Tehnik mendapatkan varietas baru yang unggul

Pemuliaan tanaman adalah rangkaian kegiatan penelitian dan pengujian atau kegiatan penemuan dan pengembangan suatu varietas, sesuai dengan metode baku untuk menghasilkan varietas baru dan mempertahankan kemurnian benih varietas yang dihasilkan. (Undang-undang Republik Indonesia nomor 29 tahun 2000 tentang perlindungan varietas tanaman).
Varietas baru adalah rincian karakteristik tanaman dari varietas yang dimohonkan hak PVT yang meliputi sifat-sifat Kebaruan, Keunikan, Keseragaman dan Kestabilan. Untuk mendapatkan varietas baru dapat menggunakan beberapa metode/teknologi, seperti di bawah ini:
1.                   Marka Molekuler
            Marka Molekuler adalah upaya membedakan karateristik tanaman pada tingkat gen. Penggunaan marka molekuler utamanya untuk memonitor variasi susunan DNA di dalam dan pada sejumlah spesies serta merekayasa sumber baru variasi genetic dengan mengintroduksi karakter-katakter baik yang baru dari landraces dan spesies-spesies liar.
            Teknologi pembeda pada tingkat genetika menjadi penting terkait dengan perlindungan hak kekayaan intelektual. Para pemulia bisa melindungi varietas temuannya tidak hanya teridentifikasi secara anatomi namun juga secara genetika.  Sehingga sebuah tanaman yang agak berbeda secara fisik tidak dapat diklaim pihak lain sebagai hasil pemuliaanya, jika nyatanya memiliki kesamaan genetic dari bahan tanam milik seorang.
Di Indonesia sendiri terdapat beberapa metoda melakukan marka molekuler. Antara lain RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), mikrosatelit, SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) dan AFCD (Amplified Fragment Length Polymorphism).
Langkah awal pelaksanaan marka molekuler adalah mengambil bagian tanaman, biasanya berasal dari daun muda. Kemudian diisolasi DNA-nya, kemudian dicari mana bagian yang bertanggung jawab terhadap karakter unggul pada tanaman.  Biasanya DNA yang diisolasi kemudian akan dihubungkan dengan bank data genetika, untuk mengidentifikasi gen dan menduga karakter yang diekspresikan.
Melalui marka molekuler maka kepemilikan varietas akan diperkuat dengan identitas tanamannya secara spesifik dalam bentuk gambar atau karakter gen. Dan informasi tersebut menjadi data pendukung deskripsi fisik yang diperloleh dari hasil observasi langsung di lapangan.
Manfaat marka molekuler untuk tujuan pemuliaan tanaman, misalnya:
·         untuk melihat kekerabatan tanaman dan sidik jari, sehingga dapat ditelusuri asal-usul tanaman dan pelabelan tanaman secara molekuler
·         untuk pemetaan genetic, sehingga dapat diketahui porsi gen secara tepat di dalam genom tanaman
·         membantu seleksi tanaman hasil persilangan. Seleksi dengan marka molekuler dapat membantu mempersingkat waktu mendapatkan galur-galur harapan.

2.                  Nuklir
Teknologi nuklir merupakan salah satu teknologi moderen yang berkembang pesat dalam bidang pertanian.Pemanfaatan teknik nuklir pada tanaman dapat digunakan untuk perbaikan varietas melalui mutasi dengan radiasi.
