1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kerang darah Anadara granosa merupakan bivalvia filter feeder dari famili Arcidae, yang mendiami perairan intertidal dengan substrat pasir berlempung. Kerang darah dimanfaatkan secara komersial karena nilai ekonomisnya yang tinggi, harganya mencapai dua sampai tiga kali harga kerang lainnya. Penyebaran geografis hewan ini meliputi Red Sea, New Caledonia, China, Jepang, Vietnam, Thailand, Filipina, Laut China Selatan, Indonesia, perairan Pasifik bagian Barat, dan Australia (Nurdin et al. 2006). Menurut Tang et al. (2009), penyebarannya di perairan Indonesia meliputi pesisir Sumatera bagian Barat, Selat Malaka, Pantai Utara Jawa, Pantai Timur Jawa, Bali, Nusa Tenggara, Kalimantan, Sulawesi Selatan, Sulawesi Utara, Maluku, dan Papua. Perairan pesisir Banten seperti Teluk Banten, Bojonegara dan Teluk Lada, Panimbang merupakan daerah yang potensial bagi perkembangan hidup kerang darah Anadara granosa. Baik Panimbang maupun Bojonegara telah lama menjadi daerah pemasok stok induk kerang darah untuk kegiatan pembesaran di perairan Teluk Jakarta dan Cirebon. Panimbang direncanakan menjadi sentra kekerangan untuk wilayah pulau Jawa, khususnya Jawa bagian barat (Lubayasari 2010).
Teluk Banten merupakan perairan semi tertutup yang menghadap Pantai Utara Jawa dan di sana sejak lama telah berdiri berbagai industri, seperti pabrik plastik, industri perakitan kapal, stockpile batu bara, industri kerajinan, dan kegiatan antropogenik lainnya. Kegiatan-kegiatan tersebut menghasilkan limbah yang masuk ke dalam perairan dan selanjutnya dapat mengganggu keseimbangan ekosistem. Perairan Teluk Lada secara geografis merupakan perairan pesisir yang terbuka ke arah Selat Sunda. Kegiatan antropogenik di sekitar perairan tersebut diantaranya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang dioperasikan secara resmi sejak tahun 2009, perkebunan kelapa, pemukiman penduduk, dan kegiatan lainnya. PLTU yang berbahan bakar batu bara merupakan sumber cemaran bagi perairan sekitarnya. Bahan pencemar yang paling nyata terdeteksi di kedua perairan tersebut adalah logam berat, terutama merkuri (Setyobudiandi 2004; Muawannah et al. 2005).
Gangguan lingkungan seperti kontaminasi logam berat memberikan respon yang negatif berupa stres bagi organisme. Berbagai logam berat yang dapat membahayakan adalah merkuri, kadmium, timbal, arsenik, tembaga, nikel, dan kromium. Merkuri merupakan logam berat yang paling berbahaya dengan daya penyebarannya yang luas dan bersifat ubiquitous. Sebagai bahan kimia, merkuri dihasilkan secara alami dan tidak dapat dihancurkan. Walaupun dengan konsentrasi yang rendah, merkuri bersifat toksik. Sumber utama kontaminasi merkuri di perairan adalah deposisi atmosfer, sumber erosi, limbah pertanian, pertambangan, dan limbah industri (Navarro et al. 2012). Substrat yang terkontaminasi di dasar perairan dapat berperan sebagai reservoir merkuri, dan merkuri yang terjerat dalam substrat dapat terlepas kembali ke dalam kolom air setelah puluhan tahun (US-EPA 1997). Jalur masuknya merkuri ke dalam tubuh hewan bivalvia adalah melalui filtrasi, dan jaringan yang terlibat dalam proses ini
adalah mantel, kelenjar pencernaan, dan insang. Tingkat akumulasi tertinggi paling banyak ditemukan di dalam insang (Arockia et al. 2012). Menurut Sreekala (1993), kondisi histopathologi insang bivalvia dapat menjadi bioindikator bagi pencemaran logam berat merkuri dan kadmium.
Selain cemaran yang berasal dari kegiatan antropogenik, faktor alami juga menjadi tantangan bagi hewan-hewan intetidal seperti kerang darah. Fenomena pasang surut di perairan intertidal seperti Bojonegara dan Panimbang secara signifikan menyebabkan perubahan suhu, salinitas, dan konsentrasi bahan-bahan organik dan anorganik. Kerang darah akan merespon terhadap tantangan lingkungan yang demikian, untuk tetap dapat mempertahankan kelangsungan hidup dan bereproduksi. Jenis respon yang dilakukan tergantung dari sifat organisme tersebut. Bagi organisme kerang darah yang bersifat sessile, menurut Evans & Hofmann (2012), akan melakukan strategi penyesuaian dan adaptasi sebagai respon terhadap lingkungan. Pertama, melakukan perubahan biokimia dan fisiologis sebagai alat untuk menyesuaikan diri dengan adanya lingkungan. Kedua, melakukan strategi adaptasi dengan perubahan genetik untuk jangka waktu yang panjang. Perubahan-perubahan tersebut merupakan dasar untuk terjadinya plastisitas fenotip dalam rangka penyesuaian terhadap lingkungan.
