Terjemahan: Anatomi Genom (Ir. Alice Yuniati, MSc., Ph.D)BAB II. ANATOMI GENOM 2.1. Gambaran Umum Genom 2.1.1. Genom Eukariot Genom eukariot terdiri atas genom nuklear dan genom mitokondria, pada tanaman ditambah dengan genom kloroplas. Perbedaan utama struktur genom antar eukariot yang berbeda terletak pada ukuran genom. Sepintas tampaknya ukuran genom berkorelasi dengan kompleksitas organisme. Fungi yang merupakan eukariot paling sederhana memiliki ukuran genom paling kecil sementara eukariot yang lebih kompleks vertebrata dan tanaman berbunga memiliki ukuran genom terbesar (Tabel 2.2.). Kenyataannya peningkatan kompleksitas organisme tidak selalu diikuti oleh peningkatan ukuran genom. Fenomena ini dikenal dengan C-value paradox. Pada organisme sederhana (kurang kompleks) ruang2 didalam genom dimanfaatkan dengan sangat efisien karena gen-gen dikemas dengan padat. Contoh: 1.Genom bakteri kurang lebih 12 Mb (0.004 dari ukuran genom manusia). Bila proporsi kandungan gen pada genom bakteri dan manusia sama, maka jumlah gen bakteri adalah 0.004 x 35.000 gen = 140 gen. Kenyataannya bakteri memiliki sekitar 5.800 gen. 2.Perbandingan segmen sepanjang 50 kb antara yeast, drosopila dan manusia menunjukkan bahwa genom yeast merupakan genom yang paling efisien diikuti oleh drosopila dan manusia (jumlah gen: yeast > drosopila > manusia; jumlah intron dan genom wide repeat: yeast < drosopila 25% genom. Gen-gen apa yang terdapat dalam genom eukariot? Gen-gen dapat dikategorikan berdasarkan fungsinya (Gambar 1.18). Kelemahan pengkategorian ini adalah banyak gen yang belum diketahui fungsinya sehingga tidak tercakup dalam kategori2 yang ada. Pengkategorian berdasarkan struktur protein yang disandi suatu gen merupakan pendekatan yang lebih baik. Setiap protein dtersusun atas serangkaian domain yang masing2 memiliki fungsi biokimia yang khusus. Contoh: domain zinc finger berperan dalam pengikatan protein pada DNA, death domain yang berperan dalam apoptosis, proses kematian sel. Keberadaan suatu domain dalam protein dapat dideteksi dari sekuens asam amino yang menyandi protein tsb sehingga gen2 dapat dikategorikan berdasarkan domain protein yang disandi oleh gen2 tsb. Dengan cara ini gen2 yang belum diketahui fungsinya dapat tercakup didalam klasifikasi.

Klasifikasi gen berdasarkan fungsi gen menunjukkan bahwa semua eukariot memiliki kategori dasar gen yang sama dimana organisme yang lebih kompleks memiliki jumlah gen lebih banyak untuk tiap kategori. Contoh: manusia memiliki jumlah gen terbesar untuk setiap kategori (Gambar 2.12.), kecuali untuk kategori gen2 metabolisme dimana Arabidopsis memiliki jumlah gen tertinggi sebagai hasil dari kemampuan fotosintesis yang melibatkan sejumlah besar gen (genom lain yang dibandingkan tidak memiliki kemampuan fotosintesis). Klasifikasi ini juga menunjukkan bahwa C. elegans dengan hanya 959 sel memiliki proporsi gen yang besar untuk signal antar sel sementara manusia dengan 1013 sel hanya memiliki > 250 gen untuk signal antar sel. Secara umum klasifikasi berdasarkan fungsi menekankan kemiripan antar genom dan tidak memberi informasi tentang dasar genetik dari perbedaan informasi biologi yang terkandung dalam genom yang membedakan spesies satu dari yang lain. Untuk keperluan ini klasifikasi berdasarkan domain lebih prospektif karena dapat menunjukkan bahwa genom manusia menyandi sejumlah domain protein yang tidak terdapat pada genom organisme lain. Domain2 ini termasuk beberapa domain yang aktif dalam aktivitas adesi sel, electric coupling dan pertumbuhan sel2 saraf (Tabel 2.5.). Fungsi2 ini penting karena merupakan karakteristik khusus pada vertebrata dibandingkan eukariot yang lain. Famili multigen Banyak genom mengandung famili multigen, yaitu sekelompok gen2 yang sekuensnya identik atau serupa. Contoh: setiap eukariot mengandung banyak salinan gen2 yang menyandi non-coding ribosomal RNA (rRNAs). Genom manusia mengandung kira2 2000 gen untuk 5S rRNA, semuanya terletak berkelompok pada kromosom 1. Juga terdapat kira2 280 salinan sekuens berulang yang mengandung gen2 28S, 5.8S dan 18S rRNA, terbagi dalam 5 kelompok 50 70 repeat pada kromosom 13, 14, 15, 21 dan 22. Famili multigen yang melibatkan gen2 rRNA diduga berasal dari duplikasi gen dimana