Tanaman Kimera
PENYEBAB-PENYEBAB KERAGAMAN SOMAKLON
Beberapa mekanisme telah dikembangkan untuk menjelaskan keragaman genetik yang terjadi di dalam kultur jaringan. Penyebab yang paling mungkin adalah:
1. Berkurangnya kontrol pengaturan atas peristiwa-peristiwa mitosis di dalam kultur.
Status ploidi tanaman yang diregenerasikan dari kultur kalus, kultur suspensi sel atau kultur protoplas dari spesies tertentu berbeda secara signifikan, kecuali bila kultur tersebut berasal dari latar belakang genetik yang sangat homogen. Hal ini menunjukkan kurangnya pengaturan yang ketat pada kontrol yang berkaitan dengan siklus sel selama proliferasi sel di dalam kultur.
2. Penggunaan zat pengatur tumbuh. Zat pengatur tumbuh, terutama sekali auksin sintetik seperti 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) dianggap sebagai penyebab utama terjadinya keragaman genetik di dalam kultur. Menariknya, sitokinin konsentrasi rendah telah terbukti mengurangi kisaran ploidi di dalam kultur. Juga, auksin dan sitokin konsentrasi rendah nampaknya mengaktifkan pembelahan sel-sel meristematik yang stabil sitologinya, memungkinkan regenerasi plantlet yang seragam secara genetik.
3. Komponen medium lainnya. Beberapa nutrisi mineral mempengaruhi keragaman genetik di dalam kultur. Misalnya, dengan merubah konsentrasi fosfat dan nitrogen serta bentuk nitrogen di dalam medium, komposisi genetik (tingkat ploidi) dari sel-sel yang dikulturkan dapat dikendalikan pada kisaran tertentu. Suatu peningkatan dalam kerusakan kromosom telah dilaporkan pada kultur sel tanaman yang ditumbuhkan pada medium dengan magnesium atau mangan pada konsentrasi berbeda.
4. Kondisi kultur. Beberapa kondisi kultur, seperti suhu inkubasi di atas 35oC dan masa kultur yang lama, telah memperlihatkan pengaruhnya dalam menginduksi keragaman genetik pada tanaman yang diregenerasikan.
5. Ketidakstabilan genetik turunan. Sejumlah penelitian molekuler yang dilakukan akhir- akhir ini menunjukkan adanya bagian tertentu dari genom yang lebih peka terhadap perubahan struktur akibat kultur jaringan. Penyebab bagi meningkatnya kepekaan lokus genom ini, yang disebut “hot spot”, hingga kini belum diketahui.
Genom Sitoplasmik dan Keragaman Somaklon
Hanya ada beberapa contoh yang menunjukkan bahwa kultur jaringan itu sendiri menyebabkan mutasi genetik yang dapat diwariskan di dalam genom kloroplas atau mitokondria. Mutasi yang mempengaruhi mandul jantan telah ditemukan pada kultur jagung
dan tomat dan sangat mungkin bahwa DNA mitokondria telah terpengaruhi pada kedua spesies ini. Pada tanaman tembakau, sejumlah perubahan yang nyata di dalam sekuen DNA mitokondrianya terjadi pada kultur suspensi dan perubahan sekuen DNA ini telah berimplikasi pada keragaman fenotipe yang terlihat pada tanaman yang diregenerasikan.
Penyebab-penyebab Keragaman Epigenetik di dalam Kultur Jaringan
Suatu aspek penting yang harus diperhatikan pada saat ini adalah terjadinya keragaman epigenetik di dalam kultur jaringan. Seringkali, perubahan-perubahan yang diinduksi dari kultur, yang stabil namun tidak dapat diwariskan, merupakan keragaman epigenetik. Namun, pemahaman yang lebih dalam mengenai perubahan-perubahan genetik dan epigenetik di dalam kultur selama ini telah menghasilkan perbedaan yang jelas di antara kedua keragaman ini. Perubahan-perubahan genetik biasanya stabil dan dapat diwariskan. Keragaman epigenetik dapat pula menghasilkan sifat-sifat yang stabil, namun fenomena kembali lagi ke sifat asalnya dapat saja terjadi dengan laju yang tinggi di bawah kondisi yang tidak selektif. Sifat-sifat epigenetik seringkali ditransmisikan dengan stabil melalui mitosis, namun jarang melalui meiosis, dan tingkat induksi sifat-sifat epigenetik berhubungan langsung dengan tekanan seleksi yang dialami oleh sel-sel. Perubahan-perubahan epigenetik pada umumnya diasumsikan sebagai refleksi perubahan pada ekspresi bukannya pada perubahan informasi yang terkandung di dalam gen. Keragaman epigenetik yang terjadi di dalam sel-sel yang dikulturkan atau pada tanaman yang diregenerasikan terutama sekali diakibatkan oleh tiga peristiwa seluler:
