PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

DAFTAR ISI

Cover1

Daftar Isi2

Kronologi Perkembangan Ilmu Genetika3

Aplikasi Ilmu Genetika dalam Bidang Pertanian5

Ilmu Genetika dalam Bidang Peternakan dan Kesehatan10

Daftar Pustaka11

2

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

KRONOLOGI PERKEMBANGAN ILMU GENETIKA

Sejarah perkembangan genetika itu sendiri dimulai sejak zaman dahulu. Pengetahuan genetika sudah ada sejak sebelum abad 19 (sebelum mendel). Yaitu pada peradaban bangsa babylonia (6000 tahun yang lalu) telah menyusun silsilah kuda untuk memperbaiki keturunan. Dan bangsa china, pada beberapa abad sebelum Masehi sudah mengenal seleksi benih padi untuk mencari bibit yang unggul. Di Amerika dan

Eropa sudah ribuan tahun yang lalu melakukan seleksi dan penyerbukan silang pada gandum dan jagung uang asalnya daru rumput liar. Penemuan-penemuan tersebut belum diuraikan secara ilmiah, sehingga belum dapat dicirikan sifat-difat keturunan tertentu pada suatu makhluk hidup.

Pada tahun 1859 Charles Darwin menerbitkan The Origin of Species, sebagai dasar variasi genetik. Kemudian menjelang akhir abad ke-19 ketika seorang biarawan Austria bernama Gregor Johann Mendel berhasil melakukan analisis yang cermat dengan interpretasi yang tepat atas hasil-hasil percobaan persilangannya pada tanaman kacang ercis (Pisum sativum). Mendel berhasil mengamati suatu sifat keturunan

(karakter) dari suatu generasi ke generasi pada tanaman dan berhasil membuat perhitungan metematika tentang sifat genetis karakter tersebut. Faktor genetisnya disebut determinant atau gen. Karya Mendel tentang pola pewarisan sifat tersebut dipublikasikan pada tahun 1866 di Proceedings of the Brunn Society for Natural History. Semenjak saat itu hingga lebih kurang pertengahan abad ke-20 berbagai percobaan persilangan atas dasar prinsip-prinsip Mendel sangat mendominasi penelitian di bidang genetika, karena Mendel melihat setiap individu dengan keseluruhan sifatnya yang kompleks, Mendel mengamati pola pewarisan sifat demi sifat sehingga menjadi lebih mudah untuk diikuti. Deduksinya mengenai pola pewarisan sifat ini kemudian menjadi landasan utama bagi perkembangan genetika sebagai suatu cabang ilmu pengetahuan, dan Mendel pun diakui sebagai Bapak Genetika.

Tahun 1878, E. Strassburger memberikan penjelasan mengenai pembuahan berganda. Sekitar tahun 1900 tiga orang ahli botani secara terpisah, yakni Hugo de Vries di Belanda, Carl Correns di Jerman, dan Eric von Tschermak-Seysenegg di Austria, melihat bukti kebenaran prinsip-prinsip Mendel pada penelitian mereka masing-masing. Tahun 1903, Kromosom diketahui menjadi unit pewarisan genetik. Seorang pakar biologi Inggris yang bernama William Bateson mengkoinekan istilah

3

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

'genetika' pada tahun 1905. Tahun 1908 dan 1909 merupakan peletakan dasar teori genetika populasi oleh Weinberg (dokter dari Jerman) dan secara terpisah oleh James W. Hardy (ahli matematika Inggris) yang merupakan awal dari genetika populasi. Pada tahun 1910, Thomas Hunt Morgan menunjukkan bahwa gen-gen berada pada kromosom, peneitian ini menggunakan lalat buah (Drosophila melanogaster) dan merupakan awal dari sitogenetika. Peta genetik pertama dari suatu kromosom dibuat oleh Alfred Stutevant pada tahun 1931.

Tahun 1918, Ronald Fisher (ahli biostatistika dari Inggris) menerbitkan On the Correlation Between Relatives On The Supposition of Mendelian Inheritance

