SlideShare a Scribd company logo
1 of 18
Download to read offline
BIOTEKNOLOGI TANAMAN
(BAHAN AJAR)
OLEH:
RINDANG DWIYANI
JURUSAN AGROEKOTEKNOLOGI
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS UDAYANA
SEPTEMBER 2014
BIOTEKNOLOGI PERTANIAN
(AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGY)
Menurut Schmid (2003), „Agricultural biotechnology‟ memiliki arti yang luas, sehingga
cakupan bahasannya meliputi „animal breeding‟ (konvensional dan moderen) dan „Plant
breeding‟. Aplikasi „Plant breeding‟ ( pemulian tanaman) dapat dilakukan secara
konvensional, yang kita kenal dengan pemuliaan tanaman konvensional, dan dengan cara
moderen atau dikenal dengan Bioteknologi tanaman. Bahasan berikut ini akan
menjelaskan cakupan bahasan dalam ilmu bioteknologi tanaman.
BIOTEKNOLOGI TANAMAN
Gambar 1 memperlihatkan bahwa Bioteknologi tanaman masuk dalam ilmu
Pemuliaan tanaman, namun dilakukan secara moderen. Bioteknologi tanaman meliputi
Kultur Jaringan dan Rekayasa Genetika. Kultur jaringan erat kaitannya dengan rekayasa
genetika, karena pengerjaan rekayasa genetika juga kebanyakan dilakukan secara in vitro
di laboratorium. Selain itu, sistem regenerasi tanaman transgenik juga mebutuhkan ilmu
kultur jaringan, sehingga orang yang bekerja di bidang rekayasa genetika wajib
mengetahui prinsip-prinsip kerja dalam kultur jaringan.
Kultur jaringan adalah metode perbanyakan secara vegetatif yang dilakukan
secara in vitro, sehingga hasil akhirnya adalah klon tanaman atau yang biasa disebut
somaklon (karena berasal dari sel-sel somatik). Metode perbanyakan ini dilakukan secara
aseptik di laboratorium, membutuhkan bahan awal tanaman (biasa disebut eksplan) yang
relatif berukuran kecil untuk menghasilkan somaklon dalam jumlah banyak dan dalam
waktu yang relatif singkat. Somaklon ini memiliki karakter morfologi dan molekuler
yang identik dengan induknya. Kadangkala modifikasi genetis bisa terjadi pada kultur
jaringan melalui variasi somaklonal, akan tetapi hal ini bukan menjadi tujuan, meskipun
variasi somaklonal ini bisa bersifat positif.
PEMULIAAN TANAMAN
PEMULIAAN TANAMAN
KONVENSIONAL
-Persilangan
PEMULIAAN TANAMAN MODEREN /
BIOTEKNOLOGI TANAMAN
Gambar 1. Kerangka Ilmu Pemuliaan Tanaman
Pemuliaan tanaman konvensional dan rekayasa genetika sama-sama bertujuan
mendapatkan individu tanaman dengan karakter unggul yang secara genetis sudah
mengalami modifikasi. Akan tetapi terdapat perbedaan antara pemuliaan tanaman
konvensional dengan rekayasa genetika dalam hal modifikasi yang terjadi pada genom
tanaman. Pemuliaan tanaman secara konvensional menggunakan cara persilangan untuk
mendapatkan individu tanaman unggul, sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama.
Sedangkan rekayasa genetika melakukan modifikasi genetis tersebut secara langsung
dengan melakukan insersi gen asing (yang membawa sifat unggul yang kita inginkan)
langsung ke genom tanaman. Perbedaan antara Pemuliaan tanaman secara konvensional
dan Rekayasa genetika dirangkum dalam Tabel 1.
Tabel 1. Perbedaan mendasar antara Pemuliaan Tanaman Konvensional dengan Rekayasa
Genetika dalam melalukan modifikasi genetis
Pemuliaan Tanaman Konvensional Rekayasa Genetika
-Lambat -Sangat cepat
-Terjadi secara alamiah -Dilakukan secara buatan dengan
mengintroduksi gen baru pada tanaman
sesuai dengan yang kita inginkan
KULTUR JARINGAN
-Mikropropagasi
-Fusi protoplas
-Suspensi sel
- Kultur Mikrospora
REKAYASA GENETIKA
-Manipulasi
Genom tanaman
-Transfer gen asing
ke genom tanaman
KLON TANAMAN TANAMAN TRANSGENIK
TANAMAN DENGAN
KARAKTER UNGGUL
-Modifikasi genetis terjadi secara acak -Secara terarah
Bahasan selanjutnya adalah Rekayasa genetika sebagai bagian dari Bioteknologi
tanaman atau Pemuliaan tanaman moderen. Kultur Jaringan tidak dibahas secara detail
dalam perkuliahan ini karena merupakan mata kuliah tersendiri. Sebelum membahas
mengenai Rekayasa genetika secara detail, terlebih dahulu akan dijabarkan pengetahuan
dasar molekuler seperti struktur DNA, replikasi DNA, proses transkripsi dan translasi
serta pengertian gen..
PENGETAHUAN DASAR MOLEKULER
Struktur DNA (Deoxyribonucleic Acid)
Selama pembelahan sel, informasi genetik dari sebuah sel ditransfer dari sel induk
ke sel anakan. Informasi genetik ini secara kimia disebut Asam deoxiribonukleat (ADN)
atau Deoxyribonucleic acid (DNA). Secara kimiawi DNA terdiri dari 3 komponen:
1. Gula 2-deoxyribose, yaitu gula ribosa (gula penyusun RNA) yang kehilangan
atom oksigennya pada gugus karbon nomor 2 sehingga menjadi 2-deoxyribosa.
(Gambar 2).
Gambar 2. Gula penyusun DNA (kiri) dan RNA (kanan)
2. Gugus fosfat. Gugus fosfat terikat pada atom karbon ( C ) no 5 pada gugus gula
dari mononukleotida (Gambar 3).
Gambar 3. Gugus fosfat pada DNA
3. Basa nitrogen.
Basa nitrogen ada 2 macam, yaitu basa dengan 1 cincin yaitu purin
(Thimin dan Cytosine) dan basa dengan 2 cincin yaitu pirimidin (Adenine dan
Guanine). Gugus basa ini terikat pada atom C no 1 dari gugus gula (Gambar 4).
Gambar 4. Basa Purin dan Pirimidin
Ketiga komponen tersebut membentuk nukleotida (Gambar 5):
Gambar 5. Mononukleotida
Selanjutnya gugus nukleotida ini berikatan dengan gugus nukleotida lainnya
melalui ikatan fosfodiester membentuk rantai nukleotida, atau polynukleotida
(poly=banyak). Pada rantai nukleotida, atom karbon ke 3 pada cincin suatu gula (3‟OH)
dan atom karbon kelima pada gula lainnya (5‟P) akan berikatan melalui ikatan
fosfodiester. Begitu seterusnya sehingga terbentuk suatu rantai nukleotida yang panjang.
Purin Pirimidin
Pada suatu rantai nukleotida tentunya akan ada 2 ujung dari nukleotida yang tidak
berikatan atau lepas, disebut ujung 5‟ P (fosfat) atau biasa disebut ujung 5‟ saja dan ujung
3‟ OH (hidroksil) atau ujung 3‟ (Gambar 6).
Gambar 6. Rantai nukleotida
DNA berbentuk rantai ganda (double strand), artinya satu untai nukleotida akan
berikatan dengan nukleotida lain yang berhadapan, dengan arah yang berlawanan (rantai
dengan arah 53 akan berikatan dengan rantai arah 35). Ikatan tersebut terjadi
melalui ikatan antar basa-basa yang disebut ikatan hidrogen. Guanine (G) selalu
berikatan dengan Cytosine (C) yang menbentuk ikatan hidrogen rangkap 3; Adenine (A)
selalu berikatan dengan Timine (T) membentuk ikatan hidrogen rangkap 2 (Gambar 7).
Gambar 7. Ikatan hidrogen antar basa nitrogen
Jadi , orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi
nukleotida untai lainnya, yang disebut sebagai antiparalel (Gambar 8). Pada setiap
Gula
molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T). Demikian pula
jumlah guanin (G) dengan sitosin(C) selalu sama. Fenomena ini dinamakan ketentuan
Chargaff.
Gambar 8. Orientasi antipararel antara untai tunggal nukleotida
Gugus mononukleotida dalam suatu rantai polinukleotida memiliki gugus gula
dan fosfat yang sama, hanya gugus basa yang berbeda, sehingga dalam penamaan dari
urutan nukleotida, yang disebut hanya nama gugus basanya.
Pasangan rantai nukleotida ini membentuk struktur berpilin yang disebut double
