pemuliaan tanaman

PEMULIAAN TANAMANMODUL 9 :PERAN BIOTEKNOLOGI

DALAM PEMULIAAN TANAMAN

PENDAHULUANBioteknologi didefinisikan sebagai penerapan prinsip – prinsip

biologi, biokimia dan rekayasa organisme hidup seprti mikroba atau jasad hidup untuk menghasilkan barang atau jasa.

Ilmu yang mendasari bioteknologi adalah mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, genetika, ilmu pangan, bioinformatika / elektronik dan komputer.

Pemuliaan tanaman konvensional : pemuliaan tanaman yang melibatkan aktivitas persilangan dan seleksi pada tingkat individu tanaman. Pemuliaan bioteknologi (rekayasa genetika): pemuliaan pada tataran sel/molekuler. Keduanya saling melengkapi kekurangan masing-masing.

Bioteknologi alat bantu yang merupakan alternatif baru sebuah teknologi (sebagaimana teknologi-teknologi lain) untuk mencapai tujuan pemuliaan. Penggunaannya bukan keharusan tetapi sebuah pilihan.

Materi ini akan disampaikan dalam satu kali tatap muka pada minggu lima belas.

TUJUANPenguasaan materi dalam modul ini

bertujuan untuk:Menjelaskan tentang pengertian

bioteknologi Menjelaskan peranan bioteknologi dalam

pemuliaan tanaman untuk meningkatkan keragaman

PEMULIAAN KONVENSIONAL VS BIOTEKNOLOGI

PEMULIAAN TANAMAN KONVENSIONAL : PEMULIAAN TANAMAN YANG MELIBATKAN AKTIVITAS PERSILANGAN DAN SELEKSI PADA TINGKAT INDIVIDU TANAMAN.PEMULIAAN BIOTEKNOLOGI (REKAYASA GENETIKA): PEMULIAAN PADA TATARAN SEL/MOLEKULER

KEDUANYA SALING MELENGKAPI KEKURANGAN MASING-MASINGBIOTEKNOLOGI ALAT BANTU YANG MERUPAKAN ALTERNATIF BARU SEBUAH TEKNOLOGI (SEBAGAIMANA TEKNOLOGI-TEKNOLOGI LAIN) UNTUK MENCAPAI TUJUAN PEMULIAANPENGGUNAANNYA BUKAN KEHARUSAN TETAPI SEBUAH PILIHAN

PEMULIAAN TANAMAN :

KERAGAMAN GENETIK SELEKSI GENOTIP BARU

Semakin banyak keragaman genetik semakin banyak varietas unggul yang dapat ‘diciptakan’

A. BIOTEKNOLOGI UTK MENCIPTAKAN KERAGAMAN GENETIK

Kendala : - jika tidak ada sumber keragaman genetik dari tanaman sejenis

- pesilangan kerabat jauh sulit dilakukan

Peran Bioteknologi??

Pada pemuliaan konvensional menyilangkan 2 atau lebih genotip berbeda

1. Transformasi Genetik

Pengertian : penyisipan satu atau lebih gen secara langsung ke dalam genom suatu tanamanKelebihan : dapat menyisipkan gen yang berasal dari tanaman yang spesiesnya berbeda bahkan dari organisme yang berbeda (bakteri, virus, binatang)Hasil : tanaman transgenik dengan sifat baru a.l. : tahan terhadap hama, penyakit, dan atau herbisida, mempunyai kandungan gizi lebih baik, mutu lebih baik dll.Tanaman transgenik dapat dilepas sebagai varietas unggul baru dan dapat dimanfaatkan untuk memperkaya keragaman genetik yang sudah ada

Tanaman yang telah disisipi gen ketahanan terhadap virus (kiri)

dan tanaman yang tidak tahan terhadap virus (kanan). (Sumber : vast.ac.vn)

* Metode transfer gen1. Potongan DNA target digabungkan ke dalam vector menggunakan enzim ligase dan

menghasilkan DNA rekombinan2. DNA rekombinan dinjeksikan ke dalam Agrobakterium3. Agrobakterium yang telah diinjeksikan DNA rekombinan diperbanyak4. Koloni agrobakterium ditumbuhkan dalam media padat

2. Variasi somaklonal

Pengertian : variasi genetik yang timbul karena perlakuan kultur ‘in vitro’.- Merupakan bagian dari fenomena mutasi.- Hampir selalu terjadi pada kegiatan kultur ‘in vitro’ dengan persentase yang berbeda-beda.- Fenomena ini dapat dipacu dengan penambahan zat kimia tertentu. - Keragaman baru yang muncul memperkaya keragaman yang sudah ada untuk secara langsung dilepas sebagai varietas atau direkombinasikan dan diseleksi terlebih dahulu

Production of a new variety of japanese butterbur using somaclonal variation.(upper:new variety, lower:native variety) (www.afr.pref.osaka.jp/.../ kakubu/shigen/fuki.jpg)

Somaclonal variation in Rhododendron plants derived from adventitious shootshttp://allserv.rug.ac.be/~pdebergh/tro/tro5at01.htm

Carrot family lines regenerated from tissue-culture. Both have been grown for 12 weeks in a glasshouse after 10 weeks vernalisation. Family 16 (LHS) are flowering abundantly, while Family 17 (RHS) have not flowered.

