MODUL 9 :PERAN BIOTEKNOLOGI DALAM PEMULIAAN TANAMAN

PENDAHULUAN Bioteknologi didefinisikan sebagai penerapan prinsip – prinsip biologi, biokimia dan rekayasa organisme hidup seprti mikroba atau jasad hidup untuk menghasilkan barang atau jasa. Ilmu yang mendasari bioteknologi adalah mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, genetika, ilmu pangan, bioinformatika / elektronik dan komputer. Pemuliaan tanaman konvensional : pemuliaan tanaman yang melibatkan aktivitas persilangan dan seleksi pada tingkat individu tanaman. Pemuliaan bioteknologi (rekayasa genetika): pemuliaan pada tataran sel/molekuler. Keduanya saling melengkapi kekurangan masing-masing. Bioteknologi  alat bantu yang merupakan alternatif baru sebuah teknologi (sebagaimana teknologi-teknologi lain) untuk mencapai tujuan pemuliaan. Penggunaannya bukan keharusan tetapi sebuah pilihan. Materi ini akan disampaikan dalam satu kali tatap muka pada minggu lima belas.

TUJUAN Penguasaan materi dalam modul ini bertujuan untuk: Menjelaskan tentang pengertian bioteknologi Menjelaskan peranan bioteknologi dalam pemuliaan tanaman untuk meningkatkan keragaman

PEMULIAAN KONVENSIONAL VS BIOTEKNOLOGI PEMULIAAN TANAMAN KONVENSIONAL : PEMULIAAN TANAMAN YANG MELIBATKAN AKTIVITAS PERSILANGAN DAN SELEKSI PADA TINGKAT INDIVIDU TANAMAN. PEMULIAAN BIOTEKNOLOGI (REKAYASA GENETIKA): PEMULIAAN PADA TATARAN SEL/MOLEKULER

KEDUANYA SALING MELENGKAPI KEKURANGAN MASING-MASING BIOTEKNOLOGI  ALAT BANTU YANG MERUPAKAN ALTERNATIF BARU SEBUAH TEKNOLOGI (SEBAGAIMANA TEKNOLOGI-TEKNOLOGI LAIN) UNTUK MENCAPAI TUJUAN PEMULIAAN PENGGUNAANNYA BUKAN KEHARUSAN TETAPI SEBUAH PILIHAN

PEMULIAAN TANAMAN : KERAGAMAN GENETIK  SELEKSI  GENOTIP BARU Semakin banyak keragaman genetik  semakin banyak varietas unggul yang dapat ‘diciptakan’

A. BIOTEKNOLOGI UTK MENCIPTAKAN KERAGAMAN GENETIK Pada pemuliaan konvensional  menyilangkan 2 atau lebih genotip berbeda Kendala : - jika tidak ada sumber keragaman genetik dari tanaman sejenis pesilangan kerabat jauh sulit dilakukan Peran Bioteknologi??

Transformasi Genetik Pengertian : penyisipan satu atau lebih gen secara langsung ke dalam genom suatu tanaman Kelebihan : dapat menyisipkan gen yang berasal dari tanaman yang spesiesnya berbeda bahkan dari organisme yang berbeda (bakteri, virus, binatang) Hasil : tanaman transgenik dengan sifat baru a.l. : tahan terhadap hama, penyakit, dan atau herbisida, mempunyai kandungan gizi lebih baik, mutu lebih baik dll. Tanaman transgenik dapat dilepas sebagai varietas unggul baru dan dapat dimanfaatkan untuk memperkaya keragaman genetik yang sudah ada

Tanaman yang telah disisipi gen ketahanan terhadap virus (kiri) dan tanaman yang tidak tahan terhadap virus (kanan). (Sumber : vast.ac.vn)

Metode transfer gen Potongan DNA target digabungkan ke dalam vector menggunakan enzim ligase dan menghasilkan DNA rekombinan DNA rekombinan dinjeksikan ke dalam Agrobakterium Agrobakterium yang telah diinjeksikan DNA rekombinan diperbanyak Koloni agrobakterium ditumbuhkan dalam media padat

2. Variasi somaklonal Pengertian : variasi genetik yang timbul karena perlakuan kultur ‘in vitro’. - Merupakan bagian dari fenomena mutasi. Hampir selalu terjadi pada kegiatan kultur ‘in vitro’ dengan persentase yang berbeda-beda. Fenomena ini dapat dipacu dengan penambahan zat kimia tertentu. Keragaman baru yang muncul memperkaya keragaman yang sudah ada untuk secara langsung dilepas sebagai varietas atau direkombinasikan dan diseleksi terlebih dahulu

Production of a new variety of japanese butterbur using somaclonal variation.(upper:new variety, lower:native variety) (www.afr.pref.osaka.jp/.../ kakubu/shigen/fuki.jpg) Somaclonal variation in Rhododendron plants derived from adventitious shoots http://allserv.rug.ac.be/~pdebergh/tro/tro5at01.htm

Carrot family lines regenerated from tissue-culture Carrot family lines regenerated from tissue-culture. Both have been grown for 12 weeks in a glasshouse after 10 weeks vernalisation. Family 16 (LHS) are flowering abundantly, while Family 17 (RHS) have not flowered.

