MAKALAH BIOLOGI SEL DAN MOLEKULER APLIKASI PENANDA MOLEKULER PADA TUMBUHAN
OLEH: RAYFIQA RAYFIQA MAULIDAH MAULIDA H B.P 1520422021
PROGRAM PASCASARJANA BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 201
APLIKASI PENANDA MOLEKULER PADA TUMBUHAN
Identifikasi tanaman selama ini dilakukan dengan marka/penanda/ciri-ciri morfologi (kunci-kunci taksonomi) oleh ahli taksonomi. Pengamatan dilakukan terhadap seluruh bagian tanaman seperti daun, batang, akar, bunga, biji dan lainnya. Hasil pengamatan ini kemudian dibandingkan dengan koleksi spesimen tanaman (database) berdasar kunci-kunci taksonomi dari herbarium. alah satu kelemahan sistem ini adalah identifikasi hanya bisa diterapkan untuk tanaman de!asa, memerlukan !aktu lama karena pengambilan sampel/ pengamatan harus menunggu masa berbunga/berbuah. elain itu pengamatan morfologi membutuhkan seorang pakar taksonomi yang sampai saat ini jumlahnya sangat terbatas ("irgilio et al., #$%#). &enis marka molekuler pada tanaman ada dua yaitu penanda dengan teknik P' dan tanpa teknik P'. Penanda molekuler dengan teknik P' antara lain P* ( Random Amplified Polymorphic *+), P ( Amplified Fragment Length Polymorphism), (Simple Sequence Repeats) dan *+ arcoding yang lebih mendasarkan pada seuencing *+. edangkan Penanda molekuler tanpa teknik P'
hanya
ada
satu
jenis
yaitu
P
( Restriction
Fragment
Lenght
Polymorphisme). A. RFLP ! Restriction Fragment Lenght Polymorphisme"
P adalah penanda *+ pertama yang dihasilkan dari perbedaan sekuen nukleotida tanaman yang berbeda. Perbedaan tersebut muncul karena mutasi yang terjadi pada !aktu lalu dan dideteksi sebagai 0ariasi (polimorfisme pada perbedaan fragmen restriksi) (otstein et al., %12$). 3elebihan dari penggunaan metode ini yaitu bersifat kodominan, sangat baik untuk komparatif pemetaan genom. 3elemahan teknik ini yaitu menyita banyak tenaga dan !aktu, kuantitas dan kualitas *+ yang diperlukan sangat tinggi, prosedur hibridisasinya rumit, sehingga menyulitkan otomatisasi, dan memerlukan pustaka probe untuk spesies-spesies tanaman yang belum pernah dieksplorasi sebelumnya. eberapa aplikasi P antara lain untuk pemetaan genetik, studi filogenetik tanaman, studi keragaman, hibridisasi dan introgresi seperti aliran gen antar tanaman.
A. RAPD ! Random Amplified Polymorphic DNA"
4eknik P* menggunakan sekuen primer pendek untuk mengamplifikasi sekuen-sekuen *+ genom secara acak (5illiam et al., %11$). 3elebihan dari teknik analisa P* ialah pelaksanaannya lebih cepat, hanya membutuhkan sampel *+ dalam jumlah sedikit ($,6-6$ nm) dan tidak membutuhkan radioisotop. P* tidak membutuhkan informasi sekuen *+ lebih dulu dan prosedurnya lebih sederhana, lebih cepat, lebih murah daripada P. edangkan kelemahan dari teknik P* adalah tidak dapat membedakan indi0idu homo7igot dan hetero7igot karena bersifat sebagai penanda dominan serta sulit mendeteksi perubahan yang kecil pada struktur *+ (gen). elain itu P* menghasilkan data yang tidak spesifik dan tidak kodomain, namun karena kemudahan dan kecepatan dalam menganalisa data, maka teknik ini banyak digunakan. plikasi P* pada tanaman antara lain 8 untuk mengetahui hubungan kekerabatan genetik antar tanaman, identifikasi gen ketahanan tanaman terhadap penyakit dan menentukan keragaman genetik tanaman. alah satu penelitian yang menggunakan teknik P* adalah 3eragaman 9enetik hibrida durian hasil persilangan Durio zibethinus : ute!ensis berdasarkan P*. 4ujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui seleksi molekuler progeni hasil silang dengan P* dan analisis kekerabatan progeny dan tetua. dapun hasil penelitian ini adalah 8 dari #$ primer P* yang digunakan hanya 6 primer yang mampu mendeteksi polimorfisme dengan kisaran antara %$-%; pita polimorfik serta semua hibrida memperlihatkan kekerabatan yang jauh dengan Durio zibethinus (Hariyati, et al., #$%<). B. AFLP ! Amplified Fragment Length Polymorphism"
P merupakan teknik yang menggabungkan kekuatan P (pemotongan *+ dengan en7im restriksi) dan fleksibilitas teknologi P' ("os et al., %116). =enurut =ondini et al. (#$$1) bah!a polimorfisme dalam analisis P berasal dari tiga sumber, yaitu8 (%) 0ariasi sekuen pada satu atau kedua tempat restriksi fragmen flanking tertentu, (#) insersi dan delesi dalam amplifikasi fragmen, dan (<) perbedaan dalam sekuen-sekuen nukleotida yang berdekatan terhadap titik restriksi. P memiliki tingkat polimorfisme yang lebih tinggi dibandingkan dengan P. 3eunggulan teknik P antara lain 8 tidak memerlukan informasi sekuen dari genom dan dapat
diaplikasikan pada semua
spesies
tanaman, hasil
amplifikasinya stabil, tingkat pengulangan dan 0ariabilitasnya sangat tinggi, dapat bertindak sebagai jembatan antara peta genetik dan peta fisik pada kromosom. 3elemahan dari teknik P adalah cara aplikasinya relatif lebih rumit, memerlukan !aktu lebih lama, keterampilan khusus, serta pengadaan alat dan bahan sangat mahal. 4eknik ini sedikit rumit karena melibatkan en7im restriksi dan amplifikasi. C. SSR ! Simple Sequence Repeats"
=ikrosatelit adalah sekuen *+ sederhana, terdiri dari #-> basa yang berulang-ulang sehingga sering disebut juga dengan simple seuence repeats (s) (&acob et al., %11%). ?rutan berulang-ulang tersebut membentuk motif yang unik untuk suatu jenis organisme. =ikrosatelit banyak dijumpai pada genom eukariot dan umumnya terdistribusi secara merata pada genom organisme tertentu. =ikrosatelit mempunyai karakteristik sebagai berikut8 tingkat polimorfisme yang tinggi, bersifat kodominan, dan di!ariskan mengikuti hukum mendel (Po!ell et al., %11@). 3elebihan
marka
ini
yaitu
bersifat
kodominan
sehingga
tingkat
hetero7igositasnya tinggi yang berarti memiliki daya pembeda antar indi0idu sangat tinggi serta dapat diketahui lokasinya pada *+ sehingga dapat mendeteksi keragaman
alel
pada
le0el
yang
tinggi,
mudah
dan
ekonomis
dalam
pengaplikasiannya karena menggunakan proses P'. 3elemahan teknik ini adalah marka tidak tersedia pada semua spesies tanaman, sehingga untuk merancang primer yang baru dibutuhkan !aktu yang lama dan biaya yang cukup mahal. alah satu penelitian dengan teknik mikrosatelit adalah plikasi 4eknologi =arka =olekuler untuk "erifikasi Identitas 9enetik "arietas ayuran 3omersial. dapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mem0erifikasi perbedaan genetik dari beberapa tanaman sayuran yang dikomersialkan, yaitu tiga set 0arietas tomat, dua set 0arietas cabai merah, dan satu set 0arietas terong yang diproduksi oleh dua produsen benih berbeda yang disinyalir mempunyai kesamaan genetik. *ilakukan dengan metode P' menggunakan marka mikrosatelit. Hasil penelitian menyatakan bah!a benih-benih tomat, cabai merah, dan terong yang di0erifikasi tersebut adalah sama secara genetik dengan kesamaan genetik A1$B (ahagia!ati et al., #$$6).
