Kromosom Raksasa pada Drosophila melanogaster
LAPORAN PRAKTIKUM
UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH Genetika 1
yang dibimbing oleh Prof. Dr. Hj. Siti Zubaidah, M.Pd dan Andik Wijayanto, S.Si, M.Si
Oleh: Kelompok 11
Offering C
Iqbal Bilgrami B. (150341606676) Nurul Ma’rifah (150341601660)
The Learning University
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI
A. JUDUL
Kromosom Raksasa pada Drosophila melanogaster B. TUJUAN
1. Mengetahui bentuk dan letak kelenjar ludah Drosophila melanogaster
2. Mengetahui dan memahami struktur kromosom politen Drosophila melanogaster 3. Mengetahui dan memahami bagian-bagian pada kromosom politen Drosophila
melanogaster
4. Mengetahui dan memahami perbedaan kromosom politen dengan kromosom biasa C. RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana bentukdan letak kelenjar ludah Drosophila melanogaster? 2. Bagaimana struktur kromosom politen Drosophila melanogaster?
3. Apa saja bagian-bagian pada kromosom politen Drosophila melanogaster? 4. Apa saja perbedaan kromosom politen dengan kromsom lainnya?
D. DASAR TEORI
Kromosom polytene raksasa ditemukan pada berbagai jaringan (ludah, midgut, rektum, dan tubulus ekskretoris Malphigi) di larva beberapa lalat, serta di beberapa spesies protozoa dan tanaman. Kromosom polytene pertama kali diamati oleh E. G. Balbiani pada tahun 1881 (Klug, 2012). Beberapa lalat dewasa juga memiliki kromosom politen pada sel-sel di telapak kakinya. Dua kelompok serangga seperti Collembola dan jangkrik memiliki sel yang mengandung kromosom dengan ukuran besar seperti kromosom politen. Kromosom dengan penampilan serupa juga terjadi pada tahap pengembangan makronukleus protozoa dan di embrio tangkai pada tanaman berbunga (Wolfe 1993).Pada kelenjar ludah dari lalat buah, kromosom homolog bersinaps dan kemudian mereplikasi membuat sekitar seribu eksemplar, membentuk struktur yang sangat tebal dengan pola yang khas dari bands yang disebut chromomeres.
Siklus sel yang normal berlangsung melalui fase G1, S, G2, dan fase mitosis. Fase G1 merupakan fase pertumbuhan. Fase S merupakan fase replikasi DNA. Fase G2 merupakan fase persiapan menuju fase mitotic (Reece et al, 2010). Pada sel kelenjar saliva terjadi pengecualian pada yaitu fase mitotisnya tidak dilalui setelah fase S, sehingga menyebabkan terjadinya replikasi DNA secara terus menerus. Hal tersebut menyebabkan penggandaan rantai untai kromosom homolog yang saling bersinapsis dan membentuk kromosom politen dengan ukuran yang sangat besar disertai lengan kromosom yang banyak (Wilkins et al. 1993).
Drosophila melanogaster memiliki kromosom politen untuk memenuhi kebutuhan sel pada larva yang membutuhkan banyak protein (Fairbanks & Andersen 1999). Protein tersebut digunakan untuk melanjutkan pertumbuhan Drosophila melanogaster menjadi lalat dewasa (Suryo 1995: 78). Kromosom politen mengandung banyak sekali salinan molekul DNA yang telah direplikasi beberapa kali sehingga memberikan salinan tambahan DNA untuk transkripsi dan produksi protein semakin banyak (Fairbanks & Andersen 1999: 308).
E. ALAT & BAHAN 1. Alat : a. Kacabenda b. Kacapenutup c. Mikroskopcahaya d. Mikroskop stereo e. Jarum pentul f. Pipet 2. Bahan :
a. Larva Drosophila melanogaster instar III b. Larutan NaCl 0,9 %
c. Larutan FAA d. Acetokarmin
G. DATA HASIL PENGAMATAN No
.
1 Kelenjar Saliva A. Kelenjar saliva 2. Sumber : Tyler.2012 Diagram skematik larva Drosophila melanogasterinstar III
3.