3. Fusi sel Hibridisasi antara 2 genotip tanaman pada tingkat sel Mencampurkan 2 sel utuh yang berbeda sehingga didapatkan kombinasi genetik baru yang sebelumnya belum ada Hasil fusi mempunyai susunan genetik gabungan dari 2 tetua Keuntungan : rekombinasi sifat yang selama ini tidak dapat dilakukan dengan persilangan biasa menjadi memungkinkan untuk dilakukan

Kelemahan : - keberhasilannya masih rendah dan terbatas untuk tanaman yang hubungannya masih dekat - penggabungan sifat secara menyeluruh sehingga semua sifat (termasuk yang jelek) ikut tergabung

Gambar. Sel yang mengalami proses fusi (Sumber: tugaskelompokguardian.blogspot.com)

B. BIOTEKNOLOGI UNTUK SELEKSI Pada pemuliaan konvensional, seleksi dilakukan berdasarkan karakter yang tampak Karakter yang tampak ini dapat langsung pada karakter yang dituju maupun karakter yang merupakan marka seleksi Bioteknologi memungkinkan seleksi dengan teknik baru yang lebih baik

MARKER AIDED SELECTION Seleksi dengan bantuan marka molekuler Fifat-sifat tertentu dicari marka molekulernya sehingga seleksi dapat dilakukan lebih akurat dan efisien (waktu, tempat dan tenaga) dibandingkan jika menggunakan marka seleksi fenotipik Seperti halnya marka fenotipik, marka molekuler juga dapat merupakan penyandi sifat yang bersangkutan maupun sifat yang terpaut dengan sifat yang bersangkutan Kelemahan : proses untuk pencarian marka molekuler relatif panjang sehingga biaya cukup mahal

2. SELEKSI DENGAN PENANDA BUATAN Teknologi transformasi dan isolasi gen telah semakin maju dan memungkinkan introduksi berbagai sifat baru pada tanaman Salah satu sifat baru yang dapat diintroduksikan adalah sifat berpendar (spt pada kunang-kunang) ke dalam tanaman Jika sifat ini dapat dipautkan dengan sifat lain yang dikehendaki dan diintroduksikan ke dalam tanaman maka seleksi akan dapat dilakukan lebih mudah

Tanaman yang telah disisipkan gen pendar (Sumber:www.ars.usda.gov)

3. PERAN TEKNOLOGI KULTUR IN VITRO DALAM PEMULIAAN TANAMAN Menyediakan target untuk transformasi genetik serta metode regenerasinya Hampir semua kegiatan transformasi genetik menggunakan sel-sel hasil kultur ‘in vitro’ sebagai target dan sel-sel atau jaringan tersebut juga harus diregenerasikan melalui kultur ‘in vitro’ untuk ditumbuhkan menjadi tanaman utuh

Contoh: Macam-macamkultur in vitro Kultur Embrio Embrio hasil persilangan interspesifik seringkali gagal berkembang menjadi individu baru. Teknologi ‘embryo rescue’ dapat dimanfaatkan untuk menyelamatkan embrio hasil persilangan ini menjadi tanaman baru Embrio Rescue pada jeruk (sumber: aob.oxfordjournals.org) Kultur pollen/ovule/anther Kondisi homosigot diperlukan pada tanaman menyerbuk sendiri untuk menjadi varietas yang unggul. Pada tanaman menyerbuk silang kondisi homosigot diperlukan pada pembentukan varietas hibrida. Kondisi homosigot biasanya diperoleh dengan selfing selama beberapa generasi Kondisi homosigot dapat dicapai lebih cepat dengan cara mengkulturkan sel-sel pada individu 2n yang mempunyai susunan n (sel kelamin) Individu n mempunyai karakter seperti individu homosigot, atau individu digandakan n –nya sehingga mjd 2n yang homosigot Kultur Anther (Barany et al.,2005) Kultur Ovule Pada Kapas (Sumber: Cotton Fiber Genomics Project)

Embrio Rescue pada jeruk (sumber: aob.oxfordjournals.org) KULTUR EMBRIO Embrio hasil persilangan interspesifik seringkali gagal berkembang menjadi individu baru. Teknologi ‘embryo rescue’ dapat dimanfaatkan untuk menyelamatkan embrio hasil persilangan ini menjadi tanaman baru Embrio Rescue pada jeruk (sumber: aob.oxfordjournals.org)

KULTUR POLLEN/ ANTHER Kondisi homosigot diperlukan pada tanaman menyerbuk sendiri untuk menjadi varietas yang unggul. Pada tanaman menyerbuk silang kondisi homosigot diperlukan pada pembentukan varietas hibrida. Kondisi homosigot biasanya diperoleh dengan selfing selama beberapa generasi Kondisi homosigot dapat dicapai lebih cepat dengan cara mengkulturkan sel-sel pada individu 2n yang mempunyai susunan n (sel kelamin) Individu n mempunyai karakter seperti individu homosigot, atau individu digandakan n –nya sehingga mjd 2n yang homosigot

Kultur Anther (Barany et al.,2005)

Kultur Ovule Pada Kapas (Sumber: Cotton Fiber Genomics Project)

REFERENSI Barany. I, Pablo. G, Begona. F, Judit. M, Maria. C and Pilar. S. 2005. Microspore-derived embryogenesis in pepper (Capsicum annuum L.): subcellular rearrangements through development. Biology of the Cell : 97, (709–722) Cotton Fiber Genomics Project. 2012. Ovule Culture. Available a. http://cottongenomics.biosci.utexas.edu/ Muladno. 2010. Teknologi Rekayasa Genetika Edisi Kedua. IPB Press. Bandung  

PROPAGASI Latihan dan diskusi Pertanyaan Apa yang dimaksud dengan bioteknologi? How to increase the genetic variability using biotechnology method ? Bagaimana bioteknologi membantu proses seleksi dalam pemuliaan tanaman? C. Quiz Evaluasi : soal pilihan ganda, betul salah, isian dan essay D. Proyek Makalah dengan memilih topic dari materi dalam modul.

TERIMA KASIH