BIOTEKNOLOGI TANAMAN - · PDF fileJurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015...

12/18/2015

1

BIOTEKNOLOGI TANAMAN

Dr. Refli., MSc

Jurusan Biologi FST – UNDANA

Kupang, 2015

Materi Kuliah Bioteknologi. Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

PENDAHULUAN

Materi Kuliah Bioteknologi. Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

TUMBUHAN

PANGAN SANDANG OBAT-OBATAN

PERTANIAN & KEHUTANAN

PERTUMBUHAN PERTUMBUHAN

PENDUDUK

BIOTEKNOLOGI

?

±10 miliar

Thn 2050-60

12/18/2015

2

Mengapa TUMBUHAN menjadi FOKUS BIOTEKNOLOGI?

Refli, Materi Kuliah Bioteknologi . Jurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015

ALASANALASAN

TUMBUHAN

energi matahari � energi kimia

mampu mengkonversi energi matahari � energi kimia

FOTOSINTESIS

PRODUSEN

300.000 Sp yang

diketahui � hanya

RATUSAN yang

dimanfaatkan ada

BIDANG PERTANIAN

PEMANFAATAN & HASIL dari TUMBUHAN


12/18/2015

3

PERBAIKAN SIFAT TANAMAN


PERBAIKAN SIFAT AGRONOMI

Tehnik Lama

Persilangan

(sexual crossing)

Persilangan

(sexual crossing)

Tehnik baru

Mutasi (mutation)

Alami Artifisial

radiasi Kimia Fisika

Mikropropagasi

Fusi protoplasma

Rekayasa genetik

PLANT BREEDING METHODS


• Methods of hybridization

–Self-pollinated species

–Outcrossing species

–Synthetic varieties

–Hybrid varieties

12/18/2015

4

Self-pollinated species


• Be grown as varieties derived from a pure line

• Pedigree Breeding

• Single-Seed Descent

• Bulk Breeding Methods

• Backcross Breeding

• Increasing Seed, Testing, and Releasing of Pure-

Line Varieties



12/18/2015

5



Synthetic varieties


12/18/2015

6

Outcrossing species


Outcrossing species


12/18/2015

7

Outcrossing species; Recurrent

Selection


Outcrossing species; Synthetic

Varieties


12/18/2015

8

Outcrossing species; Hybrid Varieties


Marker-Assisted Selection


12/18/2015

9

NEW VARIETIES BY MODERN

BIOTECNOLOGY


Some phermaceuticals products

produced from tropical plant sources


12/18/2015

10

Breeding Enhancements


• Doubled Haploidy

• Marker-Assisted Selection

• Mutation Breeding

• Apomixis

INDUKSI BREEDING MUTATION


• Mutagenesis

– proses mutasi, untuk mengkaji seleksi persilangan

• Efektifitas Isolasi mutan � ditentukan efesiensi penggunaan mutagen

• Jenis mutagen:

– Kimia : ethylmethane sulfonate, methyl methanesulfonate, methyl ethanesulfonate, methyl

ethanesulfonate, colchicine, potassium cyanide, hydrogen peroxide, uranyl nitrate, ferri

sulphate, Di(beta-, diethyl sulfate, diepoxybutane, ethylene imine, diethyl 1,3-

propanedisulfonate , sodium azide

– Radiasi : X-rays,γ-rays, & electrons

– Fisika: ion beam, perbedaan: higher linear energy transfer (LET) (≥10–1000

keV/mm than X-rays,γ-rays (sekitar 0.2 keV/mm)

• on beams menyebabkan kerusakan lebih besar dibanding X-rays,γ-rays �

menghasilkan efektifines yang tinggi pada material biologi

• Sifat yang diamati: 1) the percentage of mature X1plants, 2) the average

fertility of the X1 plants, 3) the mutation rate, and 4) the types of mutations

12/18/2015

11



• LET :

– energi yang disimpan pada

material ketika partikel yang

mengion ketika melewati material

tersebut

– Jumlah energi yang ditrasfer ke

substasi dan menyebabkan

kerusakan

– Satuan kiloelectronvolt per

micrometer (keV/mm) = jumlah

enegi rata-rata yang dilepas per

jarak tertentu



• Dampak

mutasi

– Delesi,

duplikasi,

inversi,

translokasi,

substitusi

basa nitrogen

12/18/2015

12



• ion beams successfully induced many carnation

flower color and shape mutants.



