KONTROL GENETIK PROSES METABOLISME TUMBUHAN DAN REGULASI EKSPRESI GEN SERTA PERKEMBANGAN TANAMAN
Di ambil dari tugas mata kuliah teman saya I Putu Yudhiarta
Perkembangan merupakan hasil gabungan interaksi proses genetik dengan lingkungan. Genetik merupakan sumber informasi yang dimiliki oleh sel dari suatu organisme, yang mengotrol aktivitas fisiologi dan biokimia sejalan dengan arah perkembangannya. Tetapi potensi genetik ini hanya akan berkembang apabila ditunjang oleh lingkungan yang cocok yang memberikan fasilitas kepada organisme dalam melaksanakan aktivitasnya.
Setiap sel hidup pada tumbuhan akan memperoleh kelengkapan genetik yang diturunkan dari induknya dan merupakan sumber informasi untuk melaksanakan kegiatan pertumbuhan dan perkembangan. Sumber-sumber informasi ini berada dalam inti sel dan setiap sel hidup menerima kelengkapan informasi genetik yang asli yang diterimanya pada saat proses pembelahan pembelahan sel terjadi. Informasi genetik yang tepat perlu diterima oleh setiap sel, sehingga setiap organ pada tumbuhan dapat berkembang pada jalur yang tepat. Dalam perjalanan proses perkembangan menuju terbentuknya suatu individu tumbuhan yang utuh dan lengkap, setiap informasi genetik yang tidak relevan atau tidak dibutuhkan akan ditahan atau disimpan dan tidak digunakan.
Dalam pemanfaatan informasi genetik dalam kaitannya dengan perkembangan akan menyangkut proses pengaktifan gen, selanjutnya mRNA akan ditranskripsi. mRNA yang diturunkan dari DNA pada gen ini telah terpolakan susunan asam amino yang akan membentuk protein enzim tertentu, yang selanjutnya akan digunakan dalam kegiatan metabolisme dalam sel yangs sesuai dengan arah perkembangannya.
Aktif dan inaktifnya gen ditentukan oleh bekerja tidaknya represor. Represoe ini akan menghambat kerja gen operator, sehingga gen struktural tidak dapat bekerja. Disini terlihat bahwa faktor genetik akan menentukan gen struktural mana yang bekerja dan protein dan enzim mana yang dibentuk. Yang mampu menghilangkan hambatan represor adalah efektor yang dapat berupa substrat yag harus dipecah oleh enzim. Dapat ditarik analogikan bahwa lingkungan dapat menentukan protein apa atau gen mana yang aktif bekerja sehingga terjadi diferensiasi. Senyawa yang dihasilkan oleh aktivitas gen dapat pula menghambat kerja gen, karena senyawa itu dapat mengaktifkan represor sehingga memblokir kerja gen operator. Hambatan kerja gen dapat terjadi kerena histon salah satu protein penyusun DNA. Sebagai bagian dari protein struktural histon dapat menghambat aktivitas gen diseluruh kromosom atau bagian kromosom tertentu saja, atau histon itu menghambat aktivitas gen tertentu saja.
Proses pengaktifan gen-gen tersebut harus berjalan dalam urutan yang tepat, artinya tahap pengaktifan akan merupakan prasyarat untuk pengaktifan berikutnya.
Secara umum, bagaimana mekanisme proses pengaktifan tersebut dilaksanakan, telah diusulkan oleh ilmuwan Prancis F. Jacob dan J. Monod seperti terlihat pada gambar yang dikenal dengan nama sistem operon berikut ini.
Jacob dan Monod menggambarkan mekanisme pengontrolan sintesis protein, diatur oleh gen pengatur(regulator gene), gen operator(operator gene), dan gen struktur(struktural gene). Kombinasi gen operator dengan gen struktur disebut operon. Mekanisme kerja operon ini dikatakan bahwa gen struktur yang memprogram mRNA untuk enzim yang lebih spesifik, berada dalam kelompok atau sendirian, masing-masing berkombinasi dengan suatu gen operator yang berfungsi mengatur gen struktur menjadi aktif atau dalam keadaan terbuka, dan menjadi tidak aktif atau dalam keadaan tertutup. Gen pengatur yang letaknya terpisah(bukan bagian dari operon) membentuk suatu molekul pengatur (suatu protein) yang disebut repressor yang menjaga gen operator dalam keadaan tertutup, sehingga operon berada dalam keadaan tidak aktif. Hadirnya atau penambahan suatu molekul yang disebut induser, yang bergabung dengan atau mentidakaktifkan “repressor”, memberi kesempatan kepada gen operator untuk berada dalam keadaan terbuka, sehingga operon diaktifkan. Beberapa molekul lain yang disebut korepresor dapat bertindak menutup gen, dengan cara mengaktifkan represor kembali sehingga operon menjadi tertutup dan menjadi tidak aktif. Molekul-molekul induser dan korepressor dapat merupakann metyabolit sederhana yang terlibat dalam urutan reaksi atau metabolisme.