helix seperti terlihat pada gambar 9 (Hasil penelitian Rosalind Franklin, James Watson
and Francis Crick pada tahun 1953). Gula-fosfat merupakan kerangka utama kedua untai
DNA, yang keduanya dihubungkan dengan ikatan hydrogen antar basa.
Gambar 9. DNA double helix
Ikatan antar basa G-C (rangkap 3) lebih kuat dibandingkan dengan A-T (rangkap
2), akan tetapi ikatan hidrogen ini bisa lepas dengan pemanasan (denaturasi) yang
menyebabkan DNA double strand (rantai ganda) bisa terurai menjadi single strand (rantai
tunggal). Iikatan fosfodiester adalah ikatan yang sangat kuat dan tidak bisa terpotong
dengan pemanasan, namun bisa terpotong oleh aktivitas enzim restriksi.
Di dalam sel, DNA dari organisme eukaryot ( tumbuhan, hewan) terdapat di
dalam inti (DNA kromosomal) dan sebagian ada pada organel seperti kloroplas dan
mitokondria (DNA ekstra kromosomal). DNA kromosomal (DNA yang berada pada
kromosom dalam inti) pada organisme eukaryot merupakan DNA yang membawa
informasi genetik. Sedangkan di dalam sel organisme prokaryot yaitu organisme yang
tidak memiliki dinding inti (seperti bakteri), maka DNA kromosomal dan DNA ekstra
kromosomal (plasmid) nya berada di dalam sitoplasma.
Replikasi DNA
Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA untai ganda. Ada 3 teori
replikasi DNA, namun yang dianggap paling mendekati adalah teori semi konservatif.
Teori semi konservatif dapat dijelaskan sebagai berikut: Replikasi terjadi diawali dengan
terpisahnya untai ganda DNA induk menjadi dua untai tunggal. Kemudian masing-
masing untai tunggal tersebut akan menjadi template untuk terbentuknya untai ganda
DNA yang baru, begitu seterusnya terjadi secara berulang, seperti terlihat pada Gambar
11.
Gambar 11. Replikasi DNA menurut teori semi konservatif
Replikasi DNA menurut teori semikonservatif dijelaskan secara rinci sebagai
berikut. Replikasi DNA diawali dengan terbentuknya garpu replikasi (replication fork)
oleh enzim helicase, sehingga DNA untai ganda terlepas menjadi dua DNA untai tunggal,
yakni DNA untai tunggal dengan arah 5‟3‟ dan DNA untai tunggal 3‟5. Keduanya
akan menjadi DNA template untuk terbentuknya DNA untai tunggal pasangannya. Basa-
basanya akan berikatan dangan basa-basa yang ada di dalam template, yang berdasarkan
aturan Chargaff, akan berpasangan hanya dengan basa lain yang merupakan
pasangannya.
Terbentuknya DNA untai tunggal pasangan DNA template tersebut terjadi dengan
bantuan enzim DNA polymerase, yang menambah panjang rantai nukleotida dengan arah
5‟3‟, sehingga terbentuknya rantai nukleotida dapat terjadi secara langsung untuk DNA
template 3‟5‟. DNA untai tunggal template dengan arah 3‟5‟ ini disebut leading
strand. Sebaliknya untuk DNA template 5‟3‟, pembentukan rantai nukleotida
pasangannya akan terputus-putus membentuk penggalan-penggalan nukleotida yang
disebut fragmen okazaki. Fragmen okazaki ini akhirnya akan tersambung menjadi satu
dengan bantuan enzim DNA ligase. DNA template dengan arah 5‟3‟ ini disebut
lagging strand (Gambar 12).
Gambar 12. Leading strand (untai 35) dan lagging strand (untai 53)
TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI
Menurut sentral dogma genetik, molekul DNA akan ditranskripsi menjadi RNA,
selanjutnya akan ditranslasi menjadi protein.
DNA dibuat transkripnya atau salinannya dalam bentuk RNA, peristiwa ini disebut
transkripsi. Molekul RNA terdiri dari gugus gula ribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen.
Bedanya dengan molekul DNA adalah terletak pada gugus gulanya, jika RNA adalah
ribosa , DNA adalah deoxyribosa; serta gugus basanya yaitu Timin ( T ) pada DNA
menjadi Urasil ( U ) pada RNA. Dengan demikian, A pada DNA akan berpasangan
dengan U pada RNA dalam proses transkripsi.
RNA adalah single strand (rantai tunggal) dan terbentuk dengan orientasi 5‟3‟,
sehingga rantai tunggal DNA dengan orientasi 3‟5‟ akan menjadi template untuk
pembentukan RNA, disebut template strand. Template strand inilah yang ditempel oleh
RNA polimerase pada saat transkripsi.. Sementara untai DNA pasangannya, yaitu yang
TRANKRIPSI TRANSLASI
DNA RNA PROTEIN
tidak menjadi template disebut sebagai coding strand (karena memiliki urutan basa yang
sama dengan RNA yang dibuat) (Gambar 13)
Pembentukan RNA dalam transkripsi ini dibantu oleh enzim RNA polymerase.
mRNA (messenger RNA) yang terbentuk melalui proses transkripsi ini selanjutnya akan
menjadi penentu asam amino yang akan terbentuk, karena jenis asam amino ini
ditentukan oleh urutan basa yang ada pada mRNA. Asam amino ini akan membentuk
polimer yang disebut polypeptida atau protein. Proses penerjemahan urutan nukleotida
yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun
suatu polipeptida atau protein ini disebut translasi.
Arah pembentukan
RNA
DNA yang ditranskripsi
Gambar 13. Transkripsi
Satu set dari 3 nukleotida yang ada pada mRNA ini mengkode satu jenis asam
amino, disebut “the genetic code” (kode genetik) atau kodon. Transfer RNA (tRNA)
adalah suatu adaptor yang memiliki antikodon (pasangan basa dari kodon yang ada pada
mRNA) untuk membentuk suatu asam amino yang spesifik dan selanjutnya dibawa ke
ribosom untuk memperpanjang rantai polypeptida yang terbentuk di ribosom. Ribosom
adalah tempat terjadinya translasi, merupakan suatu „mesin‟ untuk pembentukan
polypeptide atau protein, yang menggunakan mRNA sebagai template. Proses translasi
ini terjadi dari arah 5‟P ke 3‟OH pada mRNA.
Kode genetik atau kodon bersifat universal, artinya semua mahluk hidup
menggunakan kode genetik yang sama. Hal inilah yang membuat dimungkinkannya
transfer gen dari satu mahluk hidup yang satu ke mahluk hidup lainnya.
Pada sel organisme eukaryot dan prokaryot terdapat perbedaan pada proses
transkripsi serta translasi tersebut. Perbedaan tersebut dirangkum pada Tabel 2.
Tabel 3. Perbedaan sel organisme prokaryot dan eukaryot
Sel organisme prokaryot Sel organisme Eukaryot
Sel tidak memiliki dinding inti sehingga
tidak ada batas yang jelas antara inti dan
sitoplasma
Sel dengan dinding inti sehingga ada batas
yang jelas antara inti dan sitoplasma
DNA tidak mengandung intron,
konsekuensinya proses transkripsi hanya
berlangsung 1 tahap
DNA mengandung intron, konsekuensinya
proses transkripsi berlangsung 2 tahap.
Tahap 1 adalah pembentukan transkrip
primer RNA yang masih memiliki intron,
tahap 2 adalah proses splicing yaitu proses
penghilangan intron sehingga akhirnya
dihasilkan mRNA yang tidak memiliki
intron
Seluruh proses, yakni transkripsi dan
translasi berlangsung di dalam
sitoplasma/inti
Proses transkripsi hingga terbentuknya
mRNA berlangsung di dalam inti,
sedangkan translasi yakni perubahan
mRNA menjadi protein berlangsung di
sitoplasma
Gen dan Genom
Gen adalah urutan nukleotida atau fragmen DNA tertentu yang ada dalam
kromosom yang mengkode protein penentu karakter suatu organisme. Gen merupakan
unit pewarisan sifat dari suatu organisme hidup. Gen akan diturunkan dari suatu individu
kepada anakannya melalui reproduksi atau perbanyakan. Ekspresi dari gen dimulai saat
DNA ditanskripsi menjadi RNA, kemudian ditranslasi menjadi RNA.
