http://blogs.uajy.ac.id/randy

Prospek Penggunaan Markah Molekuler

Posted: May 28th 2013

Prospek Penggunaan Markah Molekuler

Pemuliaan tanaman merupakan suatu metode eksploitasi potensi genetik tanaman untuk mendapatkan kultivar atau varietas unggul baru yangberdaya hasil dan berkualitas tinggi pada kondisi lingkungan tertentu. Eksploitasi potensi genetik tanaman semakin gencar setelah dicetuskannya revolusi hijau. Sejak itu, pemulia tanaman telah berhasil memperbaiki tanaman untuk sifat kualitatif maupun kuantitatif yang mempengaruhi penampilan agronomis maupun preferensi konsumen menggunakan pengamatan fenotipik yang dibantu dengan metode statistik yang tepat. Beberapa masalah yang sering muncul melalui pendekatan tersebut di antaranya adalah memerlukan waktu yang cukup lama, kesulitan memilih dengan tepat gen-gen yang menjadi target seleksi untuk diekspresikan pada sifat-sifat morfologi atau agronomi karena penampilan fenotipe tanaman bukan hanya ditentukan oleh komposisi genetik, tetapi juga oleh lingkungan tumbuh tanaman, rendahnya frekuensi individu yang diinginkan yang berada dalam populasi seleksi yang besar untuk mendapat hasil yang valid secara statistik, fenomena pautan gen antara sifat yang diinginkan dengan sifat tidak diinginkan sulit dipisahkan saat melakukan persilangan. Dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi molekuler pada awal tahun 80an, telah ditemukan teknologi molekuler berbasis DNA. Markah molekuler merupakan alat yang sangat baik bagi pemulia dan ahli genetik untuk menganalisis genom tanaman. Sistem ini telah merevolusi bidang pemetaan genetik, antara lain dapat digunakan untuk menjawab pertanyaan yang berhubungan dengan keragaman genetik, klasifikasi dan filogeni yang berhubungan dengan pengelolaan plasma nutfah, dan alat bantu dalam pemuliaan dan seleksi melalui penandaan gen. Pada akhirnya dapat digunakan sebagai suatu cara untuk pengklonan gen yang difasilitasi oleh peta markah molekuler. Tulisan ini membahas beberapa strategi pemanfaatan markah molekuler dalam pemuliaan jagung.

MARKAH MOLEKULER

Estimasi kekerabatan genetik antara tanaman bermanfaat dalam studi evolusi populasi atau spesies dan perencanaan persilangan untuk hibrida atau pengembangan kultivar homosigot. Pada jagung, prediksi penampilan hibrida merupakan salah satu pertimbangan penting dan telah menarik banyak perhatian selama bertahun-tahun. Informasi hubungan kekerabatan di antara materi pemuliaan berperan penting dalam pemilihan tetua secara efisien melalui program pemuliaan tanaman. Keragaman genetik merupakan hal penting yang perlu diketahui dalam perencanaan pemuliaan, identifikasi hibrida dan plasma nutfah. Khusus dalam pemuliaan hibrida, pengenalan dan eksploitasi pola heterotik sangat penting untuk memaksimalkan heterosis. Untuk menghasilkan kultivar baru dibutuhkan waktu tiga sampai empat tahun di daerah tropis, itupun belum menjamin pelepasan sebagai kultivar baru. Oleh karena itu, para pemulia tertarik pada teknologi markah molekuler yang menawarkan suatu peluang dengan mengadopsi teknologi dalam skala luas untuk meningkatkan efisiensi seleksi, terutama dalam pemuliaan tanaman serealia. Markah molekuler adalah suatu penanda pada level DNA yang menawarkan keleluasaan dalam meningkatkan efisiensi pemuliaan konvensional dengan melakukan seleksi tidak langsung pada karakter yang diinginkan, yaitu pada markah yang terkait dengan karakter tersebut. Markah molekuler tidak dipengaruhi oleh lingkungan dan dapat terdeteksi pada semua fase pertumbuhan tanaman. Oleh karena markah molekuler dapat mengkarakterisasi galur-galur secara langsung dan tepat pada level DNA sehingga dapat dibentuk kelompok heterotik dan pola heterotik, yang dapat memandu para pemulia dalam menyeleksi kandidat tetua hibrida secara cepat, tepat, dan efisien. Selain itu, markah-markah tersebut dapat bermanfaat dalam mengidentifikasi perbedaan tanaman secara individu melalui profil- profil unik secara alelik yang diaplikasikan dalam perlindungan kultivar tanaman.

