tetua) : (Tinggi) TT X tt (Kerdil)
Gamet : (T) ; (t)
F1
: Tt
F2
: TtxTt (selfingTt)
X
TINGGI
KERDIL
F1: TINGGI
SELFING
 Genotipe & Fenotipe F2 dpt diprediksi dg METODE
KOTAK PUNNAT
Pemuliaan Tanaman, BAB III
F2: (hsl selfing F1)
10
PROSEDUR PREDIKSI KETURUNAN HASIL PERSILANGAN
MENGGUNAKAN METODE KOTAK PUNNAT :
TETUA: Tt X Tt
1) Mengatahui genotipe kedua tetua,
misalnya: Tt (betina) X Tt (jantan)
GAMET JANTAN
2) Menentukan gamet yg dibentuk masing-2
T
t
tetua.
 Gamet JANTAN: T dan t,
T
GAMET
 Gamet BETINA: T dan t.
JANTAN
t
3) Membuat Kotak Punnat:
 jml kolom sesuai jml gamet jantan
 jml baris sesuai jml gamet betina
KOTAK PUNNAT
 Tulis gamet jantan di atas kotak, gamet
betina di samping kotak
T
t
4) Mengisi Kotak Punnat: genotipe (kombinasi
T
TT
Tt
gamet jantan dan betina)
t
Tt
tt
5) Menentukan perbandingan/proporsi
genotipe dan fenotipe keturunan
Rasio genotipe:
1
TT : 2 Tt : 1 tt
Pemuliaan Tanaman, BAB III
11
DIHIBRID
(Persilangan dengan
dua sifat beda)
X
Kerut
Hijau
Sifat Bulat dominan thd Kerut
Sifat Kuning dominan thd Hijau
Contoh:
 Persil. P. sativum berbiji
Bulat-kuning x kerut-hijau
(BBKK)
(bbkk)
 Bgmn keturun F1 & F2?
P (Tetua) : BBKK x bbkk
Gamet : (BK); (bk)
F1
: BbKk
F2
: BbKk x BbKk (Selfing
F1)
Bulat
Kuning
KOTAK PUNNAT F2:
BK
BK
Bk
bK
bk
BBKK
Bk
bK
bk
BBkk
bbKk
bbkk
Rasio Genotipe F2 = ..BBKK: .. BBKk: ..BbKK:..BbKk:..bbKk:.. bbkk
Rasio Fenotipe F2 = ..bulat-kuning:..bulat-hijau:..kerut-kuning: ..kerut-hijau
Pemuliaan Tanaman, BAB III-C
12
4. PREDIKSI HASIL PERSILANGAN BERDASAR METODE
PROBABILITAS (TEORI KEMUNGKINAN)
 Probabilitas (Peluang):
frekuensi relatif suatu peristiwa (kejadian).
Juml. suatu kejadian
Prob. suatu kejadian =
Juml. kejadian total
 Misal, bila dilakukan pelemparan mata
uang logam yang mempunyai dua sisi A
dan a, Probabilitas munculnya sisi A
adalah ½ .
P(A) =
jumlah sisi A
jumlah sisi mata uang
Pemuliaan Tanaman, BAB III
=½
13
PROBABILTAS PERISTIWA SALING ASING
 PERISTIWA SALING ASING: dua peristiwa atau lebih yang tidak
mungkin terjadi bersama.
Contoh:
 Seorang bayi berkelamin satu, laki-2 atau perempuan.
 Laki-2 & perempuan tdk mungkin terjadi ber-sama2 pada satu bayi.
 Prob. terjadinya dua peristiwa (A & B) yg saling asing: hasil
penjumlahan probabilitas masing-2 peristiwa tsb.
P(A+B), dibaca Prob. A atau B = P(A) + P(B)
Contoh:
 Prob. bayi yg akan lahir berkelamin laki-2 (L) atau perempuan
(P): P(L+P) = P(L) + P(P) = ½ + ½ = 1
Pemuliaan Tanaman, BAB III
14
PROBABILITAS PERISTIWA TAK GAYUT
 Peristiwa Tak Gayut (Independent): dua peristiwa atau lebih yg masing-2 berdiri
sendiri (tdk saling mempengaruhi).
Contoh:
 Bila dua ibu (A&B) melahirkan ber-sama-2, Jenis kelamin bayi ibu A dan ibu B tdk
saling mempengaruhi
 Probablitas terjadinya dua peristiwa (A & B) yg saling tidak gayut = hasil kali
probabilitas masing-2 peristiwa tsb.
P(AB), dibaca Probabilitas A dan B = P(A) x P(B).
Contoh:
 Bila dua ibu (A&B) melahirkan ber-sama-2, Probabilitas kedua anak yang lahir
berkelamin laki-2 adalah:
P (laki-2 dari ibu A) x P (laki-2 dari ibu B) = ½ X ½ = ¼
Pemuliaan Tanaman, BAB III
15
a. PENGGUNAAN MTD. PROBABILITAS pada MONOHIBRID
Contoh: Persil. P. sativum biji bulat (BB) X biji Kerut (bb)
Bagaimanakah
 Nisbah Genotipe F2?
