BAB 7

REKOMBINASI: PENGERTIAN, HUBUNGAN DENGAN

PERAN TERHADAP PROSES EVOLUSI SERTA KEJADIANNYA

Pada tahun 1911 atas dasar percobaan persilangan pada Drosophila

melanogaster, T.H. Morgan mengajukan interpretasinya tentang pautan (Gardner,

dkk., 1991). T.H. Morgan juga merupakan orang pertama yang menghubungkan

pautan dan pemisahan kromosom-kromosom homolog maupun kejadian pindah

silang antara kromosom-kromosom homolog selama meiosis. Berkenaan dengan

hubungan antara pautan dan kejadian pindah silang itu, T.H. Morgan mengajukan

hipotesis bahwa selama meiosis berlangsung pertukaran fisik antara kromosom-

kromosom yang berakibat terjadinya rekombinasi genetik yang pada saat ini

sudah diakui secara umum. Di lain pihak baru pada 1931, bukti fisik pertama

tentang hubungan antara rekombinasi genetik dan pertukaran kromosom

ditemukan alas dasar hasil percobaan H. B. Creighton dan B. Mc. Cirntock pada

jagung, serta hasil percobaan C. Stern pada D. melanogusier (Russel, 1992). Sejak

saat itu hingga kini sudah cukup banyak fenomena rekombinasi genetik yang

dikaji, di kalangan kelompok makhluk hidup aseluler, seluler prokariotik dan

eukariotik termasuk dalam organel-organel yang memiliki materi genetik; bahkan

fenomena rekombinasi genetik itu ditemukan juga di lingkup plasmid.

Dewasa ini sudah ada pendapat yang menyatakan bahwa semua molekul

DNA merupakan DNA rekombinan (Watson, dkk., 1987). Dalam hubungan ini

sudah ada kesadaran bahwa rekomendasi bukanlah sesuatu kebetulan tetapi

sebaliknya merupakan suatu proses seluler esensial, yang dikatalisasi oleh

enzim-enzim yang dikode oleh sel sendiri.

Pengertian Rekombinasi dan Hubungannya dengan Mutasi

Pada berbagai sumber acuan, rekombinasi ditulis sebagai rekombinasi

genetik ataupun rekombinasi gen dalam makna yang sama. Rekombinasi diartikan

sebagai peristiwa pembentukan suatu asosiasi baru dari molekul-molekul DNA

atau kromosom (Ayala, dkk., 1984). Asosiasi baru itu dapat juga terbentuk dari

bagian-bagian molekul-molekul DNA (kromosom). Sumber lain menyatakan

bahwa rekombinasi adalah proses yang berakibat terbentuknya kombinasi-

kombinasi gen yang baru pada kromosom (Klug dan Cummings, 1994).

Antara rekombinasi dan mutasi sebenaruya tidak ada hubungan, terkecuali

bahwa kedua peristiwa itu sama-sama menimbulkan perubahan materi genetik;

dan memang beberapa peristiwa rekombinasi juga menimbulkan perubahan

fenotipik yang lazimnya merupakan dampak mutasi (Brown, 1989). Terkait

dengan hal tersebut, secara fisik rekombinasi menyebabkan penataan kembali

struktur materi genetik.

Peran Rekombinasi Terhadap Proses Evolusi

Banyak ahli menyatakan bahwa pindah silang penting di dalam proses

evolusi (Gardner, dkk., 1991). Dinyatakan lebih lanjut bahwa pindah silang

bersama del Igan kombinasi secara bebas merupakan mekanisme-mekanisme

yang menghasilkan kombinasi-kombinasi gen baru. Proses seleksi alam

selanjutnya hanva mempertahankan kombinasi-kombinasi yang menyebabkan

organisme paling sesuai hidupnya. Pada Kenyataannya rekombinasi memang

merupakan suatu mekanisme sumber variasi genetik (Watson, dkk., 1987) di

samping alternatif yang lain. Masih ada satu hal lagi yang pasti berkenaan dengan

peran rekombinasi sebagai suatu mekanisme sumber variasi genetik, adalah

bahwa evolusi mekanisme-mekanisme yang mendorong pertukaran genetik antar

individu benar-benar nyata dalam biologi seluruh organisme, mulai dari prokariot

hingga ke eukariot tinggi (Ayala, dkk., 1984).

