MENDEL Genetika: tentang gen, pewarisannya, perubahan dan keragamannya. Prinsip-prinsip genetika diterapkan pada tanaman Pemuliaan tanaman Meningkatkan produktivitas tanaman Bioteknologi

Orang Babilonia dan Assyria kuno kurma Sebelum Mendel Orang Babilonia dan Assyria kuno kurma dioecious Polen dari sedikit saja tanaman ♂ dapat ditransfer ke stigma 1. Berguna secara ekonomi Diperlukan sedikit tan ♂ 2. Meningkatkan variasi Cara pewarisan sifat belum diketahui

Tahun 1760: Josef Fölreuter (Jerman) intermediet Hibrid sama dengan salah satu induk Persilangan sendiri terus-menerus memunculkan kembali sifat-sifat yang tidak muncul pada generasi sebelumnya Tahun 1820: Karl Freidrichvon Gaertner (Jerman) Sifat-sifat tertentu yang “disukai”

MENDEL Pisum sativum Keragaman yang jelas bisa dibedakan: warna biji, bentuk biji, warna bunga. Bunga cukup besar, memudahkan persilangan buatan Siklus hidup pendek

Sifat-sifat Pisum sativum

Mendel mulai dari menyilangkan tanaman dengan 1 sifat beda Hasilnya Sampel Dominan Resesif Rasio 7.324 biji 5.474 bulat 1.850 keriput 2.96 : 1 8.023 biji 6.022 kuning 2.001 hijau 3.01 : 1 929 tanaman 705 bunga ungu 224 bunga putih 3.15 : 1 580 tanaman 428 polong hijau 152 polong kuning 2.82 : 1

1. Sifat dikontrol oleh faktor yang menurun KESIMPULAN 1. Sifat dikontrol oleh faktor yang menurun 2. Setiap individu memiliki sepasang faktor (kecuali pada sel reproduktif) 3. Faktor diteruskan (segregasi) ke keturunan melalui sel reproduktif (mendapat 1 faktor dari pasangan faktor) 4. Pada fertilisasi tiap faktor memiliki peluang yang sama untuk berpasangan GEN ALEL Faktor yang mengendalikan/gen genotipe Karakter yang terlihat yang dikontrol oleh gen fenotipe

Versi alternatif gen (alel-alel yang berbeda) menjelaskan adanya variasi karakter yang diwarisi. Versi alternatif dari gen disebut alel. Jika kedua alel berbeda, maka salah satunya alel dominan diekspresikan sepenuhnya dalam penampakan organisme, alel yang satunya alel resesif.

Persilangan dengan 2 sifat beda Kombinasi warna biji dan bentuk biji

Gen dan Interaksi Gen Konsep alel Mendel : 2 variasi alel untuk tiap karakter Sifat TINGGI diasuh oleh 1 lokus dimana terdapat 2 alel Dominan – huruf besar (T) Resesif – huruf kecil (t) Hanya ada 2 alel untuk tiap gen

Dalam 1 lokus, bisa terdapat beberapa alel Multiple allele/alel ganda Pada tumbuhan Self incompatibility Pada Nicotiana alata 1 locus, multiple alleles (S1, S2, S3, S4) Lokus menentukan pollen and a stigma Tabung polen tidak akan tumbuh pada stigma yang membawa alel yang sama

Parent 1 (S1S2) Parent 2 (S1S2) S1 S2 X Male Pollen S1S2 Pollen with S1 allele will not grow on stigma with S1 allele

S1 S2 S1S2 No Pollen Germination

S2 S3 S1S2 Only S3 Pollen Grows

S3 S4 S1S2 Both S3 and S4 Pollen Grow

• Inability of plants having functional gametes to set seed Self incompatibility • Inability of plants having functional gametes to set seed when self-pollinated • Purpose: minimize inbreeding; maximize genetic heterogeneity S1 S2 S1 S2 S1 S2 S1S2 S1S3 S3S4

Cara kerja gen Mendel : kekedominanan dan keresesifan Interaksi : antar alel pada lokus yang sama (intralokus) antar alel pada lokus-lokus yang berbeda (interlokus) Interaksi Intralokus 1. Dominan 2. Incomplete dominance/ intermediet

Kombinasi alel menghasilkan “fitness” yang lebih tinggi 3. Overdominan Kombinasi alel menghasilkan “fitness” yang lebih tinggi pada heterozygot 3 1 dominan 1 2 Incomplete dominance 1 2 overdominance Co-dominan : kedua parental alel terekspresi pada heterozygot

Perubahan pada distribusi F2 Interaksi Interlokus Perubahan pada distribusi F2 Ekspresi dari satu alel dapat berubah karena adanya alel lain pada lokus berbeda 4 8 12 3 1 a. Epistasis dominan Pada kedelai: kehilangan warna hijau saat matang : hitam, coklat, ‘tan’ dikontrol oleh 2 lokus pada 1 lokus ---- L1: hitam, l1: coklat jika terdapat L2 : ‘tan’ jika l2 homozygot pada lokus lain P L1L1L2L2 (hitam) x l1l1l2l2 (‘tan’) F2 9 L1_L2_ (hitam) 3 L1_l2l2 (hitam) 3 l1l1L2_ (coklat) 1 l1l1l2l2 (‘tan’) F1 L1l1L2l2 (hitam)