 Nisbah Fenotipe F2?
Probabilitas Probabilitas Probabilitas Probabilitas Probabilitas
Gamet BTN Gamet JTN Persilangan Genotipe F2 Fenotipe F2
½B
½b
½B
½B X ½B
¼ BB
¼ Bulat
½b
½B X ½b
¼ Bb
¼ Bulat
½B
½b X ½B
¼ Bb
¼ Bulat
½b
½b X ½b
¼ bb
¼ Kerut
Genotipe F2: ¼ BB; ½ Bb; ¼ bb
Fenotipe F2: ¾ Bulat; ¼ Kerut
Pemuliaan Tanaman, BAB III
16
b. PENGGUNAAN MTD. PROBABILITAS pada DIHIBRID
Contoh:
 Persil. P. sativum berbiji Bulatkuning x kerut-hijau
(BBKK)
(bbkk)
 Bgmn keturun F2?
P: BBKK x bbkk
F1: BbKk
F2: BbKk x BbKk
Probabilitas
Gamet BTN
Probabilitas
Gamet JTN
Probabilitas
Persilangan
Probabilitas
Genotipe F2
Probabilitas
Fenotipe F2
¼ BK
¼ BK
¼BKx ¼BK
1/16 BBKK
1/16 blt-kng
¼ Bk
¼ bK
¼ bk
…… dst
……dst
……dst
…dst
……dst
¼ bk
¼ bk
¼ bkx ¼ bk
1/16 bbkk
1/16 krt-hij
Nisbah Genotipe & Fenotipe F2 dpt diprediksi dg Probabilitas
Pemuliaan Tanaman, BAB III
17
BAB IV. STRUKTUR DAN EKPRESI GEN (mekanisme
pengaturan sifat) SECARA MOLEKULAR
1. STRUKTU GEN
DNA Sbg Bahan Genetik:
Bahan Genetik organisme pd
umumnya adalah DNA.
 GEN (faktor keturunan)
terletak pd KROMOSOM.
 KROMOSOM tersusun atas
DNA dan PROTEIN.
 INFORMASI GENETIK
terletak dlm DNA dan tidak
dlm protein.
STRUKTUR DNA: Spiral Ganda (Double Helix)
Watson dan Crick (1953):
DNA berstruktur “Spiral Ganda” (“Doble Helix”) yakni DNA terdiri atas 2
pita polinukleotida yg saling melilit dlm bentuk spiral. Gula-fosfat sbg
tulang punggung dan di bagian dalam terdpt BASA-N.
DNA: Polinukleotida (Gabungan mononukelotida-2)
MONONUKLEOTIDA
Komponen Mononukletida DNA:
1) Gula Pentosa: deoksiribosa
2) Basa Nitrogen (basa N):
Pirimidin (C, T) dan
Purin (A, G)
3) Gugusan fosfat (asam
Fospat
fosfat)
Citosin
Deoksiribosa
(2’-deoksicitidin-5’-fosfat)
STRUKTUR POLINUKLEOTIDA pada DNA
 Polinukleotida: gabungan
NUKLEOTIDA-2
UJUNG 5’ (5’-P)
BASA-1
 penggabungan NUKLEOTIDA-2
melalui ikatan fosfodiester:
BASA-2
Gugus Fosfat melekat pada:
1) C5’ deoksiribosa suatu
nukleotida dan
2) C3’ deoksiribosa nukleotid
berikutnya
Maka terbtk rangkaian
panjang 5’-3’.
Ikatan
fosfodiester
BASA-3
UJUNG 3’ (3’-OH)
OH
PASANGAN BASA DNA
 Pasangan basa komplementer (A=T
dan C=G) mrpk sifat terpenting dari
struktur DNA.
 Struktu DNA dinyatakan dlm
pasangan basa.
 Contoh: DNA (gambar samping)
mempunyai struktur:
5’-ATGAC-3’
3’-TACTG-5’
 Pasangan basa ini berperan dlm
 Pewarisan Sifat (replikasi DNA) &
 Pengaturan Sifat (ekspresi gen)
PENGERTIAN GEN SECARA MOLEKULAR
• Secara molekular, Gen adalah segmen DNA yang mengkode
mRNA atau polinukleotida/ protein.
• Pada proses eksresi genetik, gen mengkode pembentikan
RNA, selanjutnya mengkode pembentukan protein.
2. MEKANISME PENGATURAN SIFAT
(EKSPRESI GENETIK)
a. Pengertian Ekspresi
Genetik
 EKSPRESI GENETIK:
pengungkapan faktor
genetik (gen) menjadi
fenotipe
 EKSPRESI GENETIK:
Penejemahan urutan
nukleotida (basa-N) DNA
menjadi urutan asam
amino protein
DIAGRAM EKSPRESI GENETIK
Diagram EKPRESI GENETIK
PADA PROKARIOT
b. EKPRESI GENETIK SBG PENGATURAN SIFAT (METABOLISME)
MAKHLUK HIDUP
 Pertumbuhan/perkembangan organisme ditentukan
serangkaian reaksi biokimia dg katalisator ENZIM (disebut
METABOLISME)
Gen A
Gen B
Gen C
Enzim A
Enzim B
Enzim C
Bahan
Hasil
Antara
I
Hasil
Antara
II
Hasil
Akhir
 Pengaturan sifat/fenotipe/metabolisme oleh faktor genetik
berlangsung melalui kontrol pembentukan protein enzim
(EKSPRESI GENETIK).