• Mutagenesis dengan menggunakan metode the

transposonAc/Ds system

– Memasukan fragmen DNA yang telah diketahui urutan

nukleotidanya

• Dua tagged lines : T-DNA & transposon-tagged lines (a

transposonActivator(Ac)/Dissociator(Ds) system

12/18/2015

13



Apomixis


12/18/2015

14

KULTUR JARINGAN


• Definisi : tehnik menumbuhkan sel atau jaringan

menjadi tumbuhan utuh

• Lebih mudah diaplikasikan pada tumbuhan�

totipotensi tumbuhan > totipotensi hewan

– Kemampuan sel membelah, tumbuh dan

berdiferensiasi hingga menjadi tumbuhan

• Eksplan � bag. Tumbuhan yang ditumbuhkan

sebagai bahan awal untuk dikultur

KULTUR JARINGAN


Kultur kalus

(medium padat)

Jenis kultur

Kultur suspensi

(medium cair)

Medium tumbuh

12/18/2015

15

KULTUR JARINGAN


A. Kultur Kalus

B. Kultur liquid

KULTUR JARINGAN


Kultur kalus

Jenis kultur

Kultur

meristem

Kultur organ

12/18/2015

16

• Eksplan : materi tumbuhan yang digunakan dalam

budidaya jaringan

• Protoplasma: dikultur dalam media car

• Kalus : koloni sel yang belum mengalami

differensiasi

• Mutasi lebih efektif pada kultur kalus dibanding biji

atau daun utuh

Plant meterials for explants

Materi tanaman untuk eksplan


12/18/2015

17

Sterilisasi dan inokulasi eksplan


Kelebihan kultu jaringan dibanding

perbanyakan konvensional


• Lebih cepat dengan produksi yang tinggi, kontaminasi terhadap penyakitl ebih kecil, lebih homogen, ketersediaan bibit terjamin kualitas dan keberlanjutannya.

Perbandingan produksi kentang secara budidaya konvensional dan

kultur jaringan (sumber Mantel et al ., 1985)

Tahun Konvensional Kultul jaringan

Pertama

Kedua

Panen

100 g umbi

↓

1 tanaman dewasa

↓

1.6 kg umbi

↓

16 tanaman dewasa

↓

16 X 600 g umbi =

25,6 kg

100 g umbi

↓

1 tanaman prekondisi

↓

10 Kultur tunas

↓

Perbanyakan tunas

↓

650.000 umbi berukuran kecil

617.500 tanaman

↓

617.500 tanaman x 500 umbi =

308.750 kg

12/18/2015

18

REKAYASA GENETIK PADA TANAMAN


• Telah diaplikasikan untuk mendapatkan:

– Tanaman tahan virus

– Tanaman tahan insekta

– Tanaman tahan herbisida

– Tanaman penghasil bahan aktif dan antibiotik

– Tanaman sebagai bioreaktor


Tehnik Rekayasa

12/18/2015

19


Tehnik Rekayasa

Genetically modified organisms (GMOs)


. Genetically modified

tomatoes produce mRNA that

decreases the effects of the

pectinase gene

12/18/2015

20


40

Gladiol

Bakteri

Erwina sp

Tanaman

gladiol dan

bakteri Erwina

sp sumber gen

ββββ karoten

Gen-gen

tersebut

diambil dari

dan disisipkan

ke plasmid

Agrobacterium

Kemudian bakteri rekombinan

tersebut diifeksikan ke sel-sel

embrio biji padi sehingga terjadi

fusi materi genetik.

