dasar-dasar genetika

MENDEL
Genetika: tentang gen, pewarisannya, perubahan dan
keragamannya.
Prinsip-prinsip genetika diterapkan pada tanaman
Pemuliaan tanaman
Meningkatkan produktivitas tanaman
Bioteknologi
Sebelum Mendel
Orang Babilonia dan Assyria kuno
kurma
dioecious
Polen dari sedikit saja tanaman ♂ dapat ditransfer ke stigma
1. Berguna secara ekonomi
Diperlukan sedikit tan ♂
2. Meningkatkan variasi
Cara pewarisan sifat belum diketahui
Tahun 1760: Josef Fölreuter (Jerman)
intermediet
Hibrid
sama dengan salah satu induk
Persilangan sendiri terus-menerus memunculkan
kembali sifat-sifat yang tidak muncul pada generasi
sebelumnya
Tahun 1820: Karl Freidrichvon Gaertner (Jerman)
Sifat-sifat tertentu yang “disukai”
MENDEL
Pisum sativum
Keragaman yang jelas bisa dibedakan:
warna biji, bentuk biji, warna bunga.
Bunga cukup besar, memudahkan
persilangan buatan
Siklus hidup pendek
Sifat-sifat Pisum sativum
Mendel mulai dari menyilangkan tanaman dengan 1 sifat beda
Hasilnya
Sampel
7.324 biji
8.023 biji
929 tanaman
580 tanaman
Dominan
5.474 bulat
6.022 kuning
705 bunga ungu
428 polong hijau
Resesif
1.850 keriput
2.001 hijau
224 bunga putih
152 polong kuning
Rasio
2.96 : 1
3.01 : 1
3.15 : 1
2.82 : 1
KESIMPULAN
1. Sifat dikontrol oleh faktor yang menurun
2. Setiap individu memiliki sepasang faktor (kecuali pada
sel reproduktif)
3. Faktor diteruskan (segregasi) ke keturunan melalui
sel reproduktif (mendapat 1 faktor dari pasangan faktor)
4. Pada fertilisasi tiap faktor memiliki peluang yang sama untuk
berpasangan
GEN
ALEL
Faktor yang mengendalikan/gen
Karakter yang terlihat yang dikontrol oleh gen
genotipe
fenotipe
5. Versi alternatif gen (alel-alel yang berbeda) menjelaskan
adanya variasi karakter yang diwarisi. Versi alternatif dari gen
disebut alel.
6. Jika kedua alel berbeda, maka salah satunya alel dominan
diekspresikan sepenuhnya dalam penampakan organisme,
alel yang satunya alel resesif.
Persilangan dengan 2 sifat beda
Kombinasi warna biji dan bentuk biji
Gen dan Interaksi Gen
Konsep alel
Mendel : 2 variasi alel untuk tiap karakter
Sifat TINGGI diasuh oleh 1 lokus dimana terdapat 2 alel
Dominan – huruf besar (T)
Resesif – huruf kecil (t)
Hanya ada 2 alel untuk tiap gen
Dalam 1 lokus, bisa terdapat beberapa alel
Multiple allele/alel ganda
Pada tumbuhan
Self incompatibility
Pada Nicotiana alata
1 locus, multiple alleles (S1, S2, S3, S4)
Lokus menentukan pollen and a stigma
Tabung polen tidak akan tumbuh pada stigma
yang membawa alel yang sama
Parent 1 (S1S2)
X
Parent 2 (S1S2)
S1S2
S1
S2
Male Pollen
Pollen with S1 allele will not grow on stigma with S1 allele
S1
S2
S1 S2
No Pollen Germination
S2
S3
S1 S2
Only S3 Pollen Grows
S3
S4
S1 S2
Both S3 and S4 Pollen Grow
Self incompatibility
• Inability of plants having functional gametes to set seed
when self-pollinated
• Purpose: minimize inbreeding; maximize genetic
heterogeneity
S1
S2
S1S2
S1
S2
S1S3
S1
S2
S3S4
Cara kerja gen
Mendel : kekedominanan dan keresesifan
Interaksi :
1. antar alel pada lokus yang sama (intralokus)
2. antar alel pada lokus-lokus yang berbeda (interlokus)
Interaksi Intralokus
1. Dominan
2. Incomplete dominance/
intermediet
3. Overdominan
Kombinasi alel menghasilkan “fitness” yang lebih tinggi
pada heterozygot
3
2
1
1
1
Incomplete dominance
dominan
2
1
1
overdominance
4. Co-dominan : kedua parental alel terekspresi pada
heterozygot
Interaksi Interlokus
Perubahan pada distribusi F2
12
Ekspresi dari satu alel dapat berubah
karena adanya alel lain pada lokus berbeda
12
8
4
3
1
a. Epistasis dominan
Pada kedelai: kehilangan warna hijau saat matang : hitam, coklat, ‘tan’
dikontrol oleh 2 lokus
pada 1 lokus ---- L1: hitam, l1: coklat jika terdapat L2
: ‘tan’ jika l2 homozygot pada lokus lain
P
L1L1L2L2 (hitam) x l1l1l2l2 (‘tan’)
F2
F1
L1l1L2l2 (hitam)
9 L1_L2_ (hitam)
3 L1_l2l2 (hitam)
3 l1l1L2_ (coklat)
1 l1l1l2l2 (‘tan’)
10
9
5
3
4
b. Epistasis resesif
Warna kulit bawang : genotipe resesif pada gen A, epistasis terhadap gen B
A: dominan terhadap tak berwarna
B: warna merah, dominan thd alelnya warna kuning