(keterkaitan antar kerabat berdasarkan pewarisan Mendel) dan mengakhiri perseteruan antara teori biometri (Pearson dkk.) dan teori Mendel sekaligus mengawali sintesis keduanya, hal ini merupakan awal dari genetika kuantitatif. Tahun 1927 dikenal istilah mutasi yang mengarah pada perubahan fisik pada gen. Tahun 1928, Frederick Griffith menemukan suatu molekul pembawa sifat yang dapat dipindahkan antar bakteri (konjugasi). Tahun 1931 diketahuin bahwa pindah silang dapat menyebabkan terjadinya rekombinasi. Pada tahun 1940 terungkap bahwa senyawa kimia materi genetik adalah asam deoksiribonukleat (DNA). Tahun 1941 merupakan awal dogma pokok genetika akibat penelitian dari Edward Lawrie Tatum and George Wells Beadle yang menunjukkan bahwa gen-gen menyandi protein. Tahun 1944 Oswald Theodore Avery, Colin McLeod and Maclyn McCarty berhasil mengisolasi DNA sebagai bahan genetik yang disebut prinsip transformasi. Tahun 1950 Erwin Chargaff menunjukkan adanya aturan umum yang berlaku untuk empat nukleotida pada asam nukleat, misalnya adenine cenderung sama banyak dengan timin dan Barbara McClintock menemukan adanya transposon pada jagung. Tahun 1952 Hershey dan Chase membuktikan kalau informasi genetik bakteriofag (dan semua organisme lain) adalah DNA. Setahun kemudian (1953) James D. Watson dan Francis Crick berhasil menjawab teka-teki struktur DNA berupa double helix berdasarkan gambar-gambar difraksi sinar X dari DNA Rosalinda Franklin, hal ini merupakan awal dari genetika molecular.

Tahun 1956, Jo Hin Tjio dan Albert Levan memastikan bahwa kromosom manusia berjumlah 46. Tahun 1958 eksperimen Meselson-Stahl menunjukkan bahwa DNA digandakan (direplikasi) secara semikonservatif. Tahun 1961 diketahui bahwa kode genetik tersusun secara triplet. Tahun 1964 Howard Temin menunjukkan dengan virus RNA bahwa dogma pokok dari tidak selalu berlaku. Tahun 1970 merupakan awal

4

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

daribioteknologi modern akibat ditemukannya enzim restriksi pada bakteri

Haemophilus influenza sehingga memungkinan dilakukannya pemotongan dan penyambungan DNA. Tahun 1977 dilakukan sekuensing DNA pertama kali oleh Fred Sanger, Walter Gilbert, dan Allan Maxam yang bekerja secara terpisah. Setelah tahun 1983, perbanyakan (amplifikasi) DNA dapat dilakukan dengan mudah setelah Kary Banks Mullis menemukan Reaksi Berantai Polymerase (PCR). Tahun 1985, Alec Jeffreys menemukan teknik sidik jari genetik. Tahun 1989 merupakan moment bersejarah dimana sekuensing pertama kali dilakukan terhadap gen manusia pengkode protein CFTR penyebab cystic fibrosis. Tahun 1989 merupakan peletakan landasan statistika yang kuat bagi analisis lokus sifat kuantitatif (analisis QTL). Tahun 1995 dilakukan sekuensing genom Haemophilus influenzae, yang menjadi sekuensing genom pertama terhadap organisme yang hidup bebas. Tahun 1996, sekuensing pertama terhadap eukariota: khamir Saccharomyces cerevisiae. Tahun 1998, hasil sekuensing pertama terhadap eukariota multiselular Caenorhabditis elegans (sejenis nematode) diumumkan. Tahun 2001, draf awal urutan genom manusia dirilis bersamaan dengan mulainya Human Genome Project dan diharapkan selesai pada tahun 2005. Namun ternyata penyelesaian proyek ini berjalan dua tahun lebih cepat daripada jadwal yang telah ditentukan sehingga pada tahun 2003, proyek genom manusia (Human Genome Project) menyelesaikan 99% pekerjaannya pada tanggal (14 April) dengan akurasi 99.99%.

APLIKASI ILMU GENETIKA DALAM BIDANG PERTANIAN

Ilmu genetika mempelajari berbagai aspek yang menyangkut pewarisan sifat, bagaimana sifat keturunan (hereditas) itu diwariskan dari generasi ke generasi, serta variasi-variasi yang mungkin timbul di dalamnya atau yang menyertainya. Berikut beberapa contoh aplikasi ilmu genetika dalam bidang pertanian :

