peranan biologi molekuler pada pemuliaan tanaman

PERANAN BIOLOGI MOLEKULER PADA
PEMULIAAN TANAMAN
Sudarmi*
Abstrak : Kemajuan dalam bioteknologi tanaman, khususnya biologi molekuler akan memberikan peluang
untuk mengatasi dan memecahkan masalah pada pemuliaan tanaman. Dalam pemuliaan molekuler dapat
mengatasi kendala yang terkesan sulit untuk menyeleksi sifat-sifat jenis unggul dalam populasi, karena kerumitan
sifat genetik yang berinteraksi dengan faktor lingkungan. Dengan kemajuan iptek dibidang biologi molekuler
telah memberikan peluang untuk mengatasi keterbatasan dalam pemuliaan tanaman secara konvensional,
sehingga dalam pemuliaan dapat diketahui dan dilakukan, antara lain : 1) Identifikasi dan pnentuan letak gen
2)Pemindahan gen tak terbatas 3) Peningkatan pemahaman proses genetik dan fisiologi tanaman. 4) Perbaikan
diagnosis penyakit dengan metode molekuler. 5) Pengaturan produksi protein pada tanaman serealia dan
kacang-kacangan untuk meningkatkan gizi. 6) Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman
tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 7)Memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman
tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan. 8) Memungkinkan dilakukannya transformasi, kontruksi dan
ekspresi genetik melalui teknologi DNA. Dengan biologi molekuler juga digunakan untuk mengembangkan
rekayasa genetika yang dapat menciptakan tanaman transgenic secara kloning ( moleculair cloning ). Beberapa
contoh tanaman transgenic yang sudah berhasil diciptakan : 1) Tanaman transgenik toleran salin 2) Tanaman
transgenik tahan kekeringan 3) Tanaman transgenik resisten hama dll.
Kata kunci : biologi molekuler , pemuliaan tanaman.
PENDAHULUAN
Kemajuan dalam bidang bioteknologi,
khususnya pada biologi molekuler membuka peluang
penggunaannya dalam memecahkan berbagai masalah
pemuliaan tanaman. Dalam pemuliaan konvensional
menggunakan hasil observasi fenotipe,kadang-kadang
didukung oleh statistika yang rumit dalam menyeleksi
individu unggul pada suatu populasi tanaman. Namun
demikian, tugas ini terkesan sulit karena kerumitan
genetika dari sebagaian besar sifat-sifat agronomi dan
adanya interaksi yang kuat dengan faktor lingkungan
(Amris, 1988).
Oleh karena itu pemuliaan tanaman di masa
mendatang akan lebih mengarah kepada penggunaan
teknik dan metodologi pemuliaan molekuler dengan
menggunakan penanda genetik. Dengan penggunaan
“pemuliaan molekuler” ini telah menjanjikan
kesederhanaan terhadap kendala dan tantangan dalam
pemuliaan tanaman yang rumit. Seleksi tidak langsug
dengan menggunakan penanda molekuler yang terikat
dengan
sifat-sifat
yang
diinginkan
telah
memungkinkan studi individu pada tahap
pertumbuhan dini, mengulangi permasalahan yang
berkaitan dengan seleksi sifat-sifat ganda dan
* Fak Pertanian Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo
Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013
ISSN 0215-9511
75
Peranan Biologi Molekuler Pada Pemuliaan Tanaman
ketidaktepatan pengukuran akibat ekspresi sifat yang
memiliki kelemahan-kelemahan antara lain sifat
disebabkan oleh faktor eksternal lokus genetik ganda.
penurunan yang dominan atau resesif, dipengaruhi
Menurut Moeljoprawiro dan Bustaman (1993),
oleh kondisi lingkungan dan mempunyai tingkat
mengatakan bahwa dengan kemajuan iptek dibidang
keragaman (polimorfisme) rendah serta jumlah yang
biologi molekuler telah memberikan peluang untuk
sedikit. Sedangkan penanda sitologi adalah penanda
mengatasi keterbatasan dalam pemuliaan tanaman
yang digunakan untuk membantu pemuliaan tanaman
secara konvensional, bahwa dalam beberapa aspek
melalui ukuran kromosom (Brown, 1991).
mikro dalam pemuliaan dapat diketahui dan
Penggunaan penanda sitologi khususnya pola pita
dilakukan, antara lain :
kromosom dengan ukuran yang relatife besar ,
1.
Identifikasi dan penentuan letak gen.
misalnya pada tanaman gandum.
2.
Pemindahan gen tak terbatas.
3.
Peningkatan pemahaman proses genetik dan
Saat ini dengan adanya kemajuan dibidang
fisiologi tanaman.
4.
