PERANAN BIOTEKNOLOGI
DALAM BIDANG PEMULIAAN TANAMAN
Oleh
ZAHRATUL MILLAH
Fakultas Pertanian
Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
2005
B A N T E N
U
NIV ER
SIT AS
SULTAN AGENG
TIR
TA
I. Pendahuluan
Pemuliaan tanaman adalah suatu usaha perbaikan sifat tanaman yang
bergerak berdasarkan keragaman genetik dari tanaman-tanaman yang ada.
Tersedianya keragaman genetik yang luas untuk sifat-sifat yang akan
diperbaiki akan sangat menunjang efektifitas dan keberhasilan dari suatu program
pemuliaan tanaman. Untuk itulah di dalam suatu program pemuliaan tanaman,
usaha menghadirkan keragaman genetik menjadi suatu kegiatan yang vital,
terutama untuk karakter-karakter yang bersifat menunjang produktivitas hasil dan
kualitas hasil pada tanaman budidaya.
Usaha untuk menghadirkan keragaman genetik baru dapat ditempuh dengan
beberapa cara, antara lain dengan hibridisasi, baik seksual maupun somatik,
mutasi, dan rekayasa genetik dengan metode transfer gen secara langsung atau
menggunakan vektor bakteri .
Cara terakhir yaitu dengan transformasi genetik atau transfer genetik, yang
merupakan bagian dari bioteknologi, dapat dikatakan sebagai cara untuk
mengatasi problem-problem tertentu yang tidak dapat diatasi dengan mudah oleh
cara lain. Cara ini memungkinkan pemulia untuk melakukan modifikasi genetik
secara lebih leluasa dibandingkan sebelumnya.
Pada suatu persilangan seksual keseluruhan genom digabungkan secara
seimbang meskipun pemulia hanya mencoba mentransfer karakter yang
dikendalikan oleh gen tunggal. Diperlukan back crossing berulang-ulang untuk
mengeliminasi gen-gen ekstra sehingga dibutuhkan waktu yang lama untuk
menghasilkan perbaikan varietas (Fernandes dan Filho, 1993 ; Seraj, 2001).
Dengan menggunakan teknologi biologi molekuler, gen yang diinginkan
dapat dipotong dari suatu genom tanaman dan disambung ke dalam genom lain
melalui suatu eksperimen yang unik, tanpa memindahkan gen-gen yang tidak
diinginkan selama proses (Fernandes dan Filho, 1993). Dengan memanfaatkan
kemajuan bioteknologi seperti rekayasa genetik, gen-gen yang bermanfaat dari
sumber yang berbeda seperti bakteri atau spesies tanaman lain yang samasekali
tidak memiliki kekerabatan dapat diisolasi dan gen tersebut dapat dimasukkan ke
2001), sehingga tahapan yang panjang untuk back crossing dan seleksi dapat
dihilangkan.
Hal yang penting disini adalah bahwa rekayasa genetika menawarkan
kepastian karakter terseleksi yang bernilai dari organisme manapun. Dalam hal ini
terdapat relevansi yang besar bila disadari adanya potensi genetik yang luas dari
spesies tanaman liar diantara galur-galur budidaya (Tamarin, 1991 dalam
Fernandes dan Filho, 1993).
Menurut Seraj (2001) beberapa prospek untuk bioteknologi di bidang
pertanian salah satunya adalah mengintroduksikan gen-gen yang bermanfaat ke
dalam tanaman, seperti gen-gen untuk resistensi terhadap hama dan penyakit atau
untuk perbaikan nutrisi dari sumber yang berbeda, dimana sebelum era
perkembangan bioteknologi hal ini tidak memungkinkan untuk dilakukan.
II. Rekayasa Genetika dan Langkah-Langkah Utama Penerapannya
Pada konteks tanaman-tanaman yang baik untuk dibudidayakan, rekayasa
genetik biasanya memiliki arti membuat perubahan genetik khusus untuk
memperbaiki hasil, kualitas, resistensi terhadap hama dan penyakit, atau karakter
agronomi lainnya (Shaw, 1988 dalam Fernandes dan Filho, 1993).
Sebelum melakukan perubahan genetik hal penting pertama yang harus
dilakukan adalah memahami karakter yang diinginkan pada level molekular.
Ini biasanya membutuhkan isolasi dari protein tertentu dan hampir pasti
membutuhkan identifikasi dari gen khusus serta analisis mengenai bagaimana
ekspresinya dikontrol. Hal terakhir sangat krusial jika gen-gen yang akan
diintroduksi akan diekspresikan secara tepat dalam syarat-syarat dari level,
jaringan dan waktu tertentu, dan produk yang akan dituju terhadap kompartemen
subselular yang tepat (Shaw, 1988).