Di Indonesia, kegiatan penelitian aplikasi teknik nuklir dalam bidang pertanian khususnya untuk pemuliaan tanaman telah dilakukan Badan Tenaga Nuklir Nasional.Tujuan pengembangan penelitian teknik nuklir untuk pemuliaan tanaman adalah untuk memberi kontribusi kepada pemerintah dalam upaya meningkatkan ketahanan pangan nasional. Meski nuklir merupakan teknologi berbahaya bagi manusia, tapi punya efek positif bila dapat memanfaatkan sifat-sifat hakiki dari tenaga ini untuk maksud damai.Banyak orang belum mengetahui, bahwa dengan memanfaatkan sifat-sifat inti atom yang tidak stabil, teknologi nuklirdapat digunakan dalam bidang pertanian, peternakan, pengawetan makanan, hidrologi, industri, dan kedokteran. Padaakhirnya, pemanfaatan teknologi nuklir akan dapat meningkatkan mutu kehidupan dan kesejahteraan masyarakat, Itamenegaskan. Aplikasi teknik nuklir dalam pemuliaan mutasi bisa digunakan untuk memperbaiki satu atau dua sifat yang kurang menguntungkan pada tanaman. Program pemuliaan mutasi di Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan RadiasiBATAN lebih diarahkan pada tanaman pangan, hortikultu ra, dan industri. Dari hasil program pemuliaan mutasi tanamantelah dilepas secara nasional beberapa varietas unggul, antara lain 15 varietas kedelai, satu varietas kacang hijau dansatu varietas kapas. Selain itu, banyak galur mutan harapan dari beberapa jenis tanaman yang masih dalam prosesuntuk dikembangkan menjadi varietas antara lain, padi, kedelai, kacang hijau, ka cang tanah, sorgum, gandum, bawang,artemisia atau tanaman obat, kapas, jarak pagar, dan tanaman hias.
Tujuan pengembangan penelitian teknik nuklir untuk pemuliaan tanaman adalah untuk memberi kontribusi kepada pemerintah dalam upaya meningkatkan ketahanan pangan nasional Program pemuliaan mutasi di Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN lebih diarahkan pada tanaman pangan, hortikultura, dan industri. Teknologi nuklir digunakan untuk pemuliaan tanaman menggunakan teknik mutasi (mutation breeding). Teknik ini nantinya akan dihasilkan keragaman genetik tanaman, yang kemudian melalui proses seleksi dan pengujian lebih lanjut, akan diperoleh suatu varietas unggul tanaman. Mutasi adalah perubahan pada materi genetik suatu makhluk yang terjadi secara tiba-tiba, acak, dan merupakan dasar bagi sumber variasi organisme hidup yang bersifat terwariskan (heritable). Mutasi sendiri ada yang bersifat spontan di alam (spontaneous mutations) ataupun secara induksi (induced mutation). Keduanya sama-sama menghasilkan variasi genetik sebagai dasar seleksi tanaman yang akan diteliti. Oleh sebab itu ada yang mengatakan bahwa pemuliaan tanaman menggunakan metode rekayasa genetic.
Mutasi induksi dapat dilakukan pada tanaman dengan perlakuan bahan mutagen tertentu terhadap organ reproduksi tanaman seperti biji, stek batang, serbuk sari, akar rhizome, kultur jaringan dan sebagainya. Jika mutasi di alam terjadi secara lambat, spektrum, percepatan dan frekuansi mutasi dari tanaman dapat dinaikkan dengan perlakuan penambahan mutagen. Contoh mutagen yang sering digunakan adalah diethyl sulphate (dES), methyl methane sulphonate (MMS), hydroxylamine yang termasuk kelompok mutagen kimia; sinar-X, radiasi Gamma, radiasi beta, neutrons yang termasuk mutagen fisika.
Varietas unggul yang telah diproduksi BATAN meliputi tanaman padi jenis Atomita-1, Atomita-2, Atomita-3, Atomita-4, Cilosari, Situgintung, Mira-1, Diah Suci, dll; kacang hijau jenis Camar; kedelai jenis Muria, Rajabasa, Tengger. Realisasi di lapangan, tanaman varietas unggul tersebut disesuaikan dengan kondisi daerah dan keinginan masyarakat setempat seperti Sumatera yang lebih suka beras pera berbeda dengan Jawa Barat yang lebih menggemari beras pulen. Tetapi penggunaan nuklir dalam kehidupan sehari-hari perlu studi kelayakan dan evaluasi juga pertimbangan pembiayaannya, harus dilakukan seefektif mungkin untuk meminimalisasi terjadinya radiasi bahan radio aktif bagi kesehatan masyarakat yang tinggal di lokasi sekitarnya dan para pekerjanya sendiri.

