Category Archives: Genetika

International Symposium on Natural Medicines 2017

bTanggal 24-25 Agustus 2017 Alhamdulillah saya berkesempatan menghadiri salah satu simposium internasional di Kota Hujan, Bogor. Kegiatan yang bertajuk International Symposium on Natural Medicines tersebut mengambil tema  Sustainable Use of Natural Products for Human Health and Welfare. Berbagai peserta mulai dari beberapa negara Asia hingga Afrika turut hadir dalam kegiatan tersebut. Buah kerjasama antara Tropical Biopharmaca Research Center IPB, Metabolomics Research Cluster IPB, dan The Indonesian association of Natural Drugs Researchers membuahkan kegiatan yang  bagi saya sangat membuka wawasan kami yang saat ini sedang ini bergerak dalam penelitian tanaman obat.

Kegiatan yang dilaksanakan di IPB International Convention Center tersebut dibagi menjadi  dua sub kegiatan besar diantaranya pertama, seminar yang menghadirkan pembicara terkemuka dari Indonesia, Malaysia, Thailand, Jepang, dan Sudan. Kedua presentasi oral dan poster. Pada presentasi oral dan poster, panitia memberikan kesempatan kepada peneliti untuk menyampaikan hasil penelitian yang telah dilakukan. Sebanyak 152 orang peserta hadir pada kegiatan tersebut yang terdiri dari 75 peserta poster sisanya presentasi oral. Alhamdulillah pada kesempatan ini saya mempresentasikan poster dengan judul “ In vitro multiplication and Acclimatization of Curcuma aeruginosa”. Poster ini saya buat bersama dengan Ibu Dr. Nurul Khumaida dan Ibu Dr.  Sintho Wahyuning Ardie.  Poster ini merupakan gambaran atas penelitian yang telah saya lakukan selama beberapa tahun ke belakang. Pembiakan tanaman temu ireng secara in vitro, mulai dari sterilisasi hingga aklimatisasi.

e

Kegiatan simposium diawali dengan presentasi yang disampaikan oleh Bapak Prof Ocky Karna Radjasa yang merupakan perwakilan dari Direktorat Penelitian dan Jasa Kementerian Pendidikan Tinggi. Dalam presentasi yang disampaikan selama kurang lebih 30 menit beliau menyampaikan Bioprospecting of Marine Microbial Symbion. Dalam presentasinya dijelaskan bagaimana besarnya potensi yang dimiliki oleh Indonesia yang memiliki garis pantai yang cukup panjang dan keanekaragaman hayati yang tinggi. Potensi bangsa yang begitu besar ini belum dieksploitasi dengan optimal. Beliau mengungkapkan betapa besarnya potensi hewan invetebrata laut sebagai sumber produk alam yang memiliki keragaman komponen kimia yang tinggi dan berpotensi sebagai bahan baku obat dan industri. Namun brbagai macam potensi yang begitu besar dari laut kita belum bisa dimanfaatkan secara optimal. Permasalahan utamanya adalah bahwa berlimpahnya sumber daya alam di lautan ternyata belum dibarengi dengan perolehan senyawa bahan aktif yang diuji baik pre klinis maupun studi klinis. Di akhir penjelasan beliau menyampaikan bahwa penelitian mengenai produksi metabolit sekunder yang meliputi penapisan senyawanya dapat kita perhatian mikrobial penghasil metabolit sekunder perlu dilakukan lebih sistematis.

ad

Pembicara kedua menghadirkan Ibu Prof Nor Hadiani Ismail, pengajar University Teknologi MARA, Malaysia. Sebagai negara yang dianugerahi hutan hujan tropis luas, memiliki keanekaragaman hayati yang cukup besar.  Penelitian eksplorasi tumbuhan obat terus dilakukan khususnya spesies yang telah diketahui khasiatnya secara empiris oleh masyarakat.  Beberapa spesies yang sedang dikembangkan meliputi Ficus deltoida, Renellia elliptica, dan Goniothalamus lanceolatus. Hal yang menarik disampaikan oleh Prof  Tohru Mitsunaga  dari Ghifu University yang meneliti pengaruh efek terapi dari kayu cedar Jepang terhadap aktifitas mahasiswanya di kampus. Setiap mahasiswa yang diberikan perlakuan dengan minyak kayu cedar dalam ruangan belajarnya memiliki tingkat relaksasi yang cukup tinggi. Bahkan percobaan sebelumnya dilaporkan bahwa ekstrak kayu cedar mampu menurunkan bobot badan dari mencit. Hingga saat ini formulasi kayu cedar masih dalam penelitian khususnya sebagai bahan baku obat diet.

