Makalah Jenis Bioteknologi In vitro Dalam Pemuliaan Tananam

TUJUAN

Melalui Makalah ini akan dibahas Jenis Bioteknologi dalam pemanfaatanya dalam pemuliaan tanaman

PENDAHULUAN

 Kemajuan dalam bidang kultur in vitro dan biologi molekuler telah memberikan peluang baru dalam memanipulasi genom tanaman untuk mewujudkan berbagai keinginan pemulia.

Dengan demikian, muncul istilah pemuliaan konvensional dan pemuliaan non konvensional (menggunakan bioteknologi). Kedua metode ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya sehingga pada kenyataannya kedua cara ini saling menunjang atau komplementer.

Para pemulia pada masa kini harus mampu menggunakan kedua cara ini atau setidak-tidaknya mengerti kedua cara tersebut.

Beberapa permasalahan yang dijumpai dalam pemuliaan konvesional dapat diatasi dengan pemuliaan tanaman melalui bioteknologi dan biologi molekuler. Berikut bioteknologi yang dimanfaaatkan dalam kultur jaringan (in vitro).

1. Kemungkinan memperbaiki karakter dari tanaman yang steril atau sukar menghasilkan bunga (kultur sel dan kultur protoplasma).

2. Mempercepat didapatnya tanaman homozigot (kultur anter).

3.  Kemungkinan melakukan hibridisasi jarak jauh dan tanaman yang secara seksual adalah inkompatibel (fusi protoplas).

4.  Membantu penyelamatan embrio pada persilangan interspesifik (embrio rescue).

5.  Kemungkinan menambah atau memodifikasikan gen khusus (rekayasa genetika).

PEMBAHASAN

Metode Pemuliaan In vetro pada umunya terdiri dari 5 jenis. Berikut pemaparanya .

A.   Penyelamatan Embrio ( E Rescue)

Pengembangan keragaman genetik sangat diperlukan dalam usaha mendapatkan varietas unggul tanaman. Keragaman genetik dapatdiperofeii selain daripool tanaman terbudidaya seperti varietas lokal, varietas unggul nasional, dan galur-galur percobaan, juga diperoleh dari kerabat liar. Sudah banyak dilaporkan, spesies liar merupakan sumber gen-gen yang menyandikan karakter-karakter penting yang bermanfaat dalam BBgpptan pemuliaan, seperti ketahanan terhadap sebagian besarhamadan I penyakit tanaman serta toleransi terhadap stres lingkungan abiotik. Dengan I memindahkan gen pengendali karakter yang bermanfaat ke tanaman budi daya, akan dihasilkan perluasan genetik untuk keperluan program pemuliaan tanaman.

Salah satu cara memindahkan gen spesies liar ke varietas budidaya adalah dengan persilangan kerabat jauh (interspesific hybridization), yang dilanjutkan silang balik dengan salah satu tetuanya. Tujuan mengadakan persilangan kerabat jauh tersebut adalah: 1) memperbesar variabilitas I genetik, 2) memindahkan gen-gen asing yang mengendalikan ketahanan terhadap hama dan penyakit serta toleran terhadap lingkungan rawanke varietas budidaya, 3) diversifikasi sumber cytoplasmic male sterile untuk pengembangan padi hibrid, 4) menggali kemungkinan introgesi gen-gen | biomas dan hasil tinggi.

Melalui metode ini, telah berhasil diperoleh tanaman baru dengan karakter yang diharapkan. Di antaranya adalah pemindahan gen ketahanan terhadap tungro dan busuk batang dari Oryza officinalis, karakter mandul jantan sitoplasma dari O. glumaepatula dan O. perrenis, ketahanan terhaW hawar daun dan penyakit blast dari O. minuta, ketahanan terhadap were* punggung cokelat dari 0. officinalis, ketahanan terhadap hawar daun batt* dan wereng cokelat dari Oryza australiensis, ketahanan terhadap hawar daun bakteri dan blast dari Oryza minuta, ketahanan terhadap virus ke«« rumput dan busuk pelepah dari Oryza nivara serta ketahanan terhadap hawar daun bakteri dan wereng cokelat dari Oryza granulata ke padi budi daya (0. sativa). Ketahanan terhadap nematoda penyebab root-knot dari tomat spesies liar Lycopersicon peruvianum ke tomat budi daya Lycopersicon esculentum, ketahanan terhadap Fusarium, Erwinia, dan Pseudomonas dari spesies liarnya ke tanaman bunga potong Cyclament persicum.