3. Fusi sel

• Hibridisasi antara 2 genotip tanaman pada tingkat sel

• Mencampurkan 2 sel utuh yang berbeda sehingga didapatkan kombinasi genetik baru yang sebelumnya belum ada

• Hasil fusi mempunyai susunan genetik gabungan dari 2 tetua

• Keuntungan : rekombinasi sifat yang selama ini tidak dapat dilakukan dengan persilangan biasa menjadi memungkinkan untuk dilakukan

• Kelemahan : - keberhasilannya masih rendah dan terbatas untuk tanaman yang hubungannya masih dekat

- penggabungan sifat secara menyeluruh sehingga semua sifat (termasuk yang jelek) ikut tergabung

Gambar. Sel yang mengalami proses fusi (Sumber:

tugaskelompokguardian.blogspot.com)

B. BIOTEKNOLOGI UNTUK SELEKSIPada pemuliaan konvensional, seleksi dilakukan berdasarkan karakter yang tampakKarakter yang tampak ini dapat langsung pada karakter yang dituju maupun karakter yang merupakan marka seleksi

Bioteknologi memungkinkan seleksi dengan teknik baru yang lebih baik

1. MARKER AIDED SELECTIONSeleksi dengan bantuan marka molekulerFifat-sifat tertentu dicari marka molekulernya sehingga seleksi dapat dilakukan lebih akurat dan efisien (waktu, tempat dan tenaga) dibandingkan jika menggunakan marka seleksi fenotipikSeperti halnya marka fenotipik, marka molekuler juga dapat merupakan penyandi sifat yang bersangkutan maupun sifat yang terpaut dengan sifat yang bersangkutanKelemahan : proses untuk pencarian marka molekuler relatif panjang sehingga biaya cukup mahal

2. SELEKSI DENGAN PENANDA BUATANTeknologi transformasi dan isolasi gen telah semakin maju dan memungkinkan introduksi berbagai sifat baru pada tanamanSalah satu sifat baru yang dapat diintroduksikan adalah sifat berpendar (spt pada kunang-kunang) ke dalam tanamanJika sifat ini dapat dipautkan dengan sifat lain yang dikehendaki dan diintroduksikan ke dalam tanaman maka seleksi akan dapat dilakukan lebih mudah

Tanaman yang telah disisipkan gen pendar (Sumber:www.ars.usda.gov)

3. PERAN TEKNOLOGI KULTUR IN VITRO DALAM PEMULIAAN TANAMAN

1. Menyediakan target untuk transformasi genetik serta metode regenerasinya

Hampir semua kegiatan transformasi genetik menggunakan sel-sel hasil kultur ‘in vitro’ sebagai target dan sel-sel atau jaringan tersebut juga harus diregenerasikan melalui kultur ‘in vitro’ untuk ditumbuhkan menjadi tanaman utuh

* Contoh: Macam-macamkultur in vitroKultur Embrio - Embrio hasil persilangan interspesifik seringkali gagal berkembang menjadi individu

baru. Teknologi ‘embryo rescue’ dapat dimanfaatkan untuk menyelamatkan embrio hasil persilangan ini menjadi tanaman baru

Embrio Rescue pada jeruk (sumber: aob.oxfordjournals.org)

Kultur pollen/ovule/anther- Kondisi homosigot diperlukan pada tanaman menyerbuk sendiri untuk menjadi varietas

yang unggul. Pada tanaman menyerbuk silang kondisi homosigot diperlukan pada pembentukan varietas hibrida.

- Kondisi homosigot biasanya diperoleh dengan selfing selama beberapa generasi - Kondisi homosigot dapat dicapai lebih cepat dengan cara mengkulturkan sel-sel pada

individu 2n yang mempunyai susunan n (sel kelamin)- Individu n mempunyai karakter seperti individu homosigot, atau individu digandakan n

–nya sehingga mjd 2n yang homosigotKultur Anther (Barany et al.,2005)

Kultur Ovule Pada Kapas (Sumber: Cotton Fiber Genomics Project)

KULTUR EMBRIOEmbrio hasil

persilangan interspesifik seringkali gagal berkembang menjadi individu baru. Teknologi ‘embryo rescue’ dapat dimanfaatkan untuk menyelamatkan embrio hasil persilangan ini menjadi tanaman baru

Embrio Rescue pada jeruk (sumber: aob.oxfordjournals.org)

KULTUR POLLEN/ ANTHERKondisi homosigot diperlukan pada tanaman menyerbuk

sendiri untuk menjadi varietas yang unggul. Pada tanaman menyerbuk silang kondisi homosigot diperlukan pada pembentukan varietas hibrida.

Kondisi homosigot biasanya diperoleh dengan selfing selama beberapa generasi

Kondisi homosigot dapat dicapai lebih cepat dengan cara mengkulturkan sel-sel pada individu 2n yang mempunyai susunan n (sel kelamin)

Individu n mempunyai karakter seperti individu homosigot, atau individu digandakan n –nya sehingga mjd 2n yang homosigot

Kultur Anther (Barany et al.,2005)

Kultur Ovule Pada Kapas (Sumber: Cotton Fiber Genomics Project)

REFERENSIBarany. I, Pablo. G, Begona. F, Judit. M, Maria.

C and Pilar. S. 2005. Microspore-derived embryogenesis in pepper (Capsicum annuum L.): subcellular rearrangements through development. Biology of the Cell : 97, (709–722)

Cotton Fiber Genomics Project. 2012. Ovule Culture. Available a. http://cottongenomics.biosci.utexas.edu/

Muladno. 2010. Teknologi Rekayasa Genetika Edisi Kedua. IPB Press. Bandung

A. Latihan dan diskusi B. Pertanyaan1. Apa yang dimaksud dengan bioteknologi?2. How to increase the genetic variability using biotechnology

method ?3. Bagaimana bioteknologi membantu proses seleksi dalam

pemuliaan tanaman?C. Quiz4. Evaluasi : soal pilihan ganda, betul salah, isian dan essayD. Proyek5. Makalah dengan memilih topic dari materi dalam modul.

PROPAGASI

TERIMA KASIH