Kebutuhan terhadap peningkatan produksi dan perbaikan mutu tanaman padi sangat mendesak karena pertumbuhan populasi penduduk yang tidak seimbang dengan jumlah produksi serta terjadinya perubahan iklim global dunia. Kondisi ini dapat memicu timbulnya ancaman akan krisis pangan. Oleh karena itu sebagai negara berkembang, Indonesia memerlukan teknologi baru dalam mempercepat terealisasinya peningkatan produksi dan kualitas hasil tanaman utama seperti padi. Terjadinya ketidakseimbangan antara produksi dan pertambahan jumlah penduduk memerlukan alternatif dan metode baru yang mampu mempercepat tercapainya kenaikan produksi. Beberapa teknik telah dilakukan sebelumnya, mulai dari teknik konvensional sampai era revolusi hijau, akan tetapi belum terjadi kenaikan hasil yang nyata .
Teknik rekayasa genetik merupakan salah satu dari beberapa alternatif penerapan bioteknologi pada tanaman pertanian yang bertujuan untuk
17 meningkatkan produksi dengan memperbaiki sifat ketahanan terhadap hama dan penyakit. Melalui teknologi ini diharapkan terjadi kenaikan produksi yang berkelanjutan, sehingga mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan akibat penggunaan pestisida secara berlebihan, terutama pada padi yang rentan terhadap serangan hama (Thiagarajasubramanian 2005).
Konsep awal dalam melakukan rekayasa pada tanaman adalah memindahkan sifat-sifat yang bermanfaat untuk meningkatkan kualitas dan mutu tanaman pertanian, hortikultura dan tanaman hias. Selain itu teknologi ini juga dimanfaatkan untuk memahami proses-proses biologis tertentu pada tanaman (Greenberg & Glick 1993). Teknologi rekayasa genetik memungkinkan untuk memanfaatkan sifat-sifat tanaman yang unggul baik yang berasal dari tanaman itu sendiri maupun dari spesies lain yang berbeda, sehingga memungkinkan untuk introduksi sejumlah sifat baru yang dikehendaki ke dalam tanaman budidaya seperti padi (Thomson 2000). Selain itu, sumber materi genetik dan sifat-sifat lain yang bermanfaat, telah digunakan dengan berbagai kombinasi yang berbeda untuk memenuhi kebutuhan dalam perbaikan mutu dan meningkatkan efisiensi pada pemuliaan tanaman padi (Thomson 2000; Baihaki 2002). Proses pembuatan tanaman rekayasa genetik dibandingkan dengan tanaman hasil pemuliaan konvensional, memerlukan waktu yang lebih singkat dengan kepastian sifat yang lebih akurat. Perbedaan dari kedua proses tersebut dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.
Beberapa sifat baru yang diinginkan seperti toleran terhadap kekeringan, salinitas dan rendaman, meningkatkan kualitas nutrisi tanaman (seperti kadar protein dan kadar asam amino), meningkatkan ketahanan tanaman terhadap serangan hama dan penyakit, serta memperbaiki tampilan tanaman (warna bunga, tinggi tanaman) lebih mudah dan lebih efisien dilakukan dengan teknik rekayasa genetik (Kropff & Struik 2002).
18
Sumber: Sharma et al. 2005
Gambar 3. Diagram teknologi transformasi dan teknologi konvensional Rekayasa genetik pada tanaman telah dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti; meningkatkan ketahanan tanaman terhadap serangan hama, penyakit, gulma dan herbisida; meningkatkan kandungan zat-zat gizi, mengendalikan tingkat kematangan dan masa penyimpanan setelah panen serta modifikasi genom tanaman untuk produksi bahan-bahan kimia tertentu dari tanaman tersebut (MacMahon 2000). Rekayasa genetik pada tanaman padi bertujuan untuk memperoleh tanaman tahan serangan hama dari jenis Lepidoptera dengan memanfaatkan protein Bt toxins (Brookes & Barfoot 2003). Keberhasilan teknologi ini juga telah diterapkan pada tanaman kedelai (52%), jagung (31%), kapas (12%) dan canola (5%). Sifat-sifat unggul yang paling banyak dimanfaatkan pada tanaman adalah ketahanan terhadap herbisida dan serangan hama, serta gabungan dari dua atau lebih sifat tersebut pada satu tanaman (Groote et al. 2011). Masalah utama pada tanaman padi adalah meningkatkan ketahanan tanaman
19 terhadap serangan hama dan penyakit selain perbaikan kandungan nutrisi yang juga menjadi prioritas.
Karena umumnya sel tanaman bersifal totipotensi (totipotent), yang berarti memiliki kemampuan dalam memperbanyak diri dari satu sel menjadi banyak sel.
Khususnya tanaman hasil transformasi, akan memiliki kombinasi gen baru yang juga dapat memperbanyak diri dan diturunkan pada generasi berikutnya, baik melalui bunga atau biji. Sifat yang ditambahkan tersebut harus dapat diturunkan pada generasi berikutnya (Manshardt 2004). Saat ini telah banyak tanaman pertanian hasil rekayasa genetik yang dihasilkan seperti kentang, tomat, canola, kedele, jagung, kapas dan padi.
Tanaman hasil rekayasa genetik monokotil seperti padi umumnya lebih sulit diregenerasikan bila dibandingkan dengan tanaman hasil rekayasa genetik dikotil. Tetapi karena padi merupakan tananaman pertanian utama, lebih memerlukan teknologi modern dalam perbaikan sifat untuk memperoleh kenaikan hasil yang nyata. Salah satu strategi dalam meningkatkan produksi tanaman padi adalah meningkatkan ketahanan tanaman tersebut terhadap serangan hama dan penyakit. Fungsi insektisida dalam tanaman padi dapat direkayasa secara genetik dengan mengintroduksikan gen Bt dari Bacillus thuringiensis. Selama insektisida biologis tersebut bersifat spesifik, umumnya tidak akan membahayakan terhadap manusia sebagai pangan ( Greenberg & Glick 1993).
