Bioteknologi Tanaman Genus Curcuma (1)

Tanaman genus Curcuma menjadi sangat penting bagi perkembangan dunia pengobatan secara global karena memiliki potensi penghambatan terhadap berbagai macam gejala penyakit seperti anti peradangan, hypoclorestaemik, kolera, anti biotik, anti diabetes, anti kanker, anti virus, dan anti rheumatik. Tanaman genus Curcuma telah digunakan sebagai bahan obat  untuk mengatasi penyakit Alzheimer’s serta penggunaan lain sebagai anti serangga, aroma terapi, dan industri parfum.

Beberapa spesies dari tanaman Curcuma juga telah digunakan sebagai bahan baku pada industri karbohidrat, dan bunga potong. Beberapa nilai ekonomi genus curcuma diterangkan pada tabel 1.

Sumber : Parthasarathy et al. 2006

Bioteknologi sebagai salah satu ilmu terapan telah lama digunakan pada beberapa penelitian tanaman genus Curcuma sejak 3-4 dekade yang lalu. Curcuma longa L. atau dikenal dengan kunyit merupakan tanaman temu-temuan yang digunakan sebagai bahan baku berbagai jenis masakan. Tanaman kunyit telah menjadi fokus beberapa peneliti khususnya dalam bidang bioteknologi. Ada beberapa kegiatan yang berhubungan dengan bioteknologi yang telah dilakukan dan mencakup dalam tiga kegiatan besar diantaranya : kultur jaringan, marka molekuler, dan transformasi genetik. Marka molekuler dan transformasi genetik akan disampaikan pada tulisan selanjutnya, Bioteknologi Tanaman Genus Curcuma (2)

Kultur Jaringan

Penelitian kultur jaringan telah banyak dilakukan hingga menghasilkan beberapa protokol untuk propagasi tanaman genus Curcuma secara in vitro, kultur suspensi sel sebagai penapisan varietas dengan sifat unggulan dan digunakan pula untuk konservasi tanaman.

Pengaruh eksplan dan media. Diantara berbagai macam eksplan yang telah dicoba, tunas rimpang merupakan material yang paling banyak digunakan pada propagasi tanaman  genus Curcuma. Media MS (Murashige and Skoog) secara luas telah dikembangkan dengan penambahan zat pengatur tumbuh tanaman benzil adenin (BA) atau benzil amino purin (BAP) untuk memberikan pengaruh terhadap proliferasi tunas pada propagasi klonal secara in vitro. Hasil penelitian menunjukan respon yang beragam terhadap pengaruh BAP, artinya setiap spesies memiliki respon yang berbeda-beda. Selain penggunaan sitokinin secara tunggal, kombinasi sitokinin dengan auksin seperti NAA, kinetin, IBA, 2,4D, TDZ dan IAA pada media solid maupun cair memberikan pengaruh terhadap berkurangnya jumlah kalus, multiplikasi tunas dari tunas rimpang, dan pembungaan pada beberapa tanaman genus Curcuma. Hasil penelitian pada Curcuma zedoaria menunjukan terbentuknya kalus dari hypertropheid cortical sel parenkim pada eksplan akar. Penggunaan sukrosa telah digunakan sebagai sumber karbon terbaik bagi eksplan tanaman genus Curcuma.

This slideshow requires JavaScript.

Induksi Mutasi in Vitro. Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada bahan genetik (DNA maupun RNA), baik pada taraf urutan gen (disebut mutasi titik) maupun pada taraf kromosom. Meskipun secara biologi sebagian terbesar mutasi menyebabkan gangguan pada kebugaran (fitness) individu, bahkan kematian, mutasi sebenarnya adalah salah satu kunci bagi kemampuan beradaptasi suatu jenis (spesies) terhadap lingkungan baru atau yang berubah. Sisi positif ini dimanfaatkan oleh sejumlah bidang biologi terapan. Induksi mutasi tanaman kunyit telah dilakukan pada beberapa varietas “Suvarna” dan “Prabha” dengan menggunakan bahan kimia EMS (ethil methane sulfonat), dan secara fisik menggunakan iradiasi sinar gamma yang menghasilkan cytotypes dengan mengubah sejumlah kromosom.

