Bioteknologi dan proses pemuliaan tanaman

Bioteknologi dan proses pemuliaan tanaman

 Pengertian bioteknologi adalah penggunaan ilmu biologi seluler dan  molekuler dalam pemuliaan tanaman. Tanaman adalah tumbuhan yang bermanfaat baik secara langsung maupun tidak langsung bagi kehidupan manusia. Tumbuhan yang mengganggu disebut gulma. Bagi pemulia tanaman baik tanaman, tumbuhan dan gulma adalah penting sebagai sumber keragaman genetik.

Pemuliaan tanaman sendiri adalah perbaikan sifat genetik tanaman baik dengan transfer material genetik dari tanaman donor atau donor yang lain (introgresi) kepada tanaman penerima maupun perubahan material genetik dari tanaan penerima itu sendiri yang dikenal dengan mutasi. Jadi introgresi dan mutasi merupakan dua proses utama dalam perbaikan sifat tanaman.Pemuliaan tanamaan itu sendiri adalah suatu proses yang progresif dan berkelanjutan baik dari segi ilmu dan teknologi. Tanaman itu tumbuh pada berbagai habitat tumbuh dari iklim kutub sampai iklim tropis dan dari rawa sampai lahan kering. Berbagai habitat tumbuh ini yang menyebabkan tanaman itu beradaptasi untuk bertahan hidup yaitu terjadi semacam “Struggle for life”. Perubahan fenotipe tanaman untuk beradaptasi itu didasar pada perubahan genotipe tanaman.

Jadi sebelum manusia campur tangan dalam pemuliaan tanaman, tanaman sendiri sudah memuliakan dirinya secara mandiri. Pemulia tanaman belajar dari tanaman bagaimana perubahan genetik yang terjadi pada tanaman, memodifikasi dan mempercepat perubahan genetik yang terjadi.Beberapa tanaman komersial yang kita pergunakan saat ini berasal dari perubahan material genetik secara alamiah. Perubahan secara alamiah itu karena perubahan set kromosom (poliploida), perubahan jumlah kromosom (aneuploida), perubahan struktur kromosom (pindah silang) maupun perubahan gen.Contoh-contoh berikut adalah perubahan genetik secara alamiah:

(1) Poliploida
a.     Kentang
Kentang budidaya Solanum tuberosumsubsp andigena (2n=4x=AAAA) berasal dari hibridisasi alamiah dari S. stenotonum (2n=2x=AA) dengan S. sparsipilum (2n=2x=AA) diikuti dengan penggandaan kromosom secara alamiah.

b.     Pisang
Pisang yang digunakan sekarang berasal dari Musa balbisiana (2n=2x=22=BB) dan Musa accuminata (2n=2x=22=AA). Pisang-pisang yang kita punyai di Indonesia mulai dari AA (pisang mas, pisang lilin), AAA (pisang ambon kuning, pisang ambon lumut, pisang badak, pisang susu), AAB (pisang raja bulu, pisang tanduk)dan ABB (pisang kepok) adalah hasil hibridisasi alamiah atau mutasi alamiah. Pisang-pisang yang endemik di Indonesia ini belum ada campur tangan pemulia tanaman. Salah satu hasil silangan di Trinidad adalah pisang Lacatan (2n=4x=44=AAAA) hasil silangan Gros Michel (2n=3x=33=AAA) sebagai induk dengan M. accuminata (2n=2x=22=AA) sebagai tetua jantan (Simmonds, 1982).

c.      Allotetraploid atau amphidiploid yang terjadi secara alamiah pada genus Brasica (Suzuki et al. 1981).
·        Sawi  (B. juncea 2n=4x=36) berasal dari silangan sawi hitam (B. nigra            2n=2x=16) dengan petsai (B.campestris 2n=2x=20)
·         Rutabaga (B. napus 2x=4x=38) berasal dari silangan petsai (B. campestris      n=2x=20) dengan kubis (B. olaracea 2n=2x=18).
·    Sawi carinata (2n=4x=34) berasal dari silangan kubis (B. olaracea                 2n=2x=18) dengan sawi hitam (B. nigra 2n=2x=16).

Hibridisasi secara alamiah diikuti oleh penggandaan kromosom secara alamiah menghasilkan spesies baru. Dari tanaman kentang, pisang, dan brasiea pemulia belajar bahwa kalau mau menjadikan kultivar yang:

(1) Autopoliploida dapat dilakukan melalui penggandaan sel kromosom dengan colchisine atau dengan fusi protoplas.
(2) Alloploida dapat dilakukan melalui fusi protoplas atau dengan silangan dan diikuti penggandaan kromosom hasil silangan atau sebaliknya penggandaan kromosom tetua disusul dengan penyilangan.
 (2) Aneuploida (trisomik)
Dr. A. F. Blakeslee (1921) mempelajari berbagai bentuk kapsul buah yang berbeda dari kapsul buah yang normal pada gulma Datura stramonium. Gulma Datura ini adalah diploid (2n=2x=24), disamping itu juga terdapat mutan alamiah yang trisomik. Trisomik berarti dari 12 pasang kromosom ada salah satu pasang kromosom dalam bentuk triple (2n+1). Jumlah kromosom (2n+1) ini yang menyebabkan perubahan bentuk kapsul buah yang berbeda dari bentuk yang normal (2n=2x) karena ada 12 pasang kromosom maksimum ada 12 macam trisomik yang menghasilkan 12 macam kapsul buah yang berbeda satu dengan yang lain dan dari yang normal. Terjadi trisomik karena terjadi “non disjunction” dan “lagging” pada pasangan kromosom tersebut pada saat anafase.