Gen dari suatu organisme eukaryot terdiri dari:
- Regulatory region (sekuen regulator) : promoter, enhancer
Promoter adalah suatu sekuen DNA yang posisinya sedemikian rupa sehingga
dengan mudah dapat dikenali oleh faktor transkripsi untuk memulai proses
transkripsi ketika suatu gen ditranskripsi dan diekspresikan. Untuk memulai
transkripsi, pertama-tama polymerase mengenali dan „binds‟ (menempel) pada
suatu sekuen pada promoter region. Promoter menentukan kapan, dimana dan
berapa banyak ekspresi gen terjadi. “Strong promoter” adalah suatu promoter
kuat yang dapat dikenali dengan baik oleh faktor transkripsi dan melekat dengan
kuat padanya. Namun sebaliknya ada suatu promoter yang bersifat lemah,
sehingga dalam hal ini membutuhkan „enhancer‟ untuk mrnguatkannya.
- Coding region atau disebut Unit transkripsi yang terdiri dari Ekson, intron, dan
sisi 5‟ dan 3‟. Intron adalah sekuen DNA (yang ada pada suatu gen) yang hanya
ditranskripsi menjadi RNA awal tapi tidak menjadi mRNA dan tidak ditranslasi
menjadi peptida atau protein. Melalui proses splicing, intron dihilangkan. Ekson
adalah bagian gen yang ditranskripsi menjadi mRNA dan ditranslasi menjadi
protein.
- Domain regulasi akhir transkripsi (terminator)
Genom adalah totalitas DNA dalam suatu sel organisme. Jadi genom terdiri dari
gen dan DNA non gen. Yang termasuk DNA non-gen adalah sekuen berulang
(repeated sequences), junk DNA, inserted sequences, transposon.
REKAYASA GENETIKA TANAMAN
Rekayasa genetika tanaman adalah manipulasi genom tanaman dengan
bioteknologi. Atau dengan kata lain, pengetahuan dan metode tentang pembuatan
tanaman transgenik. Tanaman transgenik adalah tanaman yang telah disisipi gen
asing yang berasal dari mahluk hidup lainnya, bisa sesama tanaman, hewan,
ataupun bakteri.
Tujuan dari pembuatan tanaman transgenik adalah untuk mendapatkan
tanaman unggul yang lebih baik dari tanaman aslinya. Pada awal dibuatnya
tanaman transgenik sebenarnya adalah untuk mengatasi masalah pangan dunia.
Meningkatnya jumlah penduduk menyebabkan produksi pangan tidak mampu
memenuhi kebutuhan pangan mereka. Untuk meningkatkan luas areal pertanian
tidak memungkinkan karena semakin sempitnya luas lahan pertanian. Sementara
intensifikasi budidaya pertanian (melalui penggunaan pupuk kimia dan pestisida)
menimbulkan dampak buruk pada lingkungan dan dampak residu pada produk
yang membahayakan konsumen. Diketahui bahwa kehilangan produksi pertanian
sebagian besar disebabkan oleh hama, penyakit dan gulma. Dengan demikian
dilakukanlah upaya pembuatan tanaman transgenik yang tahan terhadap hama,
penyakit dan tahan terhadap herbisida. Jadi tujuan utamanya adalah peningkatan
produksi pangan.
Seiiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat sehingga
memudahkan dilakukannya metode transfer gen pada tanaman , maka mulailah
dibuat tanaman transgenik dengan kualitas yang lebih baik. Berikut adalah
beberapa contoh tanaman transgenik yang dibuat untuk peningkatan kualitas
produk.
- Padi : golden rice
- Dibuatnya tanaman transgenik golden rice ini dilatarbelakangi oleh rendahnya
kandungan nutrien pada beras dan banyaknya orang di dunia ketiga yang
mengalami defisiensi vitamin A. Tanaman transgenik padi golden rice disisipi
gen Phytoene synthase (psy) dari tanaman daffodils (bunga narsis) dan Lycopene
cyclase (crt1) dari bakteri tanah Erwinia uredovora sehingga memproduksi
enzim untuk biosintesis karotenoid (β-carotene) atau pro vitamin A dalam
endosperm.
- Tomat : buah tomat dengan storage life yang panjang (Gambar 19).
Dilatarbelakangi dengan mudahnya buah tomat menjadi lembek dan busuk
(softening and rotting) dan cepat masak (premature ripening) pada penyimpanan.
Enzim yang bertanggung jawab terhadap proses senescence adalah cellulase dan
polygalacturonase. Maka untuk mencegah terjadinya senescence produksi kedua
enzim ini harus diturunkan. Caranya yaitu dengan jalan menyisipkan antisense
gen dari gen untuk sintesis enzim cellulase dan polygalacturonase. Antisense gen
adalah cermin dari gen yang ada. Dengan demikian gen tersebut tidak dapat
diekspresikan (membuat enzim) karena proses transkripsinya terganggu karena
adanya transkrip RNA yang dihasilkan dari antisense gen.
TRANSFORMASI GENETIK PADA TANAMAN
Transformasi genetik pada tanaman adalah mentransfer gen asing yang
diperoleh dari tanaman, virus, bakteri, hewan, atau manusia pada suatu spesies
tanaman tertentu. Atau bisa juga dikatakan suatu proses untuk mendapatkan
tanaman transgenik. Gen asing yang diperoleh dari mahluk hidup tertentu
tersebut direkayasa secara molekuler sehingga bisa disisipkan ke dalam genom
tanaman. Gen asing hasil rekayasa genetika yang disipkan pada spesies tanaman
tertentu disebut transgen, sehingga tanaman yang tersisipi transgen disebut
tanaman transgenik.
Tahapan transformasi pada tanaman meliputi : Insersi transgen, integrasi
transgen ke genom tanaman dan ekspresi transgen yang terintegrasi pada genom.
Insersi transgen dapat dilakukan dengan beragam metode, diantaranya adalah :
1. Agrobacterium-mediated transformation (metode transformasi dengan bantuan
Agrobacterium)
2. Microprojectile bombardment (penembakan dengan peluru mikro)
3. Direct protoplast transformation (transformasi protoplas secara langsung)
4. Electroporation
5. Silicon carbide-mediated transformation (transformasi dengan media karbid
silikon)
Metode 1 dan 2 adalah yang paling banyak digunakan. Namun dalam bahasan
selanjutnya akan menekankan pada metode 1 yaitu transformasi menggunakan
Agrobacterium tumefaciens sebagai mediator. Metode ini memiliki kelebihan
disbanding metode lainnya, yakni relatif mudah dilakukan, biaya murah dan
transgen yang disisipkan ke genom tanaman dapat diturunkan kepada progeninya
melalui hukum Mendel. Selanjutnya setelah diinsersi ke dalam sel tanaman,
maka transgen tersebut harus benar-benar terintegrasi ke genom tanaman.
Artinya transgen benar-benar bersatu dengan DNA kromosom yang ada di dalam
inti sel. Setelah itu, DNA dari gen tersebut harus dapat ditranskripsi menjadi
mRNA, selanjutnya ditranslasi menjadi protein.
Transfer gen melalui Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri gram negatif yang secara
alamiah menginfeksi tanaman dikotil dan menyebabkan tumor pada batang
.A.tumefaciens memiliki 2 macam DNA, yakni DNA yang terletak di dalam
kromosom dan DNA plasmid yang berbentuk circular (melingkar) yang terletak di
luar kromosom. Pada saat A.tumefaciens menginfeksi sel tanaman, ada sepenggal
DNA yang ada pada plasmid tersebut yang terintegrasi dengan stabil ke genom
tanaman, kemudian terekspresi dan menyebabkan tumor. Sepenggal DNA
tersebut dikenal sebagai T-DNA (Transferred-DNA). Sedangkan plasmid yang
membawa T-DNA disebut Ti plasmid (Ti=tumor inducing). Tumor terbentuk,
karena pada T-DNA tersebut terdapat gen yang mengkode untuk pembentukan zat
pengatur tumbuh auksin dan sitokinin. Produksi dari auksin dan sitokinin ini
terjadi ketika gen diekspresikan sehingga menimbulkan bentuk fenotip tumor.

