MAKALAH GENETIKA DAN REPRODUKSI
Linkage dan Pemetaan Kromosom Pada Eukariota, Pemetaan Kromosom Pada
“
Bakteri dan Bakteriofage
”
Oleh, KELOMPOK VI (ENAM) 1. Elvira
(17177011)
2. Indri Rahmawati
(17177017)
3. Nita Ella Demelia
(17177023)
4. Chelsy Andani
(17177042)
5. Yasminul Husna
(17177035)
DOSEN : Dr. Yuni Ahda, M.Si
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2018
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
William Bateson dan Reginald Punnett, Punnett, untuk pertama kali melaporkan adanya penyimpangan data F2 terhadap Hukum Perpaduan Bebas Mendel (Hk.Mendel II). Penyimpangan ini terjadi karena lokus-lokus terletak pada kromosom yang sama atau disebut berada pada grup pautan (linkage (linkage group) group) yang sama. Pautan seks dapat terjadi pada hampir semua organisme, o rganisme, terutama hewan dan d an manusia. Pautan seks menyebabkan suatu sifat warisan hanya muncul pada jenis kelamin tertentu. Pautan genetik dapat dipatahkan oleh peristiwa pindah silang, silang, yang terjadi pada tahap profase tahap profase I dalam meiosis. Semakin dekat posisi dua lokus, semakin rendah frekuensi pindah silangnya. Peristiwa pindah silang menjamin terjaganya variasi maksimum pada keturunan yang sebesar-besarnya. Usaha menentukan posisi gen atau lokus dalam kromosom disebut pemetaan gen atau pemetaan kromosom. Pemetaan genetik merupakan suatu cara untuk menetukan urutan gen-gen di dalam suatu kromosom. Selain itu, pemetaan genetik juga di gunakan untuk menentukan jarak relatif antara suatu gen dengan gen yang lain.Terdapat dua cara pemetaan kromosom yaitu pertama secara fisik melalui observasi mikroskopik atau peta sitologi, dan yang kedua melalui studi rekombinasi gen atau atau pindah silang yang disebut peta genetik. Peta sitologi merupakan peta fisik yang nyata. Jarak yang terdapat pada peta fisik merupakan jarak yang nyata, gen-gen akan ditampilkan melalui pita-pita kromatin. Peta genetik merupakan peta relatif yang didasarkan pada frekuensi rekombinasi yang tercatat. Nilai yang dihasilkan dari suatu perhitungan dapat dikoreksi oleh perhitungan lain seandainya diperoleh data tambahan. Selain kedua cara di atas, bersamaan dengan berkembangnya teknik molekular muncul peta-peta molekular tingkat DNA berdasarkan marka molekuler.
B. Identifikasi Makalah
Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan pautan? 2. Bagaimana dasar sitologis pindah silang? 3. Apa yang dimaksud dengan Pemetaan kromosom pada eukariot,bakteri dan bakteiofage? 4. Bagaimana cara membuat pemetaan kromosom?
C. Tujuan Makalah
Yang menjadi tujuan dari makalah ini adalah : 1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan pautan 2. Mengetahui bagaimana dasar sitologis pindah silang dan dapat menentukan pola pindah silang dari kromosom 5. Mengetahui Pemetaan kromosom pada eukariot,bakteri dan bakteiofage 6. Mengetahui cara membuat pemetaan kromosom?
BAB II PEMBAHASAN
A. Pautan/Tautan
Jumlah besar gen dan jumlah kromosom yang relative kecil dalam suatu organisme mengharuskan bahwa tiap pasang kromosom mengandung banyak lokus gen (Kimbal, 243). Gen-gen yang terletak dalam kromososm yang sama dan cendrung diwariskan bersama-sama dalam persilangan genetik dan ini disebut dengan gen-gen tertaut (linked genes) (Campbeel, 316). Tanda-tanda adanya pautan sebenarnya sudah terlihat pada laporan persilangan dihibridisasi tanaman ercis (pisum sativum) yang dikemukakan oleh w. bateson dan r.c punnet pada tahun 1906 (gardner dkk, 1991). akan tetapi hasil percobaan persilangan itu gagal diintrepetasikan oleh mereka bahwa ada pautan. t. h morgan dan sutton adalah yang pertama kali mengintrepetasikan hasil percobaan persilangan itu dengan benar tentang adanya pautan (Natsir, 2013). Diawal abad ke 20 Thomas Hunt Morgan mendirikan sebuah laboratorium genetika di Columbia. Dilaboratorium tersebut morgan bekerja dengan lalat buah. Salah satu hal yang paling awal mereka temukan adalah bahwa hukum mendel mengenai perpasangan bebas tidak selalu benar. Sejumlah sifat drosopila diwariskan secara bersam-sama bukan secara terpisah. Saat dihibrid dilakukan berdasarkan hukum mendel seluruh kombinasi sifat-sifat yang disilangkan akan muncul pada generasi berikutnya. Namun morgan menemukan hanya menghasilkan dua dari empat fenotip yang mungkin muncul. Sifat yang tidak bersegregasi dengan bebas itulah yang disebut bartautan (George, 110). Persilangan yang dilakukan bateson dan punnet (1906) mereka menyilangkan tanaman dengan alel homozigot. Hasilnya, semua generasi F1 menghasilkan tanaman bunga ungu un gu dengan den gan polen po len lonjong (PpLl) (Pp Ll) seperti yang telah diduga sebelumnya. Ketika sesama F1 disilangkan, perbandingan fenotipe yang tidak biasa dihasilkan. Perhatikan diagram berikut :
Berdasarkan persilangan tersebut, terlihat bahwa terdapat pautan antara gen P dengan L dan p dengan l. Oleh karena itu, meskipun genotipe F1 adalah PpLl, gamet yang dihasilkan tetap bergenotipe PL dan pl. Hal ini menghasilkan generasi F2 dengan perbandingan 3:1 (bunga ungu, polen lonjong : bunga merah, polen bulat). Persilangan yang dilakukan Morgan
Percobaan: morgan ingin mengetahui apakah gen-gen untuk warna tubuh dan ukuran sayap terletak pada kromosom yang sama. Jika ya bagaiman hal ini mempengaruhi pewarisan sifat kedua gen tersebut. Alel untuk warna tubuh adalah B (abu-abu) dan b(hitam), sedangkan ukuran sayap adalah V (normal) dan v (vestigial). Pertama: morgan mengawinlan lalat Wild type galur murni dengan lalat hitam bersayap vestigial untuk menghasilkan dihibrid F1 heterozigot (BbVb) yang semuanya berkenampakan wild type. Kemudian mengawinkan betina dihibrid F1 wild type dengan jantan hitam bersayap vestigial. Sperma jantan hanya menyumbangkan alel-alel resesif sehingga fenotipe keturunannya merefleksikan genotype sel-sel telur betina. Catatan: walaupun hanya betina yang ditunjukkan disini, separuh keturunan dalam setiap kelas adalah jantan (dengan abdomen yang membulat) Rasio prediksi: jika gen-gen terletak pada kromosom yang
1
1
1
1
1
1
0
0
berbeda: Jika gen-gen terletak pada kromososm yang sama dan alelalel parental selalu diwariskan bersama-sama (Campbell, 317) B. Pengertian Pautan/Tautan(Linkage) Pautan genetik ( genetic linkage dalam bahasa Inggris) dalam genetika adalah
kecenderungan alel-alel pada dua atau lebih lokus pada satu berkas kromosom yang sama (kromatid) untuk bersegregasi bersama-sama. Pada meiosis, dua berkas kromatid homolog ( sister chromatids) akan berpisah sewaktu anafase I. Alel-alel yang terletak pada berkas kromatid yang sama akan sama-sama bersegregasi. Segregasi bersama-sama ini terjadi karena adanya pautan genetik pada alel-alel tersebut. Pautan/Tautan (linkage) adalah beberapa gen yang terletak dalam kromosom
yang sama, saling berkait atau berikatan, saat proses pembentukkan gamet, disebabkan gen-gen tersebut terletak dalam kromosom yang sama. Terjadinya pautan (gen linkage) antargen ini ternyata disebabkan oleh letak gengen tersebut masih berada dalam kromosom yang sama. Oleh sebab itu, ketika kromosom memisah sewaktu meiosis dan membentuk gamet, kedua gen tetap bersama. (Suryo, 1994)
Pautan terjadi apabila lokus atau alel tertentu dari dua atau lebih gen diwariskan secara bersama-sama. Hal ini terjadi karena gen-gen tersebut terletak pada kromosom yang sama. Gen atau lokus yang terletak pada kromosom yang sama secara fisik saling berhubungan
dan
cenderung
untuk
bersegregasi
bersama-sama
pada
saat
meiosis. Sementara gen-gen yang terletak pada kromosom yang berbeda akan berpisah secara bebas mengikuti hukum Perpaduan Bebas Mendel. Hukum Perpaduan Bebas Mendel terjadi karena semua pasangan kromosom homolog saat meiosis akan berpisah secara bebas ke dua kutub yang berbeda. Jadi bila gen-gen terletak pada kromosom yang berbeda maka gen-gen tersebut akan mengikuti kebebasan hukum tersebut. Lalu bagaimana dengan gen-gen yang terletak pada satu kromosom yang sama ?
