peranan bioteknologi dalam pemuliaan tanaman

MODUL 9 :PERAN BIOTEKNOLOGI DALAM
PEMULIAAN TANAMAN
PENDAHULUAN
 Bioteknologi didefinisikan sebagai penerapan prinsip – prinsip




biologi, biokimia dan rekayasa organisme hidup seprti mikroba
atau jasad hidup untuk menghasilkan barang atau jasa.
Ilmu yang mendasari bioteknologi adalah mikrobiologi,
biokimia, biologi molekuler, genetika, ilmu pangan,
bioinformatika / elektronik dan komputer.
Pemuliaan tanaman konvensional : pemuliaan tanaman yang
melibatkan aktivitas persilangan dan seleksi pada tingkat
individu tanaman. Pemuliaan bioteknologi (rekayasa genetika):
pemuliaan pada tataran sel/molekuler. Keduanya saling
melengkapi kekurangan masing-masing.
Bioteknologi  alat bantu yang merupakan alternatif baru
sebuah teknologi (sebagaimana teknologi-teknologi lain) untuk
mencapai tujuan pemuliaan. Penggunaannya bukan keharusan
tetapi sebuah pilihan.
Materi ini akan disampaikan dalam satu kali tatap muka pada
minggu lima belas.
TUJUAN
Penguasaan materi dalam modul ini bertujuan
untuk:
 Menjelaskan tentang pengertian bioteknologi
 Menjelaskan peranan bioteknologi dalam
pemuliaan tanaman untuk meningkatkan
keragaman
PEMULIAAN KONVENSIONAL VS BIOTEKNOLOGI
PEMULIAAN TANAMAN KONVENSIONAL : PEMULIAAN
TANAMAN YANG MELIBATKAN AKTIVITAS PERSILANGAN
DAN SELEKSI PADA TINGKAT INDIVIDU TANAMAN.
PEMULIAAN BIOTEKNOLOGI (REKAYASA GENETIKA):
PEMULIAAN PADA TATARAN SEL/MOLEKULER
KEDUANYA SALING MELENGKAPI KEKURANGAN
MASING-MASING
BIOTEKNOLOGI  ALAT BANTU YANG MERUPAKAN
ALTERNATIF BARU SEBUAH TEKNOLOGI
(SEBAGAIMANA TEKNOLOGI-TEKNOLOGI LAIN) UNTUK
MENCAPAI TUJUAN PEMULIAAN
PENGGUNAANNYA BUKAN KEHARUSAN TETAPI
SEBUAH PILIHAN
PEMULIAAN TANAMAN :
KERAGAMAN GENETIK  SELEKSI  GENOTIP BARU
Semakin banyak keragaman genetik 
semakin banyak varietas unggul yang dapat
‘diciptakan’
A. BIOTEKNOLOGI UTK MENCIPTAKAN KERAGAMAN GENETIK
Pada pemuliaan konvensional  menyilangkan 2
atau lebih genotip berbeda
Kendala :
- jika tidak ada sumber keragaman genetik dari
tanaman sejenis
- pesilangan kerabat jauh sulit dilakukan
Peran Bioteknologi??
1. Transformasi Genetik
Pengertian : penyisipan satu atau lebih gen secara
langsung ke dalam genom suatu tanaman
Kelebihan : dapat menyisipkan gen yang berasal dari
tanaman yang spesiesnya berbeda bahkan dari
organisme yang berbeda (bakteri, virus, binatang)
Hasil : tanaman transgenik dengan sifat baru a.l. :
tahan terhadap hama, penyakit, dan atau herbisida,
mempunyai kandungan gizi lebih baik, mutu lebih
baik dll.
Tanaman transgenik dapat dilepas sebagai varietas
unggul baru dan dapat dimanfaatkan untuk
memperkaya keragaman genetik yang sudah ada
Tanaman yang telah disisipi gen ketahanan terhadap virus (kiri)
dan tanaman yang tidak tahan terhadap virus (kanan).
