Prinsip Genetika

Perkembangan genetika sebagi ilmu tidak lepas dari percobaan yang dilakukan Mendel pada Pisum sativum. Mendel berhasil menjelaskan bagaimana sifat diwariskan dari tetuanya kepada anak dalam suatu persilangan antar tanaman dengan sifat yang berbeda.

Pisum sativum memiliki keuntungan digunakan dalam percobaan genetika karena mudah didapat, mempunyai keragaman yang jelas bisa dibedakan meliputi warna biji, bentuk biji, warna bunga. Pisum sativum memiliki bunga cukup besar sehingga memudahkan pesilangan buatan.

Pada persilangan dengan satu sifat beda, mendel menyilangkan tanaman dengan bunga ungu dengan tanaman berbunga putih dan dihasilkan tanaman berbunga ungu (F1). Sifat bunga ungu ini disebut dominan. Jika F1 disilangkan dengan F1 maka dihasilkan bunga F2 dengan perbandingan ungu : putih = 3:1. Sifat yang diamati disebut fenotipe, sedangkan faktor yang mengendalikan disebut genotipe.

Pada persilangan dengan dua sifat beda, misalnya bulat kuning (RRYY) dengan hijau keriput (rryy), dihasilkan F1 bulat kuning (RrYy). Jika F1 diselangkan dengan F1, diperoleh perbandingan bulat kuning, bulat hijau, keriput kuning, keriput hijau dengan perbandingan 9 : 3: 3 : 1.
Dari persilangan ini maka ditetapkan hukum mendel I atau hukum segregasi dan hukum mendel II atau hukum pisah bebas.

Konsep umum mengenai cara kerja gen atau ekspresi gen adalah berdasarkan kedominanan dan keresesifan. Artinya, alel terekspresi secara komplit pada fenotipe atau tidak terekspresi sama sekali. Prinsip ini merupakan prinsip Mendel. Tetapi penelitian membuktikan bahwa terdapat banyak macam aksi gen dan interaksi yang mempengaruhi pola segregasi. Tipe dari aksi gen dapat dibedakan menjadi dua katagori umum yaitu antar alel pada lokus yang sama (intralokus) dan antar alel pada lokus-lokus yang berbeda (interlokus).

Interaksi intralokus
Terdapat tiga macam interaksi intralokus. Tipe pertama adalah dominan seperti yang disimpulkan oleh mendel dalam penelitiannya. Pada tipe dominan, rasio F2 dari dua tetua homozigot adalah 3:1. Tipe kedua adalah tidak dominan (no-dominance/incomplete dominance). Pada tipe ini fenotipe dari heterozigot berada di tengah-tengah di antara kedua tetua. Contohnya adalah pada persilangan bunga pukul empat merah dan putih dihasilkan bunga merah muda pada F1. F2nya menyebar dengan rasio 1 merah: 2 merah muda: 1 putih. Tipe ketiga adalah overdominance. Pada situasi ini heterozigot memiliki nilai fenotipe di luar kisaran antara kedua tetua.

Interaksi interlokus
Interaksi interlokus menyebabkan distribusi F2 berubah. Ekspresi dari alel berubah karena kehadiran atau ketakhadiran alel atau alel-alel pada lokus yang berbeda. Gambar berikut menjelaskan rasio F2 untuk interaksi interlokus.

Distribusi F2 pada berbagai interaksi interlokus

Tipe aksi gen lainnya yang tidak termasuk epistasis adalah additive gene action. Pada aditif tiap alel pada satu lokus akan menambah atau mengurangi derajat nilai fenotipe. Contohnya adalah pada warna bagian dalam biji gandum. Warna biji gandum ditentukan oleh 3 lokus R1, R2 dan R3 dengan 2 alel pada tiap lokus. Warna biji bervariasi dari merah gelap ke putih dan intensitas warna tergantung pada jumlah dari alel yang menambah warna. Warna merah gelap adalah R1R1R2R2R3R3, sedangkan putih adalah r1r1r2r2r3r3. Jika disilangkan, maka F1nya adalah R1r1R2r2R3r3 menunjukkan warna intermediet diantara kedua tetuanya. Pada F2 akan muncul sebuah seri warna yang sebarannya seperti sebaran normal antara dua fenotipe yang ekstrim (Gambar 9).