Rekombinasi juga memungkinkan sel untuk memperbaiki urut-urutan

nukleotida yang hilang, di saat molekul DNA mengalami kerusakan akibat radiasi

ataupun senyawa kimia, dengan cara mengganti bagian yang mak dengan

sepenggal unting DNA yang berasal dari kromosom homolognya. Lebih lanjut

telah diketahui pula bahwa tipe rekombinasi tertentu ikut mengatur ekspresi

Gambar 7.1Model Rekombinasi Holliday yang memperlihatkan urutan-urutan Kejadian Rekombinasi

yang umum (Ayala, dkk., 1984)

Dewasa ini sudah dikenal beberapa model yang berupaya menjelaskan

bagaimana peristiwa rekombinasi terjadi; namun demikian semua model itu

ternyata memilik: ciri-ciri yang sama. Dalam hal ini dua DNA yang terlibat pada

peristiwa rekombinasi umumnya merupakan molekul-molekul berbeda yang

mempunyai suatu daerah homolog; pada daerah homolog itu urut-urutan

nukleotida sama atau sekurang-kurangnya sangat mirip (Brown, 1989). Lebih

lanjut, molekul-molekul itu berjajar berdampingan, serta berinteraksi melalui

pertukaran bagian-bagian polinukleotida yang identik. Pertukaran bagian-bagian

itu dikatalisasi oleh enzim endonuklease serta dibantu oleh pergeseran unting

yang berakibat terbentuknya suatu percabangan pindah silang. Di lain pihak

terbentuknya percabangan pindah silang itu menimbulkan/mengbasilkan suatu

heteroduplex; dan pada heteroduplex itu polinukleotida yang terputus dibagi di

antara ke dua helix ganda. Celah atau bagian yang terputus itu ditutup oleh enzim

ligase DNA, dan selanjutnya unting-unting ditukar melalui migrasi cabang; dalam

hal ini titik pindah silang bermigrasi sepanjang kedua molekul. Urutan kejadian

umum rekombinasi yang telah dikemukakan, ditunjukkan pada Gambar 7.1

berupa model Rekombinasi Holliday.

Struktur yang terlihat pada Gambar 7.1 h, sudah berhasil ditunjukkan

sebagai hasil rekaman melalui mikroskop elektron (Gambar 7.2). Struktur pada

Gambar 7.1 h itu disebut juga sebagai Holliday intermediate (Russel, 1992) atau

recombination intermediate atau chi form (Strickberger, 1985). Struktur tersebut

ditemukan pada E. coli khususnya terkait dengan plasmid ColE1, sebagai hasil

suatu proses in vivo. Sebenarnya recombination intermediate juga sudah

ditemukan pada "persilangan" fag bakteri maupun pada adenovirus manusia

sebagaimana yang dilaporkan oleh Wolgemuth dan Hsu pada 1980 (Strickberger,

1985). Laporan tentang recombination intermediate tersebut juga didasarkan atas

hasil pengamatan melalui mikroskop elektron.

Sebenarnya tampilan Holliday intermediate pada Gambar 7.2 itu tidak

sama persis dengan ujud aslinya pada situasi in vivo. Ujud asli Holliday

intermediate pada Gambar 7.2 itu terlihat sebagai bentukan angka delapan.

Bentukan angka delapan itu terjadi akibat "penggabungan" atau "persinggungan”

dua buah plasmid ColE1 melalui jembatan silang (Ayala, dkk., 1984). Seperti

diketahui molekul DNA plasmid ColE1 berbentuk cincin. Tampilan Holliday

intermediate seperti tersebut pada Gambar 7.1 terlihat setelah dilakukan

pemutusan plasmid ColE1 pada tapak restriksi dengan bantuan enzim

endonuklease EcoRl. Seperti diketahui pada plasmid ColE1 terdapat satu tapak,

restriksi EcoR1.

