Pemuliaan Tanaman
Dari AcehPedia
Perkembangan dan kemajuan yang dicapai dalam bidang biologi molekuler telah melahirkan dan berkembangnya teknologi rekombinan DNA atau yang dikenal dengan sebutan rekayasa genetik . Rekayasa genetik atau rekombinan DNA adalah suatu kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolasi, mengidentifiksi dan melipatgandaan suatu fragmen dari material genetik (DNA) dalam bentuk murninya. Manipulasi-manipulasi tersebut dilakukan secara in vitro dengan menggunakan material-material biologi
Penggunaan kultur jaringan untuk pembiakan klonal didasarkan pada anggapan bahwa jaringan secara genetik tetap stabil jika dipisahkan dari tumbuhan induk dan ditempatkan dalam kultur. Pendapat ini sebahagian besar berlaku jika tumbuhan dibiakkan dengan kuncup ketiak atau tunas liar yang secara langsung dipisahkan dari tanaman. Walaupun demikian, apabila tunas terbentuk dari jaringan kalus, sering terjadi penyimpangan (Chaleff, 1984).
Protoplas sel totipoten tanpa dinding sel dapat dihasilkan dengan mudah dan telah dirancang suatu metode untuk menumbuhkannya menjadi jaringan kalus dan dilanjutkan menjadi tanaman kecil yang dapat dikembangbiakan secara konvensional. Protoplas dapat dipisahkan dari jaringan tanaman, termasuk akar, daun, buah, serbuk sari, bintil akar kacangan, organ penyimpanan dan jaringan kalus. Jaringan daun sering digunakan karena hasil protoplas dari sumber ini cukup tinggi dan seragam. Protoplas sering menghasilkan jaringan kalus yang kemudian dari kalus ini diregenerasikan suatu tumbuhan yang lengkap. Sayangnya, keberhasilan metoda ini kecil peluangnya untuk tanaman kacang-kacangan dan padi-padian. Belakangan ini kemungkinan tanaman Medicago sativa (Alfafa) untuk beregenerasi dari protoplasma menjadi tumbuhan lengkap peluangnya cukup tinggi dalam kondisi pertumbuhan yang relatif sederhana. Hal ini memberi petunjuk penting bahwa usaha dibidang kacang-kacangan akan dapat berkembang lebih cepat. Sebegitu jauh kita masih belum mampu untuk mengembangkan tumbuhan dari jenis padi-padian dan kacang-kacangan melalui pertumbuhan protoplasma.
Manfaat penting dari protoplasma dalam pemuliaaan tanaman terletak pada beberapa sifatnya, yaitu : (1) protoplas dapat dihasilkan dan disaring untuk membentuk banyak variasi. Meskipun protoplas yang terbentuk secara genetik bersifat homogen, tetapi kalus yang merupakan keturunannya dapat menjadi tanaman yang menunjukan perbedaan sifat-sifat yang cukup besar , (2) tidak adanya dinding sel memudahkan fusi antara protoplas dan dengan demikian mengawali terjadinya pembastaran. Fakta bahwa fusi dapat terjadi antara sel somatik yang bersifat diploid yang memungkinkan pemulia tanaman merancang suatu teknik dengan baik, (3) tidak adanya dinding sel juga memudahkan penyerapan DNA, sebagai fragmen atau plasmid yang berasal dari bakteri, untuk menghasilkan tanaman dengan sifat-sifat yang baru sama sekali.
Meskipun tanaman yang diperbanyak secara vegetatif (klon) umumnya mirip induknya, tetapi tidak berarti, bahwa semua klon secara genetik bersifat serupa. Klon yang berbeda secara nyata dari induknya dapat terjadi, dan dikenal sebagai varian somatik dan merupakan hasil perubahan genetik pada sel merismatik yang menghasilkan semua atau sebagian tumbuhan baru. Dalam hal-hal tertentu varian somatik dapat menjadi varietas baru yang penting, misalnya pada jeruk manis. Beberapa mekanisme genetik dapat menyebabkan terjadinya variasi somatik, antara lain : perubahan jumlah kromosom dalam inti, mutasi gen tunggal, seperti kloroplas dan mitokondria.
Meskipun fusi protoplas tumbuhan diketahui jarang terjadi, namun Power dan kawan-kawan tahun 1970, berhasil merancang suatu metode untuk mengendalikan fusi yang dapat diulang, dan dengan demikian menemukan langkah awal untuk pembastaran somatik pada tumbuhan. Suspensi protoplas dalam 0,25 mol/l larutan natrium nitrat dapat menginduksi fusi yang cepat. Larutan 10,2% sukrosa, 5,5% natrium nitrat dan kalsium klorida dapat digunakan untuk menginduksi fusi protoplas Parthenocissus tricuspidata dengan protoplas Petunia hibrida.