More Related Content

Similar to Bioteknologi tanaman dan penerapannya di bidang pangan

Genetika mikroorganisme
Genetika mikroorganismeGenetika mikroorganisme
Genetika mikroorganisme
Agip_mumun
 
Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1
Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1
Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1
MJM Networks
 

Similar to Bioteknologi tanaman dan penerapannya di bidang pangan (20)

Dna replication
Dna replicationDna replication
Dna replication
 
09E01864.pdf
09E01864.pdf09E01864.pdf
09E01864.pdf
 
Genetika mikroorganisme
Genetika mikroorganismeGenetika mikroorganisme
Genetika mikroorganisme
 
82776457 rekayasa-genetika
82776457 rekayasa-genetika82776457 rekayasa-genetika
82776457 rekayasa-genetika
 
PPT GENETIKA DNA REKOMBINAN.ppt
PPT GENETIKA DNA REKOMBINAN.pptPPT GENETIKA DNA REKOMBINAN.ppt
PPT GENETIKA DNA REKOMBINAN.ppt
 
PT 1&2.pptx
PT 1&2.pptxPT 1&2.pptx
PT 1&2.pptx
 
BIOINFORMATIKA.pptx
BIOINFORMATIKA.pptxBIOINFORMATIKA.pptx
BIOINFORMATIKA.pptx
 
Makalah Biologi Sel: 6. Genetika Sel (Materi Gen & Mutasi Genetik) | Kelas: 1...
Makalah Biologi Sel: 6. Genetika Sel (Materi Gen & Mutasi Genetik) | Kelas: 1...Makalah Biologi Sel: 6. Genetika Sel (Materi Gen & Mutasi Genetik) | Kelas: 1...
Makalah Biologi Sel: 6. Genetika Sel (Materi Gen & Mutasi Genetik) | Kelas: 1...
 
Soal jawab biomol
Soal jawab biomolSoal jawab biomol
Soal jawab biomol
 
Tanya Jawab Biologi Molekuler
Tanya Jawab Biologi MolekulerTanya Jawab Biologi Molekuler
Tanya Jawab Biologi Molekuler
 
Rekombinasi Genetik
Rekombinasi GenetikRekombinasi Genetik
Rekombinasi Genetik
 
Bioinformatika
BioinformatikaBioinformatika
Bioinformatika
 
Topik 3 genetika
Topik 3 genetikaTopik 3 genetika
Topik 3 genetika
 
rekayasa_genetika_Green_Fluorescent_Prot.pptx
rekayasa_genetika_Green_Fluorescent_Prot.pptxrekayasa_genetika_Green_Fluorescent_Prot.pptx
rekayasa_genetika_Green_Fluorescent_Prot.pptx
 
Biomolekul DNA & RNA
Biomolekul DNA & RNABiomolekul DNA & RNA
Biomolekul DNA & RNA
 
GENETIKA SEL |1J| Dosen: Yayuk Putri Rahayu, S.Si., M.Si | Farmasi UMN Al-Was...
GENETIKA SEL |1J| Dosen: Yayuk Putri Rahayu, S.Si., M.Si | Farmasi UMN Al-Was...GENETIKA SEL |1J| Dosen: Yayuk Putri Rahayu, S.Si., M.Si | Farmasi UMN Al-Was...
GENETIKA SEL |1J| Dosen: Yayuk Putri Rahayu, S.Si., M.Si | Farmasi UMN Al-Was...
 