Hal yang menarik untuk disimak adalah pemaparan yang disampaikan oleh Prof Sandra Arifin Aziz yang berjudul “Producing Standarized Raw Material in Medicinal Plant Cultivation.” Pembicara ini sekaligus menutup seminar internasional tersebut. Dalam pemaparannya beliau menyampaikan bahwa Standard Operating Prosedure (SOP) dari budidaya tanaman obat sangat diperlukan untuk memperoleh bahan baku obat yang berkualitas. Kulaitas bahan baku ini sangat penting karena berhubungan erat dengan kualitas persenyawaan yang dihasilkan oleh tanaman obat tersebut. Dengan menyiapkan standar yang baik kita dapat mencegah infeksi penyakit baik penyakit yang sedang berkembang, maupun penyakit di masa depan yang dapat berpengaruh terhadap  kualitas dan kuantitas persenyawaan yang dihasilkan. Mempersiapkan bahan baku tumbuhan obat dalam aspek budidaya bukanlah hal yang mudah. Beberapa faktor saling berpengaruh antara satu dengan yang lainnya. Faktor-faktor tersebut diantaranya ukuran bahan baku, pembibitan, penanaman tanaman di lahan, peningkatan produktifitas tanaman, pemanenan pada berbagai fase pertumbuhan, dan produksi komponen bioaktif.

Semoga seminar ini memberikan sumbangsih yang possitif bagi perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya penelitian tumbuhan obat, baik sektor hulu (budidaya) maupun aspek hilir (teknologi). Jika bukan kita siapa lagi, jika bukan kita kapan lagi.

f

MODEL REPRODUKSI DAN BIOLOGI PEMBUNGAAN UBI KAYU

IMG_0770
Tanaman ubi kayu yang sudah berbuah

Pada umumnya ubikayu diperbanyak secara vegetatif, perbanyakan dilakukan dengan memanfaatkan batang yang telah dewasa saat panen untuk ditanam di penanaman berikutnya. Bagi rekan-rekan yang belum pernah mendengar buah atau bunga ubikayu tentunya tidak menyangka bahwa ubikayu juga bisa dikembangkan secara generatif. Walaupun demikian benih seksual dapat diproduksi ubi kayu dengan mudah melalui reproduksi generatif bergantung pada varietas dan tempat tumbuh ubi kayu. Secara alami perbanyakan secara generatif telah membentuk keragaman genetik pada tingkat petani. Sumber utama keragaman genetik ubi kayu untuk kelompok ubi kayu asal/indigenous yang terdapat pada hutan Amazon diperoleh melalui pertumbuhan benih ubi kayu lokal.

Ubikayu merupakan tanaman  monoceous (berumah satu) dengan bunga jantan dan bunga betina dalam satu tanaman. Bunga jantan memiliki jumlah yang lebih banyak bila dibandingkan dengan bunga betina. Pola pembungaan termasuk ke dalam protoginia, dimana bunga betina terbuka terlebih dahulu bila dibandingan dengan bunga betina.  Walaupun demikian pembukaan bunga betina dan jantan secara stimultan dapat terjadi selama pembungaan pada tanaman yang sama. Sehingga dapat terjadi penyerbukan sendiri dan penyerbukan silang.

Benih yang diperoleh melalui perbanyakan seksual digunakan pada program pemuliaan tanaman yang mana secara luas terjadi segregasi pada seluruh sifat tanaman yang diturunkan. hal itu menyebabkan terjadinya populasi yang memiliki heterozigositas tinggi. Benih  ubi kayu dapat digunakan sebagai filter dari serangan virus/penyakit dan dapat digunakan sebagai alternatif perbanyakan pada ubi kayu.

FAKTOR YANG BERPENGARUH TERHADAP PEMBUNGAAN  TANAMAN UBIKAYU

Faktor yang mempengaruhi pembungaan pada ubi kayu termasuk genotipe, kelembapan, kesuburan lahan, photoperiod, dan suhu lingkungan. Kebanyakan varietas ubi kayu dapat berbunga. Hal itu menunjukan bahwa terdapat terdapat hubungan antara kemampuan berbunga dengan  dengan tipe percabangan. Varietas dengan sedikit atau tidak memiliki percabangan memiliki kesulitan dalam berbunga walaupun secara fisiologis tanaman yang pertama berbunga ke emit percabangan. Rata-rata percabangan menurun ketika tanaman mengalami stress air. Permulaan pembungaan bergantung pada jumlah percabangan selama periode stres sementara pembungaan juga berkurang pada tanaman yang bercabang.