Gambar 7.2Hasil rekaman suatu Holliday intermediate melalui milansxop elektron. Pada daerah percabangan tampak bahwa ujud DNA adalah berupa uniting tunggal (Russel, 1992)

Pembentukan Struktur Holliday pada Makhluk Hidup Eukariotik

Model Holliday mempertimbangkan kejadian terputusnya satu unting yang

berlanjut dengan berlangsungnya pertukaran resiprok unting-unting tunggal (lihat

Gambar 7.1 b - e) yang mengakibatkan terbentuknya DNA heteroduplex yang

simetris pada ke dua pihak yang terlibat pada proses pertukaran. Di lain pihak

analisis terhadap askus-askus menyimpang yang timbul pada beberapa spesies

jamur menunjukkan bahwa seringkali hanya satu pihak saja yang memiliki DNA

heteroduplex.

Bahwa hanya ada satu pihak saja yang memiliki DNA heteroduplex, hal

itu berarti bahwa tidak terjadi pertukaran resiprok atau terjadi pertukaran unting

yang asimetrik. Pengamatan-pengamatan yang telah dilakukan memang menun-

jukkan bahwa pada sebagian besar kasus rekombinasi tidak dimulai oleh

pertukaran unting timbal balik.

Gambar 7.3Model Meselson-Radding yang menjelaskan pertukaran unto asimank yang menuju

kepada terbentuknya struktur Holliday (Ayala, dkk., 1984).

Gambar 7.4Model pemutusan unting ganda dan perbaikannya yang menjelaskan pertulcaran unting

asimetrik yang menuju kepada terbentuknya struktur Holliday (Ayala, dkk., 1984).

Berkenaan dengan pertukaran unting yang asimetrik itu dikenal dua model

yang berupaya menjelaskannya. Penjelasan kedua model itu sama-sama menuju

kepada pembentukan suatu struktur Holliday, sekalipun melalui jalur yang

berbeda. Kedua model tersebut adalah podel Meselson Raddlit Berta model

pemutusan unting olitra difiNrbalkiMilra (Ayala, dkk., 1984). Urutan penjelasan

ke dua model itu ditunjuklcan pada Gambar 7.3 dan 7.4.

Pada model Meselson-Radding (Ayala, dick., 1984), rekombinasi diawali

hanya oleh satu pemutusan unting pada salah satu pihak dalam suatu pertukaran.

Lebih lanjut sintesis DNA dalam rangka perbaikan menggunakan celah hasil

pemutusan sebagai suatu primer. Sintesis DNA dalam rangka perbaikan itu

mengganti suatu unting tunggal yang menginvasi helix yang lain. Sintesis

perbaikan bersama pada helix donor serta degradasi tinting DNA pada helix

resipien menyebabkan terbentuknya suatu struktur Holliday. Dalam hubungan ini

DNA heteroduplex terdapat hanya pada helix resipien. Dalam hubungan dengan

perbaikan perpasangan yang salah, model Meselson-Radding bermanfaat untuk

menjelaskan kebanyakan observasi atas gene conversion maupun atas segregasi

yang megyi pang pada jamur.

Pada model pemutusan unting ganda dan perbaikannya diduga bahwa

rekombinasi diawali oleh pembentukan suatu celah tinting ganda (Ayala, dkk.,

1984). Lebih lanjut ujung-ujung pada satu unting tunggal menginvasi helix yang

lain. Sintesis DNA berikutnya dalam rangka perbaikan pada ke dua helix

mengarah ke daerah-daerah DNA heteroduplex yang asimetrik pada helix resipien

maupun mengarah ke perbaikan celah pada helix donor melalui pergantian total

dengan acuan informasi pada helix resipien. Dalam hal ini terbentuklah sepasang

struktur Holliday yang resolusinya dapat menuju ke pasangan yang dapat atau

tidak dapat menjadi rekombinan bagi penanda samping. Model pemutusan unting

ganda dan perbaikannya tidak hanya menjelaskan sejumlah observasi khas

berkenaan dengan rekombinasi pada khamir, tetapi juga observasi yang dapat

dijelaskan dengan baik melalui model Meselson-Radding.