D. DNA B#$%&'()*
*+ barkoding adalah satu atau lebih sekuen gen pendek yang diambil dari bagian genom standar yang digunakan untuk mengidentifikasi species (3ress dan Crickson, #$$2aD #$$2b). *+ barkoding yang ideal harusnya memiliki kriteria sebagai berikut8 %). harus cukup ber0ariasi untuk membedakan semua spesies, tetapi cukup terkonser0asi dan kurang ber0ariasi di dalam dan di antara spesies. #). harus distandarkan, dengan daerah *+ yang sama seharusnya dapat membedakan golongan taksonomi spesies. <). sasaran daerah *+ harus mengandung informasi filogenetik yang cukup untuk memudahkan identifikasi spesies dan golongan taksonominya (spesies, familia, dsb) (4aberlet et al., #$$;). 4erdapat tiga gen yang direkomendasikan oleh "onsortium for the #arcoding of Life $"#oL% Plant &oring 'roup (#$$1) untuk *+ barkoding tanaman, yaitu $+%L, -#K '#) ITS. *+ barcoding terutama untuk tanaman merupakan
teknologi analisis keragaman/identifikasi spesies yang pelaksanaannya sangat sederhana dengan tahapan sebagai berikut8 Pengambilan sampel dan preser0asinya, Ckstraksi *+ dari sampel, mplifikasi *+ arcode dengan P' (menggunakan pasangan primer spesifik dari gen-gen rbcL atau mat3), Purifikasi hasil amplifikasi dengan P', euencing untuk membaca urutan basa *+ yang akan menjadi *+ barcode, nalisis data hasil seuencing (dengan assembling, editing dan alighment pendahuluan dengan soft!are ()'A *.+*), Input data hasil seuencing ke database #LD $#arcode of Life Data Systems%. Eutput dari proses ini adalah informasi lengkap mengenai spesies (data morfologi, taksonomi, dan pendukung). alah satu penelitian dengan *+ arcoding adalah arcode *+ nthurium 9elombang 'inta ( Anthurium plo-manii) berdasarkan gen rbc dan mat3. dapun tujuan dari penelitian ini untuk menentukan tingkat kemiripan sekuens barcode *+ tanaman nthurium 9elombang 'inta ( Anthurium plo-manii) dibandingkan spesies kerabatnya yang sudah terdata dalam E* ystems. 4eknik Polymerase 'hain eaction (P') digunakan dalam perbanyakan sekuens fragmen gen rbc dan gen mat3 oleh primer uni0ersal yang tersedia. Hasil penelitian menyimpulkan bah!a sampel tanaman . plo!manii menghasilkan sekuens barcode rbc yang mirip %$$B (identik) dengan spesies . cubense. Ini berarti barcode *+ rbc tidak dapat digunakan untuk identifikasi tingkat spesies. ekuens barcode mat3
sampel menunjukkan kemiripan 11,%B dengan . ra0enii yang berbeda dalam morfologi daun. ekuens mat3 sampel bersifat unik diantara anggota-anggota genus nthurium sehingga direkomendasikam penggunaannya untuk identifikasi sampai tingkat spesies (3olondam et al., #$%<).
DAFTAR PUSTAKA
ahagia!ati, C.=. eptiningsih, =. Funus, &. Prasetiyono, . *adang, dan utrisno . #$$6. plikasi 4eknologi =arka =olekuler untuk "erifikasi Identitas 9enetik "arietas ayuran 3omersial. . /ort. 0*$1%2%6<-%61 otstein, *., . 5hite, =. kolnick, and .5. *a0is. %12$. 'onstruction of genetic linkage map in human, using restriction fragment length polymorphism. merican &ournal of Human 9enetics <#8 <%>-<<%. Hariyati,4., &. 3usnadi, C.. rumingtyas. #$%<. 9enetic di0ersity of hybrid durian resulted from cross breeding bet!een Durio ute!ensis and Durio zibethinus based on random amplified polymorphic *+s (P*s). American ournal of (olecular #iology, 1 2 %6<-%6;. &acob, H.&., 3. indpaintner, 3. incodpaintner, .C. incoln, 3. 3usumi, .3. unker, F.P. =ao, *. 9anten, ".&. *7au, and C.. ander. %11%. 9enetic mapping of a gene causing hypertension in the strokeprone spontaneously hypertensile rat. "ell 342 5016557. &oshi, 3., P.'ha0an., *.5arude and .Pat!ardhan. #$$>. =olecular =arkers in Herbal *rug 4echnology. "urrent Science, 84 $5%2 %61-%@6. 3olondam, . &., C. engkong, &. Polii-=andang. #$%<. arcode *+ nthurium 9elombang 'inta ( Anthurium plo-manii) berdasarkan gen rbc dan mat3. urnal #ioslogos, 1 $0% 8 %;-#6. 3ress, 5.&. and *.. Crickson. #$$2a. *+ arcoding8 a 5indfall for 4ropical iology. #iotropica, 7+$7%2 >$6G>$2. 3ress, 5.&. and *.. Crickson. #$$2b. *+ barcoding8 9enes, genomics, and bioinformatics. Proceedings of the 9ational Academy of Sciences :SA, 0+*8 #;@%G#;@#. =ondini, ., . +oorani, and =.. Pagnotta. #$$1. ssessing Plant 9enetic *i0ersity by =olecular 4ools. Di;ersity, 02 %1-<6. Po!ell, 5., 9.'. =achray, and &. Pro0an. %11@. Polymorphism re0ealed by simple seuence repeats. . "irgilio =, &ordaens 3, reman , et al. #$%#.
"os, P., . Hogers, =. leeker, =. eijans, 4. "andelee, =. Hornes, . rijters, &. Pot, &. Peleman, =. 3uiper, and =. abeau. %116. P8 a ne! techniue for *+ fingerprinting. 9ucleic Acids Research, 518 >>$;->>%>. 5illiam, &.9.3., .. 3ubelik, 3.&. i0ak, &.. afalski, and .". 4ingey. %11$. *+ Polymorphism mplified by arbitrary Primers are useful as genetic marker. 9ucleic Acids Research, 088 @6<%-@6<6.