C. Jenis-Jenis Pautan
1.
Pautan sempurna Gen-gen yang terangkai letaknya amat berdekatan, maka selama meiosis gen-gen itu tidak mengalami perubahan letak. Sehingga, gen-gen tersebut bersama- sama menuju gamet.
2.
Pautan tidak sempurna Gen-gen yang terangkai pada satu kromosom letaknya tidak berdekatan satu sama lainnya. Sehingga, gen-gen itu dapat mengalami perubahan letak yang disebabkan karena adanya perubahan segmen dari kromatid-kromatid pada sepasang kromosom homolognya Dalam tautan dikenal duasusunan gen yang menunjukkan lokasi alel pada kromosom, yaitu : 1. Coupling (cis) Gen-gen dominan terangkai pada satu kromosom, sedangkan gen-gen resesif terangkai pada kromosom homolognya. 2. Repulsion (trans) Gen dominan terangkai dengan gen resesif yang bukan alelnya pada satu kromosom, sedangkan gen resesif dari sel pertama dan gen dominan dari sel kedua terangkai pada kromosom homolognya.
Gambar. Linkage 1) coupling phase (sis), 2) Repulsion phase (trans) D. Pindah Silang (Crossing Over) Pindah silang (crossing over) merupakan pertukaran segmen antar dua
kromosom homolog. Peristiwa ini berlangsung pada saat kromosom homoloh berpasangan dalam profase I meiosis yaitu pada saaat pakiten. Pada saat itu serat DNA homolog dari kromatid-kromatid yang berbeda dapat bersentuhan dan bertukar ruas. Titik kontak kromatid-kromatid tersebut dinamakan kiasma. Pada titik kontak antara dua kromatid dapat terjadi reaksi enzimatik yang menyebabkan terjadinya pemotongan kromatid-kromatid tersebut dan kemudian potongan-potongan itu disambungkan kembali. Pada saat penyambungan tersebut terjadi pertukaran potongan kromatid secara resiprokal di antara pasangan kromosom homolog sehingga dihasilkan kromosom rekombinan yang berbeda dengan tetuanya. Melalui proses pindah silang ini suatu organisma akan menghasilkan keturunan dengan sifat baru yang merupakan kombinasi sifat kedua tetuanya. Misalkan suatu genotif AaBb mengalami pindah silang saat pembelahan meiosis akan diperoleh gamet sebanyak empat macam, yaitu AB, ab, Ab, dan aB.
Dua yang pertama (homogamet) disebut kombinasi parental (KP) yang merupakan hasil peristiwa pautan , dan
dua yang terakhir (heterogamet) disebut kombinasi baru (KB) atau rekombinan (RK) yang merupakan hasil peristiwa pindah silang .
(
Gambar Peristiwa pindah silang)
( Gambar Peristiwa pindah silang) Prosentase terbentuknya kombinasi baru saat terjadi pindah silang disebut Nilai Pindah Silang (NPS) yang dapat dihitung dengan rumus berikut: Keterangan : NPS
: Nilai Pindah Silang
KB
: Kombinasi Baru
KP
: Kombinasi Parental
Hasil Pindah Silang akan terbentuk : Kombinasi Parental (KP) Kombinasi Rekombinan (RK) Gen yang berpautan tidak selamanya terpaut. Pindah silang menyebabkan pergantian alel diantara kromosom homolog, menghasilkan kombinasi yang tidak ditemukan pada induknya. Pindah silang meningkatkan keragaman genetik selain yang dihasilkan oleh pengelompokkan gen secara bebas. Ketentuan: Nilai pindah silang adalah angka yang menunjukkan persentase kombinasi baru yang dihasilkan akibat terjadinya pindah silang. Nilai pindah silang (satuan dalam %) sama dengan jarak gen. Nilai pindah silang juga sama dengan nilai rekombinasi gen berpautan. Pindah silang terjadi jika 50% < atau >. Pada umumnya pindah silang dijumpai pada makhluk betina maupun jantan. Namun pada ulat sutra (Bombyx mori) betina tidak pernah terjadi pindah silang. Sementara itu, Drosophyla yang jantan tidak mengalami pindah silang. Contoh soal pindah silang:
Penyelesaian:
Nilai pindah silang (NPS) sama dengan nilai RK = 8 %, yaitu jumlah rekombinasi hasil pindah silang.
Perbandingan gamet yang terbentuk akibat adanya pindah silang PH : Ph : pH : ph = 23 : 2 : 2 : 23
Contoh lain:
Misalkan, dari seluruh populasi sel ada 20% sel m engalami pindah silang dan 80% lainnya tidak mengalami pindah silang, maka kombinas parental yang diperoleh adalah: AB = 50% x 0,8 = 40 % Ab = 50% x 0,8 = 40 %
Sementara rekombinan yang mungkin dihasilkan adalah : AB = 25 % x 0,2 = 5 % Ab = 25 % x 0,2 = 5 %
aB = 25 % x 0,2 = 5 % Ab = 25 % x 0,2 = 5 %
Maka Pada sel tersebut frekuensi kombinasi parentalnya, yaitu AB dan ab masing-masing 45% (40% + 5%) menjadi keseluruhan 90%.
Sementara itu, frekuensi rekombinan yang terbentuk adalah 10%.
Peristiwa pindah silang dari gen yang terpaut ak an menghasilkan kombinasi parental lebih dari 50%.
Adapun rekombinannya dapat dipastikan dibawah 50%
E. Pemetaan Kromosom Eukariot 1. Definisi Gen, Genom, Kromosom & DNA
Gen berasal dari bahasa Belanda yaitu gen, adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Gen adalah unit dasar dari hereditas, yang terletak pada kromosom (chromosome), yaitu suatu struktur yang bentuknya seperti tongkat dan terletak ditengah-tengah (nucleus) setiap sel tubuh. Menurut (Triwibowo Yuwono, 2005) Secara keseluruhan kumpulan gen-gen yang terdapat di dalam setiap sel individu organisme disebut sebagai genom. Dengan perkataan lain, genom suatu organisme adalah kumpulan semua gen yang dimiliki oleh organisme tersebut pada setiap selnya. Banyaknya gen yang terdapat dalam suatu genom berbeda antar organisme. Semakin rumit suatu organisme, semakin banyak gen yang dikandung di dalam genomnya. Kata kromosom berasal dari kata khroma yang berarti warna dan soma yang berarti badan. Kromosom adalah suatu struktur makromolekul yang berisi DNA di mana informasi genetik dalam sel disimpan. Kromosom adalah pembawa gen yang terdapat di dalam inti sel (nukleus). Kromosom terdiri dari DNA dan RNA (asam ribonukleat) dan protein.
Hubungan Gen dengan DNA Menurut Bowo (2010), secara substansi sesungguhnya gen merupakan sepenggal DNA yang diseliputi dan diikat oleh protein, serta berfungsi sebagai zarah penentu sifat organisme. Selain itu gen bersifat antara lain :
1. Sebagai suatu materi tersendiri yang terdapat dalam k romosom. 2. Mengandung informasi genetika./ sifat herediter. 3. Mengatur perkembangan dan proses metabolism individu. 4. Dapat menduplikasikan diri pada peristiwa pembelahan sel
Hubungan Gen dengan Kromosom Kromosom mengandung DNA. Total keseluruhan informasi genetik yang disimpan didalam kromosom disebut genom. Genom DNA tersusun atas gen-gen. satu gen mengandung satu unit informasi mengenai suatu sifat yang dapat diamati. Gen juga dianggap sebagai fragmen DNA didalam kromosom (Bio, 2012).
Hubungan Gen, Kromosom dan DNA Bagian utama sebuah sel adalah nukleus, di dalam nukleus terdapat benang benang halus yang disebut kromatin. Pada saat sel akan mulai membelah diri, benang-benang halus tersebut menebal, memendek dan mudah menyerab warna membentuk kromosom. Kromosom adalah struktur padat yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu DNA dan protein. Secara struktural perubahan DNA dan protein menjadi kromosom di awali pada saat profase. Molekul DNA akan berikatan dengan protein histon dan nonhiston membentuk sejumlah nukleosom. Unit-unit nukleosom bergabung memadat membentuk benang yang lebih padat dan terpilin menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang benang kromatin. Benang-benang kromatin akan tersusun memadat membentuk lengan kromatin. Selanjutnya kromatin akan mengganda membentuk kromosom.