sekuens dari setiap gen dipertahankan identik selama proses evolusi. Famili2 multigen lainnya, lebih umum dijumpai pada eukariot tingkat tinggi dibandingkan tingkat rendah, disebut kompleks karena setiap gen walaupun serupa sekuensnya, tetapi cukup berbeda sehingga produk gen memiliki karakteristik yang mencolok. Contoh: gen2 globin mamalia. Globin adalah protein darah penyusun hemoglobin. Setiap molekul hemoglobin mengandung 2 globin dan 2 globin . Pada manusia globin disandi oleh famili multigen yang terletak pada kromosom 16 dan globin oleh famili multigen pada kromosom 11. Gen-gen pada masing2 famili memiliki sekuens yang serupa tetapi tidak identik. Dua gen yang paling berbeda dalam kelompok globin menunjukkan 79.1% kesamaan sekuens. Jumlah ini cukup serupa bagi kedua gen untuk dikelompokkan dalam kelompok yang sama tetapi cukup berbeda untuk menghasilkan karakteristik biokimia yang berbeda. Mengapa gen2 anggota famili multigen saling berbeda satu sama lain? Diduga karena gen2 tsb diekspresikan pada fase perkembangan yang berbeda. Pada manusia misalnya, dalam kelompok globin , diekspresikan pada perkembangan awal embrio, Gy dan Ay pada fase fetus, dan dan pada fase dewasa. Perbedaan karakteristik biokimia diantara gen2 globin diduga berhubungan dengan fungsi fisiologi hemoglobin selama perkembangan manusia.

Pada beberapa famili multigen, gen2 anggotanya terletak berkelompok seperti pada gen2 globin; pada famili2 multigen yang lain tersebar di sepanjang genom seperti pada kelima gen2 aldoase (enzim untuk produksi energi) manusia yang terletak pada kromosom 3, 9, 10, 16 dan 17. Sekalipun tersebar, anggota2 famili multigen memiliki kemiripan sekuens yang menunjukkan asal muasal evolusi yang sama. 2.2.2. Genom organel eukariot Karakteristik fisik genom organel Hampir semua eukariot memiliki genom mitokondria. Genom kloroplas terdapat pada semua eukariot yang berfotosintesis. Genom organel merujuk pada genom mitokondria dan genom kloroplas. DNA organel pada umumnya sirkuler dengan variasi pada organisme yang berbeda. Pada banyak eukariot genom sirkuler dan genom linier terdapat bersama2 didalam organel dan untuk kloroplas sering dijumpai lingkaran2 kecil yang mengandung subkomponen genom. Alga laut dinoflagellata misalnya memiliki genom kloroplas yang terbagi dalam banyak lingkaran kecil yang masing2 mengandung satu gen tunggal. Genom mitokondria beberapa mikroba eukariot seperti Paramecium, Chlamydomonas dan beberapa ragi selalu linier. Jumlah salinan genom organel dan bagaimana transmisi genom organel dari tetua kepada keturunannya belum banyak diketahui. Ukuran genom mitokondria bervariasi dan tidak berhubungan dengan kompleksitas organisme. Kebanyakan hewan multiseluler memiliki genom mitokondria kecil dan kompak. Kebanyakan eukariot rendah seperti S. cerevisiae dan tanaman berbunga memiliki genom mitokondria lebih besar dan kurang kompak degan sejumlah gen yang mengandung intron. Ukuran genom kloroplas lebih sedikit variasinya dan pada umumnya strukturnya mirip genom kloroplas padi. Kandungan genetik genom organel Genom organel jauh lebih kecil dan karenanya megandung lebih sedikit gen dibandingkan genom nuklear. Kandungan gen genom mitokondria bervariasi, mulai dari 5 pada parasit malaria P. falciparum sampai 92 pada protozoa R.. americaca. Semua genom mitokondria mengandung gen untuk noncoding r-RNA dan sedikitnya beberapa komponen protein untuk pernapasan. Genom yang lebih banyak kandungan gennya juga menyandi tRNA, protein ribosomal dan protein yang berperan dalam transkripsi, translasi dan transpor protein lainnya dari sitoplasma kedalam mitokondria. Kebanyakan genom kloroplas memiliki sekitar 200 gen yang menyandi rRNA, tRNA, protein ribosomal dan protein yang berperan untuk fotosintesis. Protein2 lainnya disandi oleh gen2 nuklear, disintesis dalam sitoplasma dan ditranspor kedalam organel. Pertanyaannya adalah mengapa tidak semua protein organel disandi oleh gen2 nuklear? Diduga sebagian protein yang disandi oleh genom organel bersifat sangat hidrofobik sehingga tdk dapat ditransfer melalui membran mitokondria dan kloroplas, demikian pula tidak dapat ditransfer dari sitoplasma kedalam organel. Satu2nya cara adalah organel membuat sendiri protein2 tersebut.