Dna,
Dna,Dna,
Dna,
 
Mutia Rizqa Firdiah (25010112140145 kls B 2012) Biomol
Mutia Rizqa Firdiah (25010112140145 kls B 2012) BiomolMutia Rizqa Firdiah (25010112140145 kls B 2012) Biomol
Mutia Rizqa Firdiah (25010112140145 kls B 2012) Biomol
 
Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1
Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1
Makalah rekayasa genetika dan sistem imun 1
 
Pembahasan genetika
Pembahasan genetikaPembahasan genetika
Pembahasan genetika
 

More from ssuser4743df

ngs-mousumee-210611153338.pdf
ngs-mousumee-210611153338.pdfngs-mousumee-210611153338.pdf
ngs-mousumee-210611153338.pdf
ssuser4743df
 
Bioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology Metabolomics.pdf
Bioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology  Metabolomics.pdfBioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology  Metabolomics.pdf
Bioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology Metabolomics.pdf
ssuser4743df
 

More from ssuser4743df (20)

Dampak Bioteknologi di Bidang Pertanian.pdf
Dampak Bioteknologi di Bidang Pertanian.pdfDampak Bioteknologi di Bidang Pertanian.pdf
Dampak Bioteknologi di Bidang Pertanian.pdf
 
FISH SAUCE -Kelompok 3.pptx
FISH SAUCE -Kelompok 3.pptxFISH SAUCE -Kelompok 3.pptx
FISH SAUCE -Kelompok 3.pptx
 
6. Tane Koji and Starter Cake.pptx
6.  Tane Koji and Starter Cake.pptx6.  Tane Koji and Starter Cake.pptx
6. Tane Koji and Starter Cake.pptx
 
Tekman S2 - 05 - Sake.pptx
Tekman S2 - 05 - Sake.pptxTekman S2 - 05 - Sake.pptx
Tekman S2 - 05 - Sake.pptx
 
Dawadawa.pptx
Dawadawa.pptxDawadawa.pptx
Dawadawa.pptx
 
8 Kontrol pasca transkripsi 261114.ppt
8 Kontrol pasca transkripsi 261114.ppt8 Kontrol pasca transkripsi 261114.ppt
8 Kontrol pasca transkripsi 261114.ppt
 
ngs-mousumee-210611153338.pdf
ngs-mousumee-210611153338.pdfngs-mousumee-210611153338.pdf
ngs-mousumee-210611153338.pdf
 
7 Regulasi transkripsi.ppt
7 Regulasi transkripsi.ppt7 Regulasi transkripsi.ppt
7 Regulasi transkripsi.ppt
 
Bioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology Metabolomics.pdf
Bioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology  Metabolomics.pdfBioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology  Metabolomics.pdf
Bioinformatics Tools and Database for Olant Biotechnology Metabolomics.pdf
 
4 Str DNA Transkripsi.ppt
4 Str DNA Transkripsi.ppt4 Str DNA Transkripsi.ppt
4 Str DNA Transkripsi.ppt
 
Chapter 3 Recombinat DNA & Genomics.ppt
Chapter 3 Recombinat DNA & Genomics.pptChapter 3 Recombinat DNA & Genomics.ppt
Chapter 3 Recombinat DNA & Genomics.ppt
 
QTL Mapping, MAS and Genomic Selection
QTL Mapping, MAS and Genomic SelectionQTL Mapping, MAS and Genomic Selection
QTL Mapping, MAS and Genomic Selection
 
Kul-2d- Sterilitas.pdf
Kul-2d- Sterilitas.pdfKul-2d- Sterilitas.pdf
Kul-2d- Sterilitas.pdf
 
3 struktur fungsi protein.ppt
3 struktur fungsi protein.ppt3 struktur fungsi protein.ppt
3 struktur fungsi protein.ppt
 
Arthropoda 2.pptx
Arthropoda 2.pptxArthropoda 2.pptx
Arthropoda 2.pptx
 
5. Cultured Dairy Product.pptx
5. Cultured Dairy Product.pptx5. Cultured Dairy Product.pptx
5. Cultured Dairy Product.pptx
 
PPT Kefir.pptx
PPT Kefir.pptxPPT Kefir.pptx
PPT Kefir.pptx
 
3. Fermented Food Production.pptx
3.  Fermented Food Production.pptx3.  Fermented Food Production.pptx
3. Fermented Food Production.pptx
 
Group 1_Fermented Sausages.pptx
Group 1_Fermented Sausages.pptxGroup 1_Fermented Sausages.pptx
Group 1_Fermented Sausages.pptx
 
KUL-3 Aplikasi KJT-Regenerasi.pdf
KUL-3 Aplikasi KJT-Regenerasi.pdfKUL-3 Aplikasi KJT-Regenerasi.pdf
KUL-3 Aplikasi KJT-Regenerasi.pdf
 

Recently uploaded

Recently uploaded (8)

PERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docx
PERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docxPERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docx
PERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docx
 
Presentasi METABOLISME PROTEIN & ASAM-AMINO
Presentasi METABOLISME PROTEIN & ASAM-AMINOPresentasi METABOLISME PROTEIN & ASAM-AMINO
Presentasi METABOLISME PROTEIN & ASAM-AMINO
 
bagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampel
bagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampelbagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampel
bagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampel
 
PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...
PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...
PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...
 
MATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI ppt
MATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI pptMATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI ppt
MATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI ppt
 
Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...
Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...
Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...
 
Dana Setiawan (Paparan terkait Konstruksi Jalan )
Dana Setiawan   (Paparan terkait Konstruksi Jalan )Dana Setiawan   (Paparan terkait Konstruksi Jalan )
Dana Setiawan (Paparan terkait Konstruksi Jalan )
 
e-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdf
e-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdfe-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdf
e-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdf
 