Sumber : Klug,2012
Kromosom Polytene
H. ANALISIS DATA
Pada praktikum kali ini digunakan kelenjar saliva yang berwarna bening dengan bentuk seperti ginjal sebagai bahan utama pengamatan kromosom raksasa dari larva Drosophila melanogaster instar III. Pengambilan kelenjar ludah dilakukan dengan cara membedah larva instar III menggunakan 2 jarum pentul yang ditancapkan pada bagian kepala dan badan larva. Kelenjar ludah tersebut kemudian di tetesi dengan larutan FAA sehingga berwarna putih dan ditetesi asetokarmin dan ditunggu selama 1 menit lalu diamati dibawah mikroskop cahaya. Pada praktikum kami tidak menemukan adanya kromosom raksasa yang dimaksud, tetapi menurut literatur kromosom polytene memiliki lima lengan panjang dan satu lengan pendek. Lengan tersebut terdiri atas lengan terpanjang yaitu kromosom X, sepasang lengan 2, sepasang lengan 3, dan satu lengan 4. Lengan 2 diberi notasi 2R (right arm) dan 2L (left arm). Lengan 3 diberi notasi 3R (right arm) dan 3L (left arm). Kromosom X, 2R, 2L, 3R, dan 3L mengalami duplikasi sebanyak 20 kali. Kromosom 4 sulit dibedakan karena ukurannya sangat kecil.
I. PEMBAHASAN
Pada praktikum pengamatan kromosom politen Drosophila melonogaster digunakan kelenjar ludah drosophila dalam tahap larva instar iii. Kromosom politen sebenarnya tidak hanya ditemukan pada kelenjar ludah Drosophila melanogaster, menurut Tyler (2000) Pada tahap larva, sel-sel drosophila tidak bertumbuh dengan mitosis melainkan dengan penggandaan kromatin dan peningkatan ukuran sel, hanya beberapa bagian organ yang melakukan mitosis yakni: imaginal disc, histoblast, dan gonad. Pemilihan bagian kelenjar ludah menurut Tyler (2012) dikarenakan bagian ini lembut dan mudah dihancurkan serta mengandung sel yang lebar dengan kromosom politen yang besar. Menurut Zhimulev dan Koryakov (2009) Pada kelenjar ludah larva Drosophila melanogaster, derajat kromosom politen (C) sebesar 1024-2048 (bereplikasi minimal 10 kali), sedangkan pada midgut 512-1024 (bereplikasi minimal 9 kali), dan pada kelenjar protoraks sebesar 64-512 (bereplikasi minimal 8 kali). Tyler (2012) menambahkan pertumbuhan organ tubuh yang lebih pesat pada larva instar 3 dan tubuh larva instar 3 transparan, memudahkan proses isolasi kromosom politen pada kelenjar ludah. Kelenjar ludah larva instar 3 berjumlah sepasang berbentuk seperti ginjal bening dan berada di bagian anterior tubuh larva seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 1. Bentuk Skematis Larva Instar 3 Drosophila melanogaster (Sumber: Tyler, 2012)
Pada praktikum, proses pertama adalah pemisahan kelenjar ludah, larva instar 3 Drosophila melanogaster ditetesi dengan cairan garam NaCl 0,9% yang bersifat isotonis pada sel-sel larva. Selanjutnya dilakukan fiksasi menggunakan larutan FAA dan kelenjar ludah mengalami perubahan warna dari transparan menjadi putih yang menurut Elgin (1991), tujuan fiksasi adalah mengakomodasi peregangan kromosom sehingga terdapat resolusi yang tinggi dari banding structure yang merupakan bagian kromosom politen. Selanjutnya diberi setetes Asetocarmin yang merupakan pewarna kromosom (Tonzetich, 2004) lalu memencet sediaan kelenjar ludah yang ditutup oleh kaca benda.
Saat dilakukan pengamatan menggunakan mikroskop pada preparat tersebut tidak ditemukan kromosom politen pada jaringan kelenjar ludah Drosophila melanogaster, hal ini bertentangan dengan pendapat Kimball (1990), yang menyatakan kromosom raksasa merupakan kromosom interfase yang memiliki ukuran lebih panjang (100 kali) daripada kromosom metaphase sehingga dapat dilihat (pada fase interfase) dimana pada kondisi tersebut semua kromosom lain tidak terlihat. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain: (1) pemilihan larva instar 3 yang salah, menurut Tyler (2012), larva instar 3 tumbuh pada waktu 3 hari setelah terjadinya fertilisasi (suhu 25ºC), dan memiliki ukuran tubuh paling besar dan merangkak naik pada bagian botol kultur. (2) Kurang kuatnya penekanan pada sediaan, menurut Tyler (2012), penekanan yang baik akan membuka membran sel dan mampu melebarkan lengan-lengan kromosom.
