Bioteknologi Pertanian
Biotek Bioteknol nologi ogi adalah adalah cabang cabang ilmu ilmu yang yang mempela mempelajari jari pemanf pemanfaata aatan n makhlu makhluk k hidup hidup ( bakteri, bakteri, fungi fungi,, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup ( enzim enzim,, alkohol alkohol)) dalam dalam proses proses produk produksi si untuk untuk mengha menghasilk silkan an barang barang dan jasa. jasa. Biotek Bioteknol nologi ogi secara secara umum umum berarti meningkatkan me ningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut. elain itu bioteknologi juga memanfaatkan sel tumbuhan atau sel he!an yang dibiakkan sebagai bahan dasar sebagai proses industri. "rinsi "rinsip-p p-prisi risip p biotekn bioteknolo ologi gi telah telah diguna digunakan kan untuk untuk membua membuatt dan memodi memodifik fikasi asi tanaman, tanaman, he!an, he!an, dan produk produk makanan. makanan. Bioteknolo Bioteknologi gi yang menggunakan menggunakan teknologi teknologi yang masi masih h sede sederh rhan anaa ini ini diseb disebut ut biot biotek ekno nolo logi gi konv konven ensio siona nall atau atau tradi tradisio sional nal.. "ene "enera rapa pan n bioteknologi konvensional ini sering diterapkan dalam pembuatan produk-produk makanan. eirin eiring g dengan dengan perkem perkemban bangan gan dan penemu penemuan an dibida dibidang ng moleku molekuler ler maka maka teknol teknologi ogi yang yang digu diguna naka kan n
dala dalam m
biot biotek ekno nolo logi gi
pada pada
saat saat
ini ini
sema semaki kin n
cang canggi gih. h.bi biot otek ekno nolo logi gi
yang ang
menggunakan teknologi canggih ini disebut bioteknologi modern. Contoh Pengaplikasian Bioteknologi Pertanian 1. Biote Biotekno knolog logii Fungi Fungi Biokon Biokontr trol ol Dan Penge Pengemba mbagan gannya nya Untuk Untuk Aplikasi Aplikasi Dalam Dalam Bidang Pertanian, Industri Ramah ingkungan Dan !esehatan
#ntuk meminimalkan pemakaian pestisida kimia!i sintetik yang sering berdampak buruk bagi lingkungan dan kesehatan, sejak beberapa tahun telah dikembangkan fungi biokontrol untuk perlindungan tanaman dari hama dan penyakit. $ungi biokontrol adalah fungi, atau yang lebih umum dikenal sebagai jamur benang, yang dapat menghambat secara biologis pertumbuhan patogen tanaman, parasit atau insekta.
%ekanisme perlindungan
tanaman oleh fungi biokontrol ini meliputi beberapa aspek biokimia!i di antaranya produksi dan pelepasan ke lingkungan enzim hidrolitik, metabolit sekunder yang bersifat anti-bakteri, anti-nematoda maupun anti-fungi lain, serta senya!a yang dapat merangsang pertumbuhan tanaman, ataupun merangsang tanaman menghasilkan senya!a pertahanan diri. &emampuan memproduksi dan melepaskan ke lingkungan pertumbuhannya berbagai senya!a ini dapat dimanfaatkan untuk tujuan-tujuan lain dari perlindungan tanaman. 'nzim hidrolitik dapat digunakan untuk berbagai proses industri penting, seperti dalam proses penyiapan bahan baku
untuk bioetanol, penyamakan kulit, biopulping , biobleaching , industri makanan, dan industri obat terapeutik. %etabolit sekunder yang dihasilkan oleh fungi biokontrol yang bersifat anti bakteri, anti-nematoda ataupun anti-fungi dapat dikembangkan sebagai antibiotik baru atau untuk aplikasi perlindungan penyimpanan bahan hasil pertanian. alah satu jenis metabolit sekunder yang dihasilkan fungi biokontrol dan kini mendapat banyak perhatian adalah peptaibol.