Bioteknologi tanaman dan penerapannya di bidang pangan

  • 1. BIOTEKNOLOGI TANAMAN (BAHAN AJAR) OLEH: RINDANG DWIYANI JURUSAN AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA SEPTEMBER 2014
  • 2. BIOTEKNOLOGI PERTANIAN (AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGY) Menurut Schmid (2003), „Agricultural biotechnology‟ memiliki arti yang luas, sehingga cakupan bahasannya meliputi „animal breeding‟ (konvensional dan moderen) dan „Plant breeding‟. Aplikasi „Plant breeding‟ ( pemulian tanaman) dapat dilakukan secara konvensional, yang kita kenal dengan pemuliaan tanaman konvensional, dan dengan cara
  • 3. moderen atau dikenal dengan Bioteknologi tanaman. Bahasan berikut ini akan menjelaskan cakupan bahasan dalam ilmu bioteknologi tanaman. BIOTEKNOLOGI TANAMAN Gambar 1 memperlihatkan bahwa Bioteknologi tanaman masuk dalam ilmu Pemuliaan tanaman, namun dilakukan secara moderen. Bioteknologi tanaman meliputi Kultur Jaringan dan Rekayasa Genetika. Kultur jaringan erat kaitannya dengan rekayasa genetika, karena pengerjaan rekayasa genetika juga kebanyakan dilakukan secara in vitro di laboratorium. Selain itu, sistem regenerasi tanaman transgenik juga mebutuhkan ilmu kultur jaringan, sehingga orang yang bekerja di bidang rekayasa genetika wajib mengetahui prinsip-prinsip kerja dalam kultur jaringan. Kultur jaringan adalah metode perbanyakan secara vegetatif yang dilakukan secara in vitro, sehingga hasil akhirnya adalah klon tanaman atau yang biasa disebut somaklon (karena berasal dari sel-sel somatik). Metode perbanyakan ini dilakukan secara aseptik di laboratorium, membutuhkan bahan awal tanaman (biasa disebut eksplan) yang relatif berukuran kecil untuk menghasilkan somaklon dalam jumlah banyak dan dalam waktu yang relatif singkat. Somaklon ini memiliki karakter morfologi dan molekuler yang identik dengan induknya. Kadangkala modifikasi genetis bisa terjadi pada kultur jaringan melalui variasi somaklonal, akan tetapi hal ini bukan menjadi tujuan, meskipun variasi somaklonal ini bisa bersifat positif. PEMULIAAN TANAMAN PEMULIAAN TANAMAN KONVENSIONAL -Persilangan PEMULIAAN TANAMAN MODEREN / BIOTEKNOLOGI TANAMAN
  • 4. Gambar 1. Kerangka Ilmu Pemuliaan Tanaman Pemuliaan tanaman konvensional dan rekayasa genetika sama-sama bertujuan mendapatkan individu tanaman dengan karakter unggul yang secara genetis sudah mengalami modifikasi. Akan tetapi terdapat perbedaan antara pemuliaan tanaman konvensional dengan rekayasa genetika dalam hal modifikasi yang terjadi pada genom tanaman. Pemuliaan tanaman secara konvensional menggunakan cara persilangan untuk mendapatkan individu tanaman unggul, sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama. Sedangkan rekayasa genetika melakukan modifikasi genetis tersebut secara langsung dengan melakukan insersi gen asing (yang membawa sifat unggul yang kita inginkan) langsung ke genom tanaman. Perbedaan antara Pemuliaan tanaman secara konvensional dan Rekayasa genetika dirangkum dalam Tabel 1. Tabel 1. Perbedaan mendasar antara Pemuliaan Tanaman Konvensional dengan Rekayasa Genetika dalam melalukan modifikasi genetis Pemuliaan Tanaman Konvensional Rekayasa Genetika -Lambat -Sangat cepat -Terjadi secara alamiah -Dilakukan secara buatan dengan mengintroduksi gen baru pada tanaman sesuai dengan yang kita inginkan KULTUR JARINGAN -Mikropropagasi -Fusi protoplas -Suspensi sel - Kultur Mikrospora REKAYASA GENETIKA -Manipulasi Genom tanaman -Transfer gen asing ke genom tanaman KLON TANAMAN TANAMAN TRANSGENIK TANAMAN DENGAN KARAKTER UNGGUL
  • 5. -Modifikasi genetis terjadi secara acak -Secara terarah Bahasan selanjutnya adalah Rekayasa genetika sebagai bagian dari Bioteknologi tanaman atau Pemuliaan tanaman moderen. Kultur Jaringan tidak dibahas secara detail dalam perkuliahan ini karena merupakan mata kuliah tersendiri. Sebelum membahas mengenai Rekayasa genetika secara detail, terlebih dahulu akan dijabarkan pengetahuan dasar molekuler seperti struktur DNA, replikasi DNA, proses transkripsi dan translasi serta pengertian gen.. PENGETAHUAN DASAR MOLEKULER Struktur DNA (Deoxyribonucleic Acid) Selama pembelahan sel, informasi genetik dari sebuah sel ditransfer dari sel induk ke sel anakan. Informasi genetik ini secara kimia disebut Asam deoxiribonukleat (ADN) atau Deoxyribonucleic acid (DNA). Secara kimiawi DNA terdiri dari 3 komponen: 1. Gula 2-deoxyribose, yaitu gula ribosa (gula penyusun RNA) yang kehilangan atom oksigennya pada gugus karbon nomor 2 sehingga menjadi 2-deoxyribosa. (Gambar 2). Gambar 2. Gula penyusun DNA (kiri) dan RNA (kanan) 2. Gugus fosfat. Gugus fosfat terikat pada atom karbon ( C ) no 5 pada gugus gula dari mononukleotida (Gambar 3).
  • 6. Gambar 3. Gugus fosfat pada DNA 3. Basa nitrogen. Basa nitrogen ada 2 macam, yaitu basa dengan 1 cincin yaitu purin (Thimin dan Cytosine) dan basa dengan 2 cincin yaitu pirimidin (Adenine dan Guanine). Gugus basa ini terikat pada atom C no 1 dari gugus gula (Gambar 4). Gambar 4. Basa Purin dan Pirimidin Ketiga komponen tersebut membentuk nukleotida (Gambar 5): Gambar 5. Mononukleotida Selanjutnya gugus nukleotida ini berikatan dengan gugus nukleotida lainnya melalui ikatan fosfodiester membentuk rantai nukleotida, atau polynukleotida (poly=banyak). Pada rantai nukleotida, atom karbon ke 3 pada cincin suatu gula (3‟OH) dan atom karbon kelima pada gula lainnya (5‟P) akan berikatan melalui ikatan fosfodiester. Begitu seterusnya sehingga terbentuk suatu rantai nukleotida yang panjang. Purin Pirimidin
  • 7. Pada suatu rantai nukleotida tentunya akan ada 2 ujung dari nukleotida yang tidak berikatan atau lepas, disebut ujung 5‟ P (fosfat) atau biasa disebut ujung 5‟ saja dan ujung 3‟ OH (hidroksil) atau ujung 3‟ (Gambar 6). Gambar 6. Rantai nukleotida DNA berbentuk rantai ganda (double strand), artinya satu untai nukleotida akan berikatan dengan nukleotida lain yang berhadapan, dengan arah yang berlawanan (rantai dengan arah 53 akan berikatan dengan rantai arah 35). Ikatan tersebut terjadi melalui ikatan antar basa-basa yang disebut ikatan hidrogen. Guanine (G) selalu berikatan dengan Cytosine (C) yang menbentuk ikatan hidrogen rangkap 3; Adenine (A) selalu berikatan dengan Timine (T) membentuk ikatan hidrogen rangkap 2 (Gambar 7). Gambar 7. Ikatan hidrogen antar basa nitrogen Jadi , orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi nukleotida untai lainnya, yang disebut sebagai antiparalel (Gambar 8). Pada setiap Gula
  • 8. molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T). Demikian pula jumlah guanin (G) dengan sitosin(C) selalu sama. Fenomena ini dinamakan ketentuan Chargaff. Gambar 8. Orientasi antipararel antara untai tunggal nukleotida Gugus mononukleotida dalam suatu rantai polinukleotida memiliki gugus gula dan fosfat yang sama, hanya gugus basa yang berbeda, sehingga dalam penamaan dari urutan nukleotida, yang disebut hanya nama gugus basanya. Pasangan rantai nukleotida ini membentuk struktur berpilin yang disebut double helix seperti terlihat pada gambar 9 (Hasil penelitian Rosalind Franklin, James Watson and Francis Crick pada tahun 1953). Gula-fosfat merupakan kerangka utama kedua untai DNA, yang keduanya dihubungkan dengan ikatan hydrogen antar basa.
