Diapositiva 1

13/10/2012
PEMULIAAN TANAMAN HUTAN
DENGAN METODE PENDEKATAN
TRANSCRIPTOMICS-PROTEOMICS
-Purnamila SulistyawatiSeminar Nasional Bioteknologi Hutan”Bioteknologi Hutan untuk Produktifitas dan
Konservasi Sumber Daya Hutan”
Jogjakarta 9 Oktober 2012.
HUTAN
Peran penting : penyedia bahan baku/mentah berupa kayu dan non
kayu , ketersediaan layanan ekologi, pelestarian keanekaragaman hayati,
penyerapan karbon, pengaturan iklim , kelestarian air
Industri Tanaman Hutan
•Memenuhi kebutuhan pasar dunia  kayu
•Usaha pemuliaan  silvikultur intensif dan bioteknologi
•Bioteknologi hutan :
•Tingkat, pola dan fungsi keragaman genetic
•Tingkat domestikasi pohon hutan
•Siklus hidup
•Keragaman species
•Heritabilitas sifat menarik
•Interaksi genotype & lingkungan
•Varietas baru, dll
1
13/10/2012
Bioteknologi hutan
(Yanchuk 2001; Wheeler 2004; Henderson and Walter 2006; Trontin et al. 2007):
Propagasi
Penanda Molekuler
Marker Assisted Selection (MAS)
Marker Assisted Breeding (MAB)
Genomics (transcriptomics, proteomics, metabolomics)
Rekayasa Genetik
HUTAN
Pemuliaan dengan
Genetika
Komparatif
Pemuliaan
Konvensional
OMIC
LEVEL
Genomics
DNA
Transcriptomics
RNA
Proteomics
Protein
Metabolomics
Metabolite
Phenomics
Phenotype
Pemuliaan
dengan Genomic
2
13/10/2012
TRANSCRIPTOMIC
 : Penghitungan “transcriptome” (set transkrip RNA lengkap  proteincoding mRNA dan non-coding RNA : ribosom, tRNA, miRNA)
 Tujuan : mendapatkan tingkat ekspresi gen yang tinggi dan untuk
membuat suatu database gen teridentifikasi yang berkontribusi pada
transkripsi RNA
 Mengukur ekspresi puluhan ribu gen dalam satu waktu, menemukan
gen baru dan penentuan fungsi gen
 Tahapan pekerjaan: sampel, isolasi total RNA, purifikasi, microarray
dan analisa data
 Prinsip utama: cDNA/EST Microarray  Hibridisasi mRNA
 Teknik yang lebih canggih: SAGE, RNA-Seq platform Genome
Analyzer Illumina, SOLID ABI Sequencing, UHTS.
RISET TRANSCRIPTOME
 Kontribusi terbesar pemetaan gen Arabidopsis thaliana
 (Busov et al. 2008) : Pemetaan gen-gen yang mempengaruhi fungsi
kerja hormon, kontrol transkripsi
 Groover dan Robischon (2006): gen-gen tertentu yang terlibat dalam
jaringan meristem apikal serta jaringan kambium vaskular
 Street et al (2008) : mengidentifikasi gen-gen yang berkontribusi pada
pembentukan dan perkembangan daun pada tanaman Arabidopsis.
 Hertzberg et al (2001) : proses transkripsi pada pertumbuhan kambial
diferensiasi jaringan xylem pada tanaman Populus
 Thompson dan Goggin (2006) : Studi transcriptome untuk mengetahui
ketahanan suatu tanaman terhadap serangan hama
 Coleman et. al (2005) memaparkan penggunaan metode
transcriptomic ini untuk mempelajari respon Arabidopsis thaliana
terhadap methanol yang merupakan salah satu polutan pada air
buangan pabrik.
3
13/10/2012
PROTEOMICS
 Mempelajari tentang “proteome” : komplemen seluruh protein termasuk
modofikasinya pada satu set protein tertentu protein  struktur dan
fungsi
 Tujuan: Deskripsi komprehensif kuantitatif ekspresi protein dan
perubahannya.
 Lebih rumit  Proteome tidak konstan, berbeda dari waktu ke waktu
 Dalam proses proteomic, mRNA tidak selalu diterjemahkan menjadi protein
 Jumlah protein yang diproduksi untuk suatu jumlah mRNA tergantung pada
gen yang ditranskripsi dan keadaan fisiologis sel.
 Sarana dan prasarana lengkap dan berbasis komputasi : 2D-elektroforesis
gel, kristalografi, infrared, spectrometri massa, peralatan MALDI-TOF.