"enelitian
peptaibol
mengindikasikan,
peptaibol
tidak
saja
berpotensi
dikembangkan sebagai antibiotik, tetapi beberapa peptaibol ditengarai dapat menghambat progresivitas penyakit Alzheimer . ikarenakan kemampuan biokimia!inya, beberapa fungi biokontrol memiliki kemampuan biotransformasi, sehingga berpotensi untuk digunakan dalam berbagai proses untuk produksi senya!a baru yang memiliki bioaktivitas tertentu. Beberapa fungi biokontrol yang telah dikembangkan antara lain adalah Paecilomyces lilacinus, Pochonia chlamydosporia, Hirsutella rhossiliensis, H. minnesotensis (antinematoda) (ohnson et al., *++) , Lecanicillium lecanii, Beauveria bassiana, Isaria takamizusanensis, Nomuraea anemonoides, Metharhizium anisoliae (anti-serangga patogen) (un dan iu, *++, ohnson et al., *++, osa-/omez et al., *++, cholte et al., *++0)1 haetomium sp (2omilova dan hternshis, *++)1 !picoccum nigrum sp (arena et al., *++3)., "liocladium sp. , #richoderma viride (anti plant pathogenic $ungi), dan #richoderma harzianum (mycoparasitic dan anti nematodes% (4arman dan &ubicek, 56, 4arman, *++). "ekanisme Perlindungan #anaman $leh Fungi Biokontrol
#richoderma sp. dan "liocladium sp. merupakan jamur (fungi) filament (benang) dengan anggota spesies yang banyak digunakan dalam perlindungan tanaman alami sebagai fungi biokontrol. ebagian besar dilaporkan sebagai pelindung tanaman terhadap penyakit tanaman yang disebabkan oleh jamur patogen (4arman, *++), tetapi ada juga yang telah dilaporkan dapat melindungi tanaman terhadap nematoda (cacing kecil) (haron et al.,*++), bakteri (7atanabe et al., *++0) dan virus (4anson dan 4o!ell, *++3). ebagai contoh, berbagai galur dari spesies-spesies tertentu #richoderma sp. dan "liocladium sp. dapat melindungi tanaman kapas, tembakau dan timun terhadap &hisoctonia solani (4anson dan 4o!ell, *++3, u et al., *++3), stra!beri terhadap Botrytis cinerea (anz et al., *++0), jagung terhadap Pythium ultimum dan olletotrichum graminicola (4arman et al., *++3a, 4arman et al., *++3b, 4arman, *++), kelapa sa!it terhadap "anoderma boninense (usanto et al., *++0), padi terhadap bakteri Burkholderia glumae, Burkholderia plantarii, dan 'cidovora( spp. (7atanabe et al., *++0), pisang terhadap )usarium sp.
(8ugroho et al.,*++*), bayam dan kangkung terhadap 'lbugo candida dan 'lbugo ipmoeae* panduratae (%arlina et al., *++, %arlina, *++9, :friadi, *++0).
%ambar 1. ;ontoh mikoparasitisme oleh fungi biokontrol #. asperellum 2.8.;0 (fungi
koloni atas dan terbesar, dengan spora hijau) terhadap fungi patogen tanaman pisang )usarium sp. (fungi koloni ba!ah putih, yang makin mengecil, dan spora #. asperellum yang hijau mulai invasi ke koloni )usarium).
&. Aplikasi Bioteknologi Untuk Pengembangan #anaman Resisten #erhadap 'ama Dan Penyakit.
ecara alamiah, tanaman memiliki ketahanan terhadap hama maupun penyakit tertentu. 2anaman dapat dikatakan resisten dengan beberapa kondisi sebagai berikut. (a). memiliki sifat-sifat yang memungkinkan tanaman itu menghindar, atau pulih kembali dari serangan hama ada keadaan yang akan mengakibatkan kerusakan pada varietas lain yang tidak tahan. (b). memiliki sifat-sifat genetik yang dapat mengurangi tingkat kerusakan yang disebabkan oleh serangan hama (c). memiliki sekumpulan sifat yang dapat di!ariskan, yang dapat mengurangi kemungkinan hama untuk menggunakan tanaman tersebut sebagai inang (d). mampu menghasilkan produk yang lebih banyak dan lebih baik dibandingkan dengan varietas lain pada tingkat populasi hama yang sama Perakitan #anaman Resisten
langkah pertama adalah mengkarakteristik gen yang mengatur sistem ketahanan tanaman tersebut dengan langkah-langkah sebagai berikut <5=. :solasi 8A
2anaman hasil eksplorasi yang telah diseleksi memiliki ketahanan terhadap hama dan tanaman yang memiliki ketahan terhadap penyakit. %isalnya varietas tanaman kentang yang tahan terhadap hama lalat dan tanaman kentang yang tahan terhadap penyakit bakteri. lakukan isolasi 8A nya untuk mengetahui struktur gen ketahanan dengan tahapan sebagai berikut.