Tidaklah sukar untuk membayangkan bahwa beberapa aktivitas metabolisme sel berkaitan dengan pertumbuhan (misalnya sintesis dinding sel), menghasilkan molekul yang disamping sebagai senyawa antara dalam sintesis dinding sel, dapat pula bertindak sebagai induser operon yang memprogram pembentukan mRNA yang akan mensintesis enzim sitoplasmik. Senyawa-senyawa ini lebih lanjut dapat menghasilkan senyawa antara yang akan merangsang sintesis komponen-komponen struktur dan
lain-lain. Pada beberapa tahap, beberapa senyawa antara atau produk aktivitas metabolisme dapat pula bertindak sebagai korepresor operon sebelumnya, sesuai dengan urutannya.
Proses pengaktifan satu atau kelompok operon yang spesifik akan selalu mengarah pada satu pola perkembangan. Arah perkembangan pada satu tingkat perkembangan(juvenile) dapat sangat berbeda dengan arah perkembangan pada tingkat yang lain (dewasa), meskipun kedua-duanya dikontrol oleh operon yang sama.
Keragaman penampilan tanaman terjadi akibat perbedaan sifat dalam tanaman (genetik) atau perbedaan keadaan lingkungan atau kedua-duanya.
P = G + L
P : fenotif(sifat yang tampak)
G : genetik
L : lingkungan
Perbedaan susunan genetik merupakan salah satu fakor penyebab keragaman penampilan tanaman. Biji yang diperoleh dari penyerbukan silang antara tanaman dari jenis yang berbeda akan mempunyai susunan genetik yang berbeda. Program genetik – suatu untaian susunan genetik yang akan diekspresikan pada suatu fase atau keseluruhan fase pertumbuhan – yang berbeda dapat diekspresikan pada berbagai sifat tanaman yang mencakup bentuk dan fungsi tanaman yang menghasilkan keragaman pertumbuhan tanaman. Pada tanaman yang menyerbuk sendiri pun, susunan genetik dapat berbeda di antara biji yang berasal dari tanaman berbeda bahkan mungkin tanaman yang sama. Mutasi, fenomena yang menggambarkan peristiwa perubahan bahan genetik secara tiba-tiba dan dapat diwariskan, sudah umum dikenal. Mutasi dapat terjadi karena kekeliruan dalam pemindahan informasi genetik daei suatu generasi ke generasi berikutnya. Sekalipun replikasi DNA terjadi melalui dua sistem koreksi yaitu oleh DNA itu sendiri dan enzim DNA polymerase. Mutasi dapat juga terjadi karena pengaruh faktor luar yang dikenal dengan istilah mutagen seperti radiasi sinar tertentu dan bahan kimia.
Kerusakan DNA yang dapat menghasilkan susunan genetik yang berbeda dapat terjadi pada biji selama penyimpanan. Ini berhubungan dengan terbentuknya radikal(gugus) bebas yaitu molekul yang mengandung elektron yang tidak berpasangan. Zat ini yang sangat reaktif, membiak sendiri dan berada dalam berbagai produksi biologis – dapat mengakibatkan gangguan metabolisme termasuk kerusakan DNA. Sebagai contoh, radikal bebas oksigen terlibat dalam kerusakan DNA melalui pengrusakan basa dan gugusan fosfat gula. Reaksi biokimia yang dapat membawa pembentukan radikal bebas mencakup proses metabolisme penting seperti transfer elektron, oksidasi substrat, metabolisme lemak dan mekanisme pertahanan patologi.