Membuat tanaman yang resisten terhadap hama

Membuat tanaman yang resisten terhadap herbisida

Membuat tanaman yang resisten terhadap serangga

Mengatur pertumbuhan rumput di lapangan golf

Membuat tanaman yang toleran terhadap panas yang ekstreme

Membuat tanaman yang toleran terhadap kekeringan

5

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

Membuat tanaman yang toleran terhadap logam berat dalam tanah

Membuat tanaman yang toleran terhadap kadar garam yang tinggi

Membuat tanaman yang toleran terhadap radiasi sinar Ultra Violet

Membuat tanaman yang toleran terhadap keterbatasan mineral

Membuat tanaman yang dapat menghasilkan produksi lebih

Membuat obat atau vaksin dari zat-zat yang terkandung dalam tanaman

Isolasi Gen Target, misalnya gen Bt (gen tahan terhadap penggerek yang diisolasi dari bakteri Bacillus thurigenensis) diekstrak kemudian dipotong dengan enzim restriksi. Gen yang sudah terpotong-potong kemudian diseleksi bagian gen mana yang menyandikan gen Bt dan diisolasi. Potongan gen Bt kemudian disisipkan ke dalam DNA sirkular (plasmid) sebagai vektor menghasilkan molekul DNA rekombinan gen Bt. Vektor yang sudah mengandung molekul DNA rekombinan gen Bt dimasukkan kembali ke dalam sel inang yaitu bakteri untuk diperbanyak. Sel inang akan membelah membentuk progeni baru yang sudah merupakan sel DNA rekombinan gen Bt.

Proses transfer gen ke tanaman target, gar sel DNA rekombinan get Bt dapat terintegrasi pada inti sel tanaman maka diperlukan vektor yang lain lagi untuk memindahkan gen Bt ke dalam inti sel tanaman. Vektor tersebut adalah bakteri Agrobacterium tumefaciens. Bakteri ini menyebabkan penyakit tumor pada tanaman. Penyakit ini akan terjadi bila terdapat luka pada batang tanaman sehingga memungkinkan bakteri menyerang tanaman tersebut. Luka pada tanaman mengakibatkan tanaman mengeluarkan senyawa opine yang merangsang bakteri untuk menyerang tanaman dimana senyawa ini merupakan sumber carbon dan nitrogen dari bakteri. Akibat masuknya bakteri menyebabkan terjadinya proliferasi sel yang berlebihan sehingga menimbulkan penyakit tumor pada tanaman. Kemampuan untuk menyebabkan penyakit ini pada tanaman ternyata ada hubungannya dengan DNA sirkular (plasmid) Ti (Tumor inducing plasmid) dalam sel bakteri A. tumefaciens. Sifat yang menyolok pada plasmid Ti ialah bahwa setelah infeksi oleh A. tumefaciens, sebagian dari molekul DNAnya berintegrasi dalam DNA kromosom tanaman. Segmen ini dikenal dengan nama T-DNA (transfer DNA) Metode kerjasama antara tanaman dan A. tumefaciens ini digunakan oleh ahli rekayasa genetika tanaman untuk memindahkan gen Bt agar dapat terintegrasi dalam sel tanaman. Oleh karena itu langkah selanjutnya adalah menyisipkan DNA rekombinan yang sudah membawa gen Bt ke dalam

6

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

plasmid Ti dari A. tumefaciens. Setelah itu A. tumefaciens yang membawa gen Bt diinokulasikan pada tanaman. Proses inokulasi tersebut dilakukan pada tanaman target yang sedang diregenerasikan dalam kultur jaringan. Hal ini memudahkan bagi proses transfer gen Bt ke dalam inti jaringan tanaman dimana tanaman masih dalam proses pembelahan sel yang sangat aktif .

Expresi gen pada tanaman transgenik. Gen yang sudah dimasukkan ke dalam tanaman target dalam hal ini adalah gen Bt yang mengekspresikan tanaman transgenik tahan terhadap hama penggerek harus dapat diexpresikan. Untuk mengetahui apakah gen tersebut terekspresi atau tidak digunakan penanda yaitu selectable and scoreable marker, dimana apabila tanaman target dapat tumbuh pada media yang mengandung antibiotika atau tanaman target menampakan warna khusus (warna biru untuk penanda gen gus) maka tanaman target itu adalah tanaman transgenic sehingga setiap tanaman dapat dibuat menjadi varietas unggul yang membuat hasil tanaman tersebut meningkat, juga ketahanan terhadap hama penyakit. Kekhawatiran Dampak Organisme atau Pangan Produk Transgenik Penerapan bioteknologi seperti manipulasi gen pada tanaman budidaya telah memberikan manfaat yang tidak terbatas. Secara alamiah tumbuhan mengalami perubahan secara lambat sesuai dengan keberhasilan adaptasi sebagai hasil interaksi antara tekanan lingkungan dengan variabilitas genetika. Campur tangan manusia melalui rekayasa genetik telah mengakibatkan revolusi dalam tatanan gen. Perubahan drastis ini telah menimbulkan kekhawatiran akan munculnya dampak produk transgenik baik terhadap lingkungan, kesehatan maupun keselamatan keanekaragaman. Dalam banyak hal bahaya produk transgenik yang diduga akan muncul terlalu dibesar-besarkan. Tidak ada teknologi yang tanpa resiko, demikian pula dengan produk rekayasa genetik. Resiko dari produk transgenik tidak akan lebih besar dari produk hasil persilangan alamiah. Beberapa resiko pangan transgenik yang mungkin terjadi antara lain resiko alergi, keracunan dan tahan antibiotik. Pangan transgenik berpotensi menimbulkan alergi pada konsumen yang memiliki sensitivitas alergi tinggi. Keadaan itu dipengaruhi sumber gen yang ditransformasikan. Kasus ini pernah terjadi pada kedelai transgenik dengan kandungan methionin tinggi, sehingga produknya tidak diedarkan setelah penelitian menunjukkan adanya unsur alergi. Kekhawatiran keracunan didasarkan pada sifat racun dari gen Bt terhadap serangga. Kecemasan tersebut