Kromosom politen merupakan kromosom berukuran raksasa relatif terhadap ukuran kromosom pada umumnya saat waktu interfase. Struktur kromosom politen dibagi menjadi tiga bagian, yaitu band, interband, puff, dan chromocenter (Pierce 2004). Selain itu kromosom raksasa hanya mengalami 2 fase sel yakni fase S dan fase G (Wilkins et al., 1993). Pembentukan kromosom raksasa karena terjadi replikasi kromosom berulang hingga 10 kali tanpa pembelahan sel (endomitosis) dan menghasilkan seikat kromosom yang pararel. Sebelum pembentukan kromosom politen, sel Drosophila melanogaster yang bersifat diploid (mengandung 2 set kromosom yang masing-masing tersusun atas 4 kromosom), saat bereplikasi, 4 kromosom tersebut saling menyatu/agregasi membentuk satu kromosom politen dengan banyak lengan melalui endoreplikasi. Bagian tengah tempat kromosom beragregasi disebut chemocenter seperti yang terlihat pada gambar 2. Lengan kromosom raksasa terdiri atas satu kromosom X, sepasang lengan 2, sepasang lengan 3, dan satu lengan 4. Lengan 2 diberi notasi 2R (right arm) dan 2L (left arm). Lengan 3 diberi notasi 3R (right arm) dan 3L (left arm). Kromosom X dan
lengan 4 tersusun secara telosentrik, sedangkan kromosom lengan 2 dan lengan tiga tersusun metasentrik (Tyagi, 2009). Menurut Kimball (1990), Jumlah pita pada kromosom raksasa dapat digolongkan menjadi 537 pita untuk kromosom X, 1032 pita pada kromosom kedua, 1047 pita pada kromosom ketiga, dan 34 pita pada kromosom keempat. Sehingga total pita adalah 2650 untuk satu genome. Pada beberapa penelitian lain disebutkan bahwa jumlah pitanya adalah 3286.
Gambar 2. Kromosom Raksasa Drosophila melanogaster (Sumber: Alberts et al., 2002 {atas}, Klug,2012 {bawah})
Bagian band merupakan heterokromatin yang berwarna gelap karena berisi DNA yang terpadatkan, heterokromatin tidak aktif dalam melakukan transkripsi. Sementara bagian interband atau eukromatin adalah bagian yang tidak terkondensasi dan terlihat berwarna terang. Hal tersebut terjadi karena eukromatin tidak mengalami pemadatan. Eukromatin mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi sehingga menjadi bagian yang aktif dalam melakukan replikasi (Klug, 2012). Pada saat tertentu, misalnya, setelah diberi perlakuan kejut suhu, juga terdapat bagian yang terdifusi yang disebut puffs/balbioni ring (Lihat gambar 3) yang merupakan daerah yang secara aktif melakukan transkripsi. Tahap spesifik dari bentuk puffs ini muncul pada kondisi perkembangan tertentu seperti saat molting. Hormon edikson yang disekresi kelenjar protoraks serangga bertambah bersamaan dengan perubahan ola puffs, molting bisa jadi berkaitan dengan sequencial transcription pada sekuens kromosom politen.
Gambar 3. Puffs pada kromosom politen Drosophila melanogaster (Sumber: Tamarin, 2001)
J. DISKUSI
1. Bagaimana kenampakan kromosom raksasa?
Kromosom raksasa berukuran besar, memiliki lengan kromosom berjumlah 4 yang bentuknya linear dan berkumpul dalam cromocenter, pada tiap lengan kromosom terlihat struktur garis-garis yang membentuk pita terang dan pita gelap, selain itu, terdapat struktur yang tidak kompak dan melebar atau menggelembung yang disebut dengan puff.
2. Apakah makna pita terang dan pita gelap ditinjau dari struktur dan fungsinya? Menurut strukturnya, pita gelap berisi DNA yang terpadatkan, dan pita terang tidak adalah bagian yang tidak terkondensasi dan terlihat berwarna terang karena tidak mengalami pemadatan. Ditinjau dari fungsinya, bagian pita gelap aktif dalam melakukan transkripsi, sementara bagian mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi sehingga menjadi bagian pita terang yang aktif dalam melakukan replikasi.