2. Genom Eukariot
Organisme prokariot seperti bakteri diketahui hanya mempunyai sebuah kromosom yang tidak dikemas di dalam suatu nukleus sejati. Kromosom ini berbentuk lingkaran (sirkuler), dan semua gen tersusun di sepanjang lingkaran tersebut. Oleh karena itu, genom organisme prokariot dikatakan hanya terdiri atas sebuah kromosom tunggal. Berbeda dengan genom prokariot, genom eukariot tersusun dari beberapa buah kromosom. Tiap kromosom membawa sederetan gen tertentu. Selain itu, kromosom eukariot mempunyai bentuk linier. Posisi di dalam kromosom, baik pada prokariot maupun pada eukariot, yang ditempati oleh suatu gen disebut sebagai lokus (jamak: loki) bagi gen tersebut. Genom eukaryot mempunyai organisasi yang lebih kompleks dibangdingkan dengan genom prokaryot.Ukuran genom eukaryot, khususnya eukaryot tingkat tinggi, jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran genom prokaryot. Bahan genetik utama jasad eukaryot terletak di dalam inti sel (nucleus) dan dikemas sedemikian rupa membentuk struktur yang disebut kromosom. Jumlah kromosom pada kelompok jasad
eukaryot
sangat
bervariasi,
mulai
dari
dua
buah
pada
khamir
Schizosaccharomyces pombe, sampai mencapai 250 buah pada sejenis kepiting
(hermit crab). Selain kromosom, beberapa sel eukaryot juga mempunyai DNA di luar kromosom yaitu DNA pada mitokondria dan pada kloroplas (pada sel tumbuhan hijau). (Triwibowo, 2010). Informasi genetik pada eukaryot dapat terletak pada kedua untaian ganda DNA, artinya masing-masing untaian DNA dapat berfungsi sebagai bagian yang mengkode sesuatu (coding region) maupun yang tidak membawa informasi (non-coding region).
3. Pemetaan Kromosom Eukariot
Peta kromosom adalah gambar skema sebuah kromosom yang dinyatakan sebagai sebuah garis lurus dimana diperlihatkan lokus setiap gen yang terletak pada kromosom itu. Jarak antara satu gen dengan gen lainnya yang berangkai pada sebuah kromosom dinyatakan dengan Unit Peta dan 1 Unit Peta ( map unit ) = 1% Pindah Silang . Selain dinyatakan dengan Unit Peta ( Map Unit ), maka jarak
antara gen-gen yang berangkai dinyatakan pula dengan Unit Morgan untuk mengenang Morgan yang menemukan adanya gen-gen yang berangkai. Satu Unit Morgan menggambarkan 100% pindah silang, maka 1% pindah silang = 1 centimorgan (1cM) = 1 Unit Peta ( Map Unit ). Sentromer dari kromosom biasanya
dianggap sebagai pangkal, maka diberi tanda 0 (angka 0). Pada lokus setiap gen dibubuhkan angka yang menunjukkan jarak antara gen itu dengan sentromer atau jarak antara satu gen dengan gen yang lain. Misal : o Pindah silang gen a – b = 5%, artinya jarak antara gen a – b adalah 5 Unit Peta atau 5 cM. o Pindah silang gen a – b = 10 %, berarti jarak a – b = 10 unit o Pindah silang gen a – c = 9 %, berarti jarak a – c = 9 unit o Pindah silang gen c – d = 13 %, berarti jarak c – d = 13 unit Jarak antara gen satu dengan gen lainnya yang berangkai disebut Jarak Peta. Adapun peta kromosom tanpa menunjukkan letak sentromer disebut Peta Relatif. Untuk membuat peta kromosom harus menggunakan individu trihibrid yang berangkai yang diujisilang. Umumnya pembuatan peta kromosom banyak dilakukan pada organisme-organisme yang cepat menghasilkan keturunan, mudah dipelihara, dan memiliki jumlah kromsom sedikit, misalnya pada lalat Drosophila melanogaster .
4. Pembuatan Peta Kromosom Autosom
Contoh pembuatan peta kromosom pada lalat Drosophila melanogaster . Pada lalat ini terdapat gen-gen yang berangkai pada autosom yaitu : C = gen yang menentukan sayap lurus (normal) c = gen yang menentukan sayap berlekuk S = gen yang menentukan tubuh tidak bergaris (normal) s = gen yang menentukan tubuh bergaris E = gen yang menentukan tubuh hitam e = gen yang menentukan tubuh kelabu Persilangannya adalah sebagai berikut : P
♀
cse
X
CSE
CSE (sayap lurus,
cse (sayap berlekuk, tubuh bergaris,
tubuh tidak bergaris,
tubuh kelabu)
tubuh hitam) F1
♂
CSE cse (sayap lurus, tubuh tidak bergaris, tubuh kelabu)
F1 diujisilang P2
♀
CSE
X
♂
cse cse
cse menghasilkan keturunan sebagai berikut :
lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 753 lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 107 lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 97 lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 86 lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 94 lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 1 lalat sayap lurus, tidak bergaris, tubuh kelabu 2 Langkah -langkah yang dilakukan untuk pembuatan peta kromosom adalah sebagai berikut : 1. Hasil uji silang dinyatakan gen-gennya dan diurutkan mana saja yang berasal dari gamet tipe parental dan gamet tipe rekombinasi baik hasil pindah silang tunggal maupun ganda 786
4.
CSE cse Cse cSE
786 753 107 97
5.
CSe
86
1. 2. 3.
tipe parental (PAR) tipe rekombinasi – pindah silang tunggal (PST)
6. 7. 8.
csE CsE cSe
94 1 2
Jumlah 2.
tipe rekombinasi – pindah silang ganda (PSG)
= 1926
Mencari urutan letak gen yang sebenarnya dari parental (P2), maka letak gen-gen tipe PAR dengan PSG ditulis dan selanjutnya diperhatikan dengan seksama apakah sudah letak gen pada tipe PAR sudah benar. Tipe PAR
3.
Tipe PSG
CSE CsE cSe cse Dari hasil di atas memperlihatkan bahwa letah gen -gen pada tipe PAR sudah benar Menghitung jarak antara gen-gen tersebut, yaitu dengan menghitung prosentase pindah silang anatara gen-gen tersebut berdasarkan tipe PAR yang benar. Caranya sebagai berikut : Jarak antara gen c – s= (cSE) + (Cse) + (CsE) + (cSe) x 100% 1926 = 97 + 107 + 1 + 2 x 100% 1926 = 10,75% = 10,75 unit peta (map unit = mu) Jarak antara gen s – e= (CSe) + (csE) + (CsE) + (cSe) x 100% 1926 = 86 + 94 + 1 + 2 x 100% 1926 = 9,50% = 9,50 unit peta (map unit = mu)
4.
Menggambar peta kromosom dalam bentuk garis linear sebagai berikut : 10,75 mu
9,50 mu
●———————————●————————● c 5.
s
e
Menentukan nilai Koefisien Koinsidens (KK) dan Interferensi (I) Koefisien koinsidens merupakan perbandingan antara frekuensi pindah silang ganda yang diperoleh terhadap frekunsi pindah silang ganda atas dasar kalkulasi (yang diharapkan) yaitu : KK = banyaknya PSG yang diperoleh banyaknya PSG yang diharapkan I = 1 – KK Pada contoh di atas, maka nilai KK dan I sebagai berikut : PSG yang diperoleh = 1 + 2 = 0,0016 1926 PSG yang diharapkan = 0,1075 x 0,095 = 0,0102
KK = 0,0016
= 0,16
I = 1 – 0,16 = 0,84
0,0102 5. Pembuatan Peta Kromosom Kelamin-X
Pada prinsipnya pembuatan peta kromosom-X sama dengan pembuatan peta kromosom autosom, namun yang perlu diperhatikan bahwa karena pada pewarisan kromosom kelamin selain melihat fenotip juga melihat jenis kelamin, maka individu betina trihibrid disilangkan dengan individu jantan normal dan keturunan yang dihasilkan semua individu betina akan normal, namun pada individu -individu yang jantan akan mempunyai fenotip yang bermacam-macam. Oleh karena itu dalam pembuatan peta kromosom kelamin-x difokuskan pada pengamatan individu-individu jantan. Contohnya adalah sebagai berikut : Pada lalat Drosophila melanogaster terdapat gen-gen yang berangkai pada kromosom kelamin, yaitu : W = gen yang menentukan mata merah (normal) w = gen yang menentukan mata putih Y = gen yang menentukan tubuh kelabu y = gen yang menentukan tubuh kuning F = gen yang menentukan bulu tak bercabang f = gen yang menentukan bulu bercabang Persilangan antara lalat jantan normal dengan lalat betina trihibrid
Tipe PAR WYF w y f
Tipe PSG wYF W y f
Dari data di atas tampak bahwa ada ketidaksesuaian letak gen w antara tipe PAR dengan tipe PSG. Gen w tersebut seharusnya letaknya ditengah jadi urutan gennya adalah y w f atau f w y. Jarak y – w
= (y W F) + (Y w f) + (y W f) + (Y w F) = 46 + 50 + 4 + 2
Jarak w – f
300 X
x 100%
100%
300 = 34% = 34 mu = (Y W f) + (y w F) + (y W f) + (Y w F) x 100% =9+4+4+2
300 X
100%
300 = 6,33% = 6,33 mu Gambar peta kromosom =
34 mu
6,33 mu
X
●——————————————————●———————● —
Y
w
F
F. Bakteri 1. Genetika Bakteri
Setiap organisme selular diklasifikasikan sebagai salah satu di antara prokariota ataupun eukariota. Prokariota pada umumnya adalah organisme bersel tunggal yang DNA- nya tidak berada dalam nukleus sejati. Eukariota bisa merupakan organisme bersel tunggal maupun multiseluler, dan materi genetiknya terisolasi dari seluruh bagian sel oleh sebuah membran sel. Semua bakteri merupakan prokariota. Ada dua kelompok prokariota : 1. Eubacteria ( bakteri sejati) atau bacteria 2. Archaebacteria (bakteri kuno) atau archaea. Kedua kelompok ini dibedakan atas struktur selular dan sekuens DNA. 1. Eubacteria Terdiri atas sebagian besar organisme yang secara khas kita identifikasi sebagai bakteri, misalnya mikroba usus besar yang umum ditemukan, yaitu Escherichia coli, dan agen penyebab infeksi tenggorokan yaitu streptococcus pyogenes.
