KLONING GEN-GEN TANAMAN DAN MANFAATNYA DALAM PRODUKSI TANAMAN TRANSGENIK

Oleh:

M. Eka Hidayatullah

Latar Belakang

Revolusi hijau yang dikumandangkan pada tahun 1960 yang ditandai dengan perbaikan bercocok tanam seperti penggunaan bibit unggul, penggunaan pupuk yang sesuai dengan pemberatasan hama dan penyakit serta berbagai tindakan lain, namun seiring dengan perkembangan jaman ilmu dan teknologi semakin berkembang, begitu pula dengan hama dan penyakit semakim lama semakin bertambah dan ganas yang disertai dengan pertambahan penduduk, sehingga konsumen menjadi lebih banyak, hal ini membuat para ilmuan harus mengembangkan tanaman yang mampu bertahan terhadap hama dan pernyakit seperti gen Phytocystatins yang dikembangkan yang memiliki fungsi utama yaitu mengatur kegiatan proteolitik endogen dalam pematangan benih dan perkecambahan, dan kematian sel terprogram. Selain itu,keterlibatan Phytocystatins dalam pertahanan tanaman terhadap berbagai hama dan predator, seperti serangga Coleopteran (Wang et al., 2012). Pemuliaan tanaman seperti ini telah diketahui sangat efektif dalam memproteksi tanaman dibandingkan dengan pupuk, dan sangat mendukung kesehatan lingkungan.

Kloning pada tanaman merupakan teknologi yang mampu mengembangkan produksi tanaman dan memberikan resistensi terhadap hama dan penyakit. Kloning adalah langka yang labih bagus dalam mengembangkan tanaman trangenik misalanya Angiospermae, reproduksi seksual merupakan jalur utama untuk mengkombinasikan gen betina dan jantan pada keturunannya. Akan Tetapi, strategi yang berbeda telah diadopsi untuk memperbaiki kombinasi gen superior dalam populasi. Strategi untuk mencapai ini termasuk untuk genotipe tanaman yang akan diabadikan oleh sel fing, yang dilakukan oleh individu homozigot (yaitu, pembuatan keturunan murni), atau dengan vegetatif propagasi, yang juga dapat dilakukan dengan heterozigot individu (yaitu, menciptakan klon). Sebuah strategi yang berbeda adalah untuk mengimplementasikan apomixis, yang terdiri dari reproduksi aseksual yang memungkinkan kloning tanaman dengan biji. Strategi ini mempertahankan genotipe betina pada keturunannya (Pupilli & Barcaccia, 2012). Kloning memberikan kontribusi besar dalam pemuliaan tanaman atau yang disebut transgenik.

Pendekatan transgenik memiliki peningkatan potensi hasil dengan mengurangi efek samping dari faktor stres yang terjadi di lingkungan akibat dari berbagai macam faktor, Pengenalan dari beberapa gen yang tahan terhadap berbagai macam stres pada pohon dihutan akan dapat membantu mengatasi stres pohon dalam hutan akibat perubahan lingkungan. Biomassa adalah target utama untuk rekayasa genetika atau trangenik di bidang kehutanan karena peningkatan hasil biomassa akan menguntungkan sebagian besar aplikasi hilir seperti kayu, serat, pulp, kertas, dan produksi bioenergi (Joseph et al., 2013)

Kloning Tanaman Transgenik Resisten Hama Penyakit.

Metode genetika modifikasi (GM) dirancang untuk meningkatkan ketahan tanaman terhadap hama dengan penggunakan vektor plasmid bakteri alami Agrobacterium tumefaciens. Tahun 1983 diasumsikan bahwa Sistem semacam ini tidak dapat diterapkan pada spesies sereal dan penekanan untuk tanaman ini difokuskan pada metode transfer gen secara langsung, terutama "gen-gun" atau teknologi Biolistics. Teknologi ini adalah metode yang pertama kali berhasil diterapkan untuk jagung. Sejak saat itu, perbaikan yang signifikan telah dilakukan untuk teknik Agrobacterium, dan teknik ini sekarang dapat juga diterapkan pada sereal (seperti gandum, barley dll) (Dunwell, 2014).