3.                Rekombinan DNA
Perkembangan dan kemajuan yang dicapai dalam bidang biologi molekuler telah melahirkan dan berkembangnya teknologi rekombinan DNA atau yang dikenal dengan sebutan rekayasa genetik .  Rekayasa genetik atau rekombinan DNA  adalah suatu kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolasi, mengidentifiksi dan melipatgandaan suatu fragmen dari material genetik (DNA) dalam bentuk murninya.  Manipulasi-manipulasi tersebut dilakukan secara in vitro dengan menggunakan material-material biologi
Penggunaan kultur jaringan untuk pembiakan  klonal didasarkan pada  anggapan bahwa jaringan secara genetik tetap stabil jika dipisahkan dari tumbuhan induk dan ditempatkan dalam kultur.  Pendapat ini sebahagian besar berlaku jika tumbuhan dibiakkan dengan kuncup ketiak atau tunas liar yang secara langsung dipisahkan dari tanaman.  Walaupun demikian, apabila tunas terbentuk dari jaringan kalus, sering terjadi penyimpangan (Chaleff, 1984).
Protoplas sel totipoten tanpa dinding sel dapat dihasilkan dengan mudah dan telah dirancang  suatu metode untuk menumbuhkannya menjadi jaringan kalus dan dilanjutkan menjadi tanaman kecil yang dapat dikembangbiakan secara konvensional.  Protoplas dapat dipisahkan dari jaringan tanaman, termasuk akar, daun, buah, serbuk sari, bintil akar kacangan, organ penyimpanan dan jaringan kalus.  Jaringan daun sering digunakan karena hasil protoplas dari sumber ini cukup tinggi dan seragam.  Protoplas sering menghasilkan jaringan kalus yang kemudian dari kalus ini diregenerasikan suatu  tumbuhan yang lengkap.  Sayangnya, keberhasilan metoda ini kecil peluangnya  untuk tanaman kacang-kacangan dan padi-padian.  Belakangan ini kemungkinan tanaman Medicago sativa (Alfafa)  untuk beregenerasi dari protoplasma menjadi tumbuhan lengkap peluangnya  cukup tinggi dalam kondisi pertumbuhan yang relatif sederhana.  Hal ini memberi petunjuk penting bahwa usaha dibidang kacang-kacangan akan dapat berkembang lebih cepat.   Sebegitu jauh kita masih belum mampu untuk mengembangkan tumbuhan dari jenis padi-padian dan kacang-kacangan melalui pertumbuhan protoplasma.
Manfaat penting dari protoplasma dalam pemuliaaan tanaman terletak pada beberapa sifatnya, yaitu :
(1)   protoplas dapat dihasilkan dan disaring untuk membentuk banyak variasi. Meskipun protoplas yang terbentuk secara genetik bersifat homogen, tetapi kalus yang merupakan keturunannya dapat menjadi tanaman yang menunjukan perbedaan  sifat-sifat yang cukup besar,
(2)   tidak adanya dinding sel memudahkan fusi antara protoplas dan dengan demikian mengawali terjadinya pembastaran. Fakta bahwa fusi dapat terjadi antara sel somatik yang bersifat diploid yang memungkinkan   pemulia tanaman merancang suatu teknik dengan baik
(3)   tidak adanya dinding sel juga memudahkan penyerapan DNA, sebagai fragmen atau plasmid yang berasal dari bakteri, untuk menghasilkan tanaman dengan sifat-sifat yang baru sama sekali.
Meskipun tanaman yang diperbanyak secara vegetatif (klon) umumnya mirip induknya, tetapi tidak berarti, bahwa semua klon secara genetik bersifat serupa. Klon yang berbeda secara nyata dari induknya dapat terjadi, dan dikenal sebagai varian somatik dan merupakan hasil perubahan genetik pada sel merismatik yang menghasilkan semua atau sebagian tumbuhan baru. Dalam hal-hal tertentu varian somatik  dapat menjadi varietas baru yang penting, misalnya pada jeruk manis. Beberapa mekanisme genetik dapat menyebabkan terjadinya variasi somatik, antara lain : perubahan jumlah kromosom dalam inti, mutasi gen tunggal, seperti kloroplas dan mitokondria.
Meskipun fusi protoplas tumbuhan diketahui jarang terjadi, namun Power  dan kawan-kawan tahun 1970,  berhasil merancang suatu metode untuk mengendalikan fusi yang dapat diulang, dan dengan demikian menemukan langkah awal untuk pembastaran somatik pada tumbuhan. Suspensi protoplas dalam 0,25 mol/l larutan natrium nitrat dapat  menginduksi   fusi yang cepat.   Larutan 10,2% sukrosa,  5,5% natrium nitrat dan kalsium klorida dapat digunakan untuk menginduksi  fusi protoplas Parthenocissus tricuspidata dengan protoplas Petunia hibrida.