A: dominan terhadap tak berwarna 10 9 5 4 3 b. Epistasis resesif Warna kulit bawang : genotipe resesif pada gen A, epistasis terhadap gen B A: dominan terhadap tak berwarna B: warna merah, dominan thd alelnya warna kuning Pada F2 : 9 A_B_ (merah) 3 A_bb (kuning) 3 aaB_ (putih) 1 aabb (putih)

adanya alel I akan menghambat warna 15 13 10 5 3 c. Aksi inhibitor Pada jagung : alel I dominan inhibitor, epistasis thd alel C yang memproduksi warna adanya alel I akan menghambat warna Pada F2 : 9 C_I_ (tak berwarna) 3 C_ii (warna) 3 ccI_ (tak berwarna) 1 ccii (tak berwarna)

Pada kedelai terdapat sistem genetik yang mengontrol klorofil 15 15 10 5 1 d. Duplikat epistasis dominan Pada kedelai terdapat sistem genetik yang mengontrol klorofil Pada lokus 1 alel G dominan: warna hijau, resesifnya g: kuning Pada lokus 2  alel Y dominan :warna hijau, y : kuning Pada F2: 9 G_Y_ (hijau) 3 ggY_ (hijau) 3 G_yy (hijau) 1 ggyy (kuning)

Pada semanggi: kandungan hydrocianic acid (HCN) High HCN x low HCN P 10 9 7 5 e. Duplikat epistasis resesif Pada semanggi: kandungan hydrocianic acid (HCN) High HCN x low HCN P F1 High HCN 9 high HCN 7 low HCN F2 9 A_B_ (high HCN) 3 aaB_ (low HCN) 3 A_bb (low HCN) 1 aabb (low HCN) Kondisi homozygot resesif pada lokus manapun menghambat ekspresi alel dominan pada lokus lain

Warna kulit bawang Pada F2 : 9 A_B_ (merah) 3 A_bb (kuning) 3 aaB_ (putih) 1 aabb (putih) Alel B (genotipe B_) Alel A (genotipe A_) Enzim B aktif Enzim A aktif merah kuning substansi Enzim B tidak aktif Enzim A tidak aktif Alel a (genotipe aa) Alel b (genotipe bb)

Dihybrid Cross with Purple Sweet Pea Colorless precursor Allele A Initiates Pigment Change Precursor 2 Allele B Purple Expressed P X AAbb aaBB gametes Ab aB F1 F2  9 Purple 7 White 9 A_B_ 3A_bb 3 aaB_ 1 aabb

Additive gen action: tiap alel pada satu lokus akan menambah atau mengurangi derajat nilai fenotipe warna bagian dalam biji gandum - 3 lokus R1, R2 dan R3 dengan 2 alel pada tiap lokus - merah gelap ke putih - intensitas warna tergantung pada jumlah dari alel yang menambah warna. merah gelap R1R1R2R2R3R3 putih r1r1r2r2r3r3 x 20 20 R1r1R2r2R3r3 15 15 15 10 5 6 6 1 1 Merah medium Merah sangat gelap Putih

Transgressive segregation R1R1R2R2r3r3 r1r1r2r2R3R3 x R1r1R2r2R3r3 5 10 15 20 1 6 Putih Merah medium Merah sangat gelap

Other terms: Polygenic trait Or Quantitative trait

fenotipe yang sama walaupun keadaan lingkungan seragam. Pada aksi gen  genotipe-genotipe yang sama tetapi tidak mengekspresikan fenotipe yang sama walaupun keadaan lingkungan seragam. Perbedaan ini disebut perbedaan dalam penetrasi. Penetrasi adalah presentase individu untuk genotype tertentu yang menampilkan fenotipe dari genotype tersebut Aa 3/6 Ekspresivitas adalah derajat atau tingkat suatu genotype tertentu mengekspresikan fenotipenya pada suatu individu. genotype A_ : merah A_

Pleiotrophy Pleiotropy is one gene affecting several traits. This is quite common: genes make proteins and often affect the overall phenotype in subtle ways that affect many different systems. “uzu” gene barley Uz – normal, uz – semi-dwarf, dense spike, short erect leaf flag Pada chickpea Terdapat alel resesif yang mengontrol panjang daun, bentuk daun, tinggi tanaman, jumlah cabang, jumlah polong dan jumlah biji Very closely linked loci

Environmental Effects Banyak sifat dipengaruhi oleh lingkungan dan genetik Suhu: Banyak proses biokimia dipengaruhi oleh suhu. Lintasan reaksi biokimia melibatkan enzim yang peka terhadap suhu Cahaya: Lamanya penyinaran atau lamanya periode gelap dapat menginduksi munculnya bunga pada beberapa species tanaman Nutrisi: Contohnya, efek beberapa genotype dapat dilihat hanya kalau tanaman dalam lingkungan stress Perlakuan buatan: Ekspresi suatu sifat bisa tidak nampak karena pemberian senyawa kimia atau hormon.

flower color is controlled first by flower color genes similar to those in the pea: purple vs. white with complete dominance. pH : But, pink vs. purple is controlled by the acidity of the soil in which the plants grow.

Effect on Heterozygous Phenotype Summary of Extensions to Mendel’s Analysis Rules As Mendel Showed   Extension Effect on Heterozygous Phenotype Complete Dominance Incomplete Dominance Codominance Unlike either homozygote Two Alleles Multiple Alleles Multiple phenotypes All Alleles Viable Recessive Lethal Alleles No Effect One Gene – One Trait Pleiotropy: one gene – several traits Several traits affected differently