Kemiripan genetik dari dua genotipe dapat diperkirakan secara tidak langsung dari data pedigree dan melalui markah molekuler (isozim, protein dan markah DNA). Markah DNA dapat digunakan pula sebagai alat bantu seleksi (MAS = Marker-Assisted Selection), di mana seleksi hanya didasarkan pada sifat genetik tanaman, tanpa intervensi faktor lingkungan. Dengan demikian, pemuliaan tanaman menjadi lebih tepat, cepat dan relatif lebih hemat biaya dan waktu. Teknologi markah molekuler pada tanaman jagung semakin berkembang yang ditandai oleh semakin banyaknya pilihan markah DNA yaitu: (1) markah berdasarkan hibridisasi DNA seperti RFLP ( Restriction Fragment Length Polymorphism ); (2) markah yang berdasarkan reaksi rantai polimerase (PCR = Polymerase Chain Reaction) dengan menggunakan sekuen – sekuen nukleotida sebagai primer, seperti RAPD (Randomly Amplified Polymorphic DNA) dan AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism); (3) markah yang berdasarkan PCR dengan menggunakan primer yang menggabungkan sekuen komplomenter spesifik dalam DNA target, seperti STS (Sequence Tagged Sites), SCARs (Sequence Characterized Amplified Regions), SSRs (Simple Sequence Repeats) atau biasa juga disebut mikrosatelit, dan SNPs (Single Nucleotida Polymorphism). Markah-markah tersebut telah dikembangkan dan diaplikasikan pada sejumlah spesies tanaman, termasuk jagung. Pemilihan markah dalam analisis genetik perlu mempertimbangkan tujuan analisis, sumber dana yang dimiliki, fasilitas yang tersedia, kelebihan dan kekurangan dari masing-masing tipe markah. Keberhasilan suatu markah penyeleksi dalam kegiatan pemuliaan bergantung pada tiga syarat utama yang harus dipenuhi: (i) peta genetik dengan jumlah markah polimorfik yang cukup memadai sehingga dapat mengidentifikasi QTL (Qunatitative Trait Loci) atau gen-gen mayor target secara akurat; (ii) markah terkait erat antara QTL atau gen mayor target pada peta genetik yang sudah dikonstruksi, dan (iii) kemampuan menganalisis sejumlah besar tanaman secara efektif. Pada Table 1 disajikan karakteristik dari beberapa tipe markah untuk analisis genetik. Markah DNA paling banyak digunakan di sejumlah laboratorium dan markah yang lain pada umumnya merupakan varian dari markah yang dipilih. Pada Tabel 1 terlihat bahwa kemampan deteksi dari markah isozyme dan DNA dibagi atas dua kategori, yaitu markah yang memiliki kemampuan untuk mendeteksi keragaman di tingkat alel (isozyme, RFLP dan mikrosatelit), dan markah yang mampu mendeteksi keragaman di tingkat lokus (RAPD dan AFLPs). AFLPs merupakan markah DNA dengan prinsip kerja menggabungkan kelebihan dari RFLP dan RAPD, sehingga sangat baik digunakan dalam studi genetik maupun keragaman genetik. Namun demikian, penggunaan markah AFLPs di Indonesia belum meluas karena memerlukan biaya yang sangat besar dan keterampilan khusus. Markah yang informatif merupakan elemen penting yang perlu dipertimbangkan dalam membandingkan metode yang berbeda, namun faktor-faktor lain seperti biaya, tingkat keterampilan, tingkat ketelitian dan perbanyakan markah molekuler juga perlu dipertimbangkan

Tabel 1. Karakteristik dan kegunaan beberapa tipe markah untuk aplikasi genetika molekuler.

Uraian

Isozyme

RFLPs

RAPDs

SSRs

AFLPs

Sidik jari

+

+ +

– / +

+ +

+ ++

Keragaman genetik

+

+ +

+

+

Gen tagging

+ +

+ +

+

+ +

Pemetaan QTL

+ +

– / +

+

+ +

MAS

+ +

+ +

– / ++

Prinsip kerja

Alat bantu enzim

Pemotong anendonuclease

Amplifikasi DNA dengan primer acak

PCR dengan ulangan sekuen pendek

Pemotongan endonuclease menggunakan adaptor dan primer khusus

Tipe folimorfis

Perubahan beban elekroforesis

Perubahan basa tunggal insersi dan delesi

Perubahan basa tunggal insersi dan delesi

Perubahan pada panjang ulang

Perubahan basa tunggal insersi dan delesi

Kelimpahan genom

Rendah

tinggi

Sangat tinggi

sedang

tinggi

Tingkat folimorfis

sedang

sedang

sedang

tinggi

tinggi

Pewarisan

Ko-dominan

Ko-dominan

dominan

Ko-dominan

Dominan/ Ko-dominan

Deteksi varians aelik

Ya

Ya

tidak

Ya

tidak

Jumlah lokus terdeteksi

1-5

1-5

1-10

1

30-100

Kebutuhan untuk infomasi sekuen

Tidak

Tidak

Tidak

Ya

Tidak

Tingkat kesulitan

Sedang

Sedang

rendah

rendah

Sedang/rendah

Reliabilitas

Tinggi

Tinggi

sedang

Tinggi

Tinggi

Jumlah DNA diperlukan

2-15 mg

10-50 ng

50-100 ng

1 mg

Penggunaan radio isotop

Tidak

Ya/tidak

Tidak

Ya/tidak

Ya/tidak

Tipe probe/primer

gDNA// cDNA

Random 9- atau 10- meroligo- nucletida

Primer 16-30 khusus mer

Adapter dan primer khusus


Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

© 2021 Universitas Atma Jaya Yogyakarta
css.php