2. Archae terdiri atas organisme- organisme yang dihipotesiskan lebih tua secara evolusioner atau setidaknya berbeda dari eubacteria. Misalnya metanogen ( bakteri yang menghasilkan metana). Kebanyakan sel bakteri memiliki dinding yang mengelilingi membran plasmanya. Dinding tersebut mengandung suatu zat kimia unik yang disebut peptidoglikan (disebut juga murein). Ada dua tipe utama bakteri berdasarkan struktur dindingnya, dan sebagian juga berdasarkan jumlah peptidoglikan pada dindingnya. 1. Bakteri gram positif Memiliki peptidoglikan yang tebal 2. Bakteri gram negatif , Memiliki peptidoglikan yang lebih tipis dengan sebuah membran luar ekstra.
Bakteri tidak bereproduksi secara seksual ( yaitu pembentukan gamet – gamet haploid yang dihasilkan melalui meiosis dan fusi gamet membentuk zigot diploid) dan tidak menggunakan mitosis sebagai mekanisme pembelahan selular. Kromosom bakteri tidak berkondensasi, tidak memiliki sentromer, dan tidak ada gelendong yang terbentuk. Kromosom bakteri yang sirkular direplikasi dan seiring memanjangnya sel, materi dinding sel baru diletakkan. Salinan- salinan kromosom pun bergerak menjauh dalam sebuah proses yang disebut pembelahan biner. Bakteri bisa membelah jauh lebih cepat dari pada eukariota (sekali setiap 20 menit pada kondisikondisi ideal, berlawanan dengan 24-48 jam atau lebih lama lagi bagi kebanyakan sel eukariota). Bakteri secara umum lebarnya kira- kira 1 um dan panjangnya 1-5 um. Sejumlah bakteri bisa mencapai lebar 50 um dan panjang beberapa milimeter, tetapi bakteri yang seperti itu jarang ada. Sebagian besar informasi genetik sel bakteri terletak di dalam sebuah molekul untai ganda tunggal berbentuk sirkular, yang umum diacu sebagai kromosom bakteri. Dalam sebuah daerah sel yang disebut nukleoid. Sejumlah DNA bakteri bertambah kompleks dengan protein- protein bermuatan basa dan membentuk sejenis kromatin bakteri, analog dengan asosiasi antara histon dan protein- protein kromosom lainnya dengan
DNA
pada
kromosom
eukariota.
Sejumlah
bakteri
juga
mungkin
mengandung cincin DNA kecil yang bereplikasi sendiri, disebut plasmid. Jarang ada organel- organel yang bermembran pada sel- sel bakteri.
2. Fenotipe dan Genotipe Bakteri
Bakteri terdapat dalam sejumlah bentuk morfologis: basilus (berbentuk seperti batang), kokus ( berbentuk bulat), spirilus (spiral), spiroketa (ulir atau heliks) dan bercabang. Karena sel- sel individu bakteri terlampau kecil, sel- sel itu jarang dipelajari dalam genetika. Akan tetapi, koloni- koloni bakteri cukup besar untuk diperiksa secara makroskopis dan seringkali menunjukkan variasi dalam hal ukuran, bentuk atau perilaku pertumbuhan, tekstur, warna, dan respons terhadap nutrien, zat pewarna, obat- obatan, antibodi, dan patogen viral (virus- virus penyerang bakteri, disebut bakteriofag atau fag). Sejumlah bakteri bisa tumbuh pada medium minimal yang mengandung sumber karbon dan energi ( misalnya glukosa), sumber nitrogen, sumber sulfur, sejumlah kecil garam- garam anorganik, dan air. Bakteri yang bisa
tumbuh pada medium sederhana “tanpa suplemen” semacam itu disebut prototrofik. Jika ada zat organik lain yang harus ditambahkan ke medium minimal agar bakteri bisa tumbuh, bakteri ini disebut auksotrofik. Sebuah medium yang mengandung semua nutrien organik ( asam- asam amino, nukleotida, dan lain- lain) yang mungkin diperlukan oleh sel auksotrofik apapun disebut medium lengkap (complete medium). Ada lima tipe utama perubahan fenotipe yang umumnya dihasilkan oleh mutasi bakteri : 1. Perubahan dari prototrofil menjadi auksotrofi atau sebaliknya; dengan kata lain hilangnya atau diperolehnya kembali kemampuan untuk menghasilkan produk produk berbagai jalur biosintetik. Contohnya, sebuah mutasi yang menyebabkan cacat pada gen yang menyandikan enzim untuk mengkonversi asam glutamat menjadi glutamin akan menyebabkan sel tersebut menjadi bergantung pada glutamin dari lingkungan. 2. Hilangnya atau diperolehnya kembali kemampuan untuk menggunakan nutriennutrien alternatif. Contohnya sebuah mutasi pada gen bagi enzim yang mengkonversi gula laktosa
menjadi glukosa dan galaktosa menyebabkan sel
tidak mampu tumbuh dalam medium yang sumber karbon satu- satunya hanya laktosa. 3. Perubahan dalam hal sensitivitas terhadap obat menjadi resistensi terhadap obat atau sebaliknya. Contohnya kebanyakan bakteri sensitif terhadap antibiotik streptomisin, tetapi bisa dihasilkan galur- galur resisten melalui mutasi.
4. Perubahan dalam hal sensitivitas terhadap obat menjadi resistensi terhadap fag atau sebaliknya. Contohnya, sebuah mutasi pada reseptor bagi fag pada bakteri akan menyebabkan sel resisten terhadap infeksi. 5. Hilang atau diperolehnya kembali komponen- komponen struktural permukaan sel. Contohnya, sebuah galur pneumococcus mungkin memiliki kapsul polisakarida, sementara galur lainnya mungkin tidak memiliki kapsul tersebut.
3. Replikasi DNA dan Pembelahan Sel pada Bakteri
Kromosom sirkular bakteri menyebabkan masalah- masalah khusus dalam replikasi. Kromosom sirkular hanya memiliki satu situs tunggal, disebut situs origin atau situs ori yang menjadi titik awal replikasi. Berbeda dengan itu, pada masingmasing kromosom eukariota terdapat banyak situs ori. Begitu proses replikasi berjalan, biasanya proses tersebut berjalan ke dua arah dari situs ori hingga terbentuk dua garpu replikasi ( replication fork) . Seiring terbukanya pilinan untai DNA sirkular yang berulir ganda dan right – handed
saat replikasi, molekul tersebut cenderung menjadi kumparan terpilin
secara positif. Dengan kata lain, molekul tersebut terpuntir ke arah yang sama dengan untaian ulir ganda. Supercoil atau kumparan terpilin tersebut akan menganggu replikasi selanjutnya jika tidak disingkirkan. Topoisomerase adalah sekelompok enzim yang bisa mengubah bentuk topologis atau konfigurasional DNA. DNA girase adalah topoisomerase yang dimiliki oleh bakteri. Enzim tersebut membuat potongan- potongan untai ganda pada DNA, memegang ujung- ujung yang patah sehingga tidak bisa berotasi, melewatkan segmen utuh DNA melalui patahan, dan menyambung lagi patahan itu disisi yang lain. Gambar sebuah mekanisme yang diajukan untuk menjelaskan pendorongan negative supercoiling oleh DNA girase ke dalam DNA
Pada setiap garpu replikasi, sebuah enzim yang disebut helikase membuka puntiran kedua untai DNA. Protein – protein beruntai tunggal pengikat DNA ( single- stranded, DNA – binding, SSB) melindungi daerah – daerah untai tunggal pada garpu- garpu replikasi hingga tidak terbentuk perpasangan basa intra untai yang bisa menyebabkan adanya segmen- segmen untai ganda parsial yang ruwat. Segmen- segmen semacam itu akan menganggu jalannya replikasi. Enzim primase mensintesis primer- primer DNA pendek dengan menggunakan satu daerah pada masing- masing untai sebagai cetakan. Primer diperlukan bagi DNA polimerase agar bisa memulai perpanjangan untai DNA yang baru. Tiga enzim DNA polimerase (disebut sebagai pol I, pol II, dan Pol III) telah ditemukan pada E. Coli. Pol III adalah enzim replikasi yang utama. Kekosongan ( gap) yang ditinggalkan oleh pol III diisi oleh pol I, dan DNA ligase menyambung celah diantaranya. Fungsi pol II belum diketahui dengan jelas, walaupun sudah diketahui kalau enzim tersebut tidak terlibat dalam penggantian primer RNA. Sebuah tipe lain replikasi bakteri digunakan untuk mentransfer sebuah molekul DNA linier saat konjugasi bakteri atau untuk menghasilkan genom- genom fag linier. Sebuah kromosom bakteri yang bereplikasi diduga melekat ke invaginasiinvaginasi membran sel pada setiap garpu replikasi. Setelah replikasi DNA, sel memanjang melalui pertumbuhan pada daerah di antara kedua ujung perlekatan. Akibatnya, kedua replikasi kromosom pun bergerak menjauh. Sebuah septum (sekat) menbran dan dinding sel baru disintesis di antara kedua kromosom sehingga
terbentuklah dua sel progeni atau sel anak. “penurunan “ DNA dari sel induk ke sel progeni disebut transfer gen vertikal dan proses keseluruhan pembelahan sel bakteri disebut pembelahan biner. Gambar sebuah model segregasi replikasi DNA bakteri
i.