Suatu tipe gen tanaman dalam bentuk sederhananya difahami memiliki
tiga bagian, yaitu unit transkripsi yang mengandung sekuens DNA yang akan
disalin oleh RNA polimerase 11 untuk membentuk kopi RNA, yang mengandung
informasi genetik yang diperlukan untuk mensintesis suatu molekul protein;
promotor basal menentukan titik dimana transkripsi dimulai, dan element
promoter) menentukan responsivitas dari gen terhadap sinyal lingkungan,
fisiologikal atau fase perkembangan (Kuhlemeier, 1992 dalam Fernandes dan
Filho, 1993).
Tahap kedua, gen-gen yang diinginkan harus ditransfer dan
digabungkan ke dalam DNA sel target. Beberapa metode tersedia dan transformasi tanaman dapat dilakukan melalui transfer gen langsung atau
dimediasi melalui vektor molekul DNA atau liposom (Fernandes dan Filho,
1993).
Contoh dari tehnik transfer gen secara langsung adalah elektroporasi, fusi
protoplas, peluru biological dan mikronjeksi (Fernandes dan Filho, 1993).
Teknik ini begitu kompleks dengan tingkat kesulitan yang cukup tinggi
dan memerlukan keahlian khusus, karena itu dalam program pemuliaan tanaman
cara ini tidaklah serta merta menggantikan posisi pemuliaan tradisional melalui
persilangan konvensional, tetapi bersama-sama saling melengkapi.
III. Beberapa Penerapan Teknik Rekayasa Genetik dalam Bidang Pemuliaan Tanaman
1. Menginduksi Toleransi silang terhadap Herbisida pada Tanaman kentang
Penelitian yang dilakukan oleh Yamada, dkk (2002) ini dilakukan untuk
mendapatkan tanaman kentang yang toleran terhadap herbisida, dimana herbisida
yang masuk ke dalam jaringan tanaman dapat dimetabolis atau didegradasi oleh
suatu enzim tertentu sehingga tidak lagi bersifat toksik. Tujuan penelitian ini
adalah mengurangi polusi di lingkungan pertanian akibat residu herbisida yaitu
dengan meniadakan residu herbisida didalam tanaman budidaya.
Penelitian ini menggunakan teknik rekayasa genetika, dengan beberapa
konstruksi gen yang terdiri dari: promotor tembakau PR1a, PRT (modifikasi dari
PR1a), unit transkripsi berupa gen CYP1A1 cDNA tikus atau gen CYP1A1 cDNA
tikus ditambah gen Yeast dan terminator berupa Nos Terminator serta marker
berupa gen GUS dan NPT II. Konstruksi gen ini kemudian disisipkan ke dalam
situs ClaI dari vektor plasmid pB1121.
Gen CYP1A1 digunakan karena merupakan gen penghasil enzim yang
obat-obatan pada liver mamalia. Diharapkan dengan kontrol promotor PR1a
tembakau yang merupakan inducible promoter dengan aktivator atau pengaktif
berupa aplikasi Benzothiadizole (BTH), akan memberikan suatu mekanisme
toleransi terhadap herbisida BTH ini.
Transfer gen dilakukan dengan menggunakan vektor bakteri
Agrobacterium tumefaciens strain LB4404. Gen ditransfer ke dalam tanaman
kentang in vitro kultivar May Queen.
Identifikasi terintegrasinya transgen ke dalam tanaman kentang dilakukan
dengan dengan PCR, kemudian tanaman PCR positif dikulturkan selama 3
minggu di dalam media MS yang mengandung herbisida BTH, untuk kemudian
dilakukan seleksi untuk tanaman yang mempunyai toleransi tinggi.
Tanaman-tanaman tersebut digunakan untuk analisis lebih lanjut.
Tanaman transgenik yang diaplikaskan dengan BTH memperlihatkan
toleransi yang lebih tinggi terhadap herbisida Phenylurea, Chlortoluron dan
Metabenzthiazuron dibandingkan dengan tanaman non transgenik.
2. Induksi Resistensi Serangga pada Tanaman Kentang dan Tembakau
Penelitian yang dilakukan oleh Marcheti, dkk (2000) ini dilakukan untuk
mendapatkan tanaman kentang dan tembakau yang resisten terhadap serangga,
khususnya dari ordo Lepidoptera, dengan memasukkan gen-gen pengkode
inhibitor proteinase- serine ke dalam genom tanaman kentang dan tembakau.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari alternatif cara pengendalian hama
secara kimia (menggunakan insektisida). Pengendalian hama secara kimia
memiliki banyak kelemahan, antara lain cost yang tinggi serta mengakibatkan
polusi.