Tahap berikutnya adalah membangkitkan bastar somatik dengan teknik fusi protoplasma yaitu dengan : isolasi protoplasma, fusi, pembentukan kembali dinding sel, fusi inti untuk mendapatkan inti bastar sejati, pertumbuhan sel bastar dalam kultur, dan akhirnya pembentukan tumbuhan secara lengkap.
Pada umumnya, fusi kloroplas tumbuhan mudah dicapai, meskipun tidak mudah untuk menumbuhkan sel bastar dengan memuaskan.  Dari hal ini jelaslah bahwa protoplas bastar yang hanya sedikit terdapat dalam campuran sel perlu dipisahkan  dan mendorong perkembangannya melalui prosedur seleksi.  Sebagai contoh  pembastaran somatik antara Petunia hybrida dengan Petunia parodii, yang prosedur seleksinya memanfaatkan adanya perbedaan kekuatan potensi pertumbuhan antara  protoplas daun kedua jenis tumbuhan ini.  Protoplas Petunia parodiipaling tinggi hanya dapat membentuk kalus kecil yang terdiri dari lebih kurang lima puluh sel pada media, sedangkan protoplas Petunia hybrida terus menerus membentuk kalus.  Sebaliknya dari kepekaannya  terhadap aktinomisin D, Petunia hybrida lebih peka terhadap aktinomisin D dari protoplas Petunia parodi .
Inti campuran (heterokarion) yang terjadi pada fusi dua protoplas yang tidak sama dapat berkembang menjadi sel  bastar dengan fusi inti.  Dengan cara ini semua organel dari kedua protoplas pembawa gen yang dapat mengadakan seleksi   sendiri, digabung, sedangkan pada persilangan seksual biasa, satu inti yang membawa gen kromosomal (karyom) yang berasal dari masing-masing induk, tetapi bisanya gen yang diwariskan melalui plastida (plastidom)  dan gen yang diwariskan melalui mitokondria (kondriom) hanya berasal dari induk betina.  Dengan demikian, teknik fusi protoplasma memberikan kesempatan untuk menghasilkan kombinasi dua genom induk yang lengkap.
Salah satu keuntungan utama yang diberikan oleh kultur untuk percobaan genetik dengan tumbuhan lebih tinggi adalah bahwa kultur sel itu memungkinkan seleksi langsung untuk memperoleh fenotipe baru dari sejumlah besar populasi sel yang ditumbuhkan pada kondisi tertentu dan dari segi fisiologis dan perkembangan bersifat seragam.  Jutaan sel, masing-masing mempunyai potensi untuk menjadi  tumbuhan dapat dikulturkan dalam satu cawan petri.
Berbagai metoda telah dikembangkan dan digunakan untuk membuat tanaman transgenik, termasuk diantaranya penggunaan plasmid Ti dengan Agrobacterium tumefaciens.   Metoda lain yang juga telah dikembangkan adalah metoda gen transfer menggunakan kloroplas, mikroinjeksi DNA, elektroforasi, penembakkan dengan mikroproyektil (Uchimiya, 1989)
Agrobacterium tumefacien efektif digunakan sebagai sistim transfer gen tanaman dikotil, meskipun tidak semua tanaman dikotil menunjukkan respon yang sama terhadap sistim tranformasi ini.  Kedelai misalnya termasuk spesies tanaman yang sulit direkayasa denganAgrobacterium.  Kekurangan yang mencolok dalam sistim ini adalah kesulitan dengan tanaman monokotil, terutama golongan serelia seperti : padi, jagung, gandum dan lain-lain yang tidak dapat ditransformasi dengan Agrobacterium (Wu, 1990).
Teknik-teknik gen transfer berkembang dengan cepat dan terus disempurnakan.  Dalam beberapa tahun terakhir, gen transfer pada tanaman sudah merupakan kegiatan rutin yang dilakukan di beberapa laboratorium di dunia. metoda yang efisien dalam mengklon gen,  teknik transformasi, regenerasi tanaman, ketersediaan konstruksi-konstruksi gen baru, sistim vektor yang terus dikembangkan, promotor yang spesifik untuk organ tertentu untuk ekspresi gen adalah faktor-faktor yang berperan dalam memproduksi tanaman transgenik.
