REKAYASA GENETIK DENGAN MEMANFAATAN GEN CRY Bacillus thuringiensis UNTUK
MENINGKATKAN KETAHANAN TANAMAN TERHADAP SERANGAN HAMA
Abstrak
Meningkatnya jumlah penduduk, adanya
degradasi dan alih fungsi lahan mengakibatkan menurunnya produksi tanaman.
Penurunan produksi semakin diperparah dengan adanya serangan Organisme
Pengganggu Tanaman (OPT) baik oleh kerusakan fisik (hama), gangguan fisiologis
dan biokimia (penyakit) maupun persaingan ruang, air dan unsur hara (gulma).
Hal ini mendorong para ilmuwan untuk menghasilkan tanaman yang tahan terhadap serangan
OPT. Salah satu teknik yang digunakan adalah dengan memanfaatkan gen Cry Bacillus thuringiensis.
Gen cry Bt bersifat insektisidal (membunuh serangga). Hal ini mengakibatkan
adanya pemanfaatan gen cry Bt serangan Hama.
Kata kunci : Organisme Pengganggu Tanaman (OPT), Produksi
Pertanian, gen Cry Bacillus
thuringiensis, insektisidal.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya jumlah
penduduk, degradasi lahan, dan alih fungsi lahan mengakibatkan semakin
menurunnya produksi tanaman. Penurunan produksi pertanian akan semakin
diperparah dengan adanya serangan organisme pengganggu tanaman (OPT) baik
berupa kerusakan secara fisik (hama), gangguan secara fisiologis dan biologis
secara terus-menerus (penyakit) maupun kompetisi ruang, air dan unsur hara
(gulma). Hal ini mendorong para ilmuwan untuk menghasilkan tanaman yang tahan
terhadap serangan OPT. Salah satu teknologi yang digunakan oleh para ilmuwan
adalah dengan rekayasa genetika. Dimana dalam rekayasa genetika ini bertujuan menghasilkan tanaman tahan OPT.
Rekayasa genetika merupakan salah
satu usaha yang dilakukan dalam rangka memuliakan tanaman. Pemuliaan tanaman adalah usaha-usaha
yang dilakukan untuk mengubah susunan genetik tanaman, baik individu maupun
secara bersama-sama (populasi) dengan tujuan tertentu. Rekayasa genetika dibidang
pertanian tersebut bertujuan mendapatkan organisme (tanaman) baru yang memiliki
sifat lebih baik yaitu tahan terhadap serangan OPT. Salah satu teknologi
rekayasa genetika yang digunakan dalam menghasilkan tanaman tahan Hama adalah
dengan memanfaatkan gen cry Bacillus
thuringiensis melalui teknik transfer gen.
Tujuan
Tujuan
dari Makalah ini adalah untuk mengetahui pentingnya rekayasa genetika dengan
memanfaatkan gen Cry Bacillus
thuringiensis dalam menghasilkan tanaman yang tahan terhadap serangan hama.
PEMBAHASAN
Rekayasa
Genetika
Rekayasa genetika adalah salah satu
teknologi yang digunakan dalam memuliakan tanaman. Rekayasa genetika ini
meliputi kegiatan merubah susunan gen (merekayasa gen) suatu organisme, dengan
tujuan mendapatkan sifat unggul yang diinginkan. Salah satu sifat unggul
kaitannya dengan peningkatan produksi tanaman (pertanian) adalah menghasilkan
tanaman yang tahan terhadap Hama. Salah satu metode yang digunakan dalam
rekayasa genetika adalah melakukan penyisipan (transfer) gen Kristal Bacillus thuringiensis.
Bacillus thuringiensis
Bacillus thuringiensis (Bt)
merupakan bakteri gram-positif berbentuk batang dan memproduksi kristal
protein di inclusion body nya pada saat ia bersporulasi. Bt ini hanya
tumbuh pada fase vegetatif jika nutrien (suplai makanannya) berlimpah. Namun
bila suplai makanannya menurun maka akan membentuk spora dorman yang
mengandung satu atau lebih jenis kristal protein. Kristal ini mengandung
protein yang disebut δ-endotoksin, yang bersifat lethal jika dimakan oleh
serangga yang peka. Hal ini mengakibatkan adanya pemanfaatan gen cry (kristal)
oleh para ilmuwan dalam rekayasa genetik untuk menghasilkan tanaman transgenik
tahan hama. Adapun gen kristal protein (Bt) yang sudah dimanfaatkan dan
diketahui sasaran OPT nya ada beberapa kelas (Tabel 1).