  • 9. Gambar 9. DNA double helix Ikatan antar basa G-C (rangkap 3) lebih kuat dibandingkan dengan A-T (rangkap 2), akan tetapi ikatan hidrogen ini bisa lepas dengan pemanasan (denaturasi) yang menyebabkan DNA double strand (rantai ganda) bisa terurai menjadi single strand (rantai tunggal). Iikatan fosfodiester adalah ikatan yang sangat kuat dan tidak bisa terpotong dengan pemanasan, namun bisa terpotong oleh aktivitas enzim restriksi. Di dalam sel, DNA dari organisme eukaryot ( tumbuhan, hewan) terdapat di dalam inti (DNA kromosomal) dan sebagian ada pada organel seperti kloroplas dan mitokondria (DNA ekstra kromosomal). DNA kromosomal (DNA yang berada pada kromosom dalam inti) pada organisme eukaryot merupakan DNA yang membawa informasi genetik. Sedangkan di dalam sel organisme prokaryot yaitu organisme yang tidak memiliki dinding inti (seperti bakteri), maka DNA kromosomal dan DNA ekstra kromosomal (plasmid) nya berada di dalam sitoplasma. Replikasi DNA Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA untai ganda. Ada 3 teori replikasi DNA, namun yang dianggap paling mendekati adalah teori semi konservatif. Teori semi konservatif dapat dijelaskan sebagai berikut: Replikasi terjadi diawali dengan
  • 10. terpisahnya untai ganda DNA induk menjadi dua untai tunggal. Kemudian masing- masing untai tunggal tersebut akan menjadi template untuk terbentuknya untai ganda DNA yang baru, begitu seterusnya terjadi secara berulang, seperti terlihat pada Gambar 11. Gambar 11. Replikasi DNA menurut teori semi konservatif Replikasi DNA menurut teori semikonservatif dijelaskan secara rinci sebagai berikut. Replikasi DNA diawali dengan terbentuknya garpu replikasi (replication fork) oleh enzim helicase, sehingga DNA untai ganda terlepas menjadi dua DNA untai tunggal, yakni DNA untai tunggal dengan arah 5‟3‟ dan DNA untai tunggal 3‟5. Keduanya akan menjadi DNA template untuk terbentuknya DNA untai tunggal pasangannya. Basa- basanya akan berikatan dangan basa-basa yang ada di dalam template, yang berdasarkan aturan Chargaff, akan berpasangan hanya dengan basa lain yang merupakan pasangannya. Terbentuknya DNA untai tunggal pasangan DNA template tersebut terjadi dengan bantuan enzim DNA polymerase, yang menambah panjang rantai nukleotida dengan arah 5‟3‟, sehingga terbentuknya rantai nukleotida dapat terjadi secara langsung untuk DNA template 3‟5‟. DNA untai tunggal template dengan arah 3‟5‟ ini disebut leading strand. Sebaliknya untuk DNA template 5‟3‟, pembentukan rantai nukleotida pasangannya akan terputus-putus membentuk penggalan-penggalan nukleotida yang
  • 11. disebut fragmen okazaki. Fragmen okazaki ini akhirnya akan tersambung menjadi satu dengan bantuan enzim DNA ligase. DNA template dengan arah 5‟3‟ ini disebut lagging strand (Gambar 12). Gambar 12. Leading strand (untai 35) dan lagging strand (untai 53) TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI Menurut sentral dogma genetik, molekul DNA akan ditranskripsi menjadi RNA, selanjutnya akan ditranslasi menjadi protein. DNA dibuat transkripnya atau salinannya dalam bentuk RNA, peristiwa ini disebut transkripsi. Molekul RNA terdiri dari gugus gula ribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen. Bedanya dengan molekul DNA adalah terletak pada gugus gulanya, jika RNA adalah ribosa , DNA adalah deoxyribosa; serta gugus basanya yaitu Timin ( T ) pada DNA menjadi Urasil ( U ) pada RNA. Dengan demikian, A pada DNA akan berpasangan dengan U pada RNA dalam proses transkripsi. RNA adalah single strand (rantai tunggal) dan terbentuk dengan orientasi 5‟3‟, sehingga rantai tunggal DNA dengan orientasi 3‟5‟ akan menjadi template untuk pembentukan RNA, disebut template strand. Template strand inilah yang ditempel oleh RNA polimerase pada saat transkripsi.. Sementara untai DNA pasangannya, yaitu yang TRANKRIPSI TRANSLASI DNA RNA PROTEIN
  • 12. tidak menjadi template disebut sebagai coding strand (karena memiliki urutan basa yang sama dengan RNA yang dibuat) (Gambar 13) Pembentukan RNA dalam transkripsi ini dibantu oleh enzim RNA polymerase. mRNA (messenger RNA) yang terbentuk melalui proses transkripsi ini selanjutnya akan menjadi penentu asam amino yang akan terbentuk, karena jenis asam amino ini ditentukan oleh urutan basa yang ada pada mRNA. Asam amino ini akan membentuk polimer yang disebut polypeptida atau protein. Proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein ini disebut translasi. Arah pembentukan RNA DNA yang ditranskripsi
  • 13. Gambar 13. Transkripsi Satu set dari 3 nukleotida yang ada pada mRNA ini mengkode satu jenis asam amino, disebut “the genetic code” (kode genetik) atau kodon. Transfer RNA (tRNA) adalah suatu adaptor yang memiliki antikodon (pasangan basa dari kodon yang ada pada mRNA) untuk membentuk suatu asam amino yang spesifik dan selanjutnya dibawa ke ribosom untuk memperpanjang rantai polypeptida yang terbentuk di ribosom. Ribosom adalah tempat terjadinya translasi, merupakan suatu „mesin‟ untuk pembentukan polypeptide atau protein, yang menggunakan mRNA sebagai template. Proses translasi ini terjadi dari arah 5‟P ke 3‟OH pada mRNA. Kode genetik atau kodon bersifat universal, artinya semua mahluk hidup menggunakan kode genetik yang sama. Hal inilah yang membuat dimungkinkannya transfer gen dari satu mahluk hidup yang satu ke mahluk hidup lainnya.
  • 14. Pada sel organisme eukaryot dan prokaryot terdapat perbedaan pada proses transkripsi serta translasi tersebut. Perbedaan tersebut dirangkum pada Tabel 2. Tabel 3. Perbedaan sel organisme prokaryot dan eukaryot Sel organisme prokaryot Sel organisme Eukaryot Sel tidak memiliki dinding inti sehingga tidak ada batas yang jelas antara inti dan sitoplasma Sel dengan dinding inti sehingga ada batas yang jelas antara inti dan sitoplasma DNA tidak mengandung intron, konsekuensinya proses transkripsi hanya berlangsung 1 tahap DNA mengandung intron, konsekuensinya proses transkripsi berlangsung 2 tahap. Tahap 1 adalah pembentukan transkrip primer RNA yang masih memiliki intron, tahap 2 adalah proses splicing yaitu proses penghilangan intron sehingga akhirnya dihasilkan mRNA yang tidak memiliki intron Seluruh proses, yakni transkripsi dan translasi berlangsung di dalam sitoplasma/inti Proses transkripsi hingga terbentuknya mRNA berlangsung di dalam inti, sedangkan translasi yakni perubahan mRNA menjadi protein berlangsung di sitoplasma Gen dan Genom Gen adalah urutan nukleotida atau fragmen DNA tertentu yang ada dalam kromosom yang mengkode protein penentu karakter suatu organisme. Gen merupakan unit pewarisan sifat dari suatu organisme hidup. Gen akan diturunkan dari suatu individu