Pada penelitian ini tiga gen kacang kedelai (KTi3, C-II, dan PI-IV) yang
mengkode inhibitor proteinase Serine dipindahkan ke Agrobacterium tumefaciens
EHA 105, yang kemudian digunakan untuk mentransformasi gen tersebut ke daun
tembakau dan umbi kentang. Analisis biokimia menetapkan bahwa tanaman
transgenik mensintesis inhibitor proteinase Serine, dengan tingkat ekspresi yang
bervariasi antar tanaman.
Tingkat ketahanan terhadap serangga (yang diuji pada Spodoptera
banyak tanaman transgenik menyebabkan kematian pada seluruh larva. Pada
kentang, kematian larva lebih rendah frekuensinya, tetapi hasilnya masih tetap
memberikan harapan.
3. Peningkatan Kandungan Provitamin A (β-carotene) pada Tanaman Padi
Penelitian yang dilakukan Beyer et al. ini adalah untuk mendapatkan
tanaman padi yang mengandung provitamin A sebagai nutrisi pencegah kebutaan
pada manusia. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menyediakan nutrisi
yang bermanfaat bagi penduduk miskin untuk menghindari dari kekurangan
vitamin A (Rader, 2001; Seraj, 2001; Toenniessen, et al., 2003).
Penelitian ini menggunakan varietas Japonica yang disebut sebagai Taipei
309 (Seraj 2001). Sintesis β-carotene didapatkan dengan menambahkan hanya dua
gen yaitu daffodil phytoene synthase (psy) dan bacterial phytoene desaturase
(crtI), dengan promoter spesifik endosperma. Mannose telah digunakan sebagai
agen selektif sehingga galur baru tidak mengandung resistensi antibiotik
(Toenniessen, et al., 2003).
Untuk transformasi padi, tersedia dua metode, transformasi dengan mediasi
agrobacterium dan mikro bombardment terhadap jaringan padi oleh DNA asing
yang dilapisi partikel emas atau timah hitam (Seraj, 2001)
Galur ‘clean’ baru ini telah dikirim untuk diikutsertakan dalam program
pemuliaan di Asia, dimana akan disilangkan dengan varietas lokal yang
beradaptasi baik didaerah dimana defisiensi vitamin A masih banyak dijumpai
(Toenniessen, et al., 2003)
IV. Kesimpulan
. Tersedianya keragaman genetik yang luas untuk sifat-sifat yang akan
diperbaiki akan sangat menunjang efektifitas dan keberhasilan dari suatu program
pemuliaan tanaman
Usaha untuk menghadirkan keragaman genetik baru dapat ditempuh
dengan beberapa cara, antara lain dengan hibridisasi, baik seksual maupun
somatik, mutasi, dan rekayasa genetik dengan metode transfer gen secara
Teknologi biologi molekuler memungkinkan untuk mendapatkan
perbaikan tanaman secara lebih cepat dibandingkan dengan cara tradisional.
Rekayasa genetika menawarkan kepastian karakter terseleksi yang bernilai dari
organisme manapun sehingga dapat mengatasi endala yang mungkin dihadapi
pada persilangan konvensional.
Namun demikian melihat tingkat kompleksitas dari tahapan teknologi ini,
maka keberadaannya tidak serta merta menggantikan teknik persilangan
tradisional, melainkan posisinya sebagai komplemen atau saling melengkapi.
Pada konteks tanaman-tanaman yang baik untuk dibudidayakan, rekayasa
genetik biasanya memiliki arti membuat perubahan genetik khusus untuk
memperbaiki hasil, kualitas, resistensi terhadap hama dan penyakit, atau karakter
agronomi lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Fernandes, K. V. S., and J. X. Filho. 1993. Plant Molecular Biology and Genetic Engineering: Prospects for The Brazilian Northeast. R. Bras. Fisiol. Veg., 5(2) : 187 – 191, 1993
Marcheti, S., et al. 2000. Soybean Kunitz, C-II and PI-IV inhibitor genes confer different levels of insect resistance to tobacco and potato transgenic plant. Theor.Appl.Genet (2000) 101:519-526
Rader, C. M. 2001. A Report on Genetically Engineered Crops. Genetic Engineering in Agriculture html.
Seraj, Z. I. 2001. The Exciting Future of Biotechnology. Daily Star, edisi Selasa, 30 Januari 2001.
Toenniessen, G. H. , J.C. O’Toole dan J DeVries. 2003. Advances in Plant Biotechnology and its Adoption in Developing Countries. Current Opinion in Plant Biology 2003, 6:191-198