7.
penanda izozim. Adapun penanda DNA yang telah
dikenal antara lain Restriction Fragment Length
Pengaturan produksi protein pada tanaman
polymorphism (RFLP), Random amplified
serealia
polymorphsm DNA (RAPD) dan Amplified Fragment
dan
kacang-kacangan
untuk
meningkatkan gizi.
6.
penanda baru yang potensial dan dapat membantu
pemuliaan tanaman, misalnya penanda DNA dan
Perbaikan diagnosis penyakit dengan metode
molekuler.
5.
biologi molekuler, telah didapatkan jenis-jenis
Length polymorphism (AFLP).
Memudahkan dalam menghasilkan dan
Perbedaan yang mendasar antara metode
menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan
penanda DNA dengan izozim adalah pada tingkat
cekaman lingkungan.
pendeteksiannya. Pada metode penanda DNA, yaitu
Memungkinkan dilakukannya transformasi,
penanda RFLP, RAPD atau AFLP adalah
kontruksi dan ekspresi genetik melalui teknologi
mengungkapkan perbedaan tingkat molekul DNA
DNA.
baik pada daerah penyandi maupun bukan penyandi,
sedangkan penanda izozim adalah mengungkapkan
produk ekspresi gen.
PENANDA MOLEKULER
Analisis izozim memiliki beberapa kelemahan
Untuk memonitor terkombinasi genom pada
karena informasi yang diperoleh berhubungan denga
tanaman dalam kegiatan pemuliaan tanaman selain
protein yang merupakan produk espresi gen.
dilakukan pengukuran langsung terhadap fenotipe,
Sedangkan protein sendiri keberadaanya di dalam
juga digunakan berbagai penanda, antara lain penanda
tanaman dapat beragam bergantung kepada jenis
morfologi dan sitologi. Penanda morfologi adalah
jaringan, tingkat perkembangan tanaman, dan
penanda yang berdasarkan organ-organ tanaman yang
pengaruh lingkungan. Disamping itu, dengan teknik
mudah diamati. Namun demikian, penanda ini
alozim pemunculan penanda sering tidak konsisten,
76
Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013
ISSN 0215-9511
Peranan Biologi Molekuler Pada Pemuliaan Tanaman
dan jumlah penanda yang ditemukan tidak mencukupi
RFLP, yaitu antara lain penggunaan penanda RAPD
untuk kebutuhan analisis baik sebagian maupun
lebih murah, regenerasi lebih cepat, membutuhkan
keseluruhan genom tanaman.
DNA lebih dikit, tidak menggunakan radioisotop dan
RFLP merupakan salah satu jenis analisis
untuk analisis tidak perlu keahlian yang khusus.
molekuler hasil dari perkembangan teknik
Selain itu penanda RAPD dapat dihasilkan
rekombinan DNA. Analisis ini berdasarkan pada
tanpa perlu diketahui latar belakang genomnya. Pada
pemotongan situs DNA dengan menggunakan enzim
analisis RAPD dapat diperoleh hasil dengan cepat,
restriksi. Hasil dari pemotongan tersebut berupa
tidak memerlukan banyak tahapan, serta primer acak
fragmen-fragmen DNA yang didapat aktivitas enzim
yang dipakai dapat dibeli dan dapat digunakan untuk
restriksi merupakan akibat adanya variasai dalam
analisis genom semua jenis organisme.
jumlah dan distribusi situs restriksi yang ada pada
Penanda molekuler lainnya adalah AFLP.
DNA-nya. Variasi keberadaan situs restriksi
Teknik ini merupakan kombinasi antara metode
mencerminkan adanya variasi sekuen DNA. Dengan
RAPD dengan RFLP yang dapat digunakan untuk
kata lain , RFLP dapat berfungsi sebagai penduga
menganalisis
variasi DNA. Sehingga RELP dapat digunakan untuk
penggandaan fragmen DNA yang dihasilkan dari
menduga hubungan kekerabatan dari beberapa
pemotongan enzim retriksi, dengan menggunakan
individu atau dapt digunakan untuk analisis
primer spesifik (Kaidah, 1999).
keragaman
keragaman genetik. Selain itu penanda RFLP memiliki
genetik
melalui
3
beberapa kelebihan yaitu tidak mempunyai pengaruh
terhadap fenotipe, tidak dipengaruhi oleh faktor
REKAYASA GENETIKA ATAU TANAMAN
lingkungan dan dapat dianalisis meskipun pada usia
TRANSGENIK
tanaman masih sangat muda sehingga memungkinkan
Banyak pakar memandang rekayasa genetika
untuk selekssi dini (Tranksley, 1989 dan Melchinger,
secara sederhana sebagai kelanjutan dari teknik
1990, Cit Kaidah, 1999). Keterbatasan pada analisis
pemuliaan konvensional karena kedua teknik itu pada
RFLP terletak pada biaya yang diperlukan sangat
dasarnya bertujuan untuk menggabungkan materi
tinggi (enzim restriksi relative mahal), penggunaan
genetika dari sumber yang berbeda untuk
bahan radioaktif (merupakan polutan yang sangat
menghasilkan organisme yang memiliki sifat-sifat
berbahaya), memerlukan tahapan yang rumit serta
baru yang berguna.
diperlukan teknisi yang berpengalaman.
