PEWARISAN EKSTRAKROMOSOMAL
RESUME Disusun Untuk Memenuhi Tugas Matakuliah Genetika I yang Dibina Oleh Prof. Drs. A. D. Corebima, M. Pd.
Oleh : Kelompok 5/G 1. 2. 3. 4. 5.
Susi Ratnaningtyas Meita Via Arini Lulut Dwi N Noviana M K Ayu Sri Darmastuti
(308342410459) (308342417621) (308342417613) (308342417616) (308342410462)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI April, 2010
DNA merupakan materi genetik yang paling penting. Seluruh sejarah tentang genetika, laporan sporadic menunjukkan bahwa elemen sitoplasmik atau ekstranuklear juga bertindak sebagai agen dalam transmisi pewarisan. Beberapa kasus yang bergantung pada gen sitoplasmik dan telah diklasifikasikan dalam pewarisan maternal ditunjukkan oleh investigasi terdahulu memiliki hubungn dengan gen ibu. Fenotip diekspresikan dalam keturunannya, dan kasus tersebut digolongkan dalam efek maternal. Pewarisan ekstrakromosomal didefinisikan sebagai pewarisan non-Mendelian, umumnya melibatkan DNA dalam replikasi sitoplasmik misalnya mitokondria dan plastid. Sebagian kecil bakteri dan virus juga merupakan agen pewarisan ekstranuklear. Patokan (kriteria) dalam pewarisan ekstranuklear Ada lima kriteria utama yang dapat digunakan untuk membedakan antara sifat yang dikontrol oleh gen nuclear dan sifat yang dikontrol oleh gen ekstranuklear, yaitu 1.
Perbedaan dalam hal hasil dari
reciprocal crosses akan
menyebabkan penyimpangan dari pola transmisi gen autosom Mendelian. 2. Sel reproduktif betina umumnya memiliki lebih banyak sitoplasma dan organel sitoplasmik daripada sel jantan dan akan diperluas untuk mempengaruhi sifat non-Mendelian. 3. Gen kromosomal menempati sebagian tempat tertentu dengan memetuhi gen lain. 4. Kekurangan
pemisahan
Mendelian
dan
karakteristik
rasio
Mendelian yang tergantung pada transmisi kromosomal pada meiosis akan mendukung transmisi ekstrakromosomal. 5. Penggantian eksperimental pada nuclei dapat memperjelas pengaruh relatif pada nucleus dan sitoplasma. Organel Sitoplasmik Dan Simbion Organel-organel hanya digambarkan sebagai proporsi sangat kecil dari materi genetik, mungkin beberapa ratus gen, berdasarkan jumlah DNA fungsional yang dilibatkan. Organel sitoplasmik memiliki khususnya fungsi yang dasar dan signifikan, tentu saja, hingga eksistensi kehidupan yang berkelanjutan. DNA secara langsung berhubungan dengan fenotip yang dasar dan vital tersebut. Yang menarik dikemukakan oleh Margulis adalah bahwa mitokondria adalah bakteria yang hidup bebas. Setelah beberapa periode, mereka membuktikan simbion
pewarisan dengan inang sel eukariot dan akhirnya ditempelkan dalam organel sel hewan dan tumbuhan. Mereka mengambil dari unit hidup bebas pada DNA mereka dan alat lain untuk mekanisme genetik. Mitokondria merupakan organel sitoplasmik yang kecil yang memiliki lapisan-lapisan interna (cristae) yang dibentuk dari invaginasi membran dalam mitokondria. Mitokondria memiliki ukuran yang hampir sama dengan bakteria dan ada pada sel eukariot namun tidak ditemukan pada bakteri dan virus. Mitokondria terdiri atas DNA unit kecil dan banyak yang ada di luar genom nuclear. Genom mitokondria kecil dan mengkode sejumlah struktur dan fungsi yang terbatas. Mitokondria terdiri atas apparatus khusus yang mensintesis protein denga ribosom spesifik, tRNA, tRNA asam amino sintetase. Mutan pertama ditemukan dalam ragi, jenis koloni kecil disebut petite, Petites kurang mampu untuk memanfaatkan oksigen dalam