Tahap berikutnya adalah membangkitkan bastar somatik dengan teknik fusi protoplasma yaitu dengan : isolasi protoplasma, fusi, pembentukan kembali dinding sel, fusi inti untuk mendapatkan inti bastar sejati, pertumbuhan sel bastar dalam kultur, dan akhirnya pembentukan tumbuhan secara lengkap.
Pada umumnya, fusi kloroplas tumbuhan mudah dicapai, meskipun tidak mudah untuk menumbuhkan sel bastar dengan memuaskan. Dari hal ini jelaslah bahwa protoplas bastar yang hanya sedikit terdapat dalam campuran sel perlu dipisahkan dan mendorong perkembangannya melalui prosedur seleksi. Sebagai contoh pembastaran somatik antara Petunia hybrida dengan Petunia parodii, yang prosedur seleksinya memanfaatkan adanya perbedaan kekuatan potensi pertumbuhan antara protoplas daun kedua jenis tumbuhan ini. Protoplas Petunia parodii paling tinggi hanya dapat membentuk kalus kecil yang terdiri dari lebih kurang lima puluh sel pada media, sedangkan protoplas Petunia hybrida terus menerus membentuk kalus. Sebaliknya dari kepekaannya terhadap aktinomisin D, Petunia hybrida lebih peka terhadap aktinomisin D dari protoplas Petunia parodi .
Inti campuran (heterokarion) yang terjadi pada fusi dua protoplas yang tidak sama dapat berkembang menjadi sel bastar dengan fusi inti. Dengan cara ini semua organel dari kedua protoplas pembawa gen yang dapat mengadakan seleksi sendiri, digabung, sedangkan pada persilangan seksual biasa, satu inti yang membawa gen kromosomal (karyom) yang berasal dari masing-masing induk, tetapi bisanya gen yang diwariskan melalui plastida (plastidom) dan gen yang diwariskan melalui mitokondria (kondriom) hanya berasal dari induk betina. Dengan demikian, teknik fusi protoplasma memberikan kesempatan untuk menghasilkan kombinasi dua genom induk yang lengkap.
Salah satu keuntungan utama yang diberikan oleh kultur untuk percobaan genetik dengan tumbuhan lebih tinggi adalah bahwa kultur sel itu memungkinkan seleksi langsung untuk memperoleh fenotipe baru dari sejumlah besar populasi sel yang ditumbuhkan pada kondisi tertentu dan dari segi fisiologis dan perkembangan bersifat seragam. Jutaan sel, masing-masing mempunyai potensi untuk menjadi tumbuhan dapat dikulturkan dalam satu cawan petri.
Berbagai metoda telah dikembangkan dan digunakan untuk membuat tanaman transgenik, termasuk diantaranya penggunaan plasmid Ti dengan Agrobacterium tumefaciens. Metoda lain yang juga telah dikembangkan adalah metoda gen transfer menggunakan kloroplas, mikroinjeksi DNA, elektroforasi, penembakkan dengan mikroproyektil (Uchimiya, 1989)
Agrobacterium tumefacien efektif digunakan sebagai sistim transfer gen tanaman dikotil, meskipun tidak semua tanaman dikotil menunjukkan respon yang sama terhadap sistim tranformasi ini. Kedelai misalnya termasuk spesies tanaman yang sulit direkayasa dengan Agrobacterium. Kekurangan yang mencolok dalam sistim ini adalah kesulitan dengan tanaman monokotil, terutama golongan serelia seperti : padi, jagung, gandum dan lain-lain yang tidak dapat ditransformasi dengan Agrobacterium (Wu, 1990).
Teknik-teknik gen transfer berkembang dengan cepat dan terus disempurnakan. Dalam beberapa tahun terakhir, gen transfer pada tanaman sudah merupakan kegiatan rutin yang dilakukan di beberapa laboratorium di dunia. metoda yang efisien dalam mengklon gen, teknik transformasi, regenerasi tanaman, ketersediaan konstruksi-konstruksi gen baru, sistim vektor yang terus dikembangkan, promotor yang spesifik untuk organ tertentu untuk ekspresi gen adalah faktor-faktor yang berperan dalam memproduksi tanaman transgenik.