 Tahapan pekerjaan: pengambilan sampel, ekstraksi protein, protein
elektroforesis, kromatografi purifikasi protein, deteksi protein
menggunakan gel elektrophoresis 2-dimensi, analisa gambar, peptida
fingerprinting, analisa susunan asam amino, database, karakterisasi protein,
dan studi fungsional protein.
RISET PROTEOMIC
 Lippert et al. 2005: mengidentifikasi sejumlah ekspresi protein yang
berbeda-beda pada tahapan embrio somatik pada tanaman Picea
glauca
 Costa et al (1999): tentang identifikasi pembentukan protein pada daun
dan xylem tanaman Pinus laut
 Coleman et al (2005) : penerapan metode proteomic untuk menganalisa
jaringan apoplast dari tanaman Arabidopsis thaliana sebagai bagian dari
mekanisme respon terhadap faktor biotik dan abiotik
 Salekdeh et al (2002) : studi pendekatan proteomic untuk menganalisa
respon kekeringan dan kadar garam pada tanaman padi
 Yuan et al (2011), menggunakan teknik proteomic untuk mempelajari
sistem proteome pada sel kloroplas tanaman Populus dan berhasil
mengidentifikasi 119 jenis protein.
4
13/10/2012
Ekspresi gen menggunakan
analisa microarray DNA
Identifikasi protein menggunakan gel
elekctrophoresis 2 dimensi dan
spectrometri massa
Transcriptome
Genome
Proteome
Gen
Transkripsi
mRNA
Translasi
Protein
Modifikasi protein
5
13/10/2012
 Transcriptomic dan Proteomics dilakukan bersamaan
 Ricorch et al (2011) :memaparkan penggunaan teknik transcriptomic
dan proteomics secara bersamaan untuk mendeteksi gen-gen yang
ditransferkan pada suatu tanaman hasil rekayasa genetik
 Leonardo et al. 2012 : Integrasi teknik proteomic dan transcriptomic
dilakukan pada tanaman white spruce untuk menginvestigasi kondisi
fisiologis tanaman tersebut dalam kondisi aktif dan dorman
 Tan et al. (2009) :Teknik transcriptomic-proteomic juga digunakan pada
analisa penyakit tanaman
T-P u/ Tanaman Hutan
•
•
•
•
Bergantung pada sifat/karakter yang akan menjadi parameter pemuliaan tanaman :
pertumbuhan, produksi, ketahanan terhadap hama & penyakit, pembentukan kayu,
kadar lignin-selulosa, toleransi cekaman abiotik, dll.
Metode T-P ini mampu mengidentifikasi sifat atau karakter spesifik suatu organisme
sampai ke tingkatan sel.
Ex. Acacia mangium  Pulp dan kertas  T-P menyeleksi gen gen-gen yang
berpengaruh langsung maupun tidak langsung pada biosintesa lignin dan selulosa 
cDNA library EST database gen individu-individu tanaman A. mangium yang
mempunyai potensi sebagai sumber bahan baku pulp yang telah teruji secara
genetis tanpa harus menyeleksi ribuan pohon dan tanpa harus melakukan
penanaman berstruktur yang jelas akan memakan waktu panjang.
Serangan penyakit fusiform rust disebabkan oleh Cronartium quercuum (Berk.)
Mayabe ex. Shirai f.sp. fusiforme dan pitch canker disebabkan oleh Fusarium
circinatum Nirenberg & O’Donnell, sebelumnya disebut F. subglutinans f. sp. Pini
pada tanaman loblolly pine dan slash pine diidentifikasi menggunakan metode
transcriptomic proteomic. Hasil penelitian menunjukkan adanya perbedaan
mekanisme serangan pada tingkatan ekspresi gen dari kedua tanaman inang
tersebut (Davis et al. 2004). Perbedaan serangan penyakit membawa pengaruh pada
perbedaan mekanisme resistensi tanaman terhadapa penyakit dan telah dipelajari
dalam tingkatan ekspresi gen (Morse et al. 2004).
6
13/10/2012
KESIMPULAN
 Informasi menyeluruh tentang genom tanaman hutan akan
mengubah cara pemuliaan tanaman hutan
 dukungan dari semua pihak dan dengan ketersediaan saranaprasarana pelaksanaan pengembangan dan penerapan teknologi
transcriptomic dan proteomic dapat dilakukan untuk membantu
mempercepat seleksi tanaman kehutanan untuk mendukung
program pemuliaan tanaman hutan
7
13/10/2012
terimakasih
8