Metode GM, mempunyai banyak keuggulan yaitu toleransi terhadap hibrisida dan resistensi serangga. Resistensi terhadap serangga yang memiliki toleransi cekaman, abiotik Makanan kaya nutrisi, pharming molekul, Vaksin dan antibodi-antigen virus (Ahmad et al., 2012) hal ini dikarenakan gen bakteri tanah Bacillus thuringiensis (Bt) yang disisipkan. Berbagai protein dari bakteri ini diketahui menjadi racun bagi berbagai serangga dan telah digunakan secara luas sebagai semprotan dibidang pertanian dan kehutanan sejak tahun 1950-an. Gen yang mengkode protein ini diisolasi dari berbagai strain bakteri dan disisipkan ke tanaman. Target pertama adalah jagung, hama Lepidoptera pada jagung termasuk spesies Coleopteran, cacing dan akar jagung (Mrízová, et al., 2014)

Kloning tanaman transgenik tahan suhu dingin

Suhu beku atau rendah merupakan faktor utama yang membatasi lokasi geografis yang cocok untuk tumbuh tanaman dan tanaman hortikultura sehingga menimbulkan kerugian dalam produktivitas tanaman, dengan melalui genomik fungsional dan genetika molekul fisiologis dan pendekatan biokimia dari berbagai gen dan molekul yang telah terlibat dalam tanaman transgenik toleransi suhu dingin. gen yang terlibat dalam stres suhu dingin ini dapat membantu memperbaiki tanaman sehingga tahan terhadap suhu dingin. (Rasool et al., 2014)

Kloning gen AmGS toleransi dingin dilaporkan dari dial tanaman A. Mongolicus Hidup dalam kondisi dingin, A. mongolicus mengembangkan kemampuan toleransi terhadap suhu dingin yang kuat dan efektif, mampu bertahan dalam suhu -30 °C atau suhu yang lebih rendah dimusim dingin. Gen tahan suhu dingin diinduksi dari protein (CIP) yang diberinama AmCIP, AmGS dan urutan promotor. Ekspresi gen AmGS telah berhasil dalam pohon Photinia serrulata. Pengembangan teknik kloning ini dengan metode kloning penuh cDNA dan analisis gen AmGS untuk mendapatkan gen yang memainkan peran protektif dalam kondisi dingin dengan menganalisis diferensial transkrip dilakukan melalui cDNA-polimorfisme dari panjang fragmen yang teramplifikasi. Analisis pola ekspresi gen AmGS dengan real-time PCR (RT-PCR) setelah itu dilakukan sekuens genomik dan sekuens urutan gen yang mengkode AmGS. Gen mengkode AmGS disisipkan ke dalam vektor plasmid pCAMBIA2300-AmGS kemudian di transformasikan ke dalam Photiniaserrulata (Song et al., 2013)

Kloning Tanaman Transgenik Tahan Abiotik.

Transformasi genetik tembakau dengan gen Cold Shock Protein melalui perantara Agrobacterium tumefaciens. Cold Shock Protein (CSP) merupakan komponen penting dalam organisme untuk ketahanan terhadap kondisi cekaman abiotik. Gen ini telah disisipkan ke dalam promotor ubiquitin di daerah T-DNA dari pCambia 1300int, dan diintroduksikan ke dalam Agrobacterium tumefaciens LBA 4404. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan transformasi genetik Nicotiana tabacum L. cv. Samsun dengan gen CspB di bawah kendali promotor pUbiquitin dan terminator NOS yang diperantarai A. tumefaciens. Potongan daun dikokultivasikan dengan A. tumefaciens LBA 4404. Hasilnya ketahanan kalus terhadap higromisin sangat efisiensi dan transformasi sebesar 57,5% pada media seleksi yang mengandung 50 mg/l higromisin, didapatkan efisiensi regenerasi tunas calon transgenik sebesar 82,6%. Analisis PCR menggunakan calon transgenik sebesar 82,6% dengan primer yang menempel pada promotor ubiquitin dan gen Csp. Kloning ini menghasilkan 18 tembakau putatif transgenik yang mengandung gen CspB (Waluyo, Sustiprijatno & Suharsono. 2013)

Kloning Tanaman Transgenik Menigkatkan Kualitas.

Usaha untuk meningkatkan kulitas tanaman agar lebih baik, di perlukan strategi-strategi jitu, salah satunya dengan penciptaan tanaman trangenik merupakan langkah yang cukup strategis untuk meningkatkan kulaitas produksi tanaman. Mode pengembangan molekuler pada padi menggunakan metode RIL (rekombinant inbreed line) dengan melakukan seleksi dan konfirmasi gen alel gen-gen Hd pada padi berumur genjah dan produktifitas tinggi persilangan Code x Nipponbere. Kombinasi delapan marka dengan menggunakan mikrosatelit yang terpaut dengan lokus gen Hd. Metodenya dengan pengembangan populasi dari padi yang menjadi sampel dan setelah itu dilakukan analisis molekuler dengan melakukan isolasi DNA padi menggunakan PCR yang sudah di kembangkan populasinya dan berumur 2-3 minggu secara miniprep dengan metode dellaporta yang dimodifikasi. Hasil PCR kemudian di pisahkan menggunakan gel poliakrilamid 8 % (Dadang, Tasliah & Prasetiyono J. 2013).