Keragaman penampilan tanaman akibat perbedaan susunan genetik selalu mungkin terjadi sekalipun bahan tanam yang digunakan berasal dari jenis tanaman yang sama. Namun perlu diingat bahwa susunan genetik yang berbeda tidak selalu seluruhnya diekspresikan, hanya hanya diekspresikan sebagian yang mungkin mengakibatkan hanya sedikit perubahan penampilan tanaman. Oleh karena itu suatu portanyaan dapat timbul tentang besaran sumbangan faktor genetik terhadap total keragaman penampilan tanaman. Apabila bahan tanam yang mempunyai susunan genetik yang berbeda ditanam pada kondisi lingkungan yang sama, maka keragaman tanaman yang muncul dapat dihubungkan dengan perbedaan susunan genetik, dengan catatan bahwa faktor lain dapat berpengaruh konstan. Pengaruh suatu susunan genetik terhadap keragaman tanamn dapat ditafsirkan dengan melibatkan keadaan llingkungan yang berbeda. Dalam keadaan demimkian, suatu perbandingan relatif dapat dibuat antara pengaruh genetik dan lingkungan terhadap keragaman tanaman.
Salah satu analisis yang umum digunakan untuk mengevaluasi sumbangan perbedaan genetik terhadap keragaman penampilan tanaman adalah heritabilitas, yaitu suatu ukuran tingkat pengaruh genetik terhadap fenotip. Dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
h2 = V(P) – V(E)/V(P)
dimana V(P) adalah keragaman individu dalam suatu populasi, akibat perbedaan genetik dan perbedaan lingkungan dan V(E) keragaman lingkungan. Akan tetapi tanaman tingkat tinggi bukanlah suatu organisme yang ideal untuk menyelesaikan suatu siklus cukup panjang. Tanaman tahunan misalnya dapat membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk dapat menyelesaikan siklus hidup secara lengkap.
Akan tetapi dalam suatu percobaan, bahan tanam seperti biji atau atau bagian vegetatif selalu berasal dari varietas yang sama kecuali untuk tujuan pengujian spesies atau varietas. Sehingga perbedaan genetik sebagai sumber keragaman dapat dihilangkan. Sekalipun demikian, ini tidak berarti bahwa faktor ini dapat diabaikan begitu saja, bahkan harus diingat setiap saat melaksanakan penelitian agar sikap hati-hati tetap dilakukan untuk menekan keragaman yang bersumber dari perbedaan genetik.
DAFTAR PUSTAKA
Sasmitamihardja, Drajat dan Arbasyah Siregar. 1996. Fisiologi Tumbuhan.
Bandung: ITB
Salisburry, Frank B. Dan Cleon W. Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 3.
Bandung : ITB
Sitompul S.M. dan Bambang Guritno. 1995. Yogyakarta : UGM
Perkembangan merupakan hasil gabungan interaksi proses genetik dengan lingkungan. Genetik merupakan sumber informasi yang dimiliki oleh sel dari suatu organisme, yang mengotrol aktivitas fisiologi dan biokimia sejalan dengan arah perkembangannya. Tetapi potensi genetik ini hanya akan berkembang apabila ditunjang oleh lingkungan yang cocok yang memberikan fasilitas kepada organisme dalam melaksanakan aktivitasnya.
Setiap sel hidup pada tumbuhan akan memperoleh kelengkapan genetik yang diturunkan dari induknya dan merupakan sumber informasi untuk melaksanakan kegiatan pertumbuhan dan perkembangan. Sumber-sumber informasi ini berada dalam inti sel dan setiap sel hidup menerima kelengkapan informasi genetik yang asli yang diterimanya pada saat proses pembelahan pembelahan sel terjadi. Informasi genetik yang tepat perlu diterima oleh setiap sel, sehingga setiap organ pada tumbuhan dapat berkembang pada jalur yang tepat. Dalam perjalanan proses perkembangan menuju terbentuknya suatu individu tumbuhan yang utuh dan lengkap, setiap informasi genetik yang tidak relevan atau tidak dibutuhkan akan ditahan atau disimpan dan tidak digunakan.
Dalam pemanfaatan informasi genetik dalam kaitannya dengan perkembangan akan menyangkut proses pengaktifan gen, selanjutnya mRNA akan ditranskripsi. mRNA yang diturunkan dari DNA pada gen ini telah terpolakan susunan asam amino yang akan membentuk protein enzim tertentu, yang selanjutnya akan digunakan dalam kegiatan metabolisme dalam sel yangs sesuai dengan arah perkembangannya.