7

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

tidak beralasan karena gen Bt hanya aktif bekerja dan bersifat racun bila bertemu sinyal penerima dalam usus serangga yang sesuai dengan kelas virulensinya. Gen tersebut tidak stabil dan tidak aktif lagi pada pH di bawah 5 dan suhu 65 C , artinya manusia tidak akan keracunan gen Bt terutama untuk bahan yang harus dimasak terlebih dahulu. Kemungkinan lain adalah resistensi mikroorganisme dalam tubuh menjadi lebih kuat. Kejadian ini peluangnya kecil karena gen yang ditranfer melalui rekayasa genetik akan terinkorporasi ke dalam genom tanaman. Kekhawatiran bahaya terhadap keselamatan sumber daya hayati diduga terjadi melalui beberapa cara seperti 1) terlepasnya organisme transgenik ke alam bebas, dan 2) tranfer gen asing dari produk transgenik ke tanaman lain sehingga terbentuk gulma yang dapat merusak ekosistem yang ada sehingga mengancam keberadaan sumber daya hayati. Perubahan tatanan gen dapat mengakibatkan perubahan perimbangan ekosistem hayati dengan perubahan yang tidak dapat diramalkan . Prinsip dasar biologi molekuler menunjukkan 2 sumber utama resiko yang mungkin timbul.

Pertama, perubahan fungsi gen melalui proses rekayasa genetik. Penyisipan gen berlangsung secara acak sehingga sulit untuk dikontrol dan diprediksikan apakah gen tersebut akan rusak atau berubah fungsi.

Kedua, transgen dapat berinteraksi dengan komponen seluler. Kompleksitas kehidupan organisme mengakibatkan kisaran interaksi tersebut tidak dapat di ramalkan atau dikontrol. Secara teoritis tanaman transgenik merupakan bagian dari masa depan karena sampai saat ini bukti-bukti ilmiah menunjukkan tidak ada alasan kuat untuk mempercayai adanya resiko unik yang berkaitan dengan produk transgenik. Produk bioteknologi modern sama aman atau berbahayanya dengan makanan yang dihasilkan melalui teknik-teknik tradisional. Bagaimanapun di masa yang akan datang, bioteknologi modern berpotensi sebagai alat untuk menjawab tantangan dan membuka kesempatan dalam mengembangkan bidang pertanian terutama untuk memperoleh bahan makanan yang lebih banyak dengan kualitas yang lebih baik.

Dengan menggunakan rekayasa genetika (digunakan penyinaran dengan panjang gelombang tertentu pada saat hewan dan tumbuhan masih dalam bentuk benih) dihasilkan kelapa hibrida, jagung hibrida, sapi bibit unggul, ayam berkaki pendek namun berdaging tebal, dan sebagainya.sebagai contohnya adalah jagung. Pada umumnya jagung dibudidayakan untuk digunakan sebagai pangan, pakan,