Asal usul genom organel Teori endosimbion diyakini merupakan teori yang paling tepat tentang asal usul genom organel. Teori ini menyatakan bahwa genom organel merupakan sisa2 bakteri bebas yang bersimbiosa dengan prekursor sel eukariot pada tahap awal evolusi. Dugaan ini didasarkan pada kenyataan bahwa proses ekspresi dan sekuens nukleotida gen2 organel sangat mirip dengan gen2 bakteri dibandingkan dengan gen2 nuklear eukariot. Disamping itu telah ditemukan beberapa organisme dengan tahap endosimbiosis sedikit terbelakang dibandingkan mitokondria dan kloroplas. Protozoa C. paradoxa misalnya memperlihatkan tahap awal endosimbiosa dimana struktur fotosintesisnya berbeda dengan kloroplas dan lebih mirip dengan cyanobakteri. Rickettsia yang hidup didalam sel eukariot dianggap sebagai bentuk modern bakteri yang kemudian berkembang menjadi mitokondria. Bila genom organel pada mulanya adalah bakteri bebas, maka suatu ketika dalam proses evolusi telah terjadi transfer gen dari organel kedalam nukleus. Proses ini belum banyak terungkap tetapi diyakini bahwa transfer gen dari organel kedalam nukleus terus terjadi. Pada tahun 1980an ditemukan beberapa tanaman yang genom kloroplasnya mengandung sgmen2 DNA, bahkan seluruh DNAnya merupakan salinan dari bagian genom mitokondria. Genom mitokondria Arabidopsis mengandung berbagai segmen gen nuklear DNA dan 16 fragmen genom kloroplas termasuk 6 gen2 tRNA yang tetap aktif setelah transfer ke mitokondria. Genom nuklear Arabidopsis mengandung beberapa segmen pendek genom mitokondria dan kloroplas. 2.3. ANATOMI GENOM PROKARIOT 2.3.1. Struktur fisik genom prokariot Genom prokariot umumnya berukuran kurang dari 5 Mb walaupun beberapa melebihi ukuran ini. B. Megaterium misalnya berukuran kira2 30 Mb. Pandangan tradisional meyakini genom prokariot tipikal berupa molekul DNA tunggal berbentuk sirkuler. DNA dikemas didalam nukleoid dalam bentuk supercoil. Model untuk genom E. coli digambarkan dengan 40-50 loop superkoil DNA yang terikat pada sebuah sumbu protein. Setiap loop berukuran sekitar 100 kb. Komponen protein nukleoid meliputi DNA gyrase dan DNA topoisomerase I, keduanya berperan mempertahankan struktur superkoil, dan sedikitnya 4 protein yang berperan lebih spesifik dalam pengepakan DNA bakteri. Diantara protein2 ini protein HU ketersediaannya paling berlimpah. Dari segi struktur protein HU sangat berbeda dengan protein eukariot tetapi perilakunya serupa dengan protein eukariot, yaitu membentuk tetramer yang dililit oleh sekitar 60 bp DNA. Terdapat sekitar 60 000 protein HU dalam 1 sel E. coli. Akhir-akhir ini semakin jelas bahwa pandangan tentang genom prokariot berdasarkan studi pada E. coli terlalu disederhanakan. Pertama, sekalipun mayoritas kromosom bakteri dan arkaea berbentuk sirkuler, bentuk linier semakin banyak ditemukan, misalnya

pada Borrelia burgdorferi, Streptomymyces dan bakteri lainnya. Kedua, berhubungan dengan status plasmid. Beberapa tipe plasmid dapat berintegrasi dengan genom utama, sementara sebagian lainnya bersifat independen. Plasmid berisi gen2 yang tidak terdapat dalam kromosom utama, tetapi pada umumnya gen2 tsb tidak dibutuhkan oleh bakteri. Banyak plasmid dapat berpindah dari satu sel ke sel lainnya dan plasmid yang sama terkadang ditemukan pada bakteri dari spesies yang berbeda. Hal2 ini menunjukkan bahwa plasmid bersifat