Pemuliaan Tanaman, BAB III BAB III HUKUM MENDEL TENTANG PEWARISAN SIFAT DAN PREDIKSI KETURUNAN HASIL PERSILANGAN Genotipe dan fenotipe hasil persilangan dapat diprediksi berdasar HK. Mendel. Hal ini menunjang Pemuliaan Tan. Selanjutnya akan dibahas: Istilah-istilah dasar terkait PEWARISAN SIFAT Hukum Mendel: Hk. Segregasi/Pemisahan Pasangan Gen (Alel) Hk. Pemisahan & Pengelompokan Gen scr Bebas Prediksi Keturunan Persilangan berdasar Metode Kotak Punnat Prediksi Keturunan Persilangan Berdasar Metode Probabilitas (Teori Kemungkinan) Pemuliaan Tanaman, BAB III

1). ISTILAH-2 DASAR TERKAIT PEWARISAN SIFAT a. GEN – ALEL Gb. Kromosom mengandung Gen-2 GEN: FAKTOR GENETIK PENGATUR SIFAT Contoh: gen M mengatur sifat warna bunga, gen K mengatur sifat warna biji ALEL: BENTUK ALTERNATIF SUATU GEN Contoh: Gen M (pengatur warna bunga) mempunyai 2 alel: alel M menyebabkan bunga berwarna merah alel m menyebabkan bunga berwarna putih Contoh: Gen K mengatur sifat warna biji mempunyai 2 alel: Alel K menyebabkan biji berwarna kuning Alel k menyebabkan biji berwarna hijau Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III b. GENOTIPE GENOTIPE (G): susunan genetik (gen-2) organisme Gen-2 berpasangan (dari tetua jantan dan tetua betina) Contoh: Genotipe organisme berdasar 3 pasang gen (Gambar) mempunyai genotipe: MM KK Bb Gb. PASANGAN KROMOSOM & PASANGAN GEN (separoh dari tetua jantan, separoh dari tetua betina) PASANGAN GEN/ALEL dibedakan dibedakan atas: HOMOSIGOT: mempunyai alel sama, contoh: MM, KK HETEROSIGOT: mempunyai alel tidak sama, contoh: Bb Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III c. FENOTIPE FENOTIPE (F): sifat tampak (penampilan) organisme Fenotipe ditentukan Faktor Genetik (G) dan Lingkungan (E) F = G+E, (G: Genetik; E: Lingkungan) Mungkinkah GENOTIPE SAMA, FENOTIPE BERBEDA? Genotipe sama, fenotipe dpt berbeda bila lingkungan tumbuh berbeda Contoh: fenotipe tanaman mawar di lahan subur berbeda dengan di lahan tdk subur Mungkinkah GENOTIPE BERBEDA, FENOTIPE SAMA? Pemuliaan Tanaman, BAB III

d. HIBRIDISASI: persilangan dua individu berbeda Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III E.DOMINAN DAN RESESIF DOMINAN: sifat (alel) yg terekspresi/muncul dan menutupi sifat (alel) lain pada keadaan heterosigot RESESIF: alel atau sifat yg tidak terekspresi/muncul pada keadaan heterosigot Contoh: Sifat warna bunga merah (alel M) dominan/ menutupi sifat warna bunga putih (alel m) pada keadaan Heterosigot (Mm). Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III 2. HUKUM MENDEL: MENDEL merumuskan kaidah-kaidah dasar pewarisan sifat yg dikenal sbg “Hukum Mendel Tentang Pewarisan Sifat (MENDELISM)”. HK. MENDEL dirumuskan berdasar HASIL PERCOBAAN PERSILANGAN pada tanaman ercis (Pisum sativum) Berdasar HK. Mendel dpt diprediksi genotipe-fenotipe keturunan hasil persilangan. (Hal ini menunjang keberhasilan pemuliaan tanaman). PROSEDURE MEMPELAJARI PRINSIP-2 GENETIKA MELALUI PERSILANGAN: Menyilangkan organisme-2 berbeda pd sifat-2 tertentu Pengamatan dan Tabulasi Analisis hasil Pemuliaan Tanaman, BAB III

a). Hk. MENDEL I (Hukum Segregasi/Pemisahan Pasangan Gen/Alel): “Pada pembentukan gamet*), ALEL DARI PASANGAN-2 GEN AKAN MEMISAH (BERSEGREGASI) ke dalam Gamet-gamet yg dibentuk” *) Perbiakan generatif melibatkan: Pembentukan gamet-2 Penyatuan gamet Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III b). HUKUM MENDEL II (Hukum Pemisahan & Pengelompokan Gen Secara Bebas): “Pada pembentukan gamet, alel dari pasangan-2 gen akan memisah (bersegregasi) scr. bebas dan mengelompok secara bebas pula”. (GENOTIPE) GAMET-2: Pemuliaan Tanaman, BAB III