(Sumber : vast.ac.vn)
*
Metode transfer gen
1. Potongan DNA target digabungkan ke dalam vector menggunakan enzim ligase dan
menghasilkan DNA rekombinan
2. DNA rekombinan dinjeksikan ke dalam Agrobakterium
3. Agrobakterium yang telah diinjeksikan DNA rekombinan diperbanyak
4. Koloni agrobakterium ditumbuhkan dalam media padat
2. Variasi somaklonal
Pengertian : variasi genetik yang timbul karena
perlakuan kultur ‘in vitro’.
- Merupakan bagian dari fenomena mutasi.
- Hampir selalu terjadi pada kegiatan kultur ‘in
vitro’ dengan persentase yang berbeda-beda.
- Fenomena ini dapat dipacu dengan
penambahan zat kimia tertentu.
- Keragaman baru yang muncul memperkaya
keragaman yang sudah ada untuk secara
langsung dilepas sebagai varietas atau
direkombinasikan dan diseleksi terlebih dahulu
Production of a new variety of
japanese butterbur using
somaclonal variation.(upper:new
variety, lower:native variety)
(www.afr.pref.osaka.jp/.../
kakubu/shigen/fuki.jpg)
Somaclonal variation in Rhododendron
plants derived from adventitious shoots
http://allserv.rug.ac.be/~pdebergh/tro/tro5at01.
htm
Carrot family lines regenerated from tissue-culture. Both have been
grown for 12 weeks in a glasshouse after 10 weeks vernalisation. Family
16 (LHS) are flowering abundantly, while Family 17 (RHS) have not
flowered.
3. Fusi sel
•Hibridisasi antara 2 genotip tanaman pada tingkat sel
•Mencampurkan 2 sel utuh yang berbeda sehingga
didapatkan kombinasi genetik baru yang sebelumnya
belum ada
•Hasil fusi mempunyai susunan genetik gabungan dari 2
tetua
•Keuntungan : rekombinasi sifat yang selama ini tidak
dapat dilakukan dengan persilangan biasa menjadi
memungkinkan untuk dilakukan
•Kelemahan :
- keberhasilannya masih rendah dan terbatas untuk
tanaman yang hubungannya masih dekat
- penggabungan sifat secara menyeluruh sehingga
semua sifat (termasuk yang jelek) ikut tergabung
Gambar. Sel yang mengalami proses fusi
(Sumber: tugaskelompokguardian.blogspot.com)
B. BIOTEKNOLOGI UNTUK SELEKSI
Pada pemuliaan konvensional, seleksi dilakukan
berdasarkan karakter yang tampak
Karakter yang tampak ini dapat langsung pada
karakter yang dituju maupun karakter yang
merupakan marka seleksi
Bioteknologi memungkinkan seleksi dengan teknik
baru yang lebih baik
1. MARKER AIDED SELECTION
Seleksi dengan bantuan marka molekuler
Fifat-sifat tertentu dicari marka molekulernya
sehingga seleksi dapat dilakukan lebih akurat dan
efisien (waktu, tempat dan tenaga) dibandingkan jika
menggunakan marka seleksi fenotipik
Seperti halnya marka fenotipik, marka molekuler juga
dapat merupakan penyandi sifat yang bersangkutan
maupun sifat yang terpaut dengan sifat yang
bersangkutan
Kelemahan : proses untuk pencarian marka molekuler
relatif panjang sehingga biaya cukup mahal
2. SELEKSI DENGAN PENANDA BUATAN
Teknologi transformasi dan isolasi gen telah semakin
maju dan memungkinkan introduksi berbagai sifat baru
pada tanaman
Salah satu sifat baru yang dapat diintroduksikan adalah
sifat berpendar (spt pada kunang-kunang) ke dalam
tanaman
Jika sifat ini dapat dipautkan dengan sifat lain yang
dikehendaki dan diintroduksikan ke dalam tanaman