independen dan selayaknya tidak dimasukkan dalam definisi genom sel prokariot. Pada bakteri tertentu seperti E.coli K12 dengan kromosom berukuran 4.6 Mb dan dapat mengakomodasi beberapa kombinasi plasmid, identifikasi kromosom utama sebagai genom mudah dilakukan. Plasmid2 tersebut hanya berukuran beberapa kb. Tetapi untuk prokariot lain, hal ini tidak mudah. Vibrio cholerae misalnya, memiliki 2 molekul sirkuler DNA, 2.96 Mb dan 1.07 Mb dimana molekul yang lebih besar mengandung 71% dari total 3885 gen. Apakah kedua molekul merupakan genom Vibrio? Kebanyakan gen2 untuk aktivitas seluler seperti ekspresi genom dan produksi energi, dan gen2 untuk patogenitas terdapat dalam molekul besar. Molekul kecil mengandung banyak gen2 esensial sekaligus memiliki karakteristik seperti plasmid, terutama sebuah integron, suatu set gen dan sekuens DNA lain yang memungkinkan plasmid mengambil gen2 dari bakteriofage dan plasmid2 lain. Karena itu genom kecil kemungkinan adalah megaplasmid yang diperoleh oleh nenek moyang Vibrio dalam proses evolusi. Contoh lainnya adalah Deinococcus radiodurans R1 yang memiliki gen2 yang tersebar dalam 2 kromosom sirkuler dan 2 plasmid. Borrelia burgdorferi B31 memiliki kromosom linier (911 kb dan mengandung 853 gen) dan 17-18 plasmid linier (total 533 kb dengan 430 gen). Ketiga, perbedaan sistim pengemasan DNA antara bakteri dan arkaea. Salah satu alasan mengapa arkaea diklasifikasikan sebagai kelompok yang berbeda dari bakteri adalah arkaea tidak memiliki protein pengemas seperti HU tetapi memiliki protein yang lebih mirip dengan histon, protein inilah yang diduga berperan dalam pengemasan DNA arkaea. 2.3.2. Organisasi genetik genom prokariot Genom bakteri bersifat kompak dengan hanya sedikit ruang antar gen. Gambaran sederhana genom prokariot terlihat pada peta gen E. coli K12. Non-coding DNA dalam genom E. coli hanya sebesar 11% dari total genom dan terdistribusi sebagai segmen2 kecil di sepanjang genom. Organisasi genom yang kompak ini berguna bagi prokariot misalnya memungkinkan berlangsungnya proses replikasi yang cepat, namun hal ini belum didukung oleh bukti2 eksperimental. Operon adalah karakteristik genom prokariot Salah satu kekhasan genom prokariot adalah adanya operon. Operon adalah sekelompok gen yang terletak berurutan didalam genom, yang hanya diselingi satu atau dua nukleotida antara gen satu dengan lainnya. Semua gen dalam operon diekspresikan

sebagai suatu unit tunggal. Contoh klasik operon adalah operon laktosa pada E. coli yang teridiri atas 3 gen yang berperan dalam mengkonversi disakarida laktosa menjadi monosakarida glukosa dan galaktosa sehingga dapat dimanfaatkan oleh E. coli sebagai sumber energi. Secara natural, laktosa bukanlah komponen umum lingkungan E. coli, sehingga pada umumnya operon ini tidak terekspresikan. Adanya laktosa memicu opero ke kondisi on, ketiga gen diekspresikan bersama-sama menghasilkan sintesis enzim2 untuk pemanfaatan laktosa secara terkoordinasi. Contoh lainnya adalah operon triptopan pada E. coli berperan dalam sintesis asam amino. Terdapat sekitar 600 operon dalam E. coli K12, masing2 mengandung 2 atau lebih gen. Dalam banyak kasus, seperti yang terlihat pada E. coli, Bacillus subtilis dan banyak prokariot lainnya, gen2 dalam operon berhubungan secara fungsional dan berperan dalam aktivitas biokimia tunggal seperti penggunaan