Pengembangan lain dalam usaha pemuliaan tanaman padi yaitu usah untuk menciptakan fariateas baru dengan optimasi sistem regenerasi dan transformasi, penelitian ini terdiri dari dua kegiatan yaitu optimasi sistem regenerasidan transformasi pada farietas. Kegiatan optimasi regenerasi menggunakan 2 jenis media induksi kalus yaitu NBH (garam dan vitamin N6, asam cassamino 0,5g/l, L-prolin 0,5 g/l sukrosa 20 g/l, D-glukosa 10 g/l, 2,4-D 2 gm/l, NAA l mg/l, agarose tipe l 5,5 g/l, pH 5,8) dan NBH-M (garam makro N6, garam mikro B5, dan vitamin, asam cassamino 0,3 g/l, L-Prolin 3 g/l sukrosa 20 g/l, 2,4-D 3 gm/l, NAA l mg/l BAP l mg/l, agarose, 20 mg/l 1, 5,5 pH 5,8) dan regenerasi menggunakan dua macam media R1 (media dasar dan vitamin MS, glutamin 0,3 mg/l, sukrosa 30 g/l, kinetin 2 mg/l, NAA 1 mg/g, fitagel 3 g/l)dan R2 (media dasar dan vitamin MS, asam cassamini 2 g/l, sukrosa 20 g/l, sorbitol 30 mg/l, kinetin 2,5 mg/l, fitagel 3 g/l, pH 5,8) dan kegiatan optimasi transformasi pada farietas padi menggunakan vektor plasmid pCAMBIA 1303 yang mengandung gen pelopor hpt (Apriana, Hadiarto & Dadang, 2013)

Kesimpulan

Usaha untuk meningkatkan kulitas tanaman kearah yang lebih baik, di perlukan strategi-strategi jitu, salah satunya dengan penciptaan tanaman trangenik merupakan langkah yang cukup strategis untuk meningkatkan kulaitas produksi tanaman dengan pemanfaatan teknologi kloning molekuler untuk pengembangan tanaman atau dalam melakukan pemuliaan tanaman karena mampu menciptakan farietas baru sehingga bisa memenuhi kebutuhan penduduk yang semakin lama semakin bertambah.

Pengembangan tanaman trangenik tahan hama dan penyakit dengan metode genetika modifikasi (GM) dirancang untuk meningkatkan ketahana tanaman terhadap hama dan mempunyai banyak keuggulan yaitu toleransi terhadap hibrisida dan resistensi serangga, resistensi terhadap serangga toleransi cekaman, abiotik, Makanan kaya nutrisi, pharming molekul, Vaksin dan antibodi-antigen virus.

Daftar Rujukan

Apriana A., Hadiarto T & Dadang A., 2013. Optimasi Sistem Regenerasi Dan Transformasi Pada Farietas Elit Indonesia. Jurnal agrobiogen. 9(1):1-10.

Ahmad P. dkk. 2012. Role Of Transgenic Plants In Agriculture And Biopharming Sci Verse.Sciencedirect Jurnal Biotechnology Advances.Vol. (30): 524–540.

Dunwell J. M. 2014. Transgenic Cereals: Current Status And Future Prospects.Sains Direct Journal of Cereal Science vol. (59) : 419-434.

Dadang A., Tasliah & Prasetiyono J. 2013. Seleksi dan konfirmasi alel gen-gen Hd pada padi berumur genjah dan produktifitas tinggi persilangan Code x Nipponbere. Jurnal agrobiogen, 9(1):11-18

Joseph G., Dubouzet, Timothy J., Strabala, Wagner A. 2013. Potential Transgenic Routes To Increase Tree Biomass. Science Direct journal Plant Sciencvol. (212):72– 101.

Mrízová K., dkk. 2014. Transgenic Barley: A Prospective Tool For Biotechnology And Agriculture. ScienceDirect Jurnal Biotechnology Advances. Vol. (32): 137–157.

Rasool S., dkk. 2014. Plant Resistance under Cold Stress: Metabolomics, Proteomics, and Genomic Approaches. Jurnal Emerging Technologies and Management of Crop Stress Tolerance (sains direct)Vol (1): 79–98.

Song J dkk. 2013. Cloning of galactinol synthase gene from Ammopiptanthus mongolicus and its expression in transgenic Photinia serrulata plants. Science Direct jurnal Gene. Vol. (513): 118–127.

Pupilli F & Barcacciab G., 2012. Cloning Plants By Seeds: Inheritance Models And Candidate Genes To Increase Fundamental Knowledge For Engineering Apomixis In Sexual Crops. Journal of Biotechnology(sains direct)Vol (159): 291– 31

Waluyo S., Sustiprijatno & Suharsono. 2013. Transformasi Genetik Tembakau dengan Gen Cold Shock Protein melalui Perantara Agrobacterium tumefaciens. Jurnal AgroBiogen. 9(2):58-65.

Wanga Y.,dkk. 2012. Cloning Of A Cystatin Gene From Sugar Beet M14 That Can Enhance Plant Salt Tolerance. ScienceDirect Jurnal Plant Science. Vol. (191– 192): 93– 9.