maka seleksi akan dapat dilakukan lebih mudah
Tanaman yang telah disisipkan gen pendar (Sumber:www.ars.usda.gov)
3. PERAN TEKNOLOGI KULTUR IN VITRO
DALAM PEMULIAAN TANAMAN
1. Menyediakan target untuk transformasi genetik
serta metode regenerasinya
 Hampir semua kegiatan transformasi genetik
menggunakan sel-sel hasil kultur ‘in vitro’
sebagai target dan sel-sel atau jaringan tersebut
juga harus diregenerasikan melalui kultur ‘in
vitro’ untuk ditumbuhkan menjadi tanaman utuh
*
Contoh: Macam-macamkultur in vitro
Kultur Embrio
Embrio hasil persilangan interspesifik seringkali gagal berkembang menjadi individu
baru. Teknologi ‘embryo rescue’ dapat dimanfaatkan untuk menyelamatkan embrio
hasil persilangan ini menjadi tanaman baru
Embrio Rescue pada jeruk (sumber: aob.oxfordjournals.org)
Kultur pollen/ovule/anther
Kondisi homosigot diperlukan pada tanaman menyerbuk sendiri untuk menjadi varietas
yang unggul. Pada tanaman menyerbuk silang kondisi homosigot diperlukan pada
pembentukan varietas hibrida.
Kondisi homosigot biasanya diperoleh dengan selfing selama beberapa generasi
Kondisi homosigot dapat dicapai lebih cepat dengan cara mengkulturkan sel-sel pada
individu 2n yang mempunyai susunan n (sel kelamin)
Individu n mempunyai karakter seperti individu homosigot, atau individu digandakan n
–nya sehingga mjd 2n yang homosigot
Kultur Anther (Barany et al.,2005)
Kultur Ovule Pada Kapas
KULTUR EMBRIO
 Embrio hasil persilangan
interspesifik seringkali gagal
berkembang menjadi
individu baru. Teknologi
‘embryo rescue’ dapat
dimanfaatkan untuk
menyelamatkan embrio hasil
persilangan ini menjadi
tanaman baru
Embrio Rescue pada jeruk
(sumber: aob.oxfordjournals.org)
KULTUR POLLEN/ ANTHER
 Kondisi homosigot diperlukan pada tanaman menyerbuk
sendiri untuk menjadi varietas yang unggul. Pada tanaman
menyerbuk silang kondisi homosigot diperlukan pada
pembentukan varietas hibrida.
 Kondisi homosigot biasanya diperoleh dengan selfing
selama beberapa generasi
 Kondisi homosigot dapat dicapai lebih cepat dengan cara
mengkulturkan sel-sel pada individu 2n yang mempunyai
susunan n (sel kelamin)
 Individu n mempunyai karakter seperti individu
homosigot, atau individu digandakan n –nya sehingga mjd
2n yang homosigot
Kultur Anther (Barany et
al.,2005)
Kultur Ovule Pada Kapas
(Sumber: Cotton Fiber Genomics Project)
REFERENSI
 Barany. I, Pablo. G, Begona. F, Judit. M, Maria. C
and Pilar. S. 2005. Microspore-derived
embryogenesis in pepper (Capsicum annuum L.):
subcellular rearrangements through
development. Biology of the Cell : 97, (709–722)
 Cotton Fiber Genomics Project. 2012. Ovule
Culture. Available a.
http://cottongenomics.biosci.utexas.edu/
 Muladno. 2010. Teknologi Rekayasa Genetika
Edisi Kedua. IPB Press. Bandung

PROPAGASI
A.
B.
1.
2.
3.
C.
1.
D.
1.
Latihan dan diskusi
Pertanyaan
Apa yang dimaksud dengan bioteknologi?
How to increase the genetic variability using biotechnology
method ?
Bagaimana bioteknologi membantu proses seleksi dalam
pemuliaan tanaman?
Quiz
Evaluasi : soal pilihan ganda, betul salah, isian dan essay
Proyek
Makalah dengan memilih topic dari materi dalam modul.
TERIMA KASIH