Menurut Sultan (1987), Schlichting & Smith (2002), Pigliucci et al. (2006), DeWitt & Scheiner (2004), plastisitas fenotip merupakan keragaman ekspresi fenotipik, seperti perubahan biokimia, ekspresi gen, fisiologis, tingkah laku, dan morfologi, yang dikembangkan oleh satu genotip sebagai respon terhadap kondisi lingkungan. Individu-individu yang dapat melakukan ekspresi fenotip yang beragam, adalah individu-individu yang mempunyai potensi plastisitas fenotipik (Bradshaw 1965; Sultan 1987; Pigliucci et al. 2006). Respon plastis berperan penting untuk kelangsungan hidup dan bereproduksi demi mempertahankan populasi dalam menghadapi tekanan lingkungan (Price et al. 2003). Menurut Waddington (1953), karakter baru dari suatu fenotip yang merespon perubahan lingkungan akan bersifat stabil dan diturunkan kepada generasi berikutnya melalui proses seleksi. Munculnya galur baru yang sedikit berbeda dari moyangnya merupakan respon aktif terhadap perubahan lingkungan dan hasil seleksi dari genotip yang plastis (Frankham et al. 2002)
Keragaman fenotipik secara spasial merupakan hasil plastisitas yang terjadi pada saat perkembangan (developmental plasticity) (Luttikhuizen et al 2003). Bagi bivalvia seperti kerang darah, plastisitas perkembangan terjadi pada fase spat (pasca larva) yang merupakan fase kritis untuk penentuan dalam perkembangan selanjutnya. Pada fase ini spat kerang darah melakukan penyesuaian fenotip terhadap habitat yang cocok, untuk kelangsungan hidup dan perkembang biakannya.
Keragaman ekspresi fenotip sebagai reaksi terhadap fluktuasi lingkungan dapat ditelusuri dengan menganalisis respon stres seluler (celluler stress response, CSR). Semua sel akan berespon terhadap perubahan lingkungan yang menstimulasi stres dengan menginduksi sekumpulan protein yang berfungsi untuk mencegah dan memperbaiki kerusakan molekuler (Evans & Hofmann 2012). Pada saat terjadi stres yang distimulasi oleh faktor eksternal, protein yang menjadi peletak dasar plastisitas fenotip akan mengalami denaturasi dan agregasi. Menurut Wang et al. (2004), denaturasi dan agrerasi protein dapat dicegah dengan mengaktifkan gen yang mengendalikan CSR. Beberapa gen yang telah
teridentifikasi sebagai bagian dari kelompok CSR dan memiliki kemampuan mengembangkan multi genotip dalam merespon fluktuasi lingkungan, diantaranya adalah famili gen Plasticity Related Gene (PRG) (Savaskan et al. 2004; Brogini et al. 2010), famili gen heat shock protein (Hsp) (Favatier et al. 1997), dan family gen Mitogene Activated Protein Kinase (MAPK) (Pearson et al. 2001). Gen Hsp telah dijadikan marka molekuler untuk mendiagnosis sensitivitas organisme terhadap berbagai faktor abiotik (Hofmann 1999, 2005; Hofmann et al. 2000; Hamdoun et al. 2003).
Pendekatan fisiologis sejak lama telah digunakan untuk memahami plastisitas fenotipik dan batas toleransi suatu organisme terhadap kondisi lingkungan. Beberapa tahun terakhir ini, paradigma ilmu pengetahuan untuk mempelajari respon organisme telah berubah ke arah molekuler. Ekspresi gen telah banyak dimanfaatkan untuk mempelajari stres yang distimulasi oleh lingkungan abiotik. Keuntungan dari pendekatan ekspresi gen ini sudah jelas, dengan alasan bahwa ekspresi gen yang dimanipulasi oleh lingkungan merupakan salah satu respon yang cepat dan adaptif bagi organisme yang mengalami stres (Evans & Hofmann 2012). Kelompok gen yang terekspresi pada saat stres merupakan kelompok stress protein gene. Famili gen heat shock protein (Hsp) adalah salah satu gen yang diaktivasi pada kondisi stres maupun normal yang berfungsi sebagai molecular chaperone dan chaperonin. Salah satu anggota dari famili gen Hsp adalah Hsp70, yang berfungsi untuk mencegah terjadinya denaturasi protein, agregasi protein yang rusak di dalam sel, membantu mengembalikan struktur protein yang rusak, sedangkan dalam kondisi normal Hsp70 membantu pelipatan dan penempatan protein (Lindquist 1986; Parsell & Lindquist 1993; Feder dan Hofmann 1999; Wang et al. 2004). Gen Hsp70 ini merupakan gen yang responsif dan bersifat universal terhadap beragam stres lingkungan, bukan hanya stres perubahan suhu tetapi juga logam berat dan stres lainnya (Parsell & Lindquist 1993).