(3) Perubahan gen
Sebelum Gregor mendel memulai penyilangan kacang kapri (Pisum sativum), di alam kacang-kacang kapri itu sudah mempunyai keragamandalam hal warna petal (ungu dan putih), bentuk kulit biji (licin atau keriput), warna biji (kuning atau hijau) dan warna polong muda (hijau atau kuning). Penyilangan resiprokal antara petal ungu x petal putih menghasilkan F1 yang berwarna ungu, sedangkan F2 mempunyai perbandingan antara petal ungu : petal putih adalah 3 : 1. Mendel berkesimpulan bahwa warna petal ditentukan oleh 1 gen (monogenik), petal ungu bersifat dominan dan petal putih yang bersifat resesif.

Pada tanaman kentang budidaya banyak sekali terjadi mutasi secara alamiah. Kultivar Pontiac yang kulit umbi berwarna kuning muda bermutasi menjadi Red Pontiac yang kulit umbi berwarna merah muda. Burbank yang permukaan kulit umbi licin menjadi Russet Burbank yang kulit umbi menjadi kasar. Menurut Pavek dan Corsini (1981), kulit umbi yang kasar ini disebabkan oleh tiga gen yang resesif. Tingkat kekasaran kulit ditentukan oleh jumlah gen yang homozigot resesif. Tiga gen yang homozigot resesif akan lebih kasar dari dua atau satu gen yang homozigot resesif.   (4) Transformasi tanaman secara alamiah (pembentukan puru mahkota) pada tanaman dikotil (Glick dan Pasternak 1994)
Bakteri tanah yang fitopatogen memerlukan unsur C dan H dari senyawa spesifik yang disebut opin. Gen untuk biosintesis opin dan katabolisme opin terdapat pada plasmid dari bakteri tersebut. Gen biosintesis opin tidak dapat menghasilkan opin pada sel bakteri tetapi harus mentransfer gen tersebut pada tanaman dikotil seperti anggur, tomat, mawar, dll. Gen biosintesis opin itu terdapat pada Ti-DNA, disamping gen opin juga terdapat gen iaaM, iaaH dan ipt. Gen iaaM dan iaaH menghasilkan enzim-enzim yang mengkonversi asam amino triptofan menjadi auksin IAA (asam indol asetat), sedangkan gen ipt menghasilkan enzim yang menggabungkan IPP (isopentenil) dengan 5’AMP menjadi sitokinin IPA (isopentenil adenosin monofosfat). IAA dan IPA ini akan membentuk kalus yang kompak yang dikenal dengan puru mahkota (Crown gall). Dari crown gall ini akan mengeluarkan eksudat-eksudat opin yang menjadi sumber C dan N bagi bakteri tersebut. Opin merupakan kondensasi asam amino dengan asam keto atau gula seperti : oktopin (asam piruvat + arginin), nopalin (asam α ketoglutarat + arginin) dan agropin (gula + glutamat).

Cara bakteri ini menginfeksi tanaman dikotil ditiru oleh pemulia tanaman untuk mentransfer gen tertentu dari donor ke tanaman penerima pada tanaman dikotil. Modifikasi yang dilakukan oleh pemulian tanaman adalah : (1) Insersi gen donor dan gen nptII (atau marka seleksi yang lain) ke dalam T-DNA bakteri, (2) membuang gen iaaM, gen iaaH dan gen ipt supaya jangan membentuk puru mahkota.

Dari contoh-contoh tanaman yang disebut terdahulu terbukti bahwa secara alamiah sudah terjadi perubahan genetik melalui introgresi, perubahan jumlah kromosom dan set kromosom, perubahan gen dan transformasi secara alamiah. Pemulia berdasarkan apa yang terjadi secara alamiah melanjutkan, memperbaiki dan mempercepat dalam metode pemuliaan klasik (konvensional), seluler dan molekuler (progresif dan berkelanjutan).

 Sumber: Wattimena, G.A., Nurhajati, A. M., N. M. A. Wiendi, A. Purwito, D. Efendi, B. S. Purwoko, N. Khumaida. 2011. Bioteknologi dalam Pemuliaan Tanaman.bogor,  IPB Press. Hal. 2-5.

sumber gambar: http://naaf.web.id/2013/02/17/bioteknologi-untuk-pemuliaan-tanaman/