Gamma chamber ukuran kecil

Keterangan menunjukan mesin diproduksi oleh India

Gamma chamber untuk sampel tanaman

Produksi Microrhizome secara In Vitro. Microrhizome memiliki keunggulan dibandingkan dengan rimpang pada umumnya, karena memiliki keuntungan dalam hal pengemasan dan transportasi, disamping konservasi plasma nutfah. Induksi microrhizome telah dilakukan dan memperoleh hasil yang menggembirakan. Dengan penggunaan media MS dan zat pengatur tumbuh BAP, NAA dan ancymidol dengan penambahan hingga 10% sukrosa telah bisa dihasilkan microrhizome pada minggu ke 8, dan cukup baik saat diaklimatisasi ke lapangan. Secara teknis induksi microrhizome dilakukan dengan menghambat kinerja BAP dan meningkatkan konsentrasi glukosa maka akan menghasilkan microrhizome yang lebih baik. Percobaan dilakukan pada media cair dengan penambahan BA dan mengurangi fotoperiodisitas yang diamati selama 30 hari.

This slideshow requires JavaScript.

Pemanfaatan Energi Nuklir (Pemuliaan Mutasi)

Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada bahan genetik (DNA maupun RNA), baik pada taraf urutan gen (disebut mutasi titik) maupun pada taraf kromosom. Mutasi pada tingkat kromosomal biasanya disebut aberasi. Mutasi pada gen dapat mengarah pada munculnya alel baru dan menjadi dasar munculnya variasi-variasi baru pada spesies.

Mutasi terjadi pada frekuensi rendah di alam, biasanya lebih rendah daripada 1:10.000 individu. Mutasi di alam dapat terjadi akibat zat pembangkit mutasi (mutagen, termasuk karsinogen), radiasi surya, radioaktif, sinar ultraviolet, sinar X, serta loncatan energi listrikseperti petir.

Individu yang memperlihatkan perubahan sifat (fenotipe) akibat mutasi disebut mutan. Dalam kajian genetik, mutan biasa dibandingkan dengan individu yang tidak mengalami perubahan sifat (individu tipe liar atau “wild type”).

Mutasi somatik adalah mutasi yang terjadi pada sel somatik, yaitu sel tubuh seperti sel kulit. Mutasi ini tidak akan diwariskan pada keturunannya. Mutasi Gametik adalah mutasi yang terjadi pada sel gamet, yaitu sel organ reproduksi yang meliputi sperma dan ovum pada manusia. Karena terjadinya di sel gamet, maka akan diwariskan kepada keturunannya.

Pada umumnya, mutasi itu merugikan, mutannya bersifat letal dan homozigot resesif. Namun mutasi juga menguntungkan, diantaranya, melalui mutasi, dapat dibuat tumbuhan poliploid yang sifatnya unggul. Contohnya, semangka tanpa biji, jeruk tanpa biji, buah stroberi yang besar, dll. Mutasi ini juga menjadi salah satu kunci terjadinya evolusi di dunia ini.

Terbentuknya tumbuhan poliploid ini menguntungkan bagi manusia, namun merugikan bagi tumbuhan yang mengalami mutasi, karena tumbuhan tersebut menjadi tidak bisa berkembang biak secara generatif.

Bahan-bahan yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut MUTAGEN. Mutagen dibagi menjadi 3, yaitu:

• Mutagen bahan kimia, contohnya adalah kolkisin dan zat digitonin. Kolkisin adalah zat yang dapat menghalangi terbentuknya benang-benang spindel pada proses anafase dan dapat menghambat pembelahan sel pada anafase.
• Mutagen bahan fisika, contohnya sinar ultraviolet, sinar radioaktif, dan sinar gamma. Sinar ultraviolet dapat menyebabkan kanker kulit.
• Mutagen bahan biologi, diduga virus dan bakeri dapat menyebabkan terjadinya mutasi. Bagian virus yang dapat menyebabkan terjadinya mutasi adalah DNA-nya.

Berdasarkan bagian yang dimutasi dapat dibedakan menjadi :

Mutasi titik

Mutasi titik merupakan perubahan pada basa N dari DNA atau RNA. Mutasi titik relatif sering terjadi namun efeknya dapat dikurangi oleh mekanisme pemulihan gen. Mutasi titik dapat berakibat berubahnya urutan asam amino pada protein, dan dapat mengakibatkan berkurangnya, berubahnya atau hilangnya fungsi enzim. Teknologi saat ini menggunakan mutasi titik sebagai marker (disebut SNP) untuk mengkaji perubahan yang terjadi pada gen dan dikaitkan dengan perubahan fenotipe yang terjadi.contoh mutasi gen adalah reaksi asam nitrit dengan adenin menjadi zat hipoxanthine. Zat ini akan menempati tempat adenin asli dan berpasangan dengan sitosin, bukan lagi dengan timin.