Transkripsi Bakteri
Pada bakteri, semua molekul RNA ( mRNA, rRNA, Trna) disentesis oleh enzim yang sama, RNA polimerase. Enzim fungsional yang lengkap (holoenzim) terdiri atas 5 rantai polipeptida yang berbeda : , ′ , , , . Setiap gen atau gen- gen yang akan ditranskripsi memiliki sebuah daerah yang mengawalinya yang disebut promotor. Kompleks RNA polimerase berikatan dengan promotor untuk memulai trankripsi.
Subunit sigma (σ) terlibat dalam inisiasi. Saat pemanjangan molekul RNA, ribonukleosida trifosfat dari basa- basa A, U, G dan C berpasangan dengan basa- basa komplementer pada untai sence DNA, kemudian dihubungkan dengan ikatan – ikatan
3’-5’ fosfodiester oleh RNA polimerase. Dengan demikian, molekul RNA tumbuh dari ujung 5’ – nya ke ujung 3’ ( 5’→3’). Ulir ganda DNA membuka di depan RNA polimerase yang bergerak maju untuk memaparkan semakin banyak bagian untai sense guna memanjangkan rantai DNA. Setelah enzim tersebut telah melalui suatu daerah tertentu, DNA di daerah itu kembali ke bentuk ulir gandanya. RNA polimerase pada bakteri menghentikan trankripsi rantai RNA pada sekuen DNA yang disebut terminator dan melepaskan diri dari DNA. Agar bisa berfungi secara benar, sejumlah terminator memerlukan sebuah protein aksesoris yang disebut faktor rho ( ρ). Terminator- terminator tidak tergantung ρ memiliki simetri diad dalam DNA ulir ganda, terpusat kira- kira 15-20 nukleotida sebelum ujung RNA, dan memiliki sekitar enam adenin diuntai sence yang ditranksripsikan menjadi urasil di ujung RNA.
Transkip RNA bersimetri diad melipat balik untuk membentuk strutur “jepit rambut” yang diakhiri oleh kira- kira 6 urasil. Karena hibrid RNA- DNA yang terdiri atas poliribo – U dan polideoksiribo – A sangatlah tidak stabil, rantai RNA biasanya dilepaskan dengan cepat dari dupleks DNA.
ii.
Translasi Bakteri
Tidak ada membran yang memisahkan DNA dari ribosom dalam sel ba kteri.
Karenanya, begitu ujung 5’ Mrna di trankripsikan, ribosom langsung bisa memulai translasi. Dengan kata lain, transkripsi dan translasi merupakan proses
yang
berlangsung bersamaan ( coupled) pada bakteri. Translasi terjadi dalam tiga langkah utama :
(1) inisiasi, (2) elongasi atau
pemanjangan, dan (3) terminasi. Sebuah sekuen nukleotida yang disebut sekuens shinedalgarno (sekuen konsensusnya adalah AGGAGG) dalam bagian pemimpin sebuah
molekul Mrna bersifat komplementer terhadap sebuah sekuen di ujung 3’ 165 Rrna. Karenanya sekuen berperan sebagai situs pengikatan bagi ribosom. Kodon inisiasi
didekat ujung 5’ sebuah molekul Mrna adalah 5’ - AUG yang mengkodekan asam amino metionin. Pada bakteri, sebuah gugus formil ( CHO) akan melekat ke gugus amino metionin setelah metionin melekat ke molekul t-RNA nya.
4. Replikasi DNA dan Pembelahan Sel pada Bakteri
Menurut Elrod dan Stansfield (2007), memetakan kromoson bakteri terbagi menjadi enam bagian, yaitu : a) Konjugasi Terinterupsi
Ketika kultur Hfr dicampur dengan kultur F-, konjugasi bisa dihentikan kapanpun diinginkan dengan cara memajankan campuran pada blender Waring yang memiliki kekuatan memotong. Blender Waring mampu mematahkan jembatan konjugasi. Sampel segera didilusi dan disebar pada medium selektif, diinkubasi, dan diitung rekombinannya. Selain penanda terseleksinya, sebuah galur Hfr juga harus mengandung sebuah auksotrofik distal atau penanda sensitif yang mencegah pertunbuhan sel-sel Hfr pada medium selektif dan memungkinkan hanya sel-sel rekombinan yang muncul. Teknik tersebut dinamakan counterselection. Waktu munculnya berbagai penanda genetik dalam sel resipien mengidentifikasikan susunan linearnya dalam kromosom donor. Hal ini disebabkan oleh polaritas transfer kromosom Hfr. Pada temperatur tertentu, transfer paruh pertama kromosom Hfr berlangsung pada laju yang relatif seragam. Dengan demikian, waktu masuknya penanda-penanda yang berbeda ke dalam sel resipien (F-) merupakan fungsi jarak fisik antara penanda-penanda yang berbeda-beda tersebut. karena kesalahan-kesalahan yang mungkin dihasilkan oleh manipulasi-manipulasi eksperimental, metode ini paling baik digunakan untuk penanda yang terpisah lebih dari 2 menit. Contoh : sebuah galur Hfr yang mengandung penanda-penanda prototrofik a+, b+,
dan c+ dicampur dengan sebuah galur F- yang mengandung alel-alel auksotrofik a,b,
dan c. Konjugasi diinterupsi setiap 5 menit sekali dan disebar pada media yang menunjukkan keberadaan rekombinan. Waktu (menit)
Rekombinan yang terdeteksi
5
ab+c
10
ab+c+
15
a+ b+c+
Urutan gen-gen itu dalam galur donor Hfr adalah ori - b+ - c+ - a+ ; b letaknya kurang dari 5 unit waktu dari origin (ori); c jaraknya kurang dari 5 unit waktu dari b; a jaraknya kurang dari 5 unit waktu dari c. b) Konjugasi Tak Terinterupsi
Jika konjugasi dibiarkan berlangsung tanpa interupsi artificial, waktu pecahnya jembatan sitoplasmik tampaknya berlangsung acak di antara pasangan-pasangan perjodohan. Semakin dekat sebuah penanda ke origin-nya (ujung “depan” kromosom donor), makin besar kemungkinannya muncul sebagai rekombinan dalam sel resipien. Sel-sel donor dan resipien dicampur selama kira-kira sejam dalam kaldu dan kemudian ditempatkan pada medium selektif yang memungkinkan pertumbuhan rekombinanrekombinan F yang memiliki sebuah penanda tertentu saja. Counterselective harus ditempatkan sejauh (sedistal) mungkin dari penanda terseleksi, sehingga rekombinanrekombinan yang tidak terseleksi tidak hilang akibat adanya penanda yang counterselctive itu. Frekuensi munculnya penanda-penanda yang tidak terseleksi dalam rekombinan-rekombinan yang diseleksi berbanding terbalik dengan jaraknya dari penanda terseleksi, asalkan letaknya berjauhan. Sehingga, penanda yang tidak terseleksi antara penanda terseleksi dan origin kromosom akan selalu ditransfer sebelum penanda yang terseleksi. Penanda-penanda proksimal yang terpisah lebih dari 3 unit waktu menunjukkan kira-kira 50% rekombinasi. Hal tersebut mengindikasikan bahwa jumlah rata-rata pertukaran di anatara penanda-penanda tersebut lebih dari 1. Tepat ketika pemetaan kasar melalui konjugasi menjadi tidak efektif, yaitu bagi penanda-penanda yang terpisah kurang dari 2 unit waktu, pemetaan rekombinan menjadi amat efektif. Pemetaan rekombinan memungkinkan estimasi jarak antara gen-gen yang tertaut erat atau antara situs-situs mutan dalam gen yang sama. Jarak antara gen-gen bias dinyatakan dalam tiga tipe unit : unit waktu, unit rekombinasi atau unit kimiawi. Contoh : jika 1 menit konjugasi sebanding dengan 20 unit rekombinasi pada E.
coli, ddan keseluruhan kromosom ditransfer dalam waktu 100 menit, maka panjang total peta adalah 2.000 unit rekombinasi. Jika terdapat 107 pasang nukleotida dalam kromosom, maka 1 unit rekombinasi merepresentasikan 107/2.000 = 5.000 pasang nukleotida.
