APLIKASI BIOTEKNOLOGI

DALAM PENINGKATAN PRODUKSI LIVESTOCK

Drs. SUTARNO, MSc., PhD.

PENDAHULUAN Peningkatan di bidang bioteknologi hewan:

– reproduksi,– pertumbuhan, – laktasi, – nutrisi maupun – kontrol dan diagnosa penyakit.

Kemajuan berawal dari diketahuinya struktur DNA, sampai diketemukannya Polymerase Chain Reaction (PCR) signifikan di bidang bioteknologi modern.

Penelitian-penelitian untuk memanipulasi sifat produksi, baik polygenic maupun monogenic traits peningkatan produksi di bidang peternakan saat ini dan masa mendatang.

Methods in animal breedingDomain of Techniques Examples

Quntitqtive genetics

Selection methodsMating system

Artificial Insemination, Superovulation, Embryo transfer, In vitro fertilization, Cloning

Cytogenetics Chromosome mapping, Sex diagnosis, Induction of chimerism, Combination and transfer of genomes, Chromosomes segments

Biotechnology

Biochemical genetics

Analysis of gene products and their variants, Gene mapping, Control of twins

Molecular genetics

Analysis of gene structure and function, Identification of gene variants, Gene mapping, Gene conservation, Modification of genes, Gene transfer

A. APLIKASI GENETIKA MOLEKULER DALAM ANALISIS GENOM UNTUK PERKEMBANGBIAKAN HEWAN.

Kemajuan teknologi di bidang genetika molekuler telah banyak digunakan dalam bidang peternakan, misalnya pada Analisis genom: lokus gen dan genotipe. Pendekatan dalam analisis genom meliputi:– analisis fungsi dan struktur gen, – pemetaan gen, dan – deteksi maupun karakterisasi varian gen dalam

populasi.

ANALISIS STRUKTUR DAN FUNGSI GEN

Dalam pemuliaan hewan, seleksi langsung pada level DNA memerlukan informasi tentang gen-gen yang mengkodekan fenotip (sifat) yang bernilai ekonomi tinggi, yang dikenal dengan gen target atau gen kandidat.Penelitian yang mengarah pada penemuan gen target meliputi: deteksi, isolasi dan karakterisasi gen terpilih, dan analisis ekspresi gen.Struktur target gen yang telah diketahui pada hewan ternak masih sangat terbatas, misalnya: gen pengkode protein susu pada sapi (Mercier, 1990), MHC (Andersson, 1990; Vaiman et al., 1986), gen hormone pertumbuhan sapi (Woychik et al., 1982, Sutarno, 1998, Sutarno et al., 2002b), dan DNA mitokondria (Sutarno and Lymbery, 1997, Sutarno et al., 2002a).

ANALISIS STRUKTUR DAN FUNGSI GEN

Studi di bidang genetika molekuler telah meningkatkan tersedianya informasi pada struktur gen dan proses dasar fisiologi. Dengan diketahuinya pengaturan ekspresi gen serta implikasinya pada komponen utama sifat produksi serta pemahaman proses fisiologi maupun biokimia, interaksi kausal antara genotip dan fenotip dapat diketahui, dan hasilnya dapat digunakan sebagai dasar melakukan seleksi maupun deteksi awal suatu karakter fenotip.Pada hewan ternak, penelitian pada level gen/ DNA ini umumnya untuk mengetahui gen target, konservasi gen dan menyediakan informasi sekuen DNA untuk eksperimen selanjutnya.

a). Analisis gen yang mempengaruhi sifat produksi

Perbedaan karakter fenotip sebagai akibat dari variasi gen telah dapat diketahui melalui kemajuan teknologi di bidang molekuler. peningkatan produksi hewan.Contoh penerapan analisis gen bagi breeder adalah variabilitas resistensi terhadap penyakit. Variabilitas resistensi terhadap penyakit antar individu hewan ditentukan oleh immunoresponsiveness yang secara genetis bervariasi. Gen MHC, yang memiliki variasi/ polimorfisme sangat tinggi.Untuk sifat produksi yang memiliki nilai komersial, dapat dilakukan penelitian-penelitian menggunakan teknik analisis gen ini.

b). Konservasi gen

DNA inti dapat diisolasi dan disimpan dari jenis hewan yang hampir punah maupun individu superior dari jenis tertentu. Konservasi gen dengan bank DNA, kandungan DNA genom (dalam sperma) atau klon DNA (dalam sel bakteri) memungkinkan untuk dilakukannya penelitian lebih jauh dimasa mendatang. Dari bank DNA, di kemudian hari dapat dilakukan isolasi, klon dan analisis terhadap DNA spesifik.