Pada awalnya, gen yang banyak dipakai dalam transfer tanaman adalah gen-gen reporter yang fungsinya lebih banyak untuk uji pengembangan teknik transfer itu sendiri, atau mempelajari kemampuan sekuens pengendali dalam mengendalikan ekspresi suatu gen di dalam sel tanaman. Kemudian terus dikembangkan transfer klon gen yang mengendalikan karakter-karakter yang mempunyai nilai ekonomis sejalan dengan tersedianya klon gen tersebut. Karakter-karakter tersebut diantaranya adalah gen untuk ketahanan terhadap serangga, gen untuk ketahanan terhadap penyakit virus dan bakteri, gen ketahanan terhadap herbisida, toleransi terhadap salinitas, kekeringan dan peningkatan kualitas nutrisi.
Tabel : Beberapa vektor kloning dan penggunaannya
| Penggunaan | Vektor *) | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Mengklon fragmen besar Kontruksi pustaka genom Konstruksi pustaka cDNA Sub cloning rutin Pembuatan konstruksi Vektor ekspresi Sekuensing Probe utas tunggal | + + + + + + | + + | + + | + + | + + + | + + |
*) 1 = Plasmid prokariotik
2 = Bakterifage lamda
3 = Kosmid
4 = Filamentous fage
5 = Virus eukariot
6 = Plasmid eukariot
Program pemuliaan tanaman pertanian untuk ketahanan terhadap virus telah banyak dilakukan. Target dari sifat resistensi tersebut menurut Hull (1990) dapat dikelompokkan kedalam : (1) memberikan resistensi terhadap transmisi, (2) resistensi untuk pekembangan penyakit (pencegahan replikasi virus, penyebaran virus, dan lokalisasi infeksi dengan atau tanpa nekrosis)., (3) resistensi terhadap perkembangan gejala penyakit (toleran).
Perkembangan teknologi rekombinan DNA telah memberikan harapan baru dalam mengatasi masalah virus tanaman. Pada tahun 1985, Sanford dan Johston memperkenalkan suatu konsep baru penggunaan teknik rekayasa genetik dalam mengembangan resistensi terhadap mikroorganisme, dimana gen yang sudah dimodifikasi dari suatu patogen dapat memberikan resistensi tanaman dengan menganggu proses hidup patogen tersebut.
Sampai saat ini ada tiga bentuk resistensi non-konvensional terhadap virus yang telah dikembangkan yaitu : penggunaan sekuens RNA satelit, Sekuens RNA antisens dan gen penyandi protein pembungkus virus. (virus coat protein gen-gen VCP).
Perkembangan teknologi rekombinan DNA juga memungkinkan dilakukannya manipulasi rekayasa genetik untuk mendapatkan tanaman yang toleran terhadap herbisida sehingga dapat meningkatkan keselamatan dan produksi tanaman. Menurut Oxtoby dan Hughes (1990), metoda untuk merekayasa resistensi tanaman terhadap herbisida dapat dibedakan ke dalam dua kelompok pendekatan yaitu : (1) merubah tingkat sensitifitas dari enzim yang merupakan target herbisida dalam tanaman yakni dengan memanfaatkan gen mutan yang timbul spontan dialam dan mengintroduksi gen tersebut kedalam genom kloroplast, (2) Mengintroduksi gen pengkode enzim yang dapat menetralisir (menghilangkan) sifat racun herbisida dalam tanaman seperti enzim oksidase, amilase dan decarboxylase.
Teknologi rekombinan DNA dapat juga digunakan untuk merakit tanaman yang resisten terhadap serangga hama yakni dengan memanfaatkan bakteri Bacillus thuringiensis yang merupakan jenis bakteri yang mampu menghasilkan suatu protein kristal yang bersifat racun terhadap serangga. Aktifitas bioinsektisida dari Bacillus thuringiensis ini spesifik terhadap spesies serangga tertentu dan tidak toksik terhadap hewan (Spear, 1987). Lebih dari 3.000 isolat alami Bacillus thuringiensis yang diseleksi oleh Genetic System N.V. Belgium, hampir semuanya dilaporkan meracun terhadap larva berbagai Lepidoptera dan 5 larva Coleoptera (Dekeyser, 1991).
Gen penghasil toksin pada Bacillus thuringiensis di klon dan di tranfer ke tanaman budidaya yang banyak diusahakan. Menurut Dekeyser (1991) tanaman tembakau, tomat dan kentang transgenik yang mengandung gen toksin Bacillus thuringiensis memperlihatkan resistensi terhadap serangan serangga hama.