3. PREDIKSI KETURUNAN PERSILANGAN BERDASAR METODE KOTAK PUNNAT a). MONOHIBRID (Persil. dg SATU SIFAT BEDA) Contoh: Pisum sativum TINGGI x KERDIL (Tinggi dominan thd kerdil) X KERDIL TINGGI Bagaimanakah genotipe F1 & F2? Bagaimanakah fenotipe F1 & F2? F1: TINGGI P (Tetua) : (Tinggi) TT X tt (Kerdil) Gamet : (T) ; (t) F1 : Tt F2 : TtxTt (selfingTt) SELFING F2: (hsl selfing F1) Genotipe & Fenotipe F2 dpt diprediksi dg METODE KOTAK PUNNAT Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III PROSEDUR PREDIKSI KETURUNAN HASIL PERSILANGAN MENGGUNAKAN METODE KOTAK PUNNAT : TETUA: Tt X Tt Mengatahui genotipe kedua tetua, misalnya: Tt (betina) X Tt (jantan) Menentukan gamet yg dibentuk masing-2 tetua. Gamet JANTAN: T dan t, Gamet BETINA: T dan t. Membuat Kotak Punnat: jml kolom sesuai jml gamet jantan jml baris sesuai jml gamet betina Tulis gamet jantan di atas kotak, gamet betina di samping kotak Mengisi Kotak Punnat: genotipe (kombinasi gamet jantan dan betina) Menentukan perbandingan/proporsi genotipe dan fenotipe keturunan GAMET JANTAN T t T GAMET JANTAN t KOTAK PUNNAT T t TT Tt tt Rasio genotipe: 1 TT : 2 Tt : 1 tt Pemuliaan Tanaman, BAB III

Pemuliaan Tanaman, BAB III-C Contoh: Persil. P. sativum berbiji Bulat-kuning x kerut-hijau (BBKK) (bbkk) Bgmn keturun F1 & F2? Sifat Bulat dominan thd Kerut Sifat Kuning dominan thd Hijau KOTAK PUNNAT F2: BK Bk bK bk BBKK BBkk bbKk bbkk P (Tetua) : BBKK x bbkk Gamet : (BK); (bk) F1 : BbKk F2 : BbKk x BbKk (Selfing F1) Rasio Genotipe F2 = ..BBKK: .. BBKk: ..BbKK:..BbKk:..bbKk:.. bbkk Rasio Fenotipe F2 = ..bulat-kuning:..bulat-hijau:..kerut-kuning: ..kerut-hijau Pemuliaan Tanaman, BAB III-C

Pemuliaan Tanaman, BAB III 4. PREDIKSI HASIL PERSILANGAN BERDASAR METODE PROBABILITAS (TEORI KEMUNGKINAN) Pemuliaan Tanaman, BAB III

PROBABILTAS PERISTIWA SALING ASING PERISTIWA SALING ASING: dua peristiwa atau lebih yang tidak mungkin terjadi bersama. Contoh: Seorang bayi berkelamin satu, laki-2 atau perempuan. Laki-2 & perempuan tdk mungkin terjadi ber-sama2 pada satu bayi. Prob. terjadinya dua peristiwa (A & B) yg saling asing: hasil penjumlahan probabilitas masing-2 peristiwa tsb. P(A+B), dibaca Prob. A atau B = P(A) + P(B) Contoh: Prob. bayi yg akan lahir berkelamin laki-2 (L) atau perempuan (P): P(L+P) = P(L) + P(P) = ½ + ½ = 1 Pemuliaan Tanaman, BAB III

PROBABILITAS PERISTIWA TAK GAYUT Peristiwa Tak Gayut (Independent): dua peristiwa atau lebih yg masing-2 berdiri sendiri (tdk saling mempengaruhi). Contoh: Bila dua ibu (A&B) melahirkan ber-sama-2, Jenis kelamin bayi ibu A dan ibu B tdk saling mempengaruhi Probablitas terjadinya dua peristiwa (A & B) yg saling tidak gayut = hasil kali probabilitas masing-2 peristiwa tsb. P(AB), dibaca Probabilitas A dan B = P(A) x P(B). Contoh: Bila dua ibu (A&B) melahirkan ber-sama-2, Probabilitas kedua anak yang lahir berkelamin laki-2 adalah: P (laki-2 dari ibu A) x P (laki-2 dari ibu B) = ½ X ½ = ¼ Pemuliaan Tanaman, BAB III