Akan tetapi, banyak silangan-silangan FI interspesifik embrionya gugur dan tidak terbentuk biji untuk seleksi selanjutnya. Hal tersebut disebabkan karakter inkompatibilitas seksual yang terjadi antara silangan berkerabat jauh (interspesific hybridization). Inkompatibilitas seksual ini menyebabkan ketidaksempurnaan pembentukan endosperm, tetapi pembentukan embrio sempurna. Keguguran embrio disebabkan embrio tersebut tidak mendapat nutrisi dari endosperm yang tidak sempurna.

Embrio ini dapat diselamatkan dengan mengkulturkannya pada media aseptik. Media ini menggantikan fungsi endosperm. Kesukaran yang umum terjadi dalam menyelamatkan embrio ini adalah bagaimana mendapatkan eksplan embrio yang utuh dan komposisi media yang sesuai, makin muda umur embrio tersebut makin sulit mendapat embrio yang utuh dan media yang sesuai

B.   KulturAnter

kultur anter (anther culture) sering juga disebut dengan nama kultur haploid. Kultur haploid adalah kultur yang menghasilkan tanaman haploid. Tanaman haploid adalah tanaman yang mempunyai jumlah kromosom sama dengan kromosom garnet (n). Dengan demikian, tidak perlu sama dengan jumlah kromosom dasar. Untuk tanaman diploid (2n = 2x) jumlah kromosom garnet (n) adalah sama dengan jumlah kromosom dasar. Tanaman tetraploid jumlah kromosom garnet sama dengan dua kali kromosom dasar (n = 2x). Dengan demikian, istilah haploid pada tanaman tetraploid dibedakan atas dihaploid (n = 2x) dan monohaploid (n = x).

Seperti telah diuraikan pada Bab terdahulu bahwa tanaman haploid berperan penting dalam metode pemuliaan tanaman modern. Kultur anter memberi peluang untuk menghasilkan galur murni secara cepat, tanpa melalui banyak generasi silang dalam sebagaimana halnya metode pemuliaan konvensional. Kegunaan lain tanaman haploid adalah membuat homozigot ketakserasian sendiri (self incompatibility). Ketakserasian sendiri dikendalikan oleh alel S. Dengan kultur haploid dan penggandaan kromosom bisa didapat genotipe S yang homozigot misalnya S1S1, S2S2, yang tidak mungkin diperoleh melalui hibridisasi seksual.

Keuntungan dan kegunaan lain dari tanaman haploid adalah seperti berikut.

1.  Semua karakter dapat ditampilkan pada keadaan monohaploid karakter yang dikendalikan oleh gen dominan maupun resesif.

2.  Seleksi pada tingkat haploid (mono atau di) jauh lebih mudah d; pada tingkat ploidi yang lebih tinggi.

3.  Pada tanaman asparagus, kultur haploid dipergunakan untuk menghasilkan tanaman super jantan yang selanjutnya dipergunakan untuk menghasilkan tanaman jantan. Tanaman jantan memproduk$ rebung yang lebih banyak dan dengan kualitas lebih tinggi daripada tanaman betina.

4.  Tanaman dihaploid dan tetrahaploid dapat dilepas sebagai varietasbar atau dipergunakan sebagai tetua untuk pembentukan hibrida FI,

Sejarah kultur anter dimulai dengan keberhasilan Guha dan Maheswarj I di India yang berhasil untuk pertama kalinya mengkultur anter dari tanaman Datura innoxia. Sejak saat itu, banyak penelitian dilakukan untuk I mengekstrak haploid secara androgenesis (kultur anter). Kebanyakan penerapan kultur anter dalam program pemuliaan tanaman adalah di RRC, I yang dimulai sejak tahun 1970. Tanaman yang mereka muliakan melalui I kultur anter meliputi tanaman padi, tembakau, kapas, kacang kedelai, karet, kubis, cabai, anggur, bit, dan stroberi. Varietas-varietas baru dari tanaman padi, gandum dan tebu telah dihasilkan melalui kultur anter dan telah dilepas ke petani.

C.   Fusi Protoplasma

Fusi protoplasma merupakan suatu proses alamiah yang terdapatmulai dari makhluk hidup tingkat rendah sampai pada makhluk hidup tingkat tinggi. Pada proses pembuahan secara seksual terjadi penyatuan garnet jantan (sub protoplasma) dengan garnet betina (protoplasma) menjadizigot- Sel-sel dari tanaman tingkat tinggi berhubungan satu dengan lain melalui plasmodesmata. Hubungan sel melalui plasmodesmata ini merupakan fusi protoplasma dengan protoplasma.

Tujuan fusi protoplasma adalah untuk mendapatkan suatu hibrid somatik atau sibrid atau mengatasi kelemahan dari hibrid seksual. Terdap^ dua kelemahan dari hibrida seksual sebagai berikut.