8

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

bahan baku industri farmasi, makanan ringan, susu jagung, minyak jagung, dan sebagainya. Di negara maju, jagung banyak digunakan untuk pati sebagai bahan pemanis, sirop, dan produk fermentasi, termasuk alcohol. Di Indonesia jagung merupakan bahan pangan kedua setelah padi. Selain itu, jagung juga digunakan sebagai bahan baku industri pakan dan industri lainnya. perbaikan genetik jagung melalui rekayasa genetik akan menjadi andalan dalam pemecahan masalah perjagungan di masa mendatang. Seperti diketahui, pemuliaan secara konvensional mempunyai keterbatasandalam mendapatkan sifat unggul dari tanaman. Dalam rekayasa genetic jagung, sifat unggul tidak hanya didapatkan dari tanaman jagung itu sendiri, tetapi juga dari spesies lain sehingga dapat dihasilkan tanaman transgenik. Jagung Bt merupakan tanaman transgenik yang mempunyai ketahananterhadap hama. Jagung ini setelah proses transgenic,akan tahan terhadap hama,sebab gen;gen jagung tersebut telah diteliti dulu sekaligus hasilnya akan meningkat dari jagung organik. Sekira 20 produk pertanian hasil modifikasi genetik telah beredar di pasaran Amerika, Kanada, bahkan Asia Tenggara. Dalam enam tahun ke depan, berbagai perusahaan telah menyiapkan 26 produk lainnya, mulai dari kedelai, jagung, kapas, padi hingga stroberi. Dari yang tahan hama, herbisida, jamur hingga pematangan yang dapat ditunda.

Pada dasarnya prinsip pemuliaan tanaman, baik yang modern melalui penyinaran untuk menghasilkan mutasi maupun pemuliaan tradisional sejak zaman Mendel, adalah sama, yakni pertukaran materi genetik. Baik seleksi tanaman secara konvensional maupun rekayasa genetika, keduanya memanipulasi struktur genetika tanaman untuk mendapatkan kombinasi sifat keturunan (unggul) yang diinginkan. Bedanya, pada zaman Mendel, kode genetik belum terungkap. Proses pemuliaan dilakukan dengan mata tertutup sehingga sifat-sifat yang tidak diinginkan kembali bermunculan di samping sifat yang diharapkan. Cara konvensional tidak mempunyai ketelitian pemindahan gen. Sedangkan pada new biotechnology pemindahan gen dapat dilakukan lebih presisi dengan bantuan bakteri, khususnya sekarang dengan dikembangkannya metode-metode DNA rekombinan.

Analisa sifat suatu tanaman berdasarkan analisa sel sehingga manusia dapat menerapkan cara pembudidayaan yang tepat dan pengolahan hasilnya lebih lanjut.

9

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

Analisa mengenai sifat dan karakter serangga yang berhubungan dengan iklim atau musim sehingga manusia dapat menetapkan waktu bercocok tanam yang tepat atau metode penanggulangan hama serangga tersebut.

Mencari sifat heterosis dengan breeding pada tanaman sehingga mutu dan jumlah produksi naik.

Mengefisiensikan gen-gen dan membuat bibit unggul untuk kepentingan persilangan-persilangan konvensional.

Pembuatan insektida hayati yang berasal dari bakteri Bacillus thuri-ngiensis (Bt)

ILMU GENETIKA DALAM BIDANG PETERNAKAN DAN KESEHATAN

Ilmu genetika dapat digunakan untuk mengetahui kelainan keturunan serta penjajakan sifat keturunan untuk mengetahui asal-usul suatu hewan atau ternak, juga dapat untuk mendapat turunan atau strain unggul. Sedangkan dalam bidang kesehatan, ilmu genetika manusia diperlukan untuk mengetahui kelainan atau penyakit keturunan serta usaha untuk menanggulanginya dengan cara menelusuri sifat keturunan seseorang (seperti golongan darah) yang perlu untuk penelitian warisan harta dan kriminalitas (Indra, 2009).

10

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013

PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI

DAFTAR PUSTAKA

http://18bios1unsoed.wordpress.com/pokok-bahasan/pendahuluan/sejarah- perkembangan/ diakses tanggal 30 Januari 2013

http://biologyminded.blogspot.com/2010/09/perkembangan-terkini-ilmu-genetika.html diakses tanggal 30 Januari 2013

http://duniapertanianpeternakan.wordpress.com/2012/03/06/ilmu-genetika/ diakses tanggal 30 Januari 2013

http://id.wikipedia.org/wiki/Genetika#Kronologi_perkembangan_genetika diakses tanggal 30 Januari 2013

http://indra-joe.blogspot.com/2009/04/ilmu-genetika.html diakses tanggal 30 Januari 2013

http://saipol-book.blogspot.com/2012/05/rekayasa-genetika.html diakses tanggal 30 Januari 2013

http://zaifbio.wordpress.com/2009/06/12/makalah-genetika-dasar/ diakses tanggal 30 Januari 2013

http://www.slideshare.net/AddieniArsyHanifah/manfaat-bioteknologi-dalam-bidang- pertanian-peternakan-11852551 diakses tanggal 30 Januari 2013

11

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013