metabolisme karbohidrat. Strain petite yang telah dianalisis menunjukkan hanya proporsi kecil dari G dan C dan peristiwa pasangan basa AT yang berulang. DNA semacam ini tidak mengkodekan informasi biologis yang bermakna. Tidak adanya sitokrom oksidase dari mitokondria tidak berarti bahwa enzim ini dikodekan oleh DNA mitokondria, tetapi ini menunjukkan bahwa perubahan mutasi DNA mitokondria akan menyebabkan selang-seling yang turun temurun dalam fenotipe mitokondria. David JB membandingkan DNA mitokondria dalam kultur sel mamalia yang berbeda, termasuk tikus dan manusia, ia juga menghibrid sel mamalia yang berbeda dalam kultur. Dalam sel tikus dan hibrida manusia, misalnya, dia telah menunjukkan bahwa tidak hanya DNA mitokondria dari tikus yang homogen dan manusia yang homogen yang dapat dideteksi tetapi juga DNA hibrid
yang
heterogen. Dalam satu rangkaian percobaan, 20 persen dari setiap unit DNA sirkular adalah milik tikus dan 80 persen adalah DNA mitokondria manusia. MtDNA ini biasanya keluar sebagai molekul sirkuler yang relatif kecil, yang dapat dengan mudah diisolasi dan ditandai. sehingga informasi cukup tersedia mengenai struktur genom mitokondria. MtDNA biasanya hadir dalam beberapa salinan per organel. Sel HeLa Manusia mengandung sekitar 10 salinan mtDNA per mitokondria dan memiliki sekitar 800 mitokondria per sel. Struktur mtDNA sangat kekal pada hewan yang tingkat tinggi.
Genom mitokondria seluruh mamalia ditranskripsi sebagai salah satu unit dari
sisi
promotor
tunggal,
dan
transkrip
primer
raksasa
membelah
endonucleolytically untuk memproduksi masing-masing molekul tRNA, rRNA, dan mRNA. Dengan demikian, seluruh mtDNA, berlaku, setara dengan satu operon pada bakteri. Mitokondria
merupakan
organel
kompleks
yang
mengandung sejumlah besar protein yang berbeda jauh melebihi dari 13 berpotensi dikode oleh genom mitokondria mamalia mayoritas protein mitokondria harus dikode oleh gen inti. DNA Pada Plastida Kloroplas timbul dari partikel sitoplasma yang disebut proplastida yang mengandung DNA dan duplikasi sendiri yang tidak tergantung pada bagian sel lain. DNA didistribusikan kurang lebih sama selama pembagian sel. Beberapa karakteristik pewarisan kloroplas dari sitoplasma biji induk Banyak varietas tidak terwariskan, beberapa dikontrol oleh gen nuclear dan hal lain pada pewarisan plastida. Plastida warna normal dan mutan mungkin tergantung dengan mutasi plastida. Kloroplas diisolasi dan didapatkan dari sintesis protein dengan adanya adenosine tripospat atau cahaaya. DNA Kloroplas dan Pertahanan Obat Mutasi DNA nonkromosomal mengekspresikan fenotif yang sama seperti kromosom DNA mutan. Pertukaran resiprok menunjukkan bahwa pertahanan antibiotic dikontrol oleh gen nonkromosom, uniparental pada pewarisan. Semua keturunan dari masing-masing resiprok melakukan perkawinan (mating) seperti, plus (+) type mating dengan memasuki ke famili lain yang melakukan pertahanan streptomycin, kemudian menunjukkan pewarisan maternal. Hasil dari pertukaran resiprok menunjukkan pewarisan non mendel yang disertai pasangan tunggal dari pertukaran sifat. Organisasi pada genom plastid Macam dari tipe genom adalah plastid-cloroplas, amiloplas, dan kromoplas yang dimiliki oleh lebih dari 200 spesies yaitu tumbuhan tinggi dan hijau. Pada DNAs mitokondria, kloroplas sering mengandung penggandaan copian cpDNAs. Semua genom kloroplas yang dianalisis mengandung kumpulan gen yang sama.