Pada awalnya, gen yang banyak dipakai dalam transfer tanaman adalah gen-gen reporter yang fungsinya lebih banyak untuk uji pengembangan teknik transfer itu sendiri, atau mempelajari kemampuan sekuens pengendali dalam mengendalikan ekspresi suatu gen di dalam sel tanaman.  Kemudian terus dikembangkan transfer klon gen yang mengendalikan karakter-karakter yang mempunyai nilai ekonomis sejalan dengan tersedianya klon gen tersebut.  Karakter-karakter tersebut diantaranya adalah  gen untuk ketahanan terhadap serangga, gen untuk ketahanan terhadap penyakit virus dan bakteri, gen  ketahanan terhadap herbisida, toleransi terhadap salinitas, kekeringan dan peningkatan kualitas nutrisi.

4.                  Transfer Gen
Cara ini dikenal pula sebagai transformasi DNA. Gen dari organisme lain disisipkan ke dalam DNA tanaman untuk tujuan tertentu. Strategi pemuliaan ini banyak mendapat penentangan dari kelompok-kelompok lingkungan karena kultivar yang dihasilkan dianggap membahayakan lingkungan jika dibudidayakan.
Transformasi tanaman yang dimediasi dengan Agrobacterium tumefaciens merupakan metode transformasi tanaman yang paling umum digunakan A. tumefaciens secara alami menginfeksi tumbuhan dikotil dan menyebabkan tumor yang disebut ‘crown gall’ Bakteri ini merupakan bakteri gram negatif yang menyebabkan crown gall dengan mentransfer bagian DNA-nya (dikenal sebagai T-DNA) dari Tumour inducing plasmid (Ti plasmid) ke dalam inti sel dan berintegrasi dengan genom sehingga menyebabkan penyakit ‘crown gall’.T-DNA mengandung 2 tipe gen, gen onkogenik yang menyandikan enzim termasuk sintesis auksin dan sitokinin dan membentuk formasi tumor, serta gen yang menyandikan sintesis opin, hasil dari kondensasi asam amino dan gula. Opin dihasilkan dan diekskresikan sel ‘crown gall’ dan digunakan oleh A. tumefaciens sebagai sumber karbon dan nitrogen. Sementara gen untuk reaksi katabolisme opin, gen yang membantu transfer T-DNA dari bakteri ke sel tanaman, dan gen tansfer konjugatif plasmid, terdapat diluar T-DNA.
A. tumefaciens terlebih dahulu melakukan pelekatan pada permukaan sel tanaman dengan membentuk mikrofibril sehingga menyebabkan terjadinya luka pada tanaman yang akan mengeluarkan senyawa fenolik yaitu asetosiringone sebagai respon sinyal. Sinyal tersebut mengaktifkan virA yang merupakan protein kinase untuk mengaktifkan virG dan memfosforilasinya menjadi virG-P. Dengan aktifnya virG-P ini akan mengaktifkan gen-gen vir lainnya untuk mulai bersifat virulen dan melakukan transfer VirD untuk memotong situs spesifik pada Ti plasmid, pada sisi kiri dan kanannya sehingga melepaskan T-DNA yang akan ditransfer dari bakteri ke sel tanaman . T-DNA utas tunggal akan diikat oleh protein VirE yang merupakan single strand binding protein sehingga terlindung dari degradasi. Bersamaan dengan itu, protein virB membentuk saluran transmembran ysng menghubungkan sel A. tumefaciens dan sel tanaman sehingga T-DNA dapat masuk ke sel tanaman. Gen pada T-DNA, yang meliputi gen auksin, sitokinin dan opin, ikut terekspresi sehingga memacu pertumbuhan sel tanaman menjadi banyak (tumor.
Dengan adanya teknologi transformasi yang dimediasi A. tumefaciens ini berperan dalam menghasilkan tanaman transgenik, seperti tanaman tembakau yang tahan terhadap antibiotik tertentu. Resistensi terhadap antibiotik ini didapatkan dari bakteri yang turut menyisip pada T-DNA A. tumefaciens.

Posted from WordPress for Android

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s