1. Sukar untuk mendapatkan suatu hibrid antar spesies dan antar gener Hibrid somatik dapat mengatasi hal tersebut.

2. . Sitoplasma pada perkawinan seksual hanya berasal dari tetua betina saja. Dalam proses pembuahan garnet jantan hanya membawa inti saja dengan sedikit sitoplasma sebaliknya pada tetua betina selain inti juga sitoplasma. Untuk mendapat sitoplasma dari kedua tetua diadakan fusi antara sub protoplasma (sitoplasma) dengan protoplasma untuk mendapatkan hibrid.

Pada mulanya fusi protoplasma lebih banyak ditujukan pada penelitian dasardan kurang pada aplikasi praktis. Dengan diketahui antara lain, bahwa karakter-karakter resistensi terhadap herbisida penghambat fotosintesa terdapat pada kloroplas sedangkan karakter mandul jantan (MS), heterosis (hybrid vigor) dan resistensi terhadap berbagai penyakit terdapat pada mitokondria maka fusi protoplas penting.

Contoh fusi sub protoplasma dari dengan sub protoplasma adalah penggabungan mandul jantan petunia ke tembakau. Dapat dilakukan melalui dua cara berikut.

1.  Inaktifasi inti dan sitoplasma. Protoplasma tembakau diberi yod asetat untuk mengaktifkan sitoplasma dan protoplasma petunia diberi sinar radio aktif (sinar x atau gamma) untuk mengaktifkan inti, kemudian kedua protoplasma itu difusikan. Hasil fusi tersebut akan mengandung inti tembakau dan sitoplasma petunia.

2.  Cara transfer organela. Mitokondria dari petunia diisolasi dan dibungkus dengan liposoma. Liposoma adalah suatu membran lipid yang dapat bersatu dengan membran protoplas dan melepaskan organela atau DNA atau makromolekul yang dibungkus ke dalam protoplas. Pada mitokondria yang dibungkus dengan liposoma itu akan difusikan dengan protoplas tembakau. Hasil fusi ini akan mengandung inti tembakau dan mitokondria dari tembakau dan Petunia. Diharapkan hibrid mitokondria ini akan menampilkan karakter mandul jantan.

Contoh fusi protoplas dengan protoplas adalah fusi antara Solarium tuberosum (kentang tetraploid (2n = 2x = 48)) dengan S. brevidens (2n = 2x = 24) yang resisten terhadap berbagai penyakit virus. Kentang tetraploid ini mula-mula harus diadakan haploidisasi melalui kultur anter (androgenesis) atau melalui penyilangan dengan S. phureja (partenogenesis) menjadi tanaman kentang dihaploid (2n=24). Kemudian kentang haploid difusikan dengan 5. brevidens. Fusi protoplas ini akan menghasilkan tanaman kentang tetraploid yang resisten terhadap penyakit virus.

Penelitian terapan dari fusi protoplas ini terutama ditujukan untuk mempelajari pewarisan karakter-karakter resisten terhadap herbisida, penyakit, stres, dan mandul jantan dari spesies-spesies liar sebagai donor kepada genotipe-genotipe penerima. Banyak fusan (hasil fusi) telah berha_Sj| diregenerasi menjadi tanaman. Tanaman fusan ini kebanyakan adalah sterj| merupakan kerugian dari tanaman yang produksi yang diharapkannya terletak pada biji dan buah. Dua buah contoh berikut ini akan menjelaskan hal tersebut.

1.      Fusi kentang dan tomat. Tujuannya adalah untuk mendapatkan tanaman berbuah tomat dan berumbi kentang. Hasil fusi ini menghasilkan dua macam sibrida (hibrida sitoplasma). Sibrida dengan inti tomat disebut topato dan sibrida dengan inti kentang disebut pomato. Baiktopato maupun pomato kedua-duanya tidak berumbi dan steril.

2.      Fusi tomat dan S. nigrum. Tujuannya untuk memindahkan resistensi terhadap herbisida atrazine dari S. nigrum ke tanaman tomat. Tanaman tomat hasil fusi memang resistensi terhadap herbisida tetapi steril.

Walaupun masih banyak kendala dalam pengembangan varietasbaru melalui fusi protoplas akan tetapi teknik ini perlu terus dikembangkan. Cara ini kemungkinan besar dapat digunakan dalam perbaikan varietas tanaman hias atau tanaman yang dikembangbiakkan secara vegetatif.