Pada F2 : 9 A_B_ (merah)
3 A_bb (kuning)
3 aaB_ (putih)
1 aabb (putih)
15
13
10
5
3
c. Aksi inhibitor
Pada jagung : alel I dominan inhibitor, epistasis thd alel C yang memproduksi warna
adanya alel I akan menghambat warna
Pada F2 : 9 C_I_ (tak berwarna)
3 C_ii (warna)
3 ccI_ (tak berwarna)
1 ccii (tak berwarna)
15
15
10
5
1
d. Duplikat epistasis dominan
Pada kedelai terdapat sistem genetik yang mengontrol klorofil
Pada lokus 1 alel G dominan: warna hijau, resesifnya g: kuning
Pada lokus 2  alel Y dominan :warna hijau, y : kuning
Pada F2: 9 G_Y_ (hijau)
3 ggY_ (hijau)
3 G_yy (hijau)
1 ggyy (kuning)
10
9
7
5
e. Duplikat epistasis resesif
Pada semanggi: kandungan hydrocianic acid (HCN)
P
High HCN x low HCN
F1
High HCN
F2
9 high HCN
7 low HCN
9 A_B_ (high HCN)
3 aaB_ (low HCN)
3 A_bb (low HCN)
1 aabb (low HCN)
Kondisi homozygot resesif pada lokus manapun menghambat ekspresi
alel dominan pada lokus lain
Warna kulit bawang
Pada F2 : 9 A_B_ (merah)
3 A_bb (kuning)
3 aaB_ (putih)
1 aabb (putih)
Alel A (genotipe A_)
Alel B (genotipe B_)
Enzim B aktif
Enzim A aktif
kuning
merah
substansi
Enzim A tidak aktif
Alel a (genotipe aa)
Enzim B tidak aktif
Alel b (genotipe bb)
Dihybrid Cross with Purple Sweet Pea
P
X
AAbb
gametes
Ab
F1
F2 
aaBB
aB
X
9 Purple
9 A_B_
7 White
3A_bb 3 aaB_ 1 aabb
Allele B
Allele A
Colorless
precursor
Initiates
Pigment
Change
Colorless
Precursor 2
Pigment
Change
Purple
Expressed
Additive gen action:
tiap alel pada satu lokus akan menambah atau
mengurangi derajat nilai fenotipe
warna bagian dalam biji gandum
- 3 lokus R1, R2 dan R3 dengan 2 alel pada tiap lokus
- merah gelap ke putih
- intensitas warna tergantung pada jumlah dari alel
yang menambah warna.
merah gelap
R1R1R2R2R3R3
x
putih
r1r1r2r2r3r3
20
R1r1R2r2R3r3
20
15
15
15
10
6
5
6
1
Putih
Merah
medium
1
Merah
sangat gelap
Transgressive segregation
R1R1R2R2r3r3
x
r1r1r2r2R3R3
R1r1R2r2R3r3
20
20
15
15
15
10
6
5
6
1
Putih
Merah
medium
1
Merah
sangat gelap
Other terms:
Polygenic trait
Or
Quantitative trait
Pada aksi gen  genotipe-genotipe yang sama tetapi tidak mengekspresikan
fenotipe yang sama walaupun keadaan lingkungan seragam.
Perbedaan ini disebut perbedaan dalam penetrasi.
Penetrasi adalah presentase individu untuk genotype tertentu yang
menampilkan fenotipe dari genotype tersebut
3/6
Aa
Aa
Aa
Aa
Aa
Aa
Ekspresivitas adalah derajat atau tingkat suatu genotype tertentu
mengekspresikan fenotipenya pada suatu individu.
genotype A_ : merah
A_
A_
A_
A_
A_
A_
Pleiotrophy
Pleiotropy is one gene affecting several traits.
This is quite common: genes make proteins and often affect the
overall phenotype in subtle ways that affect many different systems.
“uzu” gene barley
Uz – normal,
uz – semi-dwarf, dense spike, short erect leaf flag
Pada chickpea
Terdapat alel resesif yang mengontrol panjang daun,
bentuk daun, tinggi tanaman, jumlah cabang,
jumlah polong dan jumlah biji
Very closely linked loci
Environmental Effects
Banyak sifat dipengaruhi oleh lingkungan dan genetik
Suhu: Banyak proses biokimia dipengaruhi oleh suhu.
Lintasan reaksi biokimia melibatkan enzim yang peka terhadap suhu
Cahaya: Lamanya penyinaran atau lamanya periode gelap dapat menginduksi
munculnya bunga pada beberapa species tanaman
Nutrisi: Contohnya, efek beberapa genotype dapat dilihat hanya kalau tanaman
dalam lingkungan stress
Perlakuan buatan: Ekspresi suatu sifat bisa tidak nampak karena pemberian
senyawa kimia atau hormon.
flower color is controlled first by flower color genes
similar to those in the pea: purple vs. white
with complete dominance.
pH : But, pink vs. purple is controlled by the acidity of the soil in which the plants grow.
Summary of Extensions to Mendel’s Analysis
Rules
As Mendel
Showed
Extension
Effect on
Heterozygous
Phenotype
Complete
Dominance
Incomplete
Dominance
Codominance
Unlike either
homozygote
Two Alleles
Multiple Alleles
Multiple
phenotypes
All Alleles Viable
Recessive Lethal
Alleles
No Effect
One Gene – One
Trait
Pleiotropy: one gene
– several traits
Several traits
affected
differently