Namun, gen yang mengatur sangat bermacam-macam pada cpDNAs. Genom kloroplas untuk tumbuhan tinggi memiliki ukuran 21 sampai 31. Pada prokariotik dipercaya telah berkembang, kloroplas telah kehilangan materi genetik. Informasi dari nenek moyang sangat bergantung pada gen nuclear dari sekumpulan sel untuk banyak komponen esensial. Komponen dari mitokondria yang terakhir disintesis pada ribosom sitoplasma dan disalurkan ke dalam kloroplas dengan bantuan peptide amino
terminal yang diangkut dan membelah selama transportasi
berlangsung di dalam membran sitoplasma Bakteria Symbiont Pada Paramecium Sitoplasma Protozoa uniselular yang melakukan dua reproduksi yaitu secara aseksual dan seksual. Reproduksi aseksual terjadi akibat pembelahan sel ke hasil kloning dari sel yang serupa secara genetik . Tahap seksual, paramecium berkonjugasi secara periodik dan mentransfer materi genetik dari satu sel ke sel lain. Paramecium dan Ciliate yang lain mempunyai dua macam nuclei, yaitu makronukleus vegetative besar dan mikronukleus kecil. Ini mungkin untuk laboratorium membuat persilangan seksual melalui. Meiosis berikutnya, menghasilkan sel haploid, tetapi sampai autogami menjadi homozigot diploid. Hal ini menyediakan sebuah tempat untuk pembanding ekstraselular dan nuclear warisan, dan untuk memperlihatkan bahwa progeny dapat berbeda dari wild type pada ciri yang dikendalikan oleh gen nuclear dan ekstranuklear. T. M. Sonnoborn dan yang lain mempunyai investigasi sebuah efek presisten eksraselular pada Paramecium. Beberapa strain dari P.aurelia menghasilkan sebuah unsur yang mempunyai pengaruh yang mematikan dari anggota strain lain pada beberapa spesies. Paramecium dari strain yang mampu memproduksi unsur racun yang disebut “killer”. Efek racun juga mengurangi divisi sel setelah mengalami pengulangan. Pemisahan elemen pada sitoplasma telah menerima hasil dari subtansi racun. Killer kemudian diamati dengan menggunakan mikroskop dan partikelnya disebut “kappa”. Partikel ini yang diperlihatkan utuk menjadi bacteri symbiotic, yang diberi nama Caedobacter taeniospirales (bakteri pembunuh dengan ribbon spiral). Sebuah “subtantasi toxic” (Paramecin), dihasilkan oleh bakteri pembunuh, yang difusikan ke medium cair. Paramecin tidak mempunyai efek pada killer,
yang berasosiasi dengan semacam partikel semacam kappa yang terjadi pada lebih dari 20 persent populasi kappa. Virus toxic pada paramecium sensitif tapi tidak beracun pada “nonbright” bakteri. Bakteri kappa hanya mengabdikan diri pada organismee yang membawa nuclear alel k dominan, yang memetapkan lingkungan yang diperlukan untuk bakteri bereproduksi. Ketika killer konjugasi dengan sensitif dibawah kondisi yang tepat (untuk menghidari membunuh pasangan) dan tidak terjadi pertukaran sitoplasmik. Ada dua macam clones mucul, yaitu satu dari sel killer asli yang mengandung alel K (Kk) dan bakteri kappa, dan yang lain dari sel sensitive asli, yang membwa alel K (Kk) dan kekurangan kappa. Autogami selanjutnya, separuh keturunan dari killer adalah killer dan separuh [paramecium sensitive. Selama tidak ada sitoplasmik yang ditransfer pada konjugasi, hanya sel dari killer asli yang menerima wariasan dari bakteri kappa. Kappa tidak dapat bereproduksi di sel. Autogami menghasilkan sel homozigot KK dank k, yang yang menghasilkan clone killer atau nonkiller, secara respective. DNA PLASMIT DAN TRANSFOMASI TUMOR Molekul ekstrakromosom DNA dapat mereplikasi dengan bebas dan mempertahankan dirinya sendiri di dalam sitoplasma sel tumbuhan yang disebut dengan plasmid. Plasmid biasanya berada bersamaan dengan kromosom mitokondria dan plastid, tetapi plasmid tidak dapat diorganisasikan menjadi organel yang vital di dalam sel inangnya. Plasmid memiliki kemampuan dapat melakukan replikasi dengan bebas untuk melakukan kombinasi dengan DNA lain, dan membawa DNA inti sel untuk melekukan aktifitas sinsesis, plasmid digunakan untuk rekayasa genetika. Steliritas Sitoplasma Pada Tanaman Contoh lain dari pewarisan sitoplasma adalah dihubungkan dengan kegagalan polen. Ini terjadi pada banyak bunga pada tanaman dan mengakibatkan sterilnya jantan. Sterilitas jantan meupakan bagian yang penting ketika melelui proses pembentukan biji. tanaman hybrid diproduksi secara komersial pada jagung, timun, bawang merah, sorghum, dan tanaman hybrid yang lain. Jantan Steril ketika melewati Proses Polinasi Tanaman