gula sebagai sumber energi atau sintesis asam amino. Tetapi dalam kasus2 lain seperti pada arkaea Methanococcus jannaschii dan bakteri Aquifex aerolicus, gen2 dalam operon2nya jarang memiliki hubungan biokimia. Salah satu operon A. Aerolicus mengandung 6 gen yang menyandi 2 protein untuk rekombinasi DNA, 1 enzim untuk sintesis protein, 1 protein untuk motility, 1 enzim untuk sintesis nukleotida dan 1 enzim untuk sintesis lipid. Dengan demikian teori bahwa operon menghasilkan sintesis enzim yang terkoordinasi untuk satu jalur biokimia tidak berlaku untuk kedua spesies ini. Tidak seperti prokariot pada umumnya, M. jannaschii dan A. aerolicus bersifat autotrop, mampu mensistesis komponen organik dari karbon dioksida. Genom prokariot dan konsep spesies Para ahli taksonomi mula-mula, menggambarkan spesies dalam arti morfologi, semua anggota dari suatu spesies memiliki fitur2 struktur yang sama atau sangat serupa. Konsep ini menjadi masalah utama dalam mikrobiologi karena definisi biologi standar tentang spesies sulit diterapkan pada mikroorganisme. Spesies bakteri misalnya mencakup strain2 dengan karakteristik yang cukup berbeda. E. coli misalnya memiliki berbagai strain dengan kemampuan patogenitas beragam mulai dari yang tidak berbahaya sampai yang mematikan. Pada abad ke 20 para ilmuwan mendefinisikan kembali spesies dalam konteks evolusi, suatu spesies merupakan sekelompok organisme yang dapat saling kawin mawin (interbreed). Konsep inipun sulit diterapkan bagi mikroorganisme karena terdapat banyak cara pertukaran gen antar prokariot yang secara biokimia dan fisiologi termasuk dalam spesies yang berbeda. Proyek sekuensing genom semakin memperjelas kesulitan penerapan konsep spesies pada prokariot. Strain2 yang berbeda dari suatu spesies dapat memiliki sekuens genom yang sangat berbeda, bahkan dapat memiliki suatu set gen yang spesifik untuk strain tertentu. Dua strain E. coli, K12 dan O157:H7, misalnya memiliki ukuran genom yang sangat berbeda masing2 4.64 Mb dan 5.53 Mb. Strain K12 bayak digunakan di laboratorium sementara strain O157:H7 merupakan strain yang sangat patogenik. Strain O157:H7 mengandung 1387 gen yang tidak terdapat pada strain K12, kebanyakan menyandi toksin dan protein2 lain yang berperan dalam patogenitasnya. K12 juga mengandung 234 segmen DNA unik yang mengandung 528 gen yang tidak terdapat pada O157:H7. E. coli

O157:H7 dan E.coli K12 masing2 memiliki gen spesifik sebesar 26% dan 12% dari katalog gennya. Variasi sebesar ini terlalu besar untuk dapat ditolerir dalam konsep spesies untuk organisme yang lebih tinggi . Kesulitan penerapan konsep spesies pada mikroorganisme semakin nyata pada genom bakteri dan arkaea yang lain karena gen2 dengan mudah dapat berpindah diantara spesies prokariot yang berbeda. Besarnya transfer gen lateral berdasarkan hasil sekuensing genom sangatlah mengejutkan. Hampir semua genom mengandung beberapa ratus kb DNA yang diperoleh langsung dari spesies yang lain, pada E. coli K12 misalnya mencapai 12.8% atau setara dengan 0.59 Mb. Hal kedua yang juga mengejutkan adalah transfer gen terjadi diantara spesies yang sangat berbeda, bahkan antara bakteri dan arkaea. Bakteri termofilik Thermatoga maritima misalnya memilikii 1877 gen yang diperoleh dari arkaea. Tampaknya prokariot yang hidup dalam lingkungan nice ekologi yang serupa saling bertukar gen untuk