3. Selain pada Drosophila melanogaster kromosom raksasa ditemukan dimana saja? Kromosom polytene raksasa ditemukan pada berbagai makhluk hidupyakni: di larva beberapa lalat, protozoa dan tanaman, sel telapak kaki lalat dewasa,serta insecta seperti Collembola dan jangkrik.
4. Apa fungsi kromosom raksasa?
Kromosom politen mengandung banyak sekali salinan molekul DNA yang telah direplikasi beberapa kali sehingga memberikan salinan tambahan DNA untuk transkripsi sehingga banyak protein yang dihasilkan. Kromosom politen sangat penting untuk proses perkembangan seperti molting.
5. Bagaimana ukuran kromosom raksasa?
Ukuran kromosom raksasa 100 lebih besar disbanding kromosom biasa saat tahap interfase, hal ini karena, terjadi endomitosis (replikasi kromosom tanpa diikuti pembelahan sel) dan pembesaran sel. Sedangkan ukuran total pita adalah 2650 untuk satu genome. Pada beberapa penelitian lain disebutkan bahwa jumlah pitanya adalah 3286.
K. KESIMPULAN
1. Kelenjar ludah arva instar 3 Drosophila melanogaster berbentuk seperti ginjal dan berjumlah sepasang terletak diantara bagian anterior tubuh larva.
2. Struktur kromosom politen Drosophila melanogaster berbentuk seperti pita yang terdiri atas empat lengan (X, 4, 2R dan 2L, serta 3L dan 3R) dan beragregasi pada bagian cromocenter
3. Bagian-bagian pada kromosom politen Drosophila melanogaster terdiri atas band, interband, cromocenter dan puff
4. Kromosom biasa mengalami siklus sel G1, S, G2, dan fase mitosis, sedangkan kromosom politen hanya mengalami fase G1, S dan G2 (endomitosis). Kromosom politen ukurannya besar, 10 kali dibandingkan kromosom biasa saat waktu interfase. Kromosom politen juga memiliki cromocenter sebagai daerah agregasi lengan-lengan kromosomnya. L. SARAN
1. Dalam melakukan praktikum, praktikan harus memperhatikan setiap detail prosedur sehingga hasil yang didapatkan akan maksimal dan tepat.
M. DAFTAR RUJUKAN
Alberts, Bruce: Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. 2012. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. USA: Garland Sciences
B. P. Kaufman, 1939 “Induced Chromosome Rearrangements in Drosophila melanogaster,” Journalof Heredity, 30:178–90
Elgin, S. C. 1991.Functional Organization of The Nucleus : A Laboratory Guide. SanDieogo : Academic Press Inc.
Fairbanks, D.J. & W.R. Andersen. 1999. Genetics: The Continuity of Life. California : Brooks/Cole Publishing Company
Kimball, John W. 1990. Biologi. Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.
Klug, W.S et al. 2012 . Concepts of geneticsTenth Edition.California: Pearson Education, Inc
Pierce, B.A. 2004. Genetics: a Conceptual Approach 2nd. New York: W.H Freeman Publishing
Reece et al. 2010.Campbell Biology Tenth Edition. USA : Pearson Education, Inc Tamarin. 2001. Principles of Genetics, Seventh Edition.USA : The McGraw−Hill
Companies
Tonzetich, J. 2004. Orcein Staining and The Identification of Polytene
Chromosome. Methods Mol Biol. 47 (24) : 9-16.[10] Manhattan. 2007. Aceto Orcein Staining .
http://www.kstate.edu/wgrc/protocols/cytogenetics/aetoorcein.html. (diakses 21 Maret 2017 )
Tyagi, Rajiv. 2009. Understanding Genetics. New Delhi: Discovery Publishing House Tyler, Mary S. 2012 . Developmental Biology,A Guide for Experimental Study.
Sunderland : Sinauer Associates
Wilkins, Adam. 1993. Genetic Analysis of Animal Development, 2nd ed. New York : Willey-Liss, Inc
Wolfe, S.L. 1993. Molecular and Cellular Biology. California: Wadsworth, Inc
Zhimulev and Koryakov. 2009. Polytene Chromosomes. ELS: Genetics and Molecular Biology. DOI: 10.1002/9780470015902.a0001183.pub2. (diakses 21 Maret 2017)