Dengan berhasilnya rekayasa genetika melalui
RAPD merupakan salah satu metode penanda
metode kloning DNA, memungkinkan gen tunggal
genetic yang dapat digunakan untuk berbagai
dari suatu spesies makhuk hidup dimasukkan ke dalam
keperluan penelitian pada tingkat molekuler. Dalam
gen dari spesies makhluk hidup lainnya. Teknologi
analisis RAPD mempunyai banyak kelebihan
memanipulasi DNA yang dikerjakan dengan
dibandingkan dengan RFLP, yaitu analisis RAPD
pencangkokan (kloning) tanpa melalui perkawinan
mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan
disebut moleculair cloning atau recombinant DNA
technology (Sitepoe,2001).
Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013
ISSN 0215-9511
77
Peranan Biologi Molekuler Pada Pemuliaan Tanaman
Rekayasa genetika dalam bidang tanaman
dilakukan dengan mentransfer gen asing kedalam
tanaman. Hasil rekayasa genetika pada tanaman
seperti ini disebut tanaman transgenik (Suwarto,
2006). Sudah diperoleh beberapa tanaman transgenik
yang toleran terhadap salinitas, kekeringan dan hama
penyakit, antara lain :
1.
Tanaman transgenik toleran salin
Dengan teknologi kultur jaringan telah
dapat dikembangkan tanaman transgenik toleran
salin. Rekayasa genetika mentransfer gen dari
padi liar yang toleran terhadap salin ke padi yang
biasa digunakan sebagai bahan pangan melalui
fusi protoplasma. Dapat juga ditransfer dari
sejenis jamur yang tahan salin kepada tanaman
yang akan dijadikan tanaman transgenik.
Beberapa tomat, melon dan barley transgenik
yang toleran dengan salin (Scientist, 1997 dalam
Sitepoe, 2001).
2.
Tanaman transgenik tahan kekeringan
Tanaman tahan kekeringan memiliki akar
yang sanggup menembus tanah kering, kutikula
yang tebal mengurangi kehilangan air, dan
kesanggupan menyesuaikan diri dengan garam
di dalam sel. Tanaman toleran terhadap
kekeringan ditransfer dari gen kapang yang
mengeluarkan enzim terhalose. Tembakau salah
satu tanaman transgenik yang dapat toleran
dengan suasana kekeringan (Guardian , 1997
dalam Sitepoe, 2001).
3.
Tanaman transgenik resisten hama
Bacillus thuringiensis menghasilkan
protein toksin sewaktu terjadi sporulasi atau saat
bakteri membentuk spora. Dalam bentuk spora
berat toksin 20% dari berat badan spora.
Apabila larva insek memakan spora maka
di dalam alat pencernaan larva insek, spora
bakteri dipecah dan keluarlah toksin. Toksin
masuk kedalam membrane sel alat pencernaan
larva, mengakibatkan alat pencernaan mengalami
paralisis, pakan tidak dapat diserap sehingga
larva mati. Dengan membiakkan bacillus
thuringiensis kemudian di ektrak dan dimurnikan
maka akan diperoleh insektisida biologis
(biopestisida) dalam bentuk Kristal. Insektisida
biologis serupa saja aplikasinya maupun untung
ruginya dengan insektisida kimia lainnya. Oleh
karena itu, pada tahun 1985 dimulai rekayasa gen
dari bacillus thuringiensis dengan kode gen Bt
toksin.
Menurut Nasir (2002), kloning Bt toksin
dibedakan menjadi empat golongan besar gen
yaitu: gen cry I spesifik untuk moths dan kupu ;
gen cry II untuk kumbang ; gen cry III untuk
coleoptera; serta gen cry IV untuk dipteral. Bt
toksin, disusul family tembakau, yaitu tomat dan
kentang. Dengan sinar ultraviolet gen penghasil
insektisida pada tanaman dapat diinaktifkan.
Jagung juga telah direkayasa dengan
menggunakan gen Bt toksin, tetapi diintegrasikan
dengan plasmid bakteri salmonella parathypi,
yang menghasilkan gen yang menonaktifkan
ampicillin. Pada jagung juga telah direkayasa
adanya resistensi herbisida dan resistensi
insektisida ehingga tanaman transgenik jagung
78
Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013
ISSN 0215-9511
Peranan Biologi Molekuler Pada Pemuliaan Tanaman
memiliki berbagai jenis resistansi hama tanaman.