meningkatkan kemampuan survival individu dalam lingkungan tertentu. Transfer gen lateral berperan penting dalam evolusi prokariot. Tidak seperti organisme tingkat tinggi, evolusi bakteri dan arkaea tidak dapat digambarkan dengan pola percabangan sederhana karena adanya aliran gen secara horisontal diantara spesies. Transfer gen lateral juga mempengaruhi hubungan pilogenetik yang dibangun berdasarkan data molekuler. Pada organisme tingkat tinggi, perbandingan sekuens gen2 yang ekuivalen pada spesies yang berbeda dapat digunakan untuk merekonstruksi hubungan antara spesies2 tersebut dengan asumsi bahwa evolusi berlangsung mengikuti pola percabangan sederhana. Tidak demikian halnya dengan prokariot mengingat adanya transfer gen lateral antar spesies. Namun analisis ini telah digunakan untuk waktu yang lama sebelum para ilmuwan menyadari adanya transfer gen lateral, karenanya validitas rekonstruksi sejarah evolusi sebelum era genomik perlu ditinjau kembali. Spekulasi kandungan minimal genom dan identitas gen-gen pembeda Sekalipun sekuens2 genom prokariot telah dipublikasikan, katalog gen lengkap untuk suatu spesies belum dapat dibuat karena banyak gen2 yang belum diketahui fungsinya. Perbandingan gen antara spesies2 yang berbeda menarik untuk dicermati. Untuk energi metabolisme, E. coli menggunakan 243 gen, Haemophilus influenza 112 dan Mycoplasma genitalium 31. Pertanyaan mendasar adalah berapa jumlah gen minimal yang diperlukan untuk sel hidup? Berdasarkan pertimbangan teoritis awalnya diduga dibutuhkan sekitar 256 gen yang kemudian berkembang berdasarkan penelitian menjadi 265-350 gen. Para ahli juga mencari gen-gen pembeda, yaitu gen2 yang dapat membedakan suatu spesies dari spesies lainnya. Dari 470 gen dalam M. genitalium, 350 terdapat pula pada kerabat jauh M. genitalium, Bacillus subtillis. Artinya, karakteristik biokimia dan struktur yang membedakan Mycoplasma dari Bacillus disandi oleh 120 gen yang hanya terdapat pada Mycoplasma. 2.4. Kandungan sekuens DNA berulang dalam genom

Repetitif DNA (sekuens DNA berulang) ditemukan hampir pada semua organisme dan pada sejumlah organisme tertentu termasuk manusia merupakan proporsi substansial dari total genom. Repetitif DNA terdiri atas repetitif DNA yang membentuk kelompok secara beruntun (Tandemly repeated DNA) dan repetitif DNA yang tersebar di sepanjang genom (Interspersed genome-wide repeat). 2.4.1. Tandemly repeated DNA Bentuk repeat ini merupakan karakteristik umum genom eukariot tetapi lebih sedikit dijumpai pada prokariot. Disebut juga DNA satelit karena fragmen2 DNA mengandung sekuens berulang pita satelit yang dapat dilihat dari fraksinasi DNA genom melalui sentrifugasi. Sebagai contoh, DNA manusia bila difragmentasi menjadi segmen2 50-100 kb, akan membentuk sebuah pita utama dan 3 pita satelit. Pita utama mengandung fragmen DNA penyusun sekuens kopi tunggal dengan komposisi GC mendekati 40.3%. Pita2 satelit mengandung fragmen2 repetitif DNA dan karenanya kandungan GC dan kerapatan apungnya merupakan tipikal genom secara keseluruhan. DNA satelit ditemukan pada sentromer dan tempat2 lain pada kromosom eukariot. DNA satelit manusia, misalnya sekuens berulang alphoid ditemukan pada daerah sentromer. Sekalipun beberapa DNA satelit tersebar di sepanjang genom, pada umumnya DNA satelit terletak pada sentromer. Perannya diduga sebagai