c) Pemetaan Rekombinasi
Pada pemetaan ini, kemungkinan semua rekombinasi pada bakteri hanya melibatkan transfer parsial materi genetic (meromoksis) dan bukan keseluruhan kromosom. Satu atau beberapa gen memiliki kemungkinan untuk terintegrasi ke dalam kromosom
inang melalui konjugasi, bergantung pada panjang potongan donor yang diterima. Eksogenot mungkin menjadi terintegrasi jika direplikasi dan didistribusikan ke semua sel dalam suatu klona. Hanya sebuah segmen kecil DNA yang biasanya diintegrasikan saat transformasi atau transduksi. Dengan demikian, jika sebuah sel mengalami transformasi penanda genetic oleh potongan DNA pentransformasi yang sama (transformasi ganda), kedua lokus tersebut akan tertaut erat. Serupa dengan itu, jika sebuah sel mengalami transduksi secara bersamaan bagi dua gen oleh sebuah DNA fag pentransduksi tunggal (kontransduksi), kedua penanda tersebut akan tertaut erat. Derajat tautan antara gen-gen fungsional yang berbeda (intergenik) atau antara mutasi-mutasi dalam gen fuungsional yang sama (intragenik) pun kemudian bias diestimasi dari hasil penyilangan-penyilangan spesifik. Dalam sistem-sistem merozigotik yang kontributik genetik induk donornya tidak lengkap, diperlukan penyilangan dalam jumlah genap untuk mengintegrasikan eksogenot ke dalam kromosom inang (endogenot).
Contoh 1.
Keterangan : Rekombinan-rekombinan prototrofik harus mengintegrasikan eksogenot dari sebelah kiri lokus a sampai sebelah kanan lokus b. Dua pindah silang (berjumlah genap) diperlukan bagi integrasi ini. Contoh 2.
Keterangan : sebuah rekombinan prototrofik, dalam contoh ini memerlukan sebuah pindah silang rangkap empat (jumlah genap) bagi integrasi semua gen wild type. Jumlah total progeny tidak diketahui dalam sistem-sistem merozigotik, sehingga frekuensi rekombinasi harus dibuat relatif terhadap suatu standar yang sama bagi semua persilangan. Misalnya, jumlah rekombinan prototrofik yang dihasilkan dari
penyilangan dua galur mutan bisa dibandingkan dengan jumlah yang muncul dari penyilangan wild type dengan tipe mutan. Akan tetapi, banyak sumber kesalahan yang tak terelakkan ketika membandingkan hasil persilangan-persilangan yang berbeda. Masalah tersebut bisa diatasi dengan cara membandingkan jumlah rekombinan prototrofik dengan kelas rekombinan lain yang muncul dari persilangan yang sama.
Contoh 3. Uji rasio bagi gen-gen fungsional yang berbeda. Misalnya kita mempunyai dua galur mutan, a dan b. Galur donor (a+ b) bisa tumbu pada medium minimal yang diberi suplemen zat B, tetapi galur resipien (ab+) tidak bisa melakukannya.
Keterangan : pindah silang pada daerah (1) dan (2) menghasilkan rekombinanrekombinan prototrofik (a+ b+) yang mampu tumbuh pada medium yang tidak diberi suplemen,. Jika medium diberi suplemen zat B, maka selain prototroph, juga bisa tumbuh rekombinan-rekombinan a+ b yang muncul dari pindah silang di daerah (1) dan (3), dengan menggunnakan rumus :
=
ℎ ℎ
Contoh 4. Uji rasio intragenik. Misalnya ada dua mutasi intragenik, b1 dan b2, tidak mampu tumbuh pada medium tanpa zat B. galur resipien mengandung sebuah mutasi dalam gen lain yang berbeda secara fungsional (a), baik tertaut maupun tidak pada b. Galur resipien tidak bisa tumbuh kecuali jika diberi suplemen zat A dan B.
Keterangan : pada medium yang tidak diberi suplemen, yang muncul hanya prototroph yang berasal dari pinddah silang di daerah (1) dan (3). Pada medium yang diberi suplemen zat B saja, rekombinan-rekombinan yang melibatkan daerah (1) dan salah satu yang manapun dari ketiga daerah lainb bisa bertahan hidup, dengan menggunakan rumus :
=
ℎ ℎ
Menentukan Urutan Gen
Pemetaan daerah-daerah kecil pada mikroorganisme telah menunjukkan bahwa pindah silang ganda kerap terjadi dengan frekuensi yang lebih besar daripada
frekuensi acak. Fenomena tersebut dinamakan “inteferensi negatif terlokalisasi”, satu-satunya metode yang tidak ambigu untuk menentukan urutan situus-situs yang tertaut amat erat adalah melalui persilangan timbal balik atau resiprokal tiga-faktor. Anggaplah lokasi gen a diketahui ada di sebelah kiri gen b, tetapi urutan kedua mutan dalam gen b yang bersebelahan dengannya tidak diketahui. Persilangan persilangan resiprokal akann memberikan hasil yang berbeda-beda, tergantung pada urutan situs-situs mutan. Contoh : misalnya urutan situs adalah a-b1-b2.
Keterangan : dalam persilangan awal, prototroph (+ + +) bisa dihasilkan oleh pindah silang di daerah (1) dan (3). Dalam persilangan timbal balik, prototroph muncul akibat pindah silang di daerah (3) dan (4). Jumlah prototroph harus kira-kira sebanding dalam kedua persilangan tersebut.
d) Pemetaan Komplementasi
Pemetaan komplementasi merupakan sebuah partikel F yang mengandung sebuah gen bakteri lain selain factor seks menghasilkan merozigot F+ yang relatif stabil. Diploid-diploid parsial tersebut bias digunakan bagi uji-uji komplementasi mutan-mutan yang mempengaruhi sifat yang sama. Contoh : sebuah galur Hfr E. coli tidak mampu memfermetasi laktosa (lacZ 1-)
dan bisa mentransfer gen lacZ 1- tersebut melalui konjugasi ke resepien mutan (lacZ 1) hingga terbentuklah heterozigot lacZ 2-l (F-lacZ 1-). Jika lacZ 1- dan lacZ 2- adalah mutasi-mutasi pada gen yang sama (atau dengan kata lain merupakan alel-alel fungsional), maka komplementasi tidak terjadi dan hanya fenitipe-fenotipe mutanlah yang dihasilkan. Jika lacZ 1- dan lacZ 2- adalah mutasi-mutasi pada gen-gen yang berbeda,
komplementasi
dapat
menghasilkan
wild
type
yang
mampu
memfermentasikan laktosa.
e) Pemetaan Melalui Mutan-mutan Delesi
Delesi pada salah satu segmen sebuah gen fungsional tidak bisa rberekombinasi dengan mutasi-mutasi titik pada daerah yang sama, meskipun dua mutasi titik pada situs-situs yang berbeda dalam daerah itu bisa berekombinasi dan menghasilkan wild type. Sebuah ciri khas lain dari mutan delesi adalah stabilitasnya; mutan delesi tidak bisa bermutasi balik menjadi wild type. Penggunaan delesi-delesi yang tumpang tindih bisa sangat mengurangi kerja analisis struktur suatu gen. Contoh : menentukan batas-batas sebuah delesi. Misalnya serangkaian mutan
tunggal (1, 2, 3, 4) telah dipetakan seperti di bawah ini.
1
2
3
4
Z Keterangan : sebuah delesi yang gagal berekombinasi dengan mutan-mutan titik 1 dan 2 namun menghasilkan wild type dengan 3 dan 4 membentang sepanjang daerah X. sebuah delesi yang tidak menghasilkan rekombinan dengan 3 dan 4 memiliki batas-batas yang didiagramkan sebagai Y. sebuah mutan delesi yang menghasilkan wild type hanya dengan mutan-mutan titik 1 atau 4 memiliki batas batas berupa Z.
G. Virus
Virus yang menginfeksi bakteri disebut bakteriofag atau cukup fag saja. Bentuk
jamak “fag-fag” (‘ phages”) digunakan jika kita sedang mengacu pada spesies-spesies yang berbeda (misalnya, fag-fag lamdba dan T4). Jika mengacu pada satu atau lebih varion spesies yang sama, digunakan istilah fag (phage) saja; jadi, sebuah sel bakteri bisa diinfeksi oleh satu atau lebih fag lambda. Fag-fag yang paling sering dipelajari memiliki kapsid ikosahedral yang berbentuk kira-kira sferis dan dilekti oleh ekor. Ekornya bisa pendek ataupun panjang, kontraktil ataupun nonkontraktil. Jenis-jenis fag lain memiliki kepala tak berekor atau struktur filamentus. Materi genetik kebanyakan fag adalah DNA untai ganda (ssDNA), walaupun diketahui juga ada sejumlah fag yang memiliki DNA untai tunggal (ssDNA), RNA untai tunggal (ssRNA), maupun RNA
untai ganda (dsRNA). (“ds” adalah singkatan untuk double stranded dan “ss” adalah single-stranded ).
Bentuk-bentuk
beramplop
jarang
ditemukan.