Sel dikultur hingga tumbuh

menjadi tumbuhan yang dewasa

yang meghasikan b karoten

Prof. Peter Beyer

(IRRI, 2001)

12/18/2015

21

REKAYASA GENETIK PADA TANAMAN


– Mature larva of the

common stalk borer,

Papaipema nebris,

boring into a corn

plant early in the

growing season.

Feeding within the

stalk causes

deformed or stunted

plants that often

lead to the death of

the plant


12/18/2015

22


Tumbuhan sebagai detektor ranjau darat

Bantuan Bioteknologi Tanaman

(dikembangkan oleh Aresa

Biodetection)

• Gen yang peka terhadap logam

dimasukkan ke dalam tanaman

• Apabila akar tanaman menyentuh

ranjau darat,

Tanaman berubah warna dari hijau

menjadi merah

44


12/18/2015

23

Fitoremediasi

• Sekitar 350 spesies tumbuhan di alam mampu menyerap

material-material beracun yang mencemari lingkungan.

• Contoh

– Bunga matahari telah digunakan menyerap logam-logam

radioaktif cesium dan strontium pada lokasi kebocoran reaktor

nuklir di Chernobil Rusia

– Tumbuhan air seperti selada air telah digunakan untuk

menyerap arsenik yang mencemari badan air

– Enceng gondok diduga mampu menyerap sejumlah logam

yang terdapat pada badan-badan air di sekitar industri

45


46


Tumbuhan sebagai degradator polutan

12/18/2015

24

Transgenic plants

47

Royal

Demolition

eXplosive

Stimulates plant growth!

Gene from

bacterium

moved to

plant genome



Peningkatan risistensi terhadap stres

abiotik melalui rekayasa genetik

12/18/2015

25

TUMBUHAN SEBAGAI BIOREKTOR BAGI

PENYEDIAAN OBAT-OBATAN


– Kebutuhan molekul terapi meningkat

– Bioteknologi � memenuhi kebutuhan tersebut dengan lebih

ekonomis

– Sumber molekul:• Sel bakteri, sel hewan, sel tumbuhan

– Tumbuhan sebagai bioreaktor � BIOAKTIF:• lebih murah & mudah � dapat dilakukan skala budidaya pertanian

– Beberapa produk biofarmaka yang mahal sudah dapat diproduksi dengan memanfaatkan

tumbuhan. Contoh human lysosomal enzymes , human growth hormone, recombinant

antibodies , recombinant subunit vaccines

• Dapat mengurangi kontaminasi patogen hewan

• Produk dapat dimodifikasi pada tahap akhir translasi




– Protein rekombinan yang diekspresi dalam bioreaktor tanaman diarahkan dan didegradasi dalam sel

– Sistem tanaman yang digunakan sebagai bioreaktor:

• Vakuola penyimpan protein

• Badan minyak

• Eksudat akar

• Kloroplas

• Kultur suspensi sel

– beberapa organel berfungsi sebagai sumber, deliver dan penyimpanan bioaktif

The plant bioreactor system

12/18/2015

26




– SEED OIL BODY

AS BIOREACTOR




– Protein rekombinan yang diekspresi dalam bioreaktor tanaman diarahkan dan didegradasi dalam sel

– Sistem tanaman yang digunakan sebagai bioreaktor:

• Vakuola penyimpan protein

• Badan minyak

• Eksudat akar

• Kloroplas

• Kultur suspensi sel

– beberapa organel berfungsi sebagai sumber, deliver dan penyimpanan bioaktif

The plant bioreactor system

12/18/2015

27

Terima Kasih


BIOTEKNOLOGI TANAMAN - · PDF fileJurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015...

Documents

Transcript of BIOTEKNOLOGI TANAMAN - · PDF fileJurusan Biologi FST Universitas Nusa Cendana. 2015...