situs pengikatan satu atau lebih protein sentromerik. Repetitif DNA pada sentromer dapat pula merupakan sinyal bahwa sentromer merupakan bagian akhir dari kromosom yang akan direplikasi. Untuk menunda replikasi sampai akhir tahap siklus sel, sentromer harus tidak memiliki ORI. Karakteristik pengulangan sekuens pada sentromer diduga memastikan bahwa ORI tidak terdapat pada daerah ini. Minisatelit dan microsatelit Minisatelit dan mikrosatelit merupakan tipe lain dari tandemly repeat DNA. Keduanya tidak nampak dalam pita satelit hasil sentrifugasi. Minisatelit membentuk cluster sampai 20 kb dengan unit berulang sampai 25 bp; mikrosatelit membentuk cluster 150 bp dengan unit berulang 13 bp atau kurang. Minisatelit berhubungan dengan karakteristik struktur kromosom. DNA telomerik, pada manusia terdiri atas beratus kopi motif 5-TTAGGG-3, merupakan minisatelit. Telomerik DNA sangat penting dalam replikasi DNA. Selain minisatelit telomerik, sebagian genom eukariot mengandung minisatelit lainnya. Kebanyakan walaupun tidak semua terletak dekat ujung-ujung kromosom. Mikrosatelit tipikal terdiri atas 1, 2, 3, atau 4 unit pb yang berulang 10-20 kali. Walaupun pendek, terdapat banyak mikrosatelit dalam genom. Pada manusia misalnya, mikrosatelit dengan pengulangan CA seperti 5-CACACACACACACAC -3 3-GTGTGTGTGTGTGTG-5

menyusun sampai 0.25% genom, atau sekitar 8 Mb. Pengulangan pasangan basa tunggal seperti 5-AAAAAAAAAAAAAAA-3 3-TT TT TT TT TT TT TTT-5 menyusun sekitar 0.15% dari total genom. Fungsi minisatelit dan mikrosatelit belum banyak diketahui. Walaupun demikian mikrosatelit sangat berarti bagi para ahli genetik. Jumlah pengulangan mikrosatelit sangat bervariasi pada anggota spesies yang sama karena adanya insersi maupun delesi selama replikasi DNA. Tidak ada dua orang yang memiliki kombinasi panjang mikrosatelit yang persis sama. Karenanya mikrosatelit dapat digunakan untuk membuat profil genetik yang khas bagi setiap orang (kecuali kembar identik). Profil genetik sangat berguna dalam forensik dan pemecahan kasus2 kriminal. Interspersed genome-wide repeats Sekuens tandemky repeated DNA diduga dihasilkan dari kesalahan selama replikasi (replication slippage) atau dari proses rekombinasi DNA. Interspersed genome wide repeat diduga dihasilkan dari proses transposisi. Pada umumnya interspersed repeat memiliki aktivitas transposisi. Transposisi melalui intermediat RNA Terdapat dua macam transposisi: 1) dengan melibatkan intermediat RNA (disebut retrotransposisi) dan 2) tidak menggunakan intermediat RNA. Proses retrotransposisi terdiri atas 3 tahap: (1). Salinan RNA transposon disintesis melalui transkripsi (2). Transkrip RNA dikopi menjadi DNA dengan bantuan enzim reverse transcriptase. Seringkali enzim ini disandi oleh gen dalam transposon dan ditranslasi dari salinan RNA yang disintesis pada tahap (1) (3). Salinan DNA transposon berintegrasi kedalam genom, mungkin menempati kromosom yang sama dengan DNA asalnya atau menempati kromosom yang berbeda. Hasilnya, terdapat 2 kopi transposon pada tempat yang berbeda dalam genom. Transposon RNA merupakan karakteristik genom eukariot dan belum ditemukan pada prokariot. Terdapat kemiripan antara beberapa tipe transposon RNA (retroelemen) dengan sejumlah virus yang disebut retrovirus baik yang tidak berbahaya maupun yang bersifat virulen seperti virus penyebab AIDS.