Pada awal transformasi genetik dilakukan pada tanaman padi, telah digunakan metode transformasi secara langsung dengan metode penembakan (particle bombardment). Kemudian beberapa metode dikembangkan seperti metode PEG (Poly Ethylene Glycol) yang dapat meningkatkan jumlah kalus tahan Higromicin. Akhir-akhir ini metode Agrobacterium tumefaciens semakin banyak digunakan karena lebih efisien (Ignacimuthu et al. 2000). Metode ini dimulai dari DNA target yang disisipkan ke dalam plasmid yang mampu menginduksi tumor pada tanaman, selanjutnya plasmid ditransfer kedalam bacteria yang akan menginfeksi sel tanaman. Potongan DNA di dalam plasmid yang membawa sifat atau target gen yang diinginkan akan ditransfer ke dalam sel atau genome tanaman (Thiagarajasubramanian 2005). Transformasi dengan A tumefaciens yang memiliki sifat binary vector, telah berhasil digunakan dalam memproduksi padi
20
PRG sampai generasi kedua dengan integrasi dan ekspresi gen yang stabil (Wang et al. 2002). Penelitian terbaru pada tanaman padi PRG yang memiliki sifat ketahanan terhadap penggerek batang (Chilo agamemnon Bles.) dengan introduksi gen Bt (Cry 1la5), memperlihatkan sifat-sifat agronomi dan fenotip yang sama dengan tanaman non-PRG (kontrol) (Moghaieb 2010).
Melalui penerapan teknologi rekayasa genetik pada tanaman, aspek keamanan terhadap lingkungan dan kesehatan manusia harus menjadi prioritas utama, jika produk tersebut akan diintroduksi ke lingkungan atau dikonsumsi oleh manusia (Sharma et al. 2002). Meskipun saat ini belum ada padi hasil rekayasa genetik mengandung gen Bt yang dikomersialisasikan di Asia Tenggara (Ye et al. 2003; Chen et al. 2006; Redona 2006), tetapi pengujian di lapangan uji terbatas telah dilakukan di China sejak tahun 1997 - 1998 untuk padi tahan serangan hama penggerek batang dan ulat penggulung daun. Sampai tahun 2001 pengujian keamanan lingkungan untuk padi hasil rekayasa genetik yang membawa sifat ketahanan terhadap hama dan penyakit telah dikembangkan di lapangan uji terbatas. Hasil penelitian di lapangan uji terbatas, yang ditanam pada kondisi serangan alami, dapat menghasilkan produksi 28,9% lebih tinggi dibandingkan dengan padi non - Bt (Tu et al. 2000).
Status penelitian rekayasa genetik di Indonesia telah dimulai sejak tahun 1990-an. Penelitian yang tadinya masih di laboratorium dan rumah kaca khusus untuk tanaman hasil rekayasa genetik di FUT, saat ini telah sampai pada tahap pengujian di LUT untuk mengetahui kemungkinan dampaknya terhadap lingkungan terbatas (Herman 2009). Salah satu tanaman PRG hasil penelitian dalam negeri yang telah memperoleh pengakuan keamanan lingkungan adalah tanaman tebu PRG dari PT Perkebunan Nusantara XI (Balai Kliring Keamanan Hayati Indonesia 2010).
Penelitian Padi Bt PRG, yang mengandung gen Cry IA(b) tahan terhadap penggerek batang yang dilakukan di Puslit Bioteknologi LIPI sejak tahun 1996 telah diuji di LUT untuk mengetahui kemungkinan dampak negatifnya terhadap lingkungan, tetapi benih hasil pengujian untuk mengetahui apakah terjadi persilangan dengan tanaman Padi non-Bt belum diketahui hasilnya, oleh karena itu perlu dilakukan pengujian dengan seleksi Higromisin dan analisis PCR
21 (Polymerase Chain Reaction) terhadap semua benih yang telah ditanam pada jarak yang berbeda-beda sebagai perlakukan sebelumnya. Penelitian tanaman PRG di LUT harus melalui prosedur pengajuan izin kepada Kementerian Lingkungan Hidup melalui Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Kementerian Pertanian. Seperti yang dinyatakan oleh Hilbeck & Andow (2004) bahwa sebelum komersialisasi, tanaman PRG harus dilakukan pengujian keamanan lingkungan terlebih dulu untuk mengetahui dampaknya terhadap lingkungan tempat tumbuh yang dikategorikan pada mahkluk hidup yang berada di atas permukaan tanah dan di bawah permukaan tanah seperti serangga non target, musuh alami, mikroba tanah dan aktivitas enzim tanah.
China adalah negara kedua setelah Iran yang telah mengeluarkan keputusan keamanan lingkungan (environmental safety) pada Padi Bt PRG. China melakukan pengujian keamanan lingkungan di LUT pada tahun 1997 sampai 1998. Meskipun sampai saat ini belum ada varietas Padi Bt yang siap dipasarkan kepada petani (Marfä et al. 2002; Huang et al. 2007) namun melalui teknologi DNA, Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI, juga telah berhasil melakukan introduksi gen Cry IA(b) yang berasal dari bakteri Bacillus thuringiensis ke dalam genom padi kultivar Rojolele. Gen ini menghasilkan kristal protein yang bersifat toksik terhadap serangga lepidoptera, namun tidak berbahaya bagi kesehatan manusia (Bravo et al. 2011).