Karekteristik-
karakteristik lain yang berguna bagi klasifikasi virus mencangkup berat molekular, komposisi basa genomik (kandungan G + C), spesifitas antigenik kapsid, dan spesies (atau galur) sel inang yang rawan (kisaran inang). Restriksi inang adalah kemampuan bakteriofag untuk bereplikasi hanya dalam galur-galur bakteri tertentu. 1. Siklus hidup bakteriofag a) Siklus Litik
Langkah pertama siklus hidup fag T4 (lihat Gambar) melibatkan penjerapan atau adsorpi tersebut akan kebal terhadap infeksi T4. Masing-masing tipe fag biasanya hanya bisa menginfeksi satu spesies bakteri, dan dalam fag bisa melansungkan siklus lisisnya, T4 menginjeksikan DNA-nya melalui ekornya ke dalam sel inang. Kapsid fag yang kosong tetap berada di luar bakteri sebagai ghost (dinamakan demikian karena penampakan kepala yang kosong pada mikrograf elektron). Fag filamentus M13 mampu mempenetrasi dinding sel dan kemudian asam nukleatatnya dilepaskan oleh enzim-enzim sel inang yang mendigesti protein selubung.
Begitu DNA fag telanjang telahberada di dalam sel, fag fag berbeda bisa menggunakan strategi-strategi berbeda untuk menghasilkan partikel-partikel progeni akan tetapi umumnya DNA fag pada awal nya di transkripsikan gen-gen fag secara prefensial atau eksklusif. Mrna-Mrna tersebut ditranslasi menjadi protein katalitik (enzimatik), regulatoris, dan struktual protein regulatoris fag mengontrol waktu saat berbagai gen fag mulai aktif. Protein-protein struktual membentuk kepala, ekor, dan bagian bagian protein dari partikel fag lengkap yang di butuh kan. Enzim-enzim fag memerantai replikasi banyak salinan genom fag, transkripsi lebih lanjut, dan bahkan terkadang penghancuran DNA inang. Diketahui ada sejumlah mekanisme berbeda untuk menggemaskan DNA fag ke dalam selubung proteinnya. Pada fag T4 E. Coli, replikasi bergulir DNA untai ganda nya menghasilkan seri-seri
genom fag panjang dan bertautan secara tandem
(Konkatemer). Diduga Kalau ujung konkatemer mamasuki kepala fag. Konkatemer lalu dipotong pada lalu dipotong pada sebuah situs non spesifik. Karena kapasitas DNA kepala lebih besar dari pada panjang satu genom fag (Monomer), urutan gen pada masing pada fragment linier yang dipotong dari konkatemer akan berbeda daerah daerah terminal akan muncul dua kali didalam masing-masing monomer (redundasi terminal). Karena masing-masing monomer-monomer itu membentuk satu set yang terpermutasi siklis.
Dalam fag lambda (α) genom sirkular direplikasi pada awal siklus litik untuk meningkatkan jumlah percetakan bagi transkripsi dan replikasi lebih lanjut. Belakangan dalam siklus tersebut replikasi bergulir menyediakan genom untuk di kemas dalam kepala-kepala fag progeni. Genon lambda juga dipotong dari
konkatemer tapi tidak seperti fag T4 Potongan-potongan nya dibuat pada sekuenssekuens spesifik basa yang dikenal sebagai situs co s (singkatan dari situs kohesif). b) Siklus Lisogenik
Ada dua tipe siklus lisogenik. Pada tipe paling umum, yaitu fag lambda yang menyerang E.coli sebagai contoh paling mewakili DNA fag menjadi terintegrasi ke dalam kromosom inang. Pada tipe yang satu lagi, direpresentasikan oleh fag P1 yang menyerang E.coli, DNA fag tidak terintegrasi ke dalam kromosom inang, melainkan bereplikasi secara bersamaan dengan kromosom inang sebagai plasmid. Baik bentuk bentuk fag DNA terintegrasi ataupun plasmid disebut profag. Pembuatan sebuah profag lambda yang terintegrasi terjadi dalam empat langkah utama: 1) DNA fag linier diinjeksikan ke dalam sel inang; DNA fag menjadi berbentuk sirkular akibat perpasangan basa ekor-ekornya yang mengalami redundansi terminal. 2) Sejumlah gen-gen awal fag di transkipsikan untuk menghasilkan sejumlah molekul suatu protein resepsor dan enzim integrase. Represor kemudian
“mematikan” transkripsi gen -gen fag. 3) DNA fag biasanya diintegrasi atau diinsersi pada sebuah situs spesifik ke dalam kromosom inang sebagai profag dengan dibantu oleh enzim integrase. 4) Bakteri bertahan hidup dan memperbanyak diri; profag direplikasi bersamasama kromosom inang. Mekanisme pertukaran antara siklus litik atau lisogenik dari sel yang terinfeksi belum dipahami dengan baik. Banyak detil siklus lisogenik bagi fag lambda yang sudah diketahui, tapi terlalu kompleks untuk dijabarkan di sini. Akan tetapi, tampaknya ada dua kondisi yang mendukung dimulainya siklus lisogenik pada fag temperat:
(1) habisnya nutrien dalam medium pertumbuhan dan (2) tingkat
multiplisitas infeksi (multiplisitas of infection, MOI) yang tinggi- atau dengan kata
lain banyaknya fag yang diadsorspsi per bakteri. Fag bisa melangsungkan siklus litik hanya dalam sel-sel yang aktif melakukan metabolisme. Ketika nutrien habis, bakteri mendegradasi mRNA dan protein-proteinnya sendiri sebelum menjadi dorman. Ketika nutrien kembali tersedia bagi bakteri dorman yang tidak terinfeksi, bakteri tersebut bisa melanjutkan pertumbuhannya kembali. Sebuah sel yang terinfeksi fag dan menjadi dorman akan menginterupsi siklus litik. Sel semacam itulah biasanya akan kehilangan kemampuan untuk menghasilkan fag. Sel tersebut mati. Disisi lain, jika bakteri tersebut bisa menjadi terlisogenisasi (mengandung profag) baik fag
maaupun baakteri bisa bertahan hidup melewati periode dorman, dan potensi produksi fag melalui induksi akan tetap ada.
Jika bakteri lisogenik mengalami kerusakan DNA, akan menguntungkan bagi profag untuk melakukan deintegrasi dari kromosom bakteri, memasuki siklus litik, menghasilkan fg progeni, dan meninggalkan sel. Ketika DNA bakteri rusak, suatu protease (protein Rrca) dari mekanisme perbaikan SOS diktivasi. Protease tersebut memotong reseptor lambda yang telah menjaga profag tetap dalam keadaan tak aktif. DNA profag pun mengalami derepresi, dan suatu enzim eksisionase disintesis. Profag pun berintegrasi dari kromosom inang untuk memasuki siklus litik. Proses tersebut dikenal sebagai induksi profag. Jika DNA inang dirusak oleh radiasi ultraviolet, induksi profag yang berlangsung setelahnya disebut induksi UV. Ketika sel-sel bakteri F- nonlisogenik melalui konjugasi menerima profag dari donor Hfr yang lisogenik, sel resepien mati akibat induksi siklus fag litik. Bentuk induksi profag itu disebut induksi zigotik. Dalam siklus lisogenik fag P1, profag tidak diintegrasikan ke dalam kromosom bakteri. Saat masuk ke dalam sel, DNA P 1 melingkar membentuk molekul sirkular dan direpresi. DNA P1 tetap berada sebagai molekul bebas, kumparan terpilin ( supercoiled) serupa plasmid dan bereplikasi satu kali bersama setiap pembelahan sel, sehingga setiap sel anakan hanya menerima satu salinan profag. Mekanisme bagi penyusunan yang amat teratur itu belum diketahui dengan baik.
2. Transduksi
Tranduksi adalah transfer DNA dari satu sel bakteri donor ke sel resipien yang diperantarai virus. Ada dua tipe transduksi: terspesialisasi dan umum. Pada kedua tipe tersebut, DNA bakteri diinkorporasi ke dalam genom virus matang yang lalu menginfeksi inang bakteri lain. Dalam proses tersebut, bakteri DNA ditransfer ke sel resipien yang baru. Pada umumnya, fag pentransduksi terspesialisasi ataupun umum bersifat defektif atau cacat akibat integrasi DNA tambahan ke dalam genomnya. Akan tetapi, fag itu harus tetap cukup normal agar bisa menginfeksi sel baru. a) Transduksi terspesialisasi
Transduksi terspesialisasi terjadi jika sebuah daerah spesifik pada kromosom bakteri menjadi terintegrasi ke dalam sebuah partikel virus dewasa. Ada empat karakteristik yang membedakan transduksi terspesialisasi dari transduksi umum: 1) Gen-gen bkteri yang bisa ditansduksikan hanyalah yang terletak amat dekat dengan situs tempat profag terintegrasi, 2) Hanya profag tipe lambda yang terlibat 3) Transduksi tersebut terjadi akibat dari eksisi yang cacat atau detektif oleh profag dari kromosom inang 4) Bakteri progeni rekombinan mungkin merupakan diploid parsial. Satu-stunya situs tempat fag lambda berintegrasi ke kromosom inang adalah di antara gen bagi fermentasi galaktosa (gal) dan gen bagi sintesis biotin (bio). Kepala fag hanya bisa menampung DNA dalam jumlah terbatas, jadi jika profag berintegrasi secara abnormal dari kromosom inang (membawa serta sejumlah DNA bakteri sebagai ganti DNA-nya sendiri), hanya gen-gen gal atau bio yang bisa ditransduksikan. Dengan demikian semua fag lambda pentransduksi sebagian genomnya bersifat detektif dan tidak bisaa bereplikasi sendiri. b) Transduksi umum
Tipe transduksi ini terjadi ketika daerah apapun dari DNA bakteri terinkorporasi ke dalam genom sebuah partikel virus dewasa. Ciri-ciri transduksi ini dipelajari secara ekstensif pada fag P (P1 yang menyerang E.coli dan P22 yang menyerang Salmonella typhymurium). Ciri-ciri itu adalah sebagai berikut: 1) Gen bakteri apapun bisa ditransduksikan, 2) Transduksi itu merupakan akibat dari kesalahan pengemasan saat pematangan fag, dan 3) Yang dihasilkan adalah rekombinan-rekombinan haploid.