Aktif dan inaktifnya gen ditentukan oleh bekerja tidaknya represor. Represoe ini akan menghambat kerja gen operator, sehingga gen struktural tidak dapat bekerja. Disini terlihat bahwa faktor genetik akan menentukan gen struktural mana yang bekerja dan protein dan enzim mana yang dibentuk. Yang mampu menghilangkan hambatan represor adalah efektor yang dapat berupa substrat yag harus dipecah oleh enzim. Dapat ditarik analogikan bahwa lingkungan dapat menentukan protein apa atau gen mana yang aktif bekerja sehingga terjadi diferensiasi. Senyawa yang dihasilkan oleh aktivitas gen dapat pula menghambat kerja gen, karena senyawa itu dapat mengaktifkan represor sehingga memblokir kerja gen operator. Hambatan kerja gen dapat terjadi kerena histon salah satu protein penyusun DNA. Sebagai bagian dari protein struktural histon dapat menghambat aktivitas gen diseluruh kromosom atau bagian kromosom tertentu saja, atau histon itu menghambat aktivitas gen tertentu saja.
Proses pengaktifan gen-gen tersebut harus berjalan dalam urutan yang tepat, artinya tahap pengaktifan akan merupakan prasyarat untuk pengaktifan berikutnya.
Secara umum, bagaimana mekanisme proses pengaktifan tersebut dilaksanakan, telah diusulkan oleh ilmuwan Prancis F. Jacob dan J. Monod seperti terlihat pada gambar yang dikenal dengan nama sistem operon berikut ini.
Jacob dan Monod menggambarkan mekanisme pengontrolan sintesis protein, diatur oleh gen pengatur(regulator gene), gen operator(operator gene), dan gen struktur(struktural gene). Kombinasi gen operator dengan gen struktur disebut operon. Mekanisme kerja operon ini dikatakan bahwa gen struktur yang memprogram mRNA untuk enzim yang lebih spesifik, berada dalam kelompok atau sendirian, masing-masing berkombinasi dengan suatu gen operator yang berfungsi mengatur gen struktur menjadi aktif atau dalam keadaan terbuka, dan menjadi tidak aktif atau dalam keadaan tertutup. Gen pengatur yang letaknya terpisah(bukan bagian dari operon) membentuk suatu molekul pengatur (suatu protein) yang disebut repressor yang menjaga gen operator dalam keadaan tertutup, sehingga operon berada dalam keadaan tidak aktif. Hadirnya atau penambahan suatu molekul yang disebut induser, yang bergabung dengan atau mentidakaktifkan “repressor”, memberi kesempatan kepada gen operator untuk berada dalam keadaan terbuka, sehingga operon diaktifkan. Beberapa molekul lain yang disebut korepresor dapat bertindak menutup gen, dengan cara mengaktifkan represor kembali sehingga operon menjadi tertutup dan menjadi tidak aktif. Molekul-molekul induser dan korepressor dapat merupakann metyabolit sederhana yang terlibat dalam urutan reaksi atau metabolisme.
Tidaklah sukar untuk membayangkan bahwa beberapa aktivitas metabolisme sel berkaitan dengan pertumbuhan (misalnya sintesis dinding sel), menghasilkan molekul yang disamping sebagai senyawa antara dalam sintesis dinding sel, dapat pula bertindak sebagai induser operon yang memprogram pembentukan mRNA yang akan mensintesis enzim sitoplasmik. Senyawa-senyawa ini lebih lanjut dapat menghasilkan senyawa antara yang akan merangsang sintesis komponen-komponen struktur dan
lain-lain. Pada beberapa tahap, beberapa senyawa antara atau produk aktivitas metabolisme dapat pula bertindak sebagai korepresor operon sebelumnya, sesuai dengan urutannya.
Proses pengaktifan satu atau kelompok operon yang spesifik akan selalu mengarah pada satu pola perkembangan. Arah perkembangan pada satu tingkat perkembangan(juvenile) dapat sangat berbeda dengan arah perkembangan pada tingkat yang lain (dewasa), meskipun kedua-duanya dikontrol oleh operon yang sama.
Keragaman penampilan tanaman terjadi akibat perbedaan sifat dalam tanaman (genetik) atau perbedaan keadaan lingkungan atau kedua-duanya.