RINGKASAN

Dugaan tentang rekombinasi sudah diajukan sejak 1911, tetapi hukti fisik pertama

tentang rekombinasi baru ditemukan pada 1931. Sudah ada pendapat yang

menyatakan bahwa rekombinasi merupakan proses seluler esensial; dan

dinyatakan pula bahwa semua molekul DNA merupakan DNA rekombinan.

Rekombinasi antara lain diartikan sebagai peristiwa pembentukan asosiasi baru

molekul-molekul DNA atau kromosom. Antara rekombinasi dan mutasi tidak ada

hubungan, sekalipun sama-sama menimbulkan perubahan materi genetik. Di

dalam proses evolusi, rekombinasi merupakan salah satu cumber variasi genetik.

Peran rekombinasi yang lain adalah memungkinkan sel memperbaiki urut-urutan

nukleotida yang hilang misélnya akibat radiasi atau senyawa kimia. Rekombinasi

tertentu juga ikut mengatur ekspresi gen. Salah satu model kejadian rekombinasi

yang umum dikenal adalah model Holliday, yang berlaku bagi makhluk hidup

prokariotik, eukariotik bahkan fag. Selain pertukaran unting-unting resiprok pada

model Holliday, di lingkungan makhluk hidup eukariotik diketahui ada juga

pertukaran unting yang tidak resiprok (asimetrik).

BAB 8

REKOMBINASI PADA MAKHLUK HIDUP EUKARIOTIK

Pada masa kini rekombinasi melalui pindah silang yang pertama kali

dilansir oleh T.H Morgan dan yang kemudian secara fisik dibuktikan oleh H.B.

Creighton- dan B. Mc. Clintock serta C. Stern, sebagaimana yang telah

dikemukakan, sudah umum dikenal; bahkan ada sumber yang menyatakan

"Pindah silang umumnva terjadi selama meiosis pada semua makhluk hidup

berkelamin betina maupun jantan dan antara semua pasangan kromosom

homolog" (Ayala, dkk., 1984). Rekombinasi melalui pindah silang pertama kali

dilansir dan dibuktikan memang pada pembelahan meiosis makhluk hidup seluler

eukariotik.

Pindah Silang pada Meiosis Makhluk Hidup Eukariotik

Peristiwa pindah silang sudah jelas diketahui terjadi selama sinapsis dari

kromosom-kromosom homolog pada zygoten dan pachiten dari profane I meiosis

(Gardner, dkk., 1984). Dalam ini tentu saja yang dimaksud adalah pindah silang

pada makhluk hidup yang pembelahan reduksinya berlangsung selama meiosis I.

Gardner dkk. (1984) menyatakan pula bahwa karena replikasi kromosom

berlangsung selama interfase,maka peristiwa pindah silang itu terjadi pada tahap

tetrad pasca replikasi pada saat tiap kromosom telah mengganda, sehingga telah

terbentuk empat kromatid untuk tiap pasang kromosom homolog.

Peristiwa pindah silang terjadi antara keempat kromatid itu, tetapi yang

terjadi antara dua kromosom sesaudara (dari satu kromosom) jarang dapat

dideteksi. Bcrkenaan dengan hal ini, Gardner dkk. (1984) menyatakan "Pindah

silang juga mencakup kromati-kromatid sesaudara (dua kromatid dari satu

kromosom), tetapi pindah silang tersebut secara genetik jarang dapat dideteksi

karena kromatid-kromatid sesaudara biasanya identik". Jelaslah peristiwa pindah

silang yang secara genetik mudah dideteksi adalah yang berlangsung antara dua

kromatid bukan sesaudara (non-sister chromatids). Bagan umum satu altematif

peristiwa pindah silang antara kromatid-kromatid bukan sesaudara dari suatu

pasang kromosom homolog, ditunjukkan pada Gambar 8.1.

Gambar 8.1

Bagan umum satu alternatif peristiwa pindah silang antara dua kromatid bakati sesaudara

dari suatu pasang kromosom homolog (Gardner, dkk., 1984).