c). Menyediakan informasi sekuen DNA

Gen dan variasi gen telah dipelajari untuk mengisolasi sekuen DNASekuen DNA yang diisolasi dari jenis hewan ternak telah digunakan dalam sistem kultur sel untuk menghasilkan senyawa tertentu yang secara biologi relevan. Elemen kunci dari suatu proses fisiologi dapat diidentifikasi dan dapat digunakan sebagai agen eksternal untuk memanipulasi fungsi tubuh, misalnya untuk meningkatkan laktasi maupun pertumbuhan melalui penggunaan hormon.

DETEKSI DAN KARAKTERISASI VARIAN GEN DALAM POPULASI

Tersedianya berbagai teknik molekuler seperti RFLP, PCR-RFLP, VNTR, RAPD dll telah menjadikan tersedianya informasi-informasi variasi/ polymorfisme DNA hampir pada setiap jenis makhluk hidupGelderman (1990) menunjukkan adanya beberapa kriteria dari DNA polymorfisme dan penerapannya dalam bidang genetik dan breeding, yaitu:

– fragmen hasil restriksi yang dipisahkan dengan elektroforesis dan probe oligonukleotida memungkinkan untuk memonitor secara langsung variasi gen.

– marka DNA memiliki kestabilan yang tinggi, sehingga memungkinkan untuk dilakukannya identifikasi genotipe dari sampel jaringan atau semen yang berbeda.

– Varian-varian gen dapat diidentifikasi. Untuk tujuan breeding, identifikasi polimorfisme adalah sangat penting.

Penerapan di bidang peternakan.Meskipun dukungan kemajuan teknologi molekuler sangat maju, biaya dan waktu masih merupakan pertimbangan tersendiri untuk melakukan test secara individual bagi hewan-hewan ternak. Terbatasnya varian DNA yang telah diketahui pada hewan ternak merupakan kendala tersendiri dalam penerapan praktisnya. Penerapan praktis pada peternakan ini misalnya:– seleksi (pemuliaan) berdasarkan genotipe yang

dikenal dengan genotype-assisted selection (GAS), atau berdasarkan marka gen yang dikenal dengan marker-assisted selection (MAS).

Diagnosis sex. Identifikasi kombinasi kromosom yang menyebabkan pengaruh khusus termasuk juga diagnosis sex pada level DNA. Probe DNA spesifik dapat digunakan untuk diagnosis sex pada tahap awal embryo. Akurasi penentuan sex di tahap awal embryo dapat meningkatkan efisiensi peningkatan breed dan bernilai komersial dalam penerapannya.Identifikasi sumber genetis. Sumber asal DNA dapat diketahui dengan menggunakan probe DNA khusus. Dengan demikian, sample semen, jaringan, individu maupun jenis dapat diidentifikasi. Aplikasi ini misalnya dengan menggunakan teknik DNA fingerprinting melalui VNTR yang dapat memunculkan adanya pola variabilitas yang sangat tinggi (hypervariability) pada individu-individu dari populasi yang sama.

B. APLIKASI BIOTEKNOLOGI DIBIDANG PETERNAKAN.

1. REPRODUKSI HEWAN– Artificial Insemination (AI/ IB)– Superovulation– Embryo transfer– In vitro vertilization (IVF)– Sexing – Kloning

2. MANIPULASI PERTUMBUHAN DAN LAKTASI

Manipulasi pertumbuhan

Manipulasi laktasi

Manipulasi sistem digesti mikrobia rumen

3. NUTRISI HEWAN

– Peningkatan nilai nutrisi selulosa– Biodegradasi lignin– Rekeyasa genetik mikroorganisme rumen– Manipulasi non-genetik mikrobia rumen

4. KONTROL DAN DIAGNOSIS PENYAKIT

a. penggunaan probe asam nukleat dalam diagnosis

b. antibodi monoklonal

c. vaksin

Biteknologi telah memiliki pengaruh yang signifikan dan akan semakin meningkat pengaruhnya di bidang peternakan di masa mendatang. Pada pengembang biakan hewan ternak, analisis genom tidak hanya berperan dalam peningkatan pengetahuan dasar, namun juga mendukung praktek breeding di masa mendatang. Kemajuan genetika molekuler mengisyaratkan bagi breeder akan suatu pendekatan yang dapat meningkatkan efisiensi, kualitas produk hewan serta pengembangan produk alternatif.