MODUL 6 :PEMULIAAN TANAMAN MENYERBUK SILANG

PENDAHULUAN Keragaman keturunan pada tanaman menyerbuk silang menyulitkan penilaian terhadap individu tanaman. Individu satu dengan lainnya sangat mungkin memiliki komposisi genetic (genotip) yang berbeda. Sehingga perbaikan sifat tanaman tidak dapat dilakukan secara individu, tetapi harus pada populasi tanaman. Perbaikan populasi yang dihasilkan tergantung dari tujuan dan metode pemuliaan. Sasaran akhir yang dituju dalam studi pemuliaan tanaman menyerbuk silang adalah pengungkapan dan pemahaman tentang dasar genetik tanaman menyerbuk silang sebagai landasan metode pemuliaan tanaman menyerbuk silang. Materi ini akan disampaikan dalam dua kali tatap muka pada minggu kesepuluh dan kesebelas.

TUJUAN Penguasaan materi dalam modul ini, yang dirancang sebagai landasan pemuliaan tanaman menyerbuk silang, akan dapat Menjelaskan dasar genetic tanaman menyerbuk silang, pengertian heterosigot dan heterogen, silang dalam dan depresi silang dalam serta heterosis Menjelaskan tentang populasi, kesetimbangan genetic dalam populasi (hukum Hardy-Weinberg) dan perubahan frekuensi gen, genotip dan fenotip dalam populasi.

DEFINISI Pemuliaan tanaman adalah ilmu yang mempelajari tentang perbaikan sifat tanaman melalui perubahan genetik dalam upaya meningkatkan nilai ekonomisnya. Tanaman menyerbuk silang adalah tanaman yang dalam proses penyerbukannya, polen atau serbuk sari berasal dari tanaman lain yang berbeda secara genotip.

Pemuliaan tanaman menyerbuk silang adalah studi tentang bagaimana perbaikan sifat tanaman dapat dilakukan melalui program pemuliaan, antara lain: Bagaimana perbaikan tanaman dilakukan pada tanaman yang keturunannya selalu beragam? Bagaimanakah sifat genetic pada tanaman menyerbuk silang? Bagaimana mempelajari genetic dari populasi tanaman menyerbuk silang Bagaimana perubahan genetic pada tanaman menyerbuk silang dapat terjadi? Bagaimana mempertahankan komposisi genetic pada populasi tanaman menyerbuk silang dari generasi ke generasi?

Alasan utama tidak dapat mengadakan pembuahan sendiri : Berumah dua, yaitu bunga betina dan bunga jantan terletak pada tanaman yang berbeda. Contoh : Pepaya, salak Berumah satu, yaitu bunga betina dan bunga jantan terpisah tetapi masih dalam tanaman yang sama. Contoh : Jagung  Inkompatibilitas sendiri, yaitu apabila polen (serbuk sari) fertil tidak mampu menyerbuki putik dari bunga yang sama, sehingga tidak dihasilkan biji Perbedaan waktu masak antara bunga jantan dan bunga betina, dibedakan : Protogini : Kepala putik masak terlebih dahulu daripada kotak sari Protandri : Kotak sari masak terlebih dahulu daripada kepala sari

Perbedaan monoceous dan dioceous (Sumber :raisesbm.com)

Protandry dan Protogyni (Sumber : northernpecans.blogspot.com)

DASAR GENETIK Heterosigot dan Heterogen Heterosigot adalah istilah untuk komposisi genetik dari pasangan alel yang berbeda. Contoh : Hh, HhBb, HhBbTbtb, …… Individu tanaman menyerbuk silang hampir selalu memiliki komposisi genetik heterosigot, sehingga keturunannya akan memiliki komposisi genetik heterosigot maupun homosigot pada beberapa pasangan alelnya. Keturunan dengan genotip yang beragam akan menampakkan fenotip yang beragam pula. Perbedaan fenotip satu individu dengan individu lainnya dalam suatu kelompok tanaman dinamakan dengan Heterogen Setiap individu dalam sekelompok tanaman menyerbuk silang berbeda secara genetis, umumnya memiliki susunan genetic heterosigot. Kelompok tanaman (populasi) dari tanaman menyerbuk silang menunjukkan penampilan heterogen.

Silang dalam (inbreeding) Persilangan individu yang berkerabat dekat (saudara kandung atau saudara tiri) Persilangan sendiri (selfing) Meningkatnya homosigositas Ekspresi gen-gen resesif merugikan menyebabkan penurunan penampilan (depresi silang dalam) Tingkat depresi silang dalam berbeda pada setiap spesies tanaman

Kegunaan silang dalam Mengurangi frekuensi alel-alel resesif yang merugikan Meningkatkan variabilitas genetik di antara individu dalam suatu populasi Mengembangkan genotip potensial

Inbred pada tanaman jagung yang digunakan untuk membentuk tanaman hibrida (Sumber: agron.missouri.edu)

Heterosis Peningkatan ukuran dan vigor setelah persilangan Heterosis = hybrid vigor, peningkatan ukuran dan vigor yang melebihi tetua atau rata-rata tetua Heterosis merupakan kebalikan dari depresi silang dalam Dasar teori : hipotesis dominan dan hipotesis over dominan Pemanfaatan heterosis : Varietas Hibrida

Heterosis pada tanaman dan tongkol jagung (Sumber: http://genome.cshlp.org)

TEORI HETEROSIS Terdapat tiga teori yang mendasari heterosis ini, yaitu teori over dominan, akumulasi gen dominan dan interaksi inter-alel (interaksi antar alel berbeda lokus). Teori over dominan Akumulasi gen dominan Interaksi inter-alel