a. PENGGUNAAN MTD. PROBABILITAS pada MONOHIBRID Contoh: Persil. P. sativum biji bulat (BB) X biji Kerut (bb) Bagaimanakah Nisbah Genotipe F2? Nisbah Fenotipe F2? Probabilitas Gamet BTN Probabilitas Gamet JTN Probabilitas Persilangan Probabilitas Genotipe F2 Probabilitas Fenotipe F2 ½ B ½B X ½B ¼ BB ¼ Bulat ½ b ½B X ½b ¼ Bb ½b X ½B ½b X ½b ¼ bb ¼ Kerut Genotipe F2: ¼ BB; ½ Bb; ¼ bb Fenotipe F2: ¾ Bulat; ¼ Kerut Pemuliaan Tanaman, BAB III

b. PENGGUNAAN MTD. PROBABILITAS pada DIHIBRID Contoh: Persil. P. sativum berbiji Bulat-kuning x kerut-hijau (BBKK) (bbkk) Bgmn keturun F2? P: BBKK x bbkk F1: BbKk F2: BbKk x BbKk Probabilitas Gamet BTN Probabilitas Gamet JTN Probabilitas Persilangan Probabilitas Genotipe F2 Probabilitas Fenotipe F2 ¼ BK ¼BKx ¼BK 1/16 BBKK 1/16 blt-kng ¼ Bk ¼ bK ¼ bk …… dst ……dst …dst ¼ bkx ¼ bk 1/16 bbkk 1/16 krt-hij Nisbah Genotipe & Fenotipe F2 dpt diprediksi dg Probabilitas Pemuliaan Tanaman, BAB III

Bahan Genetik organisme pd umumnya adalah DNA. BAB IV. STRUKTUR DAN EKPRESI GEN (mekanisme pengaturan sifat) SECARA MOLEKULAR 1. STRUKTU GEN DNA Sbg Bahan Genetik: Bahan Genetik organisme pd umumnya adalah DNA. GEN (faktor keturunan) terletak pd KROMOSOM. KROMOSOM tersusun atas DNA dan PROTEIN. INFORMASI GENETIK terletak dlm DNA dan tidak dlm protein. BAB III-D

STRUKTUR DNA: Spiral Ganda (Double Helix) Watson dan Crick (1953): DNA berstruktur “Spiral Ganda” (“Doble Helix”) yakni DNA terdiri atas 2 pita polinukleotida yg saling melilit dlm bentuk spiral. Gula-fosfat sbg tulang punggung dan di bagian dalam terdpt BASA-N.

DNA: Polinukleotida (Gabungan mononukelotida-2) MONONUKLEOTIDA

Komponen Mononukletida DNA: Gula Pentosa: deoksiribosa Basa Nitrogen (basa N): Pirimidin (C, T) dan Purin (A, G) Gugusan fosfat (asam fosfat)

STRUKTUR POLINUKLEOTIDA pada DNA Polinukleotida: gabungan NUKLEOTIDA-2 penggabungan NUKLEOTIDA-2 melalui ikatan fosfodiester: Gugus Fosfat melekat pada: C5’ deoksiribosa suatu nukleotida dan C3’ deoksiribosa nukleotid berikutnya Maka terbtk rangkaian panjang 5’-3’.

PASANGAN BASA DNA Pasangan basa komplementer (A=T dan C=G) mrpk sifat terpenting dari struktur DNA. Struktu DNA dinyatakan dlm pasangan basa. Contoh: DNA (gambar samping) mempunyai struktur: 5’-ATGAC-3’ 3’-TACTG-5’ Pasangan basa ini berperan dlm Pewarisan Sifat (replikasi DNA) & Pengaturan Sifat (ekspresi gen)

PENGERTIAN GEN SECARA MOLEKULAR Secara molekular, Gen adalah segmen DNA yang mengkode mRNA atau polinukleotida/ protein. Pada proses eksresi genetik, gen mengkode pembentikan RNA, selanjutnya mengkode pembentukan protein. BAB III-D

a. Pengertian Ekspresi Genetik 2. MEKANISME PENGATURAN SIFAT (EKSPRESI GENETIK) a. Pengertian Ekspresi Genetik EKSPRESI GENETIK: pengungkapan faktor genetik (gen) menjadi fenotipe EKSPRESI GENETIK: Penejemahan urutan nukleotida (basa-N) DNA menjadi urutan asam amino protein DIAGRAM EKSPRESI GENETIK

Diagram EKPRESI GENETIK PADA PROKARIOT

b. EKPRESI GENETIK SBG PENGATURAN SIFAT (METABOLISME) MAKHLUK HIDUP Pertumbuhan/perkembangan organisme ditentukan serangkaian reaksi biokimia dg katalisator ENZIM (disebut METABOLISME) Pengaturan sifat/fenotipe/metabolisme oleh faktor genetik berlangsung melalui kontrol pembentukan protein enzim (EKSPRESI GENETIK).

