Download - Tugas 1 ~ genetika dasar
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
1 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
2 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
DAFTAR ISI
Cover .............................................................................................................................. 1
Daftar Isi ....................................................................................................................... 2
Kronologi Perkembangan Ilmu Genetika ..................................................................... 3
Aplikasi Ilmu Genetika dalam Bidang Pertanian ......................................................... 5
Ilmu Genetika dalam Bidang Peternakan dan Kesehatan ........................................... 10
Daftar Pustaka ............................................................................................................. 11
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
3 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
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
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
4 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
'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
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
5 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
dari bioteknologi 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 :
1. Membuat tanaman yang resisten terhadap hama
2. Membuat tanaman yang resisten terhadap herbisida
3. Membuat tanaman yang resisten terhadap serangga
4. Mengatur pertumbuhan rumput di lapangan golf
5. Membuat tanaman yang toleran terhadap panas yang ekstreme
6. Membuat tanaman yang toleran terhadap kekeringan
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
6 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
7. Membuat tanaman yang toleran terhadap logam berat dalam tanah
8. Membuat tanaman yang toleran terhadap kadar garam yang tinggi
9. Membuat tanaman yang toleran terhadap radiasi sinar Ultra Violet
10. Membuat tanaman yang toleran terhadap keterbatasan mineral
11. Membuat tanaman yang dapat menghasilkan produksi lebih
12. Membuat obat atau vaksin dari zat-zat yang terkandung dalam tanaman
13. 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.
14. 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
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
7 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
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 .
15. 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
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
8 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
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,
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
9 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
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.
16. Analisa sifat suatu tanaman berdasarkan analisa sel sehingga manusia dapat
menerapkan cara pembudidayaan yang tepat dan pengolahan hasilnya lebih
lanjut.
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
10 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
17. 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.
18. Mencari sifat heterosis dengan breeding pada tanaman sehingga mutu dan
jumlah produksi naik.
19. Mengefisiensikan gen-gen dan membuat bibit unggul untuk kepentingan
persilangan-persilangan konvensional.
20. 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).
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI
11 FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2013
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