Contoh mekanisme pewarisan meteri adalah transmit jantan steril pada jagung,yang diteliti dan dianalisa dengan hati-hati oleh M.M. Rhoades. Polen digugurkan pada kepala putik pada tanaman jagung, mengakibatkan polen menjadi jantan yang steril. Tetapi struktur betina masih normal. Gen nuclear tidak mengontrol macam sterilnya, meskipun gen ditransmisasikan dari generasi ke generasi berasal dari telur sitoplasma. Fakta dari varietas jantan steril diproduksi hanya dari keturunan jantan steril ketika diadakan fertilisasi dengan polen dari tanaman jagung normal. Jantan steril pada tanaman biji akan terus mengalami perulangan dalam bentuk polen hingga terbentuk jantan yang fertil. Dalam genetika bentukan steril dirubah, jantan steril tetap terbentuk, menunjukkan bahwa pewariasan materi tidak dapat dikontrol oleh gen kromosom. Dalam pemeriksaan berkembang, diantara bagian kecil polen didapatkan dari bentukan jantan yang steril. Membuat resiprok sangat mungkin. Ini semua melewati pembentukan keturunan dari jantan steril pada biji tanaman kemuadian berubah menjadi jantan yang fertile. Keturunan dari materi jantan steril tanpa memperhatikan pembentukan pada umumnya. Besar sekala menngunakan jagung jantan yang steril untuk pembentukan biji membawa penyakit dalam kelompok hasil pertanian jagung di tahu 1970. Karena keuntungan keseragaman jagung dan keuntungan besar jantan steril dalam pembentukan biji, sumber pertama sitoplasma, diketahui di Texas (T0 sitoplasma jantan steril, yang telah digunakan dalam produksi biji untuk hibrid jagung ditanam tahun depan. Bahaya keseragaman Apa yang menyebabkan penyakit pada hasil jagung? Sebuah mutans baru berbentuk jamur Helminthosporium maydis (nisikado dan miyake) mulai menjadi pathogen yang mematikan pada khusus jagung hibrida. Jamur ini merusak jagung dengan (T) sitoplasma jantan steril. Ahli pathogen dan keturunan tanaman memenukan wabah ini berasal dari varietas jagung yang resistan dengan jamur. Karena sebelumnya, muncul penyakit daun tanaman yang berwarna kuning, tahun 1970 produksi biji telah digeser dengan jagung tanpa T sitoplama. Jagung ini dibutuhkan detasseling tetapi secara luas digunakan untuk tanaman musim dingin tahun 1971. Ini juga memproduksi beberapa biji yang resistens untuk
tanaman umum pertanian. Beberapa tanaman diprediksi sekitar 20-30 persen hasil pertanian mati bahkan resiko lebih banyak lagi tanaman hybrid mudah rentan. Sebagian besar produksi biji tahun 1971 diselesaikan tanpa menggunakan steril jantan dan T sitoplasma. Penyebaran T pada H. maydis tidak terlalu parah pada tahun 1972. Perkembangan H.maydis yang lain dapat muncul atau salah satu penyakit tamanan jagungdapat menjadi ancaman untuk jagung hibrida dengan T jantan steril sitoplasma. Beberapa varietas dari jagung resistan dengan persebaran T pada H. maydis yang sekarang telah diidentivikasi dan telah tersedia untuk produksi benih. Pertanyaan: 1. Bagaimana transmisi materi genetik pada Paramecium? Paramecium melakukan transmisi genetik dengan cara reproduksi seksual. Tahap seksual, paramecium berkonjugasi secara periodik dan mentransfer materi genetik dari satu sel ke sel lain. Paramecium mempunyai dua macam nuclei, yaitu makronukleus vegetative besar dan mikronukleus kecil. Meiosis berikutnya, menghasilkan sel haploid, tetapi sampai autogami menjadi homozigot diploid. 2. Bagaimana
hubungan
antara
mitokondria
dengan
pewarisan
ekstrakromosomal? Mitokondria memiliki DNA unit kecil dan banyak yang ada di luar genom nuclear. Genom mitokondria mengkode sejumlah struktur dan fungsi yang terbatas. Mitokondria terdiri atas apparatus khusus yang mensintesis protein denga ribosom spesifik, tRNA, tRNA asam amino sintetase.