IMG_5331
Bunga jantan ubi kayu

Pembungaan ubi kayu dapat tertunda atau tidak sama sekali karena rendahnya kesuburan tanah. Walaupun demikian, tingginya produksi bunga dan buah dapat dilihat di tanah yang miskin hara.  tingginya pembungaan pada ubi kayu terjadi saat fotoperiode lebih dari 13.5 jam. melaporkan bahwa 24oC  adalah temperatur ideal untuk pembungaan ubi kayu dan perubahan ke atas atau ke bawah dari suhu tersebut dapat menguangi pembungaan. Pembungaan intensif di bawah kondisi semi arid altitude (+800 m dpl) dan tanah yang miskin hara juga ditemukan pada beberapa aksesi.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HIBRIDISASI DAN PRODUKSI BENIHTANAMAN UBIKAYU

Faktor yang mempengaruhi proses hibridisasi pada ubi kayu termasuk tidak berbunganya dan atau rendahnya produksi bunga dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu genotipe, terhambatnya synchrony pada periode pembungaan pada genotipe tertentu dan mandul jantan. Perbedaan tingkatan dari mandul jantan telah diteliti pada beberapa varietas ubi kayu.  Peneliti mempelajari variasi morfologi dari beberapa varietas ubi kayu dan melaporkan bahwa 20% varietas tersebut kehilangan anter dan mengalami mandul jantan. Ketika mengamati beberapa aksesi telah teridentifikasi beberapa tanaman ubi kayu mengalami mandul jantan. Mandul jantan dapat terjadi karena disebabkan oleh beberapa faktor yang diantaranya tapetum yang tidak normal, anomali sitologi, yang mana menyebabkan tidak adanya anter pada tanaman tersebut.

 

TEKNIK HIBRIDISASI TANAMAN UBIKAYU

Hibridisasi ubikayu secara umum dilakukan dengan dua metode penyerbukan, yaitu penyerbukan terbuka dan penyerbukan terkontrol.

Penyerbukan terbuka. Metode ini merupakan metode yang cukup sederhana dan sangat ekonomis digunakan untuk menentukan variabilitas genetik yang sangat baik. Walaupun demikian terdapat kerugian dari penyerbukan sendiri yaitu kehilangan identitas induk jantan. Keberhasilan metode ini bergantung pada tetua dengan jumlah yang cukup banyak dan memiliki karakteristik yang saling melengkapi. Itu akan menjadi tidak efisien karena bergantung pada jumlah polen dari genotipe yang tak diketahui yang mengambil bagian pada peristiwa penyerbukan silang serta mengurangi kemungkinan memperoleh individu segregan yang superior.

Teknik penyerbukan secara terbuka membutuhkan beberapa informasi dasar untuk digunakan seperti tipe spesies yang akan menjadi agen dalam proses penyerbukan, dinamisasi dari angkutan polen oleh agen dan rata-rata penyerbukan sendiri. Bunga ubi kayu memproduksi nektar yang mana menarik serangga untuk datang. Lebah secara umum merupakan agen penyerbukan pada ubi kayu. Penelitian yang dilakukan oleh CIAT bahwa serangga terdistribusi hampir 90% dari polen sejauh radius 10 meter yang mana menentukan jarak minimum diantara berbagai pencegahan terhadap persilangan yang terkontaminasi polen dari luar.

  1. Penyerbukan sendiri dapat terjadi pada beberapa tanaman diantara pembungaan yang berbeda atau diantara tanaman dengan varietas yang sama yang secara fisik dipisahkan pada lahan. Kemungkinan terbesar penyerbukan sendiri pada ubi kayu ditentukan pada kebun dimana satu genotipe. Model yang digunakan untuk menduga rataan hibridisasi maksimal, meminimalkan rataan penyerbukan sendiri dan mencegah kontaminasi dari polen luar yang tak diinginkan sangatlah diperlukan. Sehingga teknik kali silang sangat disarankan pada tanaman ubi kayu.
  2. Multiple Crosses (MC). MC diantara kelompok dari genotipe yang diisolasi di kebun percobaan sangat disarankan untuk lebih mengefisienkan penggunakan teknik. Efisiensi teknik ini dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor a) jarak tanam antara satu blok dengan blok lainnya b) tingkat incompability diantara genotipe c) periode pembungaan dan lamanya pembungaan d) Kualitas dari bahan tanaman e) aktivitas penyerbukan yang ditentukan oleh serangga f) Arah angin.Populasi tanaman yang seimbang secara genetik dapat ditentukan dengan memasukan data habit pembungaan dari genotipe seperti kapasitas pembungaan, pembungaan onset time, jumlah produksi bunga, sinkronisasi periode pembungaan pada genotipe dan anomali seperti male sterility dan produksi benih rendah.