Kesetimbangan Hardy-Weinberg Frekuensi gen dan genotip pada sebuah populasi kawin acak akan selalu tetap dari generasi ke generasi selama tidak terjadi seleksi, mutasi dan migrasi. Perbaikan sifat  POPULASI  komposisi alel  frekuensi gen  frekuensi genotip Perubahan komposisi genotip dalam populasi  perubahan frekuensi gen Seleksi  meningkatkan frekuensi gen dikehendaki  menurunkan frekuensi gen tak dikehendaki

TEORI DOMINAN Over dominan adalah keadaan dimana nilai heterosigot (Aa) lebih besar dari nilai homosigot dominan (AA). Dengan kata lain, nilai hibrida (F1) melebihi nilai rata-rata tetua atau tetua yang lebih besar P: AA bb CC dd x aa BB cc DD 1½ 1 1½ 1 1 1½ 1 1½ F1: Aa Bb Cc Dd 2 2 2 2 Alel resesif berkontribusi 1 unit Alel dominan berkontribusi 1½ unit Alel yang heterozigot menunjukkan penampilan yang lebih baik bila dibandingkan dengan pasangan alel baik resesif maupun dominan Kontribusi tetua = 5 F1 = 8

TEORI AKUMULASI GEN DOMINAN Bila gen-gen yang berperan dalam pertumbuhan adalah gen dominan, maka akumulasi dari gen-gen dominan dari tetua yang berbeda akan meningkatkan keunggulan hibrida hasil persilangan Sebagai contoh, satu tetua memiliki 3 gen dominan dan tetua lain dengan 2 gen dominan berbeda, maka hibridanya akan memiliki 5 gen dominan. Dengan kata lain, semakin banyak berbedaan antara kedua tetua, maka semakin besar keunggulan hibridanya. P: AA bb CC dd x aa BB cc DD 2 1 2 1 1 2 1 2 F1: Aa Bb Cc Dd 2 2 2 2 Alel resesif berkontribusi 1 unit Alel dominan berkontribusi 2 unit Karena adanya dominansi, maka genotipe yang heterozigot memberikan penampilan yang sama seperti homozigot dominan Kontribusi tetua = 6 F1 = 8

TEORI INTERAKSI INTER ALEL Interaksi ini terjadi antar gen-gen berbeda lokus, kerjasama yang terjadi antara gen-gen yang berinteraksi mungkin mempengaruhi proses pertumbuhan menjadi lebih baik. Mirip pada peristiwa epistasi. Satu contoh, gen A dan gen B berperan dalam menghasilkan warna, bila hanya ada satu gen saja (A atau B) memberikan warna merah, tetapi bila keduanya bergabung maka akan dihasilkan warna merah yang lebih tua.

HWE Assumptions Mating is random. Effects of migration, mutation, selection are negligible.

Frekuensi fenotip, genotip dan gen Frekuensi Fenotip adalah proporsi fenotip yang ada pada suatu populasi. Frekuensi Genotip adalah proporsi genotip yang ada pada suatu populasi. Frekuensi Gen adalah proporsi gen yang ada pada suatu populasi

When the HWE assumptions are met, the frequency of a genotype is equal to the product of the allele frequencies. AA Aa aa p2 2pq q2 P2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1 Secara umum apabila ada N individu dalam populasi kawin acak. Dari populasi tersebut terdapat D individu dominan yang homosigot AA, H individu heterosigot Aa, serta R individu resesif yang homosigot aa **

Demonstrating the H-W principle Genotype frequencies Generation 0 N ∞ A1 A1 , A1 A2 , A2 A2 p2, 2pq, q2 Genotype frequencies do not change from generation to generation ♀ gametes A1 A2 ♂ gametes (p) (q) A2 A2 (q2) A1 A1 (p2) A1 A2 (pq) ♀ ♂ Random mating Zygotes N ∞ A1 A1 , A1 A2 , A2 A2 p2, 2pq, q2 Generation 1

REFERENSI Allard, R,W. 1999. Principle of Plant Breeding : Second Edition.John Wiley and Sons. Inc. USA Brown, J and Peter, C. 2008. An Introduction to Plant Breeding. Blackwell Publishing Ltd Daryanto dan Siti,S.1982. Biologi Bunga dan Teknik Penyerbukan Silang Buatan.Gramedia Hagedoorn, L. 2008. Plant Breeding. Fournier Press Mangoenendidjojo, W. 2003. Dasar-Dasar Pemuliaan Tanaman. Kanisius. Jogjakarta Poehlman, and Borthakur. 1977. Asian Breeding Field Crop: With Special Reference to Crops of India. Oxford & IBH Pub. Co. Michigan University Stansfield, W and Susan, E. 2000. Genetic: Fourth Edition. Schaum Outline

PROPAGASI A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal) Pada tanaman menyerbuk sendiri, keturunannya tidak pernah berubah secara genetic. Sebaliknya pada tanaman menyerbuk silang keturunannya selalu beragam secara genetik. Dengan menggunakan diagram persilangan, tunjukkan perbedaan genetic tanaman menyerbuk sendiri dan menyerbuk silang! Pada suatu populasi jagung diketahui ada 40 tanaman yang terserang penyakit bulai dari total 1000 tanaman. Penyakit bulai dikendalikan oleh gen resesif b, tentukan frekuensi fenotip tanaman tahan dan peka, frekuensi genotip tanaman tahan dan peka serta frekuensi gen B dan b dari populasi jagung tersebut! B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri) What do you know about inbreeding? Please explain the advantages of inbreeding in cross pollination plant! Mention the advantages of heterosis in cross pollination plant breeding? Apa hubungan antara hukum Hardy-Weinberg dengan pemuliaan tanaman menyerbuk silang? C. QUIZ -mutiple choice (Evaluasi) D. PROYEK (Eksplorasi entrepreneurship, penerapan topic bahasan pada dunia nyata)

TERIMA KASIH