Genom retrovirus berupa RNA. Retrovirus menginfeksi berbagai jenis vertebrata. Didalam sel, genom RNA dikopi menjadi DNA oleh reverse transcriptase yang disandi oleh gen virus dan salinan DNA berintegrasi kedalam genom inang. Virus2 baru dapat dihasilkan dengan mengkopi DNA yang telah terintegrasi dengan genom menjadi RNA dan kemudian dikemas menjadi virus coat protein, proses terakhir disandi oleh gen env yang terdapat pada genom virus. Retrovirus endogen (ERVs) adalah genom retrovirus yang telah berintegrasi kedalam kromosom vertebrata. Diantaranya ada yang masih aktif dan pada fase tertentu dalam hidup sel mengatur sintesis virus exogen, tetapi sebagian besar adalah sisa2 integrasi yang tidak dapat lagi membentuk virus. Sekuens2 inaktif ini merupakan genom wide repeat tetapi tidak lagi mampu berproliferasi. Retrotransposons memiliki sekuens serupa dengan ERVs tetapi lebih merupakan karakteristik genom eukariot (tanaman, fungi, invertebrata dan mikroba) daripada vertebrata. Retrotransposon memiliki jumlah salinan yang sangat banyak dalam sejumlah genom dan terdiri atas beragam tipe. Hampir semua genom wide repeat pada jagung adalah retrotransposon dan menyusun hampir separuh genom. Terdapat 2 macam retrotransposon yaitu: famili Ty3/gypsy yang anggota2nya memiliki set gen yang sama untuk ERV, dan famili Ty1/copia yang anggota2nya tidak memiliki gen env. Kedua tipe retrotransposon dapat berpindah tempat (transpose) tetapi karena tidak memiliki gen env famili Ty1/copia tidak dapat membentuk virus infektif. Famili Ty3/gypsy memiliki gen env dan beberapa genom Ty3/gypsy dapat membentuk virus. Walaupun retrotransposon merupakan interspersed elemen yang letaknya tersebar, kadang2 dijumpai retrotransposon yag berkelompok sebagai akibat adanya situs integrasi favorit dalam perpindahan elemen2 ini. Ketiga tipe retroelemen yang digambarkan di atas merupakan elemen LTR karena memiliki long terminal repeat (pengulangan panjang pada bagian ujung) pada salah satu ujung yang berperan dalam proses transposisi. Retroelemen lainnya tidak memiliki LTR dan disebut retroposon. Berikut contoh2 retroposon pada mamalia: LINEs (long interspersed nuclear element) mengandung gen seperti reverse transcriptase yang diduga berperan dalam proses transposisi. Contoh: elemen LINE-1 pada manusia memiliki 516 000 salinan dalam genom manusia. SINEs (short interspersed nuclear element) tidak memiliki gen reverse transcriptase dan masih dapat berpindah, mungkin dengan meminjam enzim reverse transcriptase yang disintesis oleh retrotransposon yang lain.Contoh SINE: Alu pada manusia dengan jumlah salinan lebih dari 1 juta. Diduga Alu berasal dari 7SL RNA, suatu non coding RNA yang berperan dalam transfer protein dalam sel. Elemen Alu pertama mungkin berasal dari transkripsi balik 7SL RNA yang kemudian berintegrasi kedalam DNA manusia. Sebagian elemen Alu secara aktif disalin menjadi RNA sehingga memungkinkan proliferasi elemen ini. Transposon DNA

Tidak semua transposon mensyaratkan intermediat DNA. Banyak yang dapat berpindah secara langsung. Untuk elemen ini terdapat 2 tipe transposisi yaitu: melalui interaksi langsung antara transposon donor dan situs target yang menghasilkan pengkopian elemen donor (transposisi replikatif) dan kedua, melalui eksisi elemen dan pengintegrasian kembali pada suatu situs yang baru (transposisi konservatif). Kedua mekanisme membutuhkan enzim yang disandi oleh gen dalam transposon. Dalam eukariot transposon DNA kurang umum dibandingkan retrotransposon. Suatu famili transposon DNA tanaman, elemen Ac/Dc pada jagung merupakan elemen transposabel pertama yang ditemukan oleh Barbara McClintock. Barbara McClintock menyimpulkan bahwa beberapa gen bersifat mobil dan dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain dalam kromosom. Transposon DNA jauh lebih penting dalam anatomi genom prokariot dibandingkan transposon RNA. Sekuens insersi IS1 dan IS186 terdapat dalam E. coli merupakan contoh transposon DNA. Sebuah genom E. coli mengandung sekitar 20 transposon DNA dari berbagai tipe. Hampir semua sekuens IS diambil oleh satu atau dua gen yang menyandi enzim untuk transposisinya. Elemen IS dapat berpindah secara replikatif atau konservatif. Contoh transposon DNA lain pada E. coli dan bersifat tipikal pada prokariot adalah: Transposon composit yang pada dasarnya adalah elemen IS yang mengapit sebuah segmen DNA, biasanya mengandung satu atau lebih gen yang seringkali menyandi resistensi terhadap antibiotik. Transposisi transposon composit dikatalisa oleh enzim yang disandi oleh salah satu atau kedua elemen IS. Transposon composit berpindah secara konservatif. Transposon tipe Tn-3 yang memiliki gen transposase sendiri sehingga tidak perlu diapit elemen IS untuk dapat berpindah. Elemen T3 berpindah secara replikatif. Fage transposabel adalah virus bakteri yang berpindah secara replikatif sebagai bagian dari siklus infeksi normalnya.