FENOTIPE DITENTUKAN PRODUK GEN-2
DNA
RNA
TRANSKRIPSI
SATU GEN
PROTEIN
TRANSLASI
FENOTIPE
JALUR
BIOKIMIA
SATU ENZIM/PROTEIN/POLIPEPTIDA
c. MEKANISME EKSPRESI GENETIK:
(TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI)
Mekanisme ekspresi genetik mengikuti DOGMA SENTRAL
BIOLOGI MOLEKULAR: aliran (transfer) informasi genetik
dari urutan nukleotida DNA manjadi urutan asam amino
protein.
Replikasi
DNA
RNA
Transkripsi
Protein
Translasi
Ekspresi genetik mencakup dua proses pokok:
1.
2.
TRANSKRIPSI: pembentukan RNA pd DNA cetakan dg bantuan Enzim
RNA polimerase.
TRANSLASI: penterjemahan urutan nukleotida mRNA dan
menghasilkan urutan as. amino dlm SINTESIS PROTEIN
1). TRANSKRIPSI (SINTESIS RNA):
proses pembentukan RNA dg menggunakan DNA sbg pola
cetakan untuk menentukan urutan nukleotida RNA dan
dikatalisis ensim RNA polimerase.
 Hanya  7% DNA yg
ditranskripsi pd suatu
waktu
 Transkripsi melibatkan
pemilihan daerah pita DNA
yg ditranskripsi sesuai
kebutuhan.
DIAGRAM TRANSKRIPSI
Mekanisme Dasar Transkripsi
(1) INISIASI (berlangsung di daerah
promoter)
 Diawali penempelan dan
pengikatan RNA polimerase pada
daerah tertentu DNA
 Pembukaan rantai ganda DNA
 Perangkaian nukleotida pertama
(di Titik START)
(2) PEMANJANGAN:
 Pemanjangan untai RNA
berlansung dg arah 5’—3’
(3) TERMINASI:
 Sintesis RNA berakhir, komplek sintesis RNA (RNA polimerase
dan untai RNA yg terbentuk) terlepas dari untai DNA (di
daerah TERMINATOR)
2). TRANSLASI:
penerjemahan urutan nukleotida mRNA menjadi
rangkaian asam amino suatu polipeptida/protein
 Penerjemahan tsb berdasar kode
genetik (KODON).
 KODON: kode genetik yg terdiri
atas 3 nukleotida berurutan yg
mengkode suatu asam amino,
Misal:
 GUG mengkode violin
 UUG mengkode leusin
 Rangkaian nukleotida mRNA dibaca tiap tiga nukleotida sbg satu kodon
unt. satu as. amino, mulai dari kodon inisaiasi (AUG) hingga kodon
terminasi (UAA, UAG, AGA)
KODE GENETIK (KODON):
kode genetik yg berupa 3 nukleotida yg berurutan (triplet) pada mRNA yg
mengkode satu asam amino.
Translasi Berlangsung Di Ribosom
 Penyusun ribosom: molekul rRNA + molekul-2 protein
 Ribosom terdiri 2 unit: unit besar + unit kecil
DIAGRAM RIBOSOM
Makanisme Dasar Translasi
 Berlangsung 3 tahap:
1) Inisiasi
2) pemanjangan
3) Terminasi
 Diperlukan tRNA yg berfungsi
membawa as. amino spesefik.
 tRNA mempunyai urutan
nukleotida (ANTI-KODON) yg
mampu mengenal KODON pd
mRNA
DIAGRAM TRANSLASI
KEPUSTAKAAN (BAHAN BACAAN):
1. PRINCIPLES & PROCEDURES OF PLANT BREEDING.
2002.
Chahal and Gosal.
2. BREEDING FIELD CROPS. Poehlman & Sleper, 1995.
3. PLANT BREEDING: Past, Present, & Future. Crosbie dkk. 2006. *)
4. DEFINING AND ACHIEVING PLANT- BREEDING GOALS. Hallauer And
Pandey. 2006. *)
5. SOSIAL & ENVIRONMENTAL BENEFITS OF PLANT BREEDING. Duvick, D.N.
2006. *)
6. PRINCIPLES OF GENETICS. Snustad, D.P. dkk. 1997.
7. DASAR-2 PEMULIAAN TANAMAN. Mangeondidjojo. 2003.
8. DASAR-2 ILMU PEMULIAAN TAN. Poespodarsono. 1988.
9. PEMULIAAN TANAMAN. Allard, R.W. 1960; (Terjemahan 1989).
10. GENETIKA TUMBUHAN. Crowder. 1990. (Terjemahan)
*). Plant Breeding: The Arnel R. Hallauer International Symposium