arietas tanaman terpilih yang memiliki ketahanan terhadap hama dan varietas tanaman yang memiliki ketahanan terhadap penyakit secara terpisah kita ambil organ tanamannya . Band!ith yang muncul diterjemahkan sekuensing 8A-nya menggunakan program blast sehingga tersusun rangkaian basa A;/2-nya. <*=. &loning 8A ;loning 8A pada dasarnya untuk mengisolasi dan menggandakan 8A. 2ahapan cloning 8A adalah pemotongan 8A menggunakan enzim restriksi, penyambungan potongan-
potongan
<5=. 2ransformasi /en %olekul 8A yang telah diseleksi dan telah diidentifikasi positif telah mengandung gen ketahanan yang kita sisipkan
langkah ketiga adalah menganalisis dampak terhadap morfologis dan fisiologis tanaman serta mengujicoba tanaman tersebut baik dalam lingkungan terkontrol
lain-lain. Apabila faktor negative lebih dominan dibanding faktor positif maka perlu pencarian gen-gen baru untuk perakitan tanaman trangenik ini, akan tetapi bila faktor dominan merupakan hal yang positif maka tanaman ini bisa dikembangkan lebih lanjut untuk diuji. Aspek terpenting dalam analisis ini tentunya lebih banyak kearah produktivitas dan umur tanaman hingga panen. Aspek morfologis masih bisa ditolelir apabila tanaman tersebut mampu menghasilkan produksi yang tinggi dan umur panen yang cepa t. <*=. #ji coba resistensi tanaman etelah transformasi gen pada tanaman tidak memberikan banyak dampak negative dan justru memberikan efek positif yang lebih baik, maka tanaman tersebut diuji baik dalam lingkungan terkontrol
terhadap ?"2. apabila tanaman ini sudah menunjukkan kemampuannya mela!an terhadap "2 sasaran dengan gen yang kita transformasikan maka dapat dikatakan sebagai tanaman resisten :::.2entunya dengan transformasi gen akan menimbulkan dampak resisten dari tiga jenis resisten tersebut baik terjadi secara bersamaan maupun terpisah. engan kombinasi antara gen ketahanan terhadap ?"2 patogen dan ?"2 hama akan memungkinkan tanaman memiliki ketahanan
"erakitan tanaman resisten terhadap hama dan penyakit telah banyak dilakukan terutama di 8egara-negara maju. &omoditas yang tengah banyak dikembangkan menjadi tanaman transgenic sudah banyak mulai dari padi, jagung, kubis, kapas, kedelai, dan sebagainya."ada tahun 50, tanaman transgenik pertama mulai tersedia bagi petani di Amerika erikat, yaitu jagung hibrida yang mengandung gen cry :A(b), %aimizer, yang dibuat oleh 8ovartis1tanaman kapas yang mengandung gen cry :A(c), Bollgard, dan kentang yang mengandung gen cry CA, 8e!leaf, yang dibuat oleh %onsanto. 2anaman Azuki bean transgenik melalui transformasi gen D-amylase inhibitor yang diperoleh dari common bean, telah menunjukkan ketahanan terhadap hama kumbang Bruchus (:shimoto et al., 5). chroeder et al. (50) dan hade et al. (53) juga berhasil mentransformasikan gen Damylase inhibitor dari common bean ketanaman kacang pea ("isum sativum .) danmenunjukkan ketahanan terhadap kumbang Bruchus (Bruchus pisorum). sno!drop lectin dari /alanthus nivalis agglutinin (/8A) menunjukkan hasil paling beracun terhadap serangga hama, dengan menurunkan tingkat hidup !ereng coklat sampai 0+E pada konsentrasi +. Fm (/atehouse, 56).@ao, et al. 5 berhasil merakit padi transgenik yang mengandung gen /8A melalui sistem transformasi particle bombardment dari embrio muda dan elektropora-si dari protoplas. 4asil uji bioasai, padi transgenik tersebut dapat menurunkan
tingkat
hidup,
keperidian,
dan
memper-lambat
pertumbuhan
!ereng