P = G + L
P : fenotif(sifat yang tampak)
G : genetik
L : lingkungan
Perbedaan susunan genetik merupakan salah satu fakor penyebab keragaman penampilan tanaman. Biji yang diperoleh dari penyerbukan silang antara tanaman dari jenis yang berbeda akan mempunyai susunan genetik yang berbeda. Program genetik – suatu untaian susunan genetik yang akan diekspresikan pada suatu fase atau keseluruhan fase pertumbuhan – yang berbeda dapat diekspresikan pada berbagai sifat tanaman yang mencakup bentuk dan fungsi tanaman yang menghasilkan keragaman pertumbuhan tanaman. Pada tanaman yang menyerbuk sendiri pun, susunan genetik dapat berbeda di antara biji yang berasal dari tanaman berbeda bahkan mungkin tanaman yang sama. Mutasi, fenomena yang menggambarkan peristiwa perubahan bahan genetik secara tiba-tiba dan dapat diwariskan, sudah umum dikenal. Mutasi dapat terjadi karena kekeliruan dalam pemindahan informasi genetik daei suatu generasi ke generasi berikutnya. Sekalipun replikasi DNA terjadi melalui dua sistem koreksi yaitu oleh DNA itu sendiri dan enzim DNA polymerase. Mutasi dapat juga terjadi karena pengaruh faktor luar yang dikenal dengan istilah mutagen seperti radiasi sinar tertentu dan bahan kimia.
Kerusakan DNA yang dapat menghasilkan susunan genetik yang berbeda dapat terjadi pada biji selama penyimpanan. Ini berhubungan dengan terbentuknya radikal(gugus) bebas yaitu molekul yang mengandung elektron yang tidak berpasangan. Zat ini yang sangat reaktif, membiak sendiri dan berada dalam berbagai produksi biologis – dapat mengakibatkan gangguan metabolisme termasuk kerusakan DNA. Sebagai contoh, radikal bebas oksigen terlibat dalam kerusakan DNA melalui pengrusakan basa dan gugusan fosfat gula. Reaksi biokimia yang dapat membawa pembentukan radikal bebas mencakup proses metabolisme penting seperti transfer elektron, oksidasi substrat, metabolisme lemak dan mekanisme pertahanan patologi.
Keragaman penampilan tanaman akibat perbedaan susunan genetik selalu mungkin terjadi sekalipun bahan tanam yang digunakan berasal dari jenis tanaman yang sama. Namun perlu diingat bahwa susunan genetik yang berbeda tidak selalu seluruhnya diekspresikan, hanya hanya diekspresikan sebagian yang mungkin mengakibatkan hanya sedikit perubahan penampilan tanaman. Oleh karena itu suatu portanyaan dapat timbul tentang besaran sumbangan faktor genetik terhadap total keragaman penampilan tanaman. Apabila bahan tanam yang mempunyai susunan genetik yang berbeda ditanam pada kondisi lingkungan yang sama, maka keragaman tanaman yang muncul dapat dihubungkan dengan perbedaan susunan genetik, dengan catatan bahwa faktor lain dapat berpengaruh konstan. Pengaruh suatu susunan genetik terhadap keragaman tanamn dapat ditafsirkan dengan melibatkan keadaan llingkungan yang berbeda. Dalam keadaan demimkian, suatu perbandingan relatif dapat dibuat antara pengaruh genetik dan lingkungan terhadap keragaman tanaman.
Salah satu analisis yang umum digunakan untuk mengevaluasi sumbangan perbedaan genetik terhadap keragaman penampilan tanaman adalah heritabilitas, yaitu suatu ukuran tingkat pengaruh genetik terhadap fenotip. Dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
h2 = V(P) – V(E)/V(P)
dimana V(P) adalah keragaman individu dalam suatu populasi, akibat perbedaan genetik dan perbedaan lingkungan dan V(E) keragaman lingkungan. Akan tetapi tanaman tingkat tinggi bukanlah suatu organisme yang ideal untuk menyelesaikan suatu siklus cukup panjang. Tanaman tahunan misalnya dapat membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk dapat menyelesaikan siklus hidup secara lengkap.
Akan tetapi dalam suatu percobaan, bahan tanam seperti biji atau atau bagian vegetatif selalu berasal dari varietas yang sama kecuali untuk tujuan pengujian spesies atau varietas. Sehingga perbedaan genetik sebagai sumber keragaman dapat dihilangkan. Sekalipun demikian, ini tidak berarti bahwa faktor ini dapat diabaikan begitu saja, bahkan harus diingat setiap saat melaksanakan penelitian agar sikap hati-hati tetap dilakukan untuk menekan keragaman yang bersumber dari perbedaan genetik.
DAFTAR PUSTAKA
Sasmitamihardja, Drajat dan Arbasyah Siregar. 1996. Fisiologi Tumbuhan.
Bandung: ITB
Salisburry, Frank B. Dan Cleon W. Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 3.
Bandung : ITB
Sitompul S.M. dan Bambang Guritno. 1995. Yogyakarta : UGM