Pada individu jantan dalam banyak jenis Diptera, termasuk dalam marga

Drosophila, peristiwa pindah silang tidak pernah terjadi (Ayala, dkk., 1984). Satu

contoh persilangan yang memperlihatkan bahwa pada individu jantan Drosophila,

tidak pernah terjadi peristiwa pindah silang selama meiosis, ditunjukkan pada

Gambar 8.2.

Gambar 8.2Contoh persilangan testcross (silang uji) pada D. melanogaster yang memperlihatkan

bahwa pada individu jantan tidak pernah terjadi pindah silang (Ayala, dkk., 1984).

Pindah silang pada Makhluk Hidup Eukariotik Berlangsung Selama Tahap

Tetrad Pasca Replikasi

Bukti bahwa peristiwa pindah silang lebih sering terjadi setelah duplikasi

kromosom daripada mendahului duplikasi, paling mudah diperoleh dengan

mempelajari kelas jamur Ascomycetes, khususnya N. crassa (Gardner, dkk.,

1984). Di antara Jenis-jenis Ascomycetes, N. crassa memang mempunyai manfaat

khusus oagi pengkajian-pengkajian di bidang genetika.

N. crassa memang memiliki lima sifat yang menjadikannya sangat cocok

digunakan dalam pengkajian tertentu di bidang genetika (Gardner, dkk., 1984).

Kelima sifat itu adalah:

a. Meiosis berlangsung setelah fusi kedua inti haploid dari dua tipe kelamin

(muting tipe); fusi tersebut menyebabkan terbentuknya satu inti diploid,

sebagaimana peristiwa fertilisasi pada tumbuhan dan hewan tingi; meiosis

tersebut juga sama kejadiannya sebagaimana yang terjadi pada tumbuhan dan

hewan tinggi;

b. Ascospora-ascospora (haploid) hasil meiosis tersusun secara linier di dalam

struktur serupa tabung yang disebut ascus; setiap ascus mengandung empat

ascospora hasil dari satu kejadian meiosis; semua ascospora dalam setiap

ascus biasanya dapat dipilah-pilah dan dikaji;

c. Ascospora-ascospora haploid tumbuh dan berkembang menghasilkan miselia

multiseluler, yang seluruh selnya tetap haploid (dengan demikian genotip tiap

produk meiosis dapat dideteksi tanpa pelaksanaan testcross atau manipulasi

genetik lain); karena miselium bersifat haploid, maka keberadaan alela

penanda penanda yang resesif tidak tertutup oleh alela-alela dominan;

d. N. crassa dapat tumbuh pada suatu medium buatan sederhana yang hanya

mengandung garam-garam anorganik, suatu sumber karbohidrat (biasanya

sukrose), serta satu senyawa organik lain (vitamin biotin);

e. N. crassa berbiak secara tak kawin maupun secara kawin; dalam hal ini strain

bergenotip tertentu dapat dipertahankan.

Bagan daur hidup N. crassa ditunjukkan pada Gambar 8.3.

Gambar 8.3

Baga daur hidup pada N. crassa yang memperlihatkan daur reproduksi secara tak kawin

maupun reproduksi secara kawin (Gardner, dick., 1984).

Seperti yang telah dikemukakan ascospora-ascospora dalam tiap ascus

dapat dipilah-pilah dan dikaji. Dalam huhungan ini tiap ascospora dapat diisolasi,

ditumbuhkan, dan dipelajari ciri-cirinya (miselium). Oleh karena itu, dapat

dibayangkan bahwa dari satu ascus diperoleh empat data (dari tempat ascospora

yang sudah ditumbuhkan). Gardner, dkk. (1984) menyebut data semacam ini

sebagai data tetrad (tetrad data).

Mari kita ikuti data tetrad dengan dasar dua faktor (gen) yang terletak pada

suatu kromosom yang sama; kedua faktor itu digunakan sebagai penanda. Analisis

atas data tetrad menunjukkan bahwa peristiwa pindah silang lebih sering terjadi

sesudah replikasi/duplikasi (pada tahap tetrad) daripada