1. Amplifikasi gene. 2. Metilasi DNA.
3. Peningkatan aktifitas pada elemen-elemen yang dapat ditransportasikan.
Sebagaimana halnya dengan banyak sistem hewan, sejumlah sel tanaman di dalam kultur memiliki kemampuan untuk tumbuh dan memperbanyak diri bila dihadapkan pada racun, obat-obatan, atau kondisi penghambat pertumbuhan tertentu. Belum jelas bagaimana sel-sel ini mendapatkan sifat resistensi terhadap kondisi demikian, tetapi diperkirakan bahwa amplifikasi gen merupakan mekanisme yang mungkin menimbulkan sifat resistensi ini. Sel- sel tanaman yang resisten terhadap senyawa antimetabolit seringkali memperlihatkan peningkatan jumlah atau aktifitas enzim-enzim sasaran sebagaimana dicontohkan oleh profil enzim glutamine synthetase di dalam galur sel alfalfa yang resisten terhadap phosphinothricin. Sel-sel varian epigenetik harus dihadapkan pada tekanan seleksi yang konstan untuk mempertahankan sifat-sifat resistensinya.
Pada tanaman, hampir 25 persen genom dapat dimetilasikan pada residu cytosine tetapi manfaat metilasi cytosine ini tidak begitu nyata. Dilaporkan bahwa metilasi (dan juga demetilasi) DNA adalah salah satu cara pengendalian aktifitas transkripsional dan proses ini dipengaruhi oleh proses kultur jaringan. Oleh karenanya, keragaman genetik yang tidak diwariskan yang terdapat pada berbagai sistem kultur jaringan dapat ditimbulkan oleh metilasi atau demetilasi DNA akibat kultur jaringan. Beberapa penelitian yang belakangan ini dilakukan, dengan jelas membuktikan peranan metilasi DNA dalam pengaturan organogenesis pada kultur daun tanaman Petunia dan Paulownia fortunei (Prakash dan Kumar, 1997). Tabel 9.1 menyajikan contoh-contoh modifikasi pola metilasi DNA yang terjadi di dalam kultur jaringan.
TABEL 9.1. Contoh-contoh Modifikasi Pola Metilasi DNA yang Terjadi di dalam Kultur Jaringan. Spesies tanaman Tipe kultur Regenerasi yang diperoleh Perubahan pada pola metilasi
Petunia Kultur daun Plantlet Penghambatan induksi pucuk
melibatkan hipometilasi DNA genom.
Kedele Suspensi sel Plantlet Reduksi metilasi di dalam DNA
ribosom.
Wortel Suspensi sel Embrio somatik Perubahan pada pola metilasi
DNA genom selama embriogenesis.
Pengamatan yang berkaitan dengan eksistensi unsur-unsur genetik (transposon) yang mampu berpindah-pindah di dalam genom oleh Barbara McClintock pada tahun 1940 merupakan terobosan besar dalam memahami regulasi gen (McClintock, 1984). Peningkatan besar dalam mobilitas transposon ini serta retransposon, suatu kelompok unsur genetik yang mobil, yang ditemukan jauh hari kemudian, dijumpai di dalam kultur jaringan berbagai spesies tanaman (Kumar dan Bennetzen, 1999). Misalnya, suatu penelitian yang dilaporkan oleh Groose dan Bingham (1986), hampir 25 persen Medicago sativa yang diregenerasikan memperlihatkan keragaman warna bunga, yang diperkirakan disebabkan oleh aktifitas transposon yang dipicu oleh kultur jaringan. Banyak penelitian di kemudian hari yang menyimpulkan bahwa aktifitas transposon dan retransposon yang diinduksi oleh kultur jaringan merupakan penyebab dari sejumlah keragaman genetik dan keragaman epigenetik yang dijumpai di dalam kultur.