Tabel 1. Klasifikasi
kristal protein (Cry) Bacillus thuringiensis dan spesifikasi
terhadap serangga dan nematoda (Margino dan Mangundihardjo, 2002)
|
No.
|
Kelas Kristal Protein Bt
|
Sasaran OPT
|
|
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
|
I Cry1Aa, Cry1Ab,
Cry1Ac, Cry1Cb, Cry1F
II CryIIA, CryIIB,
CryIIC
III CryIIIA, CryIIIB,
CryIIIC
IV CryIVB, CryIVC
V CryV
VI CryVI
IX CryIXF
X CryX
|
Lepidoptera
Lepidoptera
Coleoptera
Diptera
Lepidoptera dan Coleoptera
Nematoda
Lepidoptera
Lepidoptera
|
Bacillus
thuringiensis dalam
rekayasa genetika
Keunggulan Bt di dalam mengendalikan serangga hama
telah membuat para ilmuwan untuk mengembangkan penelitian lebih lanjut, dengan
memanfaatkan dan memanipulasi gen Cry
(cristal protein). Gen Cry dimasukkan dalam sel tanaman, sehingga gen Bt itu
terexpresikan pada tanaman. Bt-modified transgenic plants terseut telah terbukti mempatogen
serangga. Rekayasa genetik dengan memanfaatkan gen cry ini telah dikembangkan
pada pertengahan tahun 1980-an dan berkembang secara luas di USA, dimana untuk
pertama kalinya pada tahun 1996 kapas transgenik telah tersedia secara
komersial, dan penelitian tersebut telah berkembang pada tanaman tomat, kentang
dan tembakau.
Perakitan
Tanaman Transgenik dengan gen Cry Bacillus
thuringiensis
Tanaman transgenik merupakan hasil
rekayasa gen dengan cara disisipi satu atau sejumlah gen. Gen yang dimasukkan
disebut transgene. Gen tersebut bisa diisolasi dari tanaman tidak sekerabat
atau spesies yang lain sama sekali. Salah satunya adalah penyisipan gen bakteri
Bacillus thuringiensis (Bt) pada
tanaman. Penyisipan gen ini bertujuan untuk menghasilkan tanaman yang tahan
hama.
Adapun perakitan
tanaman transgenik dengan Bt meliputi beberapa prosedur, antara lain :
1.
Isolasi gen
Isolasi gen cry dilakukan dengan dengan menyeleksi strain Bt yang
terbaik, yaitu memiliki potensi menghambat pertumbuhan serangga yang terbaik.
2.
Memodifikasi gen cry sehingga fungsi biologisnya lebih
baik
Modifikasi gen dilakukan dengan
teknik rekombinan DNA. Teknik ini bertujuan
memanipulasi gen cry Bt sehingga strain Bt menjad lebih baik lagi baik
dari segi formulasi, host range,
toksisitas maupun sifat Bt itu sendiri.. Salah satu teknik yang digunakan
adalah menempatkan gen cry Bt di vektor yang berupa plasmid bakteri. Hal ini
mengakibatkan modifikasi gen cry dapat dilakukan dengan perbaikan bakteri. Perbaikan
bakteri dilakukan dengan cara protoplas transformasi, transduksi, dan
konyugasi. Selain itu, Perbaikan sifat
Bt juga dapat dilakukan dengan cara mengawinkan strain-strain (mixture
culture) untuk pertukaran plasmid di antara strain Bt. Setelah didapatkan
strain Bt yang diinginkan, dilakukan perbanyakan gen (Kloning gen). Pada tahapan kloning gen, DNA
asing akan dimasukkan ke dalam vektor kloning (agen
pembawa DNA) yaitu plasmid. Kemudian,
DNA
diperbanyak seiring dengan perkembangbiakan bakteri tersebut. Selanjutnya
ditransfer ke tanaman.
3.
Mentransfer gen tersebut ke tanaman