Distribusi F2 pada warna aditif biji gandum dengan 3 lokus

Jika disilangkan R1R1R2R2r3r3 dengan r1r1r2r2R3R3, dimana satu tetua merah gelap dan satu tetua sedikit merah, maka F1nya akan menunjukkan warna intermediet. F2nya akan menyebar dari sangat gelap ke putih. Pada persilangan ini, keturunannya berada di luar batas fenotipe tetua merah gelap dan tetua sedikit merah. Hal ini disebut segregasi transgresive.

Pada aksi gen, kadang-kadang terjadi genotipe-genotipe yang sama tetapi tidak mengekspresikan fenotipe yang sama walaupun keadaan lingkungan seragam. Perbedaan ini disebut perbedaan dalam penetrasi. Penetrasi adalah presentase individu untuk genotype tertentu yang menampilkan fenotipe dari genotype tersebut. Contohnya, suatu organisme yang bergenotipe aa atau A_ tetapi tidak menunjukkan fenotipe yang sebagaimana normalnya bergenotipe aa atau A_ karena adanya gen-gen epistasis atau supresor, atau karena efek lingkungan. Istilah penetrasi dapat digunakan untuk menjelaskan efek tersebut jika penyebab pastinya tidak diketahui.

Peristiwa lain yang cenderung memperlihatkan hasil peristiwa genetika yang kurang jelas adalah ekspresivitas. Ekspresivitas adalah derajat atau tingkat suatu genotype tertentu mengekspresikan fenotipenya pada suatu individu. Contohnya, genotype A_ yang seharusnya berfenotipe merah, tetapi yang tampak adalah derajat warna yang berbeda-beda, misalnya warna biru, merah tua, merah muda, putih. Ekspresivitas warna yang berbeda-beda ini karena adanya pengaruh gen-gen lainnya atau pengaruh lingkungan yang tidak diketahui dengan pasti.

Kondisi lingkungan yang penting
Cahaya: Lamanya penyinaran atau lamanya periode gelap dapat menginduksi munculnya bunga pada beberapa species tanaman
Suhu: Banyak proses biokimia dipengaruhi oleh suhu. Lintasan reaksi biokimia melibatkan enzim yang peka terhadap suhu. Perubahan suhu dapat mengubah fenotipe.
Nutrisi: Contohnya, efek beberapa genotype baru dapat dilihat hanya kalau tanaman dalam lingkungan stress.
Perlakuan buatan: Ekspresi suatu sifat bisa tidak nampak karena pemberian senyawa kimia atau hormon.

Variasi/Keanekaragam genetik
Variasi atau keanekaragaman genetik sangat penting karena jika tidak terdapat variasi genetik, maka apabila terjadi perubahan lingkungan yang cukup keras akan dapat mengakibatkan punahnya suatu spesies pada habitat alaminya.
Keragaman genetik dalam bentuk variasi alelik disebabkan oleh mutasi. Mutasi terjadi secara spontan dengan frekuensi yang bervariasi tergantung pada lokus dan informasi genetic dari area sekitarnya pada kromosom. Mutasi menghasilkan perubahan DNA, yang akibatnya mengubah enzim-enzim dan menyebabkan variasi dalam mekanisme fisiologi yang nantinya dievaluasi melalui proses seleksi alam.

Migrasi tanaman dan evolusi yang diarahkan manusia
Campur tangan manusia mempunyai kontribusi yang sangat signifikan pada evolusi tanaman. Saat manusia memulai kultur dan mendomestikasi tanaman, mereka menyeleksi genotipe-genotipe yang paling baik yang memenuhi kebutuhan. Sifat seperti kestabilan produksi merupakan sifat yang sangat diinginkan. Karakter –karakter lain seperti warna, rasa juga merupakan contoh-contoh sifat yang diinginkan. Dengan berpindahnya manusia dari satu area ke area lainnya, tanaman atau benih juga dibawa dan diuji di daerah mereka yang baru. Proses ini disebut introduksi. Introduksi merupakan hal penting dalam pemuliaan tanaman, karena menawarkan potensi penggunaan genotipe berbeda untuk meningkatkan penampilan tanaman pada daerah tertentu.