Perbandingan fenotip antara kerang darah Bojonegara dan Panimbang perlu dilakukan untuk menganalisis plastisitas fenotip sebagai respon adaptif terhadap keragaman kondisi lingkungan. Penelusuran karakter fenotip perlu dilakuan terkait dengan fenotip yang adaptif terhadap tekanan lingkungan. Untuk menguji batas toleransi yang akan dimanfaatkan oleh kerang darah (Anadara granosa) dalam beradaptasi terhadap cemaran lingkungan, maka dalam penelitian ini akan dikarakterisasi gen Hsp70 pada A. granosa sebagai salah satu anggota dari famili gen heat shock protein (Hsp), serta dianalisis pula respon akut gen Hsp70 dan perubahan fenotip pada histologi insang hewan ini terhadap cemaran merkuri yang diinduksi pada beberapa level konsentrasi.
Sebelum mendeteksi keberadaan dan karakterisasi gen target Hsp70, maka di dalam tahapan studi yang menyangkut pendekatan ekspresi gen target selalu dilakukan standarisasi kualitatif dan kuantitatif material RNA terutama mRNA. Standarisasi tersebut biasanya dilakukan dengan menggunakan housekeeping gene sebagai kontrol internal. Keberhasilan dari tahapan ini akan dapat memfasilitasi dalam mendeteksi keberadaan gen target dalam hal ini gen Hsp70. Oleh karena housekeeping gene ini umumnya bersifat “spesies spesifik” maka karakterisasi dan standarisasinya merupakan tahapan yang sangat strategis sebagai bagian dari tahapan pendekatan ekspresi gen.
Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk menganalisis kemampuan kerang darah A. granosa dalam mengembangkan plastisitas fenotip melalui pendekatan ekspresi gen Hsp70, dan keragaman morfologi. Di samping itu juga, batas toleransi kerang darah sebagai konsekuensi terhadap cemaran merkuri melalui pendekatan histologis akan dipelajari. Adapun tahapan untuk mencapai tujuan penelitian adalah sebagai berikut:
1. Mengkarakterisasi gen β-aktin sebagai internal kontrol untuk keberhasilan amplifikasi gen target
2. Mengkarakterisasi dan menganalisis ekspresi gen Hsp70 pada kerang darah sebagai salah satu gen CSR untuk menganalisis respon organisme terhadap stres lingkungan
3. Menganalisis batas toleransi kerang darah melalui pendekatan histologis insang sebagai bagian strategi adaptasi
4. Menganalisis keragaman morfologi sebagai bagian dari strategi adaptasi. Penelitian ini dirancang dan ditelusuri berdasarkan pertimbangan dengan alur penelitian (Road map) seperti gambar 1.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: (1) gen β-aktin kerang darah dapat dijadikan acuan untuk disain primer bagi kerang lain dari famili Arcidae; (2) gen Hsp70 dapat dijadikan biomarker untuk perairan tercemar; (3) dengan memanfaatkan plastisitas gen Hsp70, maka diharapkan kerang darah dapat dijadikan biofilter untuk budidaya tambak udang di perairan tercemar; (4) model adaptasi yang dikembangkan dapat diadopsi untuk hewan perairan lainnya.
Kebaruan Penelitian Kebaruan (novelty) penelitian ini adalah:
1) ditemukannya sekuen gen β-aktin kerang darah A. granosa yang dapat dijadikan rujukan sebagai kontrol internal pada kajian ekspresi gen untuk bivalvia famili Arcidae lainnya,
2) batas adaptasi fisiologis kerang darah dapat ditentukan dengan ekspresi gen Hsp70 sebagai respon terhadap induksi merkuri.
Gambar 1. Alur penelitian (Road map) plastisitas fenotip kerang darah Anadara granosa.
2 KARAKTERISASI GEN BETA AKTIN PADA KERANG DARAH Anadara granosa L.
Abstrak
Gen aktin adalah gen yang konserve dan memiliki sifat sebagai housekeeping dan constitutive gene. Dengan karakteristiknya yang demikian, gen aktin telah banyak digunakan sebagai kontrol internal untuk menormalisasi ekspresi gen. Informasi mengenai gen aktin pada bivalvia famili Arcidae belum pernah dilakukan, sehingga diperlukan kajian mengenai isolasi dan karakterisasinya untuk keperluan
Perairan intertidal Faktor alami Histologis insang Faktor antropogenik Keragaman fenotip Plastisitas fenotip kerang darah Anadara granosa
Gen protein stres
Ekspresi Gen Hsp70
Gen β-aktin, kontrol internal
