dari dogma sentral, epigenetik hingga cabang ilmu ribogenomik

Perkembangan terbaru biologi molekuler tanaman : dari dogma sentral,
epigenetik hingga cabang ilmu ribogenomik
Kecepatan penelitian terkait biologi molekuler pada tanaman telah berkembang sedemikian
pesat. Dogma sentral biologi semakin dilengkapi dengan informasi terbaru terkait
epigenetik yang mencakup regulasi RNA mikro (miRNA) dan RNA untai panjang (lncRNA).
Regulasi RNA yang kompleks telah melahirkan cabang ilmu biologi molekuler baru yang
bernama Ribogenomik yang berperan penting dalam setiap usaha pemahaman genotip dan
fenotip.
Sebagai salah satu cabang ilmu biologi, kemajuan penelitian dan teknologi informasi telah
membantu perkembangan pesat dari biologi molekuler. Sejak dicetuskan pada tahun 1958
dan dipublikasikan di Nature pada tahun 1970 oleh Francis Crick, dogma sentral biologi
telah menjadi acuan dari pemahaman proses pembacaan materi genetik menjadi protein yang
berperan di setiap tahap metabolisme pada tubuh suatu organisme eukariotik [1]. Pertama,
dogma tersebut menjelaskan proses pembentukan asam ribonukleat (RNA) dari asam
deoksiribonukleat (DNA) melalui proses transkripsi. Pada proses ini, informasi genetik di
dalam DNA dialihkan ke RNA. Kedua, RNA dengan kode genetik yang diterima dari DNA
membentuk protein melalui proses translasi [2].
Pada masanya, dogma sentral biologi tersebut tidak mencakup proses metilasi DNA hingga
modifikasi protein pasca translasi. Pada tahun 1993, RNA mikro atau yang lazim disingkat
miRNA ditemukan [3]. RNA mikro merupakan molekul RNA yang tidak mengkode protein
dan berukuran 21-24 nukleotida. Sebuah teori mengatakan bahwa RNA mikro dikode oleh
gen pre-miRNA yang berada di daerah intergenik DNA yaitu intron pada hewan. Sedangkan
pada tanaman, gen yang mengkode RNA mikro tersebut terletak pada DNA yang ditranskrip
oleh RNA Poly-II dan membentuk prekursor primer panjang dari miRNA (pri-miRNAs)
[4,5]. RNA mikro tersebut berperan menghambat ekspresi gen target melalui regulasi pasca
transkripsi [6]. Penemuan ini merevolusi paradigma tentang regulasi gen pada organisme
eukariotik dan memunculkan pemahaman epigenetik. Epigenetik dapat dimaknai sebagai
studi tentang perubahan ekspresi gen yang diturunkan namun tidak disandi oleh perubahan
sekuens DNA yang terkait. Pada tanaman perkebunan, fenomena variasi somaklonal pada
kultur jaringan kelapa sawit (Elaeis guineensis) merupakan salah satu contoh dari epigenetik
yang hingga saat ini belum dapat diatasi [7].
Studi epigenetik tidak hanya meliputi RNA mikro namun juga beberapa jenis RNA kecil
(small RNA, sRNA) seperti Short interfering RNA (siRNAs), Tiny noncoding RNA (tncRNA),
dan small modulatory RNA (smRNA) [8]. Sebagian besar dari jenis RNA kecil tersebut telah
diketahui fungsinya. Sebagai contoh, pada tanaman karet (Hevea brasiliensis), RNA kecil
telah diidentifikasi [9] dan diprediksi memiliki peran penting dalam respon terhadap
penyakit kering alur sadap (KAS) [10]. Studi dan pemahaman mendalam terhadap regulasi
RNA kecil ini terhadap gen-gen target terkait merupakan faktor penting dalam usaha
mengatasi penyakit KAS pada tanaman karet tersebut.
Tidak hanya itu saja, pada tahun 2007, pengetahuan tentang dunia RNA ditambah dengan
ditemukannya jenis RNA baru yang dinamakan long noncoding RNAs atau RNA untai
panjang yang tidak mengkode protein (lncRNAs) [11]. Penemuan RNA untai panjang dengan
ukuran lebih dari 200 nukleotida ini secara dramatis merubah paradigma tentang regulasi
www.ibriec.org | Maret 2014 | 2(2), 11-13
Riza Arief Putranto – Peneliti BPBPI
transkripsi dari gen. Jenis molekul RNA baru ini terlibat dalam berbagai proses regulasi
metabolisme, perkembangan dan kondisi stres pada tanaman. Namun mekanisme detil
terkait hal tersebut masih perlu digali melalui penelitian [12]. Penelitian terkait lncRNAs
pada tanaman pun masih terbatas pada Arabidopsis thaliana, Zea mays, Triticum aestivum,
dan Oryza sativa [13]. Uniknya, pada fungsi-fungsi tertentu seperti respon terhadap stres,
RNA untai panjang ini tidak conserved di antara beberapa spesies tanaman dan menjadi ciri
khas dari tanaman gandum (Triticum aestivum) [14].