Penyerbukan terkontrol (Controlled polination). Metode ini diketahui sebagai metode yang paling eisien sebab kita bisa mengetahui kedua tetuanya. Jantan dan betina sehingga mengurangi resiko unsiderable persilangan atau penyerbukan sendiri. Walaupun demikian jumlah benih yang diproduksi setiap persilangan lebih rendah dan biaya yang digunakan pun lebih tinggi. Penyerbukan terkontrol pada ubi kayu dapat dilakukan secara manual atau persilangan dialel. Kesamaan dari beberapa teknik persilangan, pengetahuan akan kapasitas pembungaan, flowering onset, dan jumlah bunga yang diproduksi merupakan hal yang sangat penting apalagi tingkat kesuburan dari bunga betina.

Persilangan manual (manual pollination). Kerusakan mekanis pada struktur bunga dari tanaman harus dihindari untuk suksesnya teknik ini. Secara normal bunga jantan dan bunga betina tidak matang secara bersamaandalam sekali mekar, beberapa bunga jantan mekar setelah bunga betina.  Bunga betina harus dijaga sebelum mereka terbuka, perlu diketahui mereka terbuka sepanjang hari. Ukuran bunga dapat menidikasikan kematangan bunga walaupun hal ini bergantung pada varietas. Walaupun demikian menjaga pendugaan dari bunga betina terbuka bergantung pada kehadiran droplet bergelatineyang mana terbentuk di dalam bunga. Lahan persilangan dikunjungi pada setiap pagi untuk mengidentifikasi masing-masing apakah akan berbunga hari itu atau tidak. Dengan hati-hati mengambil petal dari bunga betina dan bunga jantan yang mana nampak mencapai pertumbuhan maksimum, gelatenous droplet dapat teridentifikasi yang mana bunga akan terbuka hari itu dan siap untuk melalukan penyerbukan dan pembuahan.

Bunga betina yang terdapat droplet dibungkus dengan kantong yang melindunginya dari kontaminasi dari polen di luar ketika periode pembukaan. Bags terbuat dari light fabrics yang dirokemdasikan untuk melindungi dari iklim mikro yang mana bisa menyebabkan berkembangnya jamur khususnya antraknosa yang mana mampu mengganggu terbentuknya buah. Bag itu berukuran 20 cmx15 cm dan dapat menutupi seluruh bagian yang terbuka.

Buah, bunga jantan dan bunga betina yang subur atau bunga yang mana tidak terbuka, sebaiknya di buang dengan gunting. Pada waktu yang bersamaan bunga jantan harus sudah dikumpulkan dan ditempatkan pada wadah tertutup, yangsebelumnya diidentifikasi dan diberihkan dengan menggunakan alkohol. Bunga jantan dikumpulkan terlebih dahulu sebab periode pembukaan sangat pendek, yang mana ditentukan oleh kecepatan dispersal dari pollen grains oleh serangga dan pollen grain oleh kontaminasi. Kontak antara anther dengan stigma bunga betina sudah cukup untuk meyakinkan terjadinya penyerbukan.

Beberapa pemulia tanaman merekomendasikan menutup bunga sesaat setelah penyerbukan terjadi untuk mencegah kontaminasi oleh polen lain dan datangnya Anastrepha sp. Walaupun demikian lebih banyak menyebabkan hilangnya bunga yang telah mengalami penyerbukan. Masing masing teknik penyerbukan menghasilkan rata-rata 2 benih. Persen fertilisasi bergantung pada efisiensi dari teknik penyerbukan yang diaplikasikan dan viabilitas polen. Lebih dari 80% sukses dapat dicapai apabila dalam pelaksanaannya tidak mengalami masalah. Pemulia yang terlatih sanggup melakukan persilangan hingga 60 bunga per hari. Dua setengah hingga tiga bulan merupakan waktu yang diperlukan untuk pembentukan buah, pematangan, dan pelepasan.