  • 15. kepada anakannya melalui reproduksi atau perbanyakan. Ekspresi dari gen dimulai saat DNA ditanskripsi menjadi RNA, kemudian ditranslasi menjadi RNA. Gen dari suatu organisme eukaryot terdiri dari: - Regulatory region (sekuen regulator) : promoter, enhancer Promoter adalah suatu sekuen DNA yang posisinya sedemikian rupa sehingga dengan mudah dapat dikenali oleh faktor transkripsi untuk memulai proses transkripsi ketika suatu gen ditranskripsi dan diekspresikan. Untuk memulai transkripsi, pertama-tama polymerase mengenali dan „binds‟ (menempel) pada suatu sekuen pada promoter region. Promoter menentukan kapan, dimana dan berapa banyak ekspresi gen terjadi. “Strong promoter” adalah suatu promoter kuat yang dapat dikenali dengan baik oleh faktor transkripsi dan melekat dengan kuat padanya. Namun sebaliknya ada suatu promoter yang bersifat lemah, sehingga dalam hal ini membutuhkan „enhancer‟ untuk mrnguatkannya. - Coding region atau disebut Unit transkripsi yang terdiri dari Ekson, intron, dan sisi 5‟ dan 3‟. Intron adalah sekuen DNA (yang ada pada suatu gen) yang hanya ditranskripsi menjadi RNA awal tapi tidak menjadi mRNA dan tidak ditranslasi menjadi peptida atau protein. Melalui proses splicing, intron dihilangkan. Ekson adalah bagian gen yang ditranskripsi menjadi mRNA dan ditranslasi menjadi protein. - Domain regulasi akhir transkripsi (terminator) Genom adalah totalitas DNA dalam suatu sel organisme. Jadi genom terdiri dari gen dan DNA non gen. Yang termasuk DNA non-gen adalah sekuen berulang (repeated sequences), junk DNA, inserted sequences, transposon. REKAYASA GENETIKA TANAMAN Rekayasa genetika tanaman adalah manipulasi genom tanaman dengan bioteknologi. Atau dengan kata lain, pengetahuan dan metode tentang pembuatan tanaman transgenik. Tanaman transgenik adalah tanaman yang telah disisipi gen
  • 16. asing yang berasal dari mahluk hidup lainnya, bisa sesama tanaman, hewan, ataupun bakteri. Tujuan dari pembuatan tanaman transgenik adalah untuk mendapatkan tanaman unggul yang lebih baik dari tanaman aslinya. Pada awal dibuatnya tanaman transgenik sebenarnya adalah untuk mengatasi masalah pangan dunia. Meningkatnya jumlah penduduk menyebabkan produksi pangan tidak mampu memenuhi kebutuhan pangan mereka. Untuk meningkatkan luas areal pertanian tidak memungkinkan karena semakin sempitnya luas lahan pertanian. Sementara intensifikasi budidaya pertanian (melalui penggunaan pupuk kimia dan pestisida) menimbulkan dampak buruk pada lingkungan dan dampak residu pada produk yang membahayakan konsumen. Diketahui bahwa kehilangan produksi pertanian sebagian besar disebabkan oleh hama, penyakit dan gulma. Dengan demikian dilakukanlah upaya pembuatan tanaman transgenik yang tahan terhadap hama, penyakit dan tahan terhadap herbisida. Jadi tujuan utamanya adalah peningkatan produksi pangan. Seiiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat sehingga memudahkan dilakukannya metode transfer gen pada tanaman , maka mulailah dibuat tanaman transgenik dengan kualitas yang lebih baik. Berikut adalah beberapa contoh tanaman transgenik yang dibuat untuk peningkatan kualitas produk. - Padi : golden rice - Dibuatnya tanaman transgenik golden rice ini dilatarbelakangi oleh rendahnya kandungan nutrien pada beras dan banyaknya orang di dunia ketiga yang mengalami defisiensi vitamin A. Tanaman transgenik padi golden rice disisipi gen Phytoene synthase (psy) dari tanaman daffodils (bunga narsis) dan Lycopene cyclase (crt1) dari bakteri tanah Erwinia uredovora sehingga memproduksi enzim untuk biosintesis karotenoid (β-carotene) atau pro vitamin A dalam endosperm. - Tomat : buah tomat dengan storage life yang panjang (Gambar 19).
  • 17. Dilatarbelakangi dengan mudahnya buah tomat menjadi lembek dan busuk (softening and rotting) dan cepat masak (premature ripening) pada penyimpanan. Enzim yang bertanggung jawab terhadap proses senescence adalah cellulase dan polygalacturonase. Maka untuk mencegah terjadinya senescence produksi kedua enzim ini harus diturunkan. Caranya yaitu dengan jalan menyisipkan antisense gen dari gen untuk sintesis enzim cellulase dan polygalacturonase. Antisense gen adalah cermin dari gen yang ada. Dengan demikian gen tersebut tidak dapat diekspresikan (membuat enzim) karena proses transkripsinya terganggu karena adanya transkrip RNA yang dihasilkan dari antisense gen. TRANSFORMASI GENETIK PADA TANAMAN Transformasi genetik pada tanaman adalah mentransfer gen asing yang diperoleh dari tanaman, virus, bakteri, hewan, atau manusia pada suatu spesies tanaman tertentu. Atau bisa juga dikatakan suatu proses untuk mendapatkan tanaman transgenik. Gen asing yang diperoleh dari mahluk hidup tertentu tersebut direkayasa secara molekuler sehingga bisa disisipkan ke dalam genom tanaman. Gen asing hasil rekayasa genetika yang disipkan pada spesies tanaman tertentu disebut transgen, sehingga tanaman yang tersisipi transgen disebut tanaman transgenik. Tahapan transformasi pada tanaman meliputi : Insersi transgen, integrasi transgen ke genom tanaman dan ekspresi transgen yang terintegrasi pada genom. Insersi transgen dapat dilakukan dengan beragam metode, diantaranya adalah : 1. Agrobacterium-mediated transformation (metode transformasi dengan bantuan Agrobacterium) 2. Microprojectile bombardment (penembakan dengan peluru mikro) 3. Direct protoplast transformation (transformasi protoplas secara langsung) 4. Electroporation 5. Silicon carbide-mediated transformation (transformasi dengan media karbid silikon)
  • 18. Metode 1 dan 2 adalah yang paling banyak digunakan. Namun dalam bahasan selanjutnya akan menekankan pada metode 1 yaitu transformasi menggunakan Agrobacterium tumefaciens sebagai mediator. Metode ini memiliki kelebihan disbanding metode lainnya, yakni relatif mudah dilakukan, biaya murah dan transgen yang disisipkan ke genom tanaman dapat diturunkan kepada progeninya melalui hukum Mendel. Selanjutnya setelah diinsersi ke dalam sel tanaman, maka transgen tersebut harus benar-benar terintegrasi ke genom tanaman. Artinya transgen benar-benar bersatu dengan DNA kromosom yang ada di dalam inti sel. Setelah itu, DNA dari gen tersebut harus dapat ditranskripsi menjadi mRNA, selanjutnya ditranslasi menjadi protein. Transfer gen melalui Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri gram negatif yang secara alamiah menginfeksi tanaman dikotil dan menyebabkan tumor pada batang .A.tumefaciens memiliki 2 macam DNA, yakni DNA yang terletak di dalam kromosom dan DNA plasmid yang berbentuk circular (melingkar) yang terletak di luar kromosom. Pada saat A.tumefaciens menginfeksi sel tanaman, ada sepenggal DNA yang ada pada plasmid tersebut yang terintegrasi dengan stabil ke genom tanaman, kemudian terekspresi dan menyebabkan tumor. Sepenggal DNA tersebut dikenal sebagai T-DNA (Transferred-DNA). Sedangkan plasmid yang membawa T-DNA disebut Ti plasmid (Ti=tumor inducing). Tumor terbentuk, karena pada T-DNA tersebut terdapat gen yang mengkode untuk pembentukan zat pengatur tumbuh auksin dan sitokinin. Produksi dari auksin dan sitokinin ini terjadi ketika gen diekspresikan sehingga menimbulkan bentuk fenotip tumor.