coklat.4ingga tahun 5+an, beberapa tanaman telah berhasil ditransformasi menggunakan gen ketahanan terhadap ?"2 tertentu baik menggunakan vector bakteri maupun menggunakan metode 8A uptake dan penembakan mikroproyektil. Bhattacharya et al <*++*= berhasil mentransformasi gen cry:A**+ dan tanaman transgenic tersebut mampu menunjukkan resistensinya terhadap "lutella ylostella dengan tingkat mortalitas larva antara 05.63 sampai 93.+E dengan tingkat kerusakan daun antara E -*CE.8urhasanah, dkk <*++0= berhasil mendapatkan 3 kultur tanaman kentang transgenic yang ditransformasi gen hordothionin dengan agrobacterium tumifaciens strain BA 33+3 dan telah dibuktikan gen tersebut terekspresi melalui analisis ";@. 4asil pengujian toksisitasnya secara invitro terhadap @alstonia solanacearum, menghasilkan * tanaman transgenik yang toleran, 5 yang moderat toleran dan 5 yang rentan."ardal, dkk <*++0= berhasil melakukan transformasi gen pin:: pada tanaman kedelai menggunakan teknik "enembakan "artikel pada varietas 7ilis, sehingga diperoleh satu tanaman tansforman 7"* yang mengandunggen pin:: yakni /en pengkode senya!a anti nutrisi yang dapat menghambat kerja enzim proteolitik (proteinase) di dalam perut serangga namun belum diujicobakan terhadap hama sasaran. jonovic et al <*++= yang mentransformasikan protein sm5 yang berasal dari trichoderma ressei mampu menginduksi ketahanan tanaman secara istemik terhadap patogen daun ;olletotrichum sp. engan area penekanan gejala sebesar (5.C0 cm*) C. Produk )Produk Pertanian 'asil Bioteknologi Pertanian 5) "adi /olden @ice "adi merupakan tanaman pangan utama dunia. engan demikian padi menjadi prioritas utama dalam bioteknologi. elain padi, tanaman pangan yang telah banyak mendapat sentuhan bioteknologi adalah kentang."enerapan bioteknologi pada tanaman padi sebenarnya telah lama dilakukan. alah satu produknya adalah pari jenis golden rice yang dikenalkan pada tahun *++5. iharapkan padi jenis ini dapat membantu jutaan orang yang mengalami kebutaan dan kematian dikarenakan kekurangan vitamin A dan besi. >itamin A sangat penting untuk penglihatan, respon kekebalan,perbaikan sel, pertumbuhan tulang, reproduksi, hingga penting untukpertumbuhan embrionik. 8ama /olden @ice diberikan karena butiran yang dihasilkan ber!arna kuning menyerupai emas karena mengandung karotenoid. @ekayasa genetika merupakan
metode untuk produksi /olden @ice. 4al ini disebabkan karena tidak ada plasma nutfah padi yang mampu mensintesis karotenoid. *) &entang @usset Burbank 2eknik bioteknologi saat ini telah banyak digunakan dalam produksi kentang. Baik dalam teknik penyediaan bibit, pemuliaan kentang, hingga rekayasa genetika untuk meningkatkan sifat-sifat unggul kentang. alam hal penyediaan bibit, saat ini teknik kultur jaringan telah banyak digunakan.2eknik kultur jaringan me-mungkinkan petani mendapatkan bibit dalam jumlah besar yang identik dengan induknya. ;ontoh varietas kentang baru adalah kentang @uset Burbank yang memiliki kandungan pati yang tinggi yang dapat menghasilkan kentang goreng dan kripik kentang dengan kualitasyang lebih baik karena menyerap lebih sedikit minyak ketika digoreng. C) 2omat $lavravr 2eknologi rekayasa genetika juga telah diaplikasikan pada tanaman hortiklutura. ebagai contoh yang cukup terkenal adalah tomat $lavravr,yaitu jenis tomat yang buah matangnya tidak lekas rusakmembusuk. 4al ini sangat berbeda dengan tanaman tomat lain, di mana buah yang matang cepat menjadi rusak. ifat tomat $lavravr ini sangat berguna dalam pengiriman buah ke tempat yang jauh sebelum tiba di tangan konsumen. 3) 2embakau @endah 8ikotin alah satu dari sekian banyak kerugian merokok adalah gangguan kesehatan karena kadar nikotin yang tinggi. "endekatan bioteknologi dilakukan untuk mengatasi permasalahan ini yaitu dengan merakit tanaman tembakau yang bebas kandungan nikotin. "ada tahun *++5 jenis tembakau ini diklaim dapat mengurangi resiko serangan kanker akibat merokok. elain bebas nikotin,sentuhan bioteknologi lain juga dilakukan untuk tanaman tembakau misalnya dengan meningkatkan ar oma menggunakan gen aroma dari tanaman lain. alah satu yang telah berhasil adalah mengabungkannya dengan aroma buah lemon.
R*(U"* +URA BI$#*!$$%I P*R#AIA
?leh G
8amaG %erlin 8arakarti &hoirus alam 8:%G 5C0+3+*+5555C+C &elasG 8
PR$%RA" (#UDI A%R$*!$#*!$$%I FA!U#A( P*R#AIA UI-*R(I#A( BRAI+A/A "AA% &01