Aberasi

Mutasi kromosom, sering juga disebut dengan mutasi besar/gross mutation atau aberasi kromosom adalah perubahan jumlah kromosom dan susunan atau urutan gen dalam kromosom. Mutasi kromosom sering terjadi karena kesalahan meiosis dan sedikit dalam mitosis.Aneuploidiadalah perubahan jumlah n-nya. Dalam hal ini, “n” menandakan jumlah set kromosom. Sebagai contoh, sel tubuh manusia memiliki 2 paket kromosom sehingga disebut 2n, dimana satu paket n manusia berjumlah 23 kromosom. Aneuploidi dibagi menjadi 2, yaitu: >> Autopoliploidi, yaitu n-nya mengganda sendiri karena kesalahan meiosis. >> Allopoliploidi, yaitu perkawinan atau hibrid antara spesies yang berbeda jumlah set kromosomnya.Aneusomiadalah perubahan jumlah kromosom. Penyebabnya adalah anafase lag (peristiwa tidak melekatnya beneng-benang spindel ke sentromer) dan non disjunction (gagal berpisah).Aneusomi pada manusia dapat menyebabkan:Sindrom Turner, dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya 45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita Sindrom Turner berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular disgenesis).Sindrom Klinefelter, kariotipe (22 AA+XXY), mengalami trisomik pada kromosom gonosom. Penderita Sindrom Klinefelter berjenis kelamin laki-laki, namun testisnya tidak berkembang (testicular disgenesis) sehingga tidak bisa menghasilkan sperma (aspermia) dan mandul (gynaecomastis) serta payudaranya tumbuh.Sindrom Jacobs, kariotipe (22AA+XYY), trisomik pada kromosom gonosom. Penderita sindrom ini umumnya berwajah kriminal, suka menusuk-nusuk mata dengan benda tajam, seperti pensil,dll dan juga sering berbuat kriminal. Penelitian di luar negeri mengatakan bahwa sebagian besar orang-orang yang masuk penjara adalah orang-orang yang menderita Sindrom Jacobs.Sindrom Patau, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada kromosom autosom. kromosom autosomnya mengalami kelainan pada kromosom nomor 13, 14, atau 15.Sindrom Edward, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada autosom. Autosom mengalami kelainan pada kromosom nomor 16,17, atau 18. Penderita sindrom ini mempunyai tengkorak lonjong, bahu lebar pendek, telinga agak ke bawah dan tidak wajar.Delesi Terjadi ketika sebuah fragmen kromosom patah dan hilang pada saat pembelahan sel. Kromosom tempat fragmen tersebut berasal kemudian akan kehilangan gen-gen tertentu. Namun dalam beberapa kasus, fragmen patahan tersebut dapat berikatan dengan kromosom homolog menghasilkan Duplikasi.Fragmen tersebut juga dapat melekat kembali pada kromosom asalnya dengan arah terbalik dan menghasilkan Inversi

Pemanfaatan mutasi

Meskipun secara biologi sebagian terbesar mutasi menyebabkan gangguan pada kebugaran (fitness) individu, bahkan kematian, mutasi sebenarnya adalah salah satu kunci bagi kemampuan beradaptasi suatu jenis (spesies) terhadap lingkungan baru atau yang berubah. Sisi positif ini dimanfaatkan oleh sejumlah bidang biologi terapan.

Terapi sel-sel tumor

Aplikasi radiasi sinar mengion (dikenal sebagai radioterapi, seperti penyinaran dengan sinar X) dan kemoterapi untuk menghambat perkembangan sel-sel tumor dan kanker pada dasarnya adalah menginduksi mutasi pada sel-sel kanker sebagai targetnya. Agensia mutasi tersebut akan menyebabkan sel-sel target berhenti tumbuh karena tidak mampu lagi memperbanyak diri.

Pemuliaan Tanaman

Pemaparan tanaman terhadap radiasi sinar mengion, seperti sinar gamma dari Co-60, atau terhadap beberapa kemikalia, seperti EMS dan DS, dalam waktu dan kadar tertentu juga digunakan untuk menginduksi mutasi. Dalam penerapan ini, mutasi tidak ditujukan untuk mematikan sel, tetapi untuk mengubah susunan basa nitrogen pada DNA atau untuk menyebabkan mutasi segmental. Harapannya adalah ada beberapa sel yang akan mengalami mutasi yang menguntungkan. Dengan demikian, tidak hanya sedikit yang dipaparkan, tetapi ribuan sampai ratusan ribu individu.Cara pemuliaan dengan bantuan mutasi ini kebanyakan dilakukan terhadap tanaman hortikultura, seperti tanaman sayuran dantanaman hias (ornamental). Batan telah menghasilkan beberapa kultivar unggul padi yang dirakit melalui mutasi.

Penanaman Benih Hasil Radiasi Sinar Gama

Pemuliaan Mutasi ( Kunjungan ke BATAN)