Pada tahun 1960-an Departemen of
Bt toksin gen juga direkayasa ke tanaman kapas
primary Industry di Quennsland telah
bahkan multiple-gene dapat direkayasa genetika
mengembangbiakkan suatu jenis sorgum baru
pada tanaman transgenik.
yang berasal dari India yang resisten terhadap
Toksin yang diproduksi dengan tanaman
virus JGMV tipe liar (JGMV-Jg). Sorgum
transgenik menjadi non aktif apabila terkena sinar
tersebut diberi nama Sorgum Krish dan
matahari, khususnya sinar ultraviolet.
dipercayai mempunyai gen resisten N yang tahan
Sejumlah tanaman transgenik toksin Bt
telah berhasil diproduksi, antara lain kapas (Bt
toksin terhadap cutton boll worm, produksi
Monsanto, St Louis, Missouri, Amerika Serikat;
kini diuji coba secara terbatas di Sulawesi
terhadap serangan JGMV-Jg. Percobaab ini
menghasilkan beberapa galur sorgum krish
(missal QL12) yang resisten terhadap JGMV-Jg
dan telah disebarkan kepada petani dan
memberikan keuntungan.
Selatan), kentang (Bt toksin terhadap penggerek
batang European, produksi Ciba Seed,
KESIMPULAN
Greensboro, California Utara, Amerika Serikat
Dari uraian tersebut diatas maka dapat
(Nasir, 2002).
disimpulkan sebagai berikut :
4.
Tanaman transgenik resisten penyakit
1). Adanya kemajuan dalm bioteknologi tanaman
Dalam percobaan kloning “Bintje” yang
khususnya biologi molekuler sangat membantu
mengandung gen thionin dari daun barli (DB4)
keberhasilan program pemuliaan tanaman,
yang memakai promoter 35S cauliflower mosaic
yaitu :
virus (CaMV), dengan mengikutsertakan Bintje
a.
tanaman .
tipe liar yang sangat peka terhadap serangan
phytophthora infestans sebagai kontrol,
b.
menunjukkan bahwa klon “Bintje” dapat
mengekspresikan gen DB4. Jumlah sporangium
setiap
nekrosa
yang
c.
awal.
d.
direduksi.
Bermanfaat
untuk menekan
perkembangbiakan phytophthora infestans
Dapat menyeleksi klon yang bebas dari
penyakit dan virus.
perkembangbiakan phytophthora infestans
sehingga kerugian secara ekonomi dapat
Dapat menghasilkan sejumlah besar
tanaman klon dari sejumlah kecil jaringan
phytophthora infestans mengalami penurunan
pendekatan ini sangat bermanfaat untuk menekan
Dapat menentukan genetik tanaman dengan
penanda molekuler.
disebabkan oleh
lebih dari 55% jika dibandingkan tipe liar,
Dapat meningkatkan keragaman genetik
e.
Mendapatkan sumber ketahanan terhadap
penyakit dan cekaman lingkungan yang tak
menguntungkan dan lain lain.
sehingga kerugian secara ekonomi dapat
direduksi.
Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013
ISSN 0215-9511
79
Peranan Biologi Molekuler Pada Pemuliaan Tanaman
2). Program pemuliaan tanaman yang tepat untuk
ditempuh pada masa kini adalah menggunakan
biologi molekuler sebagai pembantu pemecahan
masalah dalam metode pemuliaan konvensional
dan bukan untuk menggantikan metode
konvensional tersebut.
Kaidah, S., 1999. Analisis Keragaman Genetik
Tanaman Salak (Salacca sp.)
Indonesia dengan Teknik RAPD. Program
Pascasarjana. IPB. Bogor.
Mulyoprawiro S, dan Bustaman M, 1993. Pemuliaan
dan Biologi Molekuler.
DAFTAR PUSTAKA
Prosiding Simposium Kinerja Pemuliaan Tanaman
Pangan III. Badan
Amris Makmur, 1998. Pengantar Pemuliaan
Tanaman. Bina Aksara. Jakarta.
Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan.
Bogor.
Antonius Suwarto, 2006. Tanaman Transgenik
Bagaimana Kita Menyikapinya.
Nasir, 2002. Bioteknologi Molekuler Teknik Rekayasa
Genetika Tanaman.PT.Citra
Jurusan Biologi FMIPA IPB. Bogor. Diakses dari :
www.indobiogen.or.id
Brown. T. A. 1991. Pengantar Kloning Gen. Yayasan
Essentia Medica. Yogyakarta.
80
Aditya Bakti. Bandung.
Sitepoe, M. 2001. Rekayasa Genetika. Grasindo.
Jakarta.
Magistra No. 84 Th. XXV Juni 2013
ISSN 0215-9511