Sayangnya, penelitian terkait RNA untai panjang tersebut belum dirintis pada tanaman
perkebunan. Akan tetapi, besar kemungkinan bahwa subyek tersebut akan segera digali
mengingat uniknya karakter yang dimiliki RNA untai panjang tersebut. Terlebih RNA untai
panjang tersebut berperan dalam regulasi epigenetik melalui mekanisme yang berbeda
dengan RNA mikro [15]. Idealnya, sebagai contoh, pemahaman akan regulasi RNA untai
panjang pada tanaman kelapa sawit akan mampu mengungkap rahasia dibalik variasi
somaklonal yang telah diungkapkan diatas.
Gambar 1. Pemandangan skematis dari genotip menuju fenotip dengan mempertimbangan
ribogenomik [16].
Perkembangan riset tiada henti yang mengungkap kemajuan pengetahuan tentang RNA
tersebut membuat sekelompok peneliti dari Beijing Institute of Genomics (BIG) mengangkat
cabang ilmu biologi molekuler baru yang disebut ribogenomik [16]. Ribogenomik adalah
ilmu yang mempelajari tentang segala jenis molekul RNA dan bagaimana sel mengatur
sistem kerja mereka. Sehingga pada masa sekarang ini, dalam usaha memahami regulasi dari
genomik menuju fenotip, peneliti diharapkan mempertimbangkan segala aspek dari RNA
yang mengkode protein yaitu RNA messenger (mRNA), dan RNA yang tidak mengkode
www.ibriec.org | Maret 2014 | 2(2), 11-13
Riza Arief Putranto – Peneliti BPBPI
protein seperti RNA kecil yang didalamnya terkandung RNA mikro (miRNA), serta RNA
untai panjang (lncRNAs) (Gambar 1).
Sumber pustaka
1. Crick F (1970) Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227: 561-563.
2. Leavitt SA (2010) Deciphering the Genetic Code: Marshall Nirenberg. Office of NIH
History.
3. Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V (1993) The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes
small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell 75: 843-854.
4. Vazquez F, Legrand S, Windels D (2010) The biosynthetic pathways and biological
scopes of plant small RNAs. Trends in plant science 15: 337-345.
5. Bielewicz D, Kalak M, Kalyna M, Windels D, Barta A, et al. (2013) Introns of plant pri‐
miRNAs enhance miRNA biogenesis. 622-628 p.
6. Chen K, Rajewsky N (2007) The evolution of gene regulation by transcription factors and
microRNAs. Nat Rev Genet 8: 93-103.
7. Morcillo F, Gagneur C, Adam Hln, Richaud Fdr, Singh R, et al. (2006) Somaclonal
variation in micropropagated oil palm. Characterization of two novel genes with
enhanced expression in epigenetically abnormal cell lines and in response to auxin.
Tree Physiology 26: 585-594.
8. Kim VN (2005) Small RNAs: Classification, Biogenesis, and Function. Mol Cells 19: 115.
9. Gébelin V, Argout X, Engchuan W, Pitollat B, Duan C, et al. (2012) Identification of
novel microRNAs in Hevea brasiliensis and computational prediction of their targets.
BMC Plant Biol 12: 18.
10. Gébelin V, Leclercq J, Kuswanhadi, Argout X, Chaidamsari T, et al. (2013) The small
RNA profile in latex from Hevea brasiliensis trees is affected by tapping panel
dryness. Tree Physiology 33: 1084-1098.
11. Kapranov P, Cheng J, Dike S, Nix DA, Duttagupta R, et al. (2007) RNA Maps Reveal
New RNA Classes and a Possible Function for Pervasive Transcription. Science 316:
1484-1488.
12. Kim E-D, Sung S (2012) Long noncoding RNA: unveiling hidden layer of gene
regulatory networks. Trends in plant science 17: 16-21.
13. Zhang Y-C, Chen Y-Q (2013) Long noncoding RNAs: New regulators in plant
development. Biochemical and Biophysical Research Communications 436: 111114.
14. Xin M, Wang Y, Yao Y, Song N, Hu Z, et al. (2011) Identification and characterization
of wheat long non-protein coding RNAs responsive to powdery mildew infection and
heat stress by using microarray analysis and SBS sequencing. BMC Plant Biology
11: 61.
15. Heo J, Lee Y-S, Sung S (2013) Epigenetic regulation by long noncoding RNAs in plants.
Chromosome Research 21: 685-693.
16. Wu J, Xiao J, Zhang Z, Wang X, Hu S, et al. (2014) Ribogenomics: the Science and
Knowledge of RNA. Genomics, Proteomics & Bioinformatics 12: 57-63.
www.ibriec.org | Maret 2014 | 2(2), 11-13
Riza Arief Putranto – Peneliti BPBPI