D.   Keragaman Somaklonal

Keragaman somaklonal didefinisikan sebagai keragaman genetik dari tanaman yang berasal dari kultur sel somatik (sel daun, sel akar, dan Iain-lain). Tanaman yang berasal dari keragaman somaklonal disebut somaklon. Keragaman somaklon berasal dari keragaman genetik eksplan dan keragaman genetik yang terjadi di dalam kultur jaringan. Keragaman pada eksplan disebabkan adanya sel-sel bermutan maupun adanya polisomatik dari jaringan tertentu. Keragaman genetik yang terjadi di dalam kultur jaringan disebabkan oleh penggandaan jumlah kromosom (fusi, endomitos), perubahan struktur kromosom (pindah silang, mitosis, atau somatik), perubahan gen dan perubahan sitoplasma. Dengan demikian, dari kultur jaringan dapat diseleksi genotipe yang berguna bagi pemuliaan tanaman. Melalui teknis ini terdapat dua hal yang berbeda kepentingannya bagi pemuliaan tanaman, yaitu mempertahankan kestabilan genetik dan merangsang keragaman genetik. Kestabilan genetik dapat dicapai dengan mendorong sesingkat mungkin fase pertumbuhan tak berdiferensiasi (fase kalus sel bebas), sedangkan keragaman genetik dapat dicapai dengan fase tak berdiferensiasi yang relatif panjang.

Ada tiga cara untuk mendapatkan tanaman somaklon, yaitu regenerasi langsung, kultur sel tunggal, dan kultur protoplasma. Induksi variasi somaklonal dengan regenerasi langsung dimaksudkan bahwa dari eksplan langsung diregenerasi tunas adventif dan embrio somatik tanpa melalui sel tunggal. Pada cara ini pemilihan eksplan dan media memegang peranan penting. Pemilihan eksplan selain untuk mendapat keragaman genetik, juga penting di dalam proses morfogenesis. Pada tanaman kentang, eksplan yang berasal dari daun dan bagian-bagian daun lebih banyak memberikan keragaman genetik daripada bagian eksplan lainnya. Keragaman somaklonal ini dapat ditingkatkan dengan mutagen pada eksplan, baik secara fisik (sinar-x, sinar gamma) maupun secara kimia (EMS,DEMS, NMU). Pemberian mutagen pada eksplan adalah lebih baik daripada kalus. Pemberian mutagen pada eksplan akan menghasilkan mutan utuh (solid mutant), sedangkan pemberian mutagen pada kalus menghasilkan mutan parsial (chimeric mutant). Mutan utuh (non chimeric) mempunyai nilai di dalam perbaikan tanaman.

Cara regenerasi langsung relatif lebih mudah dibandingkan dengan cara lainnya. Cara ini dapat dilakukan pada tanaman seperti mawar, gerbera, dianthus, anthurium, petunia, dan tanaman lainnya seperti kacang tanah.

Kimerik (chimeric) banyak terdapat pada tanaman hias daun maupun bunga-bungaan. Pada tanaman hias daun, kimerik terdapat pada daun seperti pada acalypha, poinsettia, ananas, coleus, dan codaieum. Demikian juga pada tanaman bunga, seperti bougenville, petunia, dianthus, pelargonium, begonium, dan chrysanthemum. Sering ingin didapat warna yang utuh dari jaringan kimerik tanaman tersebut. Kultur sel tunggal dan kultur protoplasma dapat dipakai untuk memisahkan bagian kimerik tersebut menjadi mutan-mutan yang utuh.

E.   Transformasi Genetik Tanaman

Transformasi genetik tanaman adalah pemindahan gen (DNA) asing (yang diisolasi dari tanaman, virus, bakteri, jamur, dan hewan) ke dalam genom tanaman. Gen tersebut dapat menampilkan karakter yang disandinya pada tanaman yang mengalami transformasi tersebut.

Manusia belajar proses transformasi dari Agrobacterium tunefaciens. Bakteri ini menginfeksi tanaman dikotil terutama keluarga Solanaceae. Sel yang terinfeksi itu membelah diri dan memproduksi sel-sel tumor pada tanaman Solanaceae. Sel-sel tumor ini mengeluarkan senyawa-senyawa oktopin yang menjadi sumber makanan bagi bakteri (sumber C dan N).

Pada proses bakteri menginfeksi sel tanaman, hanya bagian T-DNA (transfer DNA) dari Ti-plasmid yang ditembakkan ke DNA tanaman dan HBpp gHM memproduksi ke dalam genom tanaman, memperkaya summer keragaman genetik baru bagi program pemuliaan tanaman.

Makalah Jenis Bioteknologi In vitro Dalam Pemuliaan Tanaman

download Ulang

Format MS. Word 2013 File Size 29 Kb

Untuk mendownload, Silahkan tunggu sampai file succes generate 100%. Dan jika link rusak silakan lapor melalui halaman Contact Form blog ini.