IMG20170220092411

`

Teknik Isolasi DNA

Komponen utama kromosom pada eukariota adalah molekul DNA dan protein histon. Protein histon ini bersifat basa, sehingga dapat menetralkan sifat asam dari DNA. Pada dasarnya sel mengandung dua asam nukleat, yaitu RNA dan DNA. DNA yang dijumpai di nukleus disebut DNA kromosomal, DNA lain yang terdapat dalam sel di luar nukleus yaitu DNA mitokondria, DNA kloroplas, DNA plasmid, ketiganya disebut DNA ekstrakromosomal.

Proses denaturasi dan renaturasi molekul DNA tergantung pada banyak faktor. Seperti temperatur, T-melting (Tm) yang tinggi menyebabkan untai ganda DNA akan terurai menjadi untai tunggal, tetapi bila temperatur ini diturunkan secara perlahan maka terjadi renaturasi menjadi untai heliks ganda DNA seperti semula. Derajat keasaman (pH) yang ekstrim (pH10) maka DNA akan terdenaturasi. Selain kedua faktor itu, konsentrasi iso elektrolit seperti Na+ dan K serta ratio kandungan antara basa nukleotida GC terhadap AT, misal tingginya kandungan GC akan memperlambat proses denaturasi molekul DNA.

Untuk memperoleh isolat DNA dari sampel ada beberapa hal yang harus dilakukan dengan benar, yaitu

  1. Pemecahan dinding sel-sel atau jaringan yang akan diisolasi DNA-nya, seperti sel-sel darah merah, kultur sel bakteri, dan jaringan hewan atau tanaman. Sel-sel dari kultur sel atau bakteri disentrifugasi dengan kecepatan 8.000-10.000 rpm selama 10 menit.

Pemecahan dinding bakteri dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu:

(1)   Secara fisik: sel dipecah dengan kekuatan mekanik atau resonansi

(2)   Secara kimiawi : sel dirusak dengan buffer lisis berisi senyawa kimia yang dapat merusak intregitas barrier dinding sel, senyawa kimia yang dipakai biasanya, al.: lisosim, EDTA (etilen diamin tetra asetat), Tris-Cl, atau deterjen, SDS (sodium dodecyle sulphate).

  1. Debris sel dipisahkan dari larutan DNA.
  2. Presipitasi RNA dan protein agar diperoleh DNA yang murni.
  3. Presipitasi DNA dengan ethanol dingin
  4. Pemurnian DNA dari ekstrak sel dengan menggunakan salah satu kemikalia seperti berikut ini: Fenol, Fenol : kloroform, Isopropanol, Fenol:kloroform:isoamylalkohol.
  5. Selain itu untuk pemurnian DNA dari kontaminan protein digunakan enzim protease yaitu Pronase atau Proteinase-K, dan kontaminan RNA dengan menggunakan RNase.
  6. Pemisahan DNA dari molekul RNA dan protein dapat dilakukan dengan menggunakan densitas gradien sentrifugasi Cesium Chlorida (CsCl), dengan cara ini DNA akan terpisah pada band yang berbeda dengan protein dan RNA bahkan antara linier DNA dan sirkuler DNA. Selain itu, dengan menggunakan garam dengan konsentrasi tinggi, seperti 0,25 M sodium acetate atau 0,1 M sodium chlorida.
  7. Presipitasi akhir DNA dapat dilakukan dengan menggunakan ethanol yang dingin dibawah kondisi ionik yang kuat. Dan dicuci dengan EtOH 70%.
  8. Pellet DNA dilarutkan dengan buffer TE atau ddH2O steril.

Preparasi DNA bakteriophage atau virus

Preparasi DNA bakteriophage atau virus, sedikit agak berbeda dengan sel-sel bakteri, yaitu:

  1. Phage diisolasi dari kultur sel-sel yang terinfeksi.
  2. Dilakukan sentrifugasi dengan ultra sentrifugasi, sampai diperoleh supernatan berisi phage dan terpisah dari kultur selnya (dalam bentuk endapan atau pellet).
  3. Tambahkan PEG (poli ethilen glikol) + NaCl untuk presipitasi partikel phage, sentrifugasi dan diperoleh pellet phage murni.

DNA dari sel-sel atau jaringan tanaman

Sedangkan preparasi DNA dari sel-sel atau jaringan tanaman yang harus diperhatikan adalah jaringan tanaman diperlakukan terlebih dahulu dalam Nitrogen cair (NO2) dan segera dilakukan penggerusan agar diperoleh ekstrak sel yang halus. Kemudian ekstrak sel diperlakukan dengan ekstrak buffer yang dicampur dengan b-merkaptoethanol (fresh), dan selanjutnya seperti jaringan atau organisme yang lain.