Koleksi Plasma Nutfah
Keragaman genetik suatu spesies tanaman dapat menurun karena aktivitas manusia atau karena bencana alam. Aktivitas manusia dapat meliputi pembudidayaan tanaman, menanam atau memperluas jenis-jenis unggul baru sehingga jenis-jenis local yang amat beragam akan terdesak bahkan dapat lenyap, juga aktivitas pembangunan jalan dan gedung-gedung.

Untuk menghindari lenyapnya jenis-jenis yang ada maka perlu ada suatu lembaga yang mampu melakukan koleksi jenis-jenis tersebut. Pemerintah berbagai negara mensponsori kegiatan-kegiatan expedisi untuk tujuan koleksi plasma nutfah. Beberapa lembaga internasional telah melakukan koleksi secara intensif. Misalnya : IRRI (International Rice Research Institute) di Philipina mengkoleksi padi, CIMMYT (Centro International de Mejoramiento de Meizy Trigo) di Mexico mengkoleksi tanaman jagung dan wheat, CIAT (Central International Agricultural Tropical) di Kolumbia memiliki koleksi tanaman ketela pohon.
Lembaga-lembaga penelitian juga terdapat di masing-masing negara. Lembaga penelitian ini mengkoleksi tanaman penting di negara itu. Di Indonesia misalnya terdapat kebun koleksi tebu, kopi, kelapa, dll.

Preservasi
Manusia wajib melestarikan plasma nutfah untuk kepentingan manusia sendiri. Pada dasarnya ada dua cara untuk melestarikan plasma nutfah tanaman yaitu secara in situ dan ex situ. Pelestarian in situ dilakukan di tempat tumbuh aslinya (pelestarian habitat alaminya). Contohnya adalah cagar alam, hutan lindung. Cagar alam merupakan cara pelestarian pasif dan dianggap ideal karena juga melestarikan lingkungan sekitar. Pelestarian ex situ merupakan pelestarian di luar habitat alaminya. Pelestarian ex situ dilakukan dengan memindahkan individu yang dilestarikan dari tempat alaminya ke tempat lain. Pelestarian ex situ merupakan cara pelestarian aktif. Contohnya:

1. Kebun Raya (KR) Indonesia : KR Bogor melestarikan tanaman dataran rendah dan basah; KR Purwodadi meleatarikan tanaman dataran rendah dan kering; KR Cibodas melestarikan tanaman dataran tinggi Indonesia bagian barat; KR Ekakarya Bedugul melestarikan tanaman dataran tingkat tinggi Indonesia bagian timur.
2. Kebun koleksi. Kebun koleksi merupakan kebun di lembaga-lembaga penelitian yang dikembangkan sesuai misi lembaga tersebut. Misalnya kebun koleksi tebu di Pasuruan (Balai Penelitian Tebu).
3. Bank biji
4. Test tube bank : melestarikan dalam bentuk kultur jaringan tanaman, kultur anther, kultur sel. Keuntungan melestarikan dalam bentuk kultur jaringan antara lain: tidak memerlukan tempat yang luas, plasma nutfah bebas dari hama dan penyakit, dapat diperbanyak dengan cepat. Tetapi kerugiannya adalah: biaya mahal, memerlukan keahlian, kestabilan plasma nutfah tidak terjamin.
5. Cryopreservation: pelestarian melalui proses pembekuan dengan menggunakan N2 cair (-196 derajat Celcius). Dengan N2 cair metabolisme terhenti tetapi sel-sel tidak mati.

Bacaan lain:
- Slide Dasar genetika dan keanekaragaman (PPT)

Pustaka:
Esquinas-Alcázar. 1994. Plant Genetic Resources. In Hayward, M.D., Bosemark,N.O., Romagosa,I. (eds). Plant Breeding, Principles and prospects. Chapman & Hall, London.

Gardner, EJ., Simmons, MJ., Snustad, DP. 1991. The Principles of Genetics. John Wiley and Sons, Inc. New York.

Hartana, A. 1992. Genetika Tumbuhan. Departemen Pendidikan Dan Kebudayaan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor, Bogor.

Sastrapradja, S.D. dan Rifai, M.A. 1989. Mengenal Sumber Pangan Nabati dan Plasma Nutfahnya. Puslitbang Bioteknologi, LIPI, Bogor.
Welsh, J.R. 1981. Fundamental of Plant Genetics and Breeding. John Willey & Sons, New York.