Karena tidak ada homologi antara sekuens-sekuens DNA fag dan sekuenssekuens inangnya, tidak ada situs tertentu (preferensial) tempat fag berintegrasi. Gen apapun bisa ditransduksikan, sebab kepala fag bisa mengepak bakteri DNA sekepala penuh. Kotransduksi adalah proses transduksi dua atau lebih gen melalui fag detektif yang sama. Diperlukan pindah silang resiprokal untuk mengintekrasikan gen-gen yang ditansduksikan, sehingga bakteri rekombinan cenderung haploid, bukan diploid. Segmen endogenot yang digantikan oleh eksogenot gagal bereplikasi akibat adanya situs ori (origin of replication, awal replikasi) dan hilang dalam kultur akibat dilusi ataupun digesti. 3. Pemetaan struktur halus gen-gen fag a. Pemetaan komplementasi
Karena begitu sedikit bagian fag atau genom bakteri yang mengandung sekuenssekuens nonfungsional, makaa semua pindah silang terjadi di dalam, dan bukannya di antara, gen-gen. Sebelum ditemukan kalau DNA adalah materi genetik, gen diduga sebagai unit genetik terkecil berdasarkan tiga kriteria: mutasi, rekombinasi, dan fungsi. Semour Benzer merancang percobaan untuk menentukan batas-batas unit-unit operasional tersebut dengan cara melakukan pemetaan struktur halus paling definitif yang pernah dilakukan pada sebuah gen fag. Ia memilih untuk menyelidiki daerah Rii fag T4. Ketika T4 wild type (r + ) menginfeksi inangnya, yaitu E.coli, fag tersebut menghasilkan plak-plak yang relatif kecil. Banyak mutasi yang telah ditemukan memiliki siklus hidup yang lebih pendek dari pada wild type, dan karenanya menghasilkan plak-plak yang lebih besar. Mutan-mutan “pelisisan kilat” tersebut bisa dikelompokkan ke dalam tiga kelompok fenotipe berdasarkan kemampuannya melisiskan tiga galur E.coli. situs-situs r1, rII, dan rIII terletak di lokasi-lokasi yang tidak bersebelahan di genom T4. Daerah rII panjangnya kira-kira 8 unit rekombinasi dan merepresentasikan kira-kira 1% DNA fag. Uji-uji komplementasi digunakan untuk menentukan bahw daerah rII terdri atas dua gen. Tabel. Ciri-ciri pembeda mutan-mutan pelisisan kilat Fag T4 dibandingkan dengan Wi ld type Galur Fag T4
Tipe Plak pada Galur E.coli B
S
K
r +
Wild
Wild
Wild
rI
Besar
Besar
Besar
rII
Besar
Wild
Tidak ada plak
rIII
Besar
Wild
Wild
b. Pemetaan delesi
Banzer juga menemukan kalau sekitar 10% dari 2000 mutan rII yang dimilikinya tidak mengalami mutasi balik menjadi wild type sebab mutan-mutan itu mengalami delesi dengan panjang yang beragam. Dengan menginfeksi sel-sel yang memiliki dua delesi yang berbeda, bisa dihasilkan rekombinan-rekombinan wild type jika delesidelesinya tidak tumpang tindih. Rekombinan wild type tidak bisa dihasilkan jika kedua delesi bertumpang tindih meski sedikit. Dengan demikian, melalui serangkaian hasil persilangan, Benzer mampu menggambar sebuah peta topologis yang menunjukkan delesi-delesi yang bertumpang tindih maupun yang tidak. Panjang delesi ataupun derajat tumpang tindihnya atau tidak tumpng tindihnya delesi bersifat manasuka pada titik ini, walaupun hal itu bisa ditentukan menggunakan persilangan dengan mutasi titik. Setelah memperoleh petaa topologis, menjadi mungkin untuk menentukan letak satu atau lebih mutasi titik pada satu segmen gen yang relatif kecil dengan cara menyilangkannya dengan mutan delesi. Sebuah mutasi titik tidak bisa berkombinasi dengan delesi pada situs yang sama. Prinsip tersebut memungkinkan Benzer mengelompokkan mutan ke dalam daerah yang reltif kecil pada setiap gen. Ia tidak mencoba mengurutkan mutasi titik di dalam masing-masing segmen berukuran kecil tersebut, tetapi ia melangsungkan uji-uji rekombinasi untuk memastikan identitas maupun nonidentitas mutasi-mutasi tersebut. Hal itu dilakukan dengan cara menginfeksi ganda galur B dengan sepasang mutan titik rII (misalnya rIIa dan rIIb) dalam kaldu, lalu membiarkan kultur mengalami lisis. Jumlah total fag progeni bisa diestimasi dengan cara menyebarkan hasil ilusi lisat E.coli B tersebut pada medium agar dalam cawan petri dan menghitung plak-plak yang dihasilkan. Rekombinanrekombinan wild tipe dihitung dengan cara menyebar lisat diatas galur K. Bagi setiap plak wild tipe (r +IIa, r +Iib) yang tak terdeteksi. Persentasi rekombinasi = 2 (jumlah plak pada K) 100 Jumlah plak pada B
Frekuensi rekombinasi terkecil yang bisa direproduksi dari hasil pengamatan Benzer di antara dua situs di daerah rII adalah kira-kira 0,02 %. Nilai tersebut bersesuaian dengan kira-kira 1/400 daerah genetik yang panjang totalnya hanyalah 8 unit rekombinasi. Dengan demikian, disimpulkan kalau masing-masing gen pada daerah rII
mengandung ratusan situs mutasi yang mungkin, dan karenanya
rekombinasi bisa terjadi dintara du situs muatan tersebut yang paling berdekatan. Benzer menalar kalau jarak terkecil yang di dalamnya bisa berlangsung rekombinasi
(rekon) bisa
sama
kecilnya
dengan
pasangan-pasangan
nukleotida
yang
bersebelahan. Potongan DNA terkecil yang sewaktu termutasi bisa menyebabkan efek fenotipik (muton) ditemukan sebesar lima pasangan nukleotida atau lebih kecil lagi. Setelah pengamatan-pengamatan Benzer, para peneliti lain telah menunjukkan kalau muton panjangnya bisa satu pasang basa nukleotida saja. Temuan mengejutkan dari penelitian tersebut adalah bahwa mutan-mutan titik tidak terletak secara acak dalam daerah rII; sejumlah kecil lokasi (disebut hot spot) pada kedua gen memiliki jauh lebih banyak mutasi daripada lokasi-lokasi lain (lebih dari seratus dalam sepasang posisi vs. Kira-kira 1 sampi 10 di tempat-tempat lain).
Contoh:
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Kromosom adalah bagian dari sel yang membawa gen-gen itu selama meiosis mempunyai keakuan berdasarkan prinsip-prinsip Mendel, yaitu memisah secara bebas. Peristiwa terdapatnya dua atau lebih banyak gen pada sebuah kromosom yang sama disebut berangkai (linkage) dan gen-gennya dinamakan gen-gen terangkai. Pautan antarlokus terjadi akibat lokus gen-gen terletak pada satu kromosom dan berjarak dekat antara satu dengan yang lainnya. Pindah silang adalah pertukaran segmen antara dua kromosom homolog. Pindah silang kromosom terjadi pada meiosis, yaitu pada saat pembagian kromosom. Pindah silang terjadi pada fase metaphase karena pada fase tersebut kromosom saling bertumpang tindih. Peta kromosom adalah gambar skema sebuah kromosom yang dinyatakan sebagai sebuah garis lurus dimana diperlihatkan lokus setiap genyang terletak pada kromosom itu. Sentromer dari kromosom biasanya dianggap sebagai pangkal, maka diberi tanda 0 (angka 0). Ada 2 aspek utama pemetaan genetik: 1. Penentuan urutan linier lokus-lokus dalam kromosom. 2. Penentuan jarak relative antar lokus. Dengan menghitung frekuensi antara dua lokus, kita dapat mengetahui jarak relative antara dua lokus tersebut, 1% rekombinasi sama dengan 1 satuan peta / 1 centi morgan.