FENOTIPE DITENTUKAN PRODUK GEN-2 DNA RNA PROTEIN FENOTIPE TRANS-KRIPSI TRANS-LASI JALUR BIOKIMIA SATU GEN SATU ENZIM/PROTEIN/POLIPEPTIDA

c. MEKANISME EKSPRESI GENETIK: (TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI) Mekanisme ekspresi genetik mengikuti DOGMA SENTRAL BIOLOGI MOLEKULAR: aliran (transfer) informasi genetik dari urutan nukleotida DNA manjadi urutan asam amino protein. Ekspresi genetik mencakup dua proses pokok: TRANSKRIPSI: pembentukan RNA pd DNA cetakan dg bantuan Enzim RNA polimerase. TRANSLASI: penterjemahan urutan nukleotida mRNA dan menghasilkan urutan as. amino dlm SINTESIS PROTEIN

1). TRANSKRIPSI (SINTESIS RNA): proses pembentukan RNA dg menggunakan DNA sbg pola cetakan untuk menentukan urutan nukleotida RNA dan dikatalisis ensim RNA polimerase. Hanya  7% DNA yg ditranskripsi pd suatu waktu Transkripsi melibatkan pemilihan daerah pita DNA yg ditranskripsi sesuai kebutuhan. DIAGRAM TRANSKRIPSI

Mekanisme Dasar Transkripsi (1) INISIASI (berlangsung di daerah promoter) Diawali penempelan dan pengikatan RNA polimerase pada daerah tertentu DNA Pembukaan rantai ganda DNA Perangkaian nukleotida pertama (di Titik START) (2) PEMANJANGAN: Pemanjangan untai RNA berlansung dg arah 5’—3’ (3) TERMINASI: Sintesis RNA berakhir, komplek sintesis RNA (RNA polimerase dan untai RNA yg terbentuk) terlepas dari untai DNA (di daerah TERMINATOR)

2). TRANSLASI: penerjemahan urutan nukleotida mRNA menjadi rangkaian asam amino suatu polipeptida/protein Penerjemahan tsb berdasar kode genetik (KODON). KODON: kode genetik yg terdiri atas 3 nukleotida berurutan yg mengkode suatu asam amino, Misal: GUG mengkode violin UUG mengkode leusin Rangkaian nukleotida mRNA dibaca tiap tiga nukleotida sbg satu kodon unt. satu as. amino, mulai dari kodon inisaiasi (AUG) hingga kodon terminasi (UAA, UAG, AGA)

KODE GENETIK (KODON): kode genetik yg berupa 3 nukleotida yg berurutan (triplet) pada mRNA yg mengkode satu asam amino.

Translasi Berlangsung Di Ribosom Penyusun ribosom: molekul rRNA + molekul-2 protein Ribosom terdiri 2 unit: unit besar + unit kecil DIAGRAM RIBOSOM

Makanisme Dasar Translasi Berlangsung 3 tahap: Inisiasi pemanjangan Terminasi Diperlukan tRNA yg berfungsi membawa as. amino spesefik. tRNA mempunyai urutan nukleotida (ANTI-KODON) yg mampu mengenal KODON pd mRNA DIAGRAM TRANSLASI

KEPUSTAKAAN (BAHAN BACAAN): PRINCIPLES & PROCEDURES OF PLANT BREEDING. Chahal and Gosal. 2002. BREEDING FIELD CROPS. Poehlman & Sleper, 1995. PLANT BREEDING: Past, Present, & Future. Crosbie dkk. 2006. *) DEFINING AND ACHIEVING PLANT- BREEDING GOALS. Hallauer And Pandey. 2006. *) SOSIAL & ENVIRONMENTAL BENEFITS OF PLANT BREEDING. Duvick, D.N. 2006. *) PRINCIPLES OF GENETICS. Snustad, D.P. dkk. 1997. DASAR-2 PEMULIAAN TANAMAN. Mangeondidjojo. 2003. DASAR-2 ILMU PEMULIAAN TAN. Poespodarsono. 1988. PEMULIAAN TANAMAN. Allard, R.W. 1960; (Terjemahan 1989). GENETIKA TUMBUHAN. Crowder. 1990. (Terjemahan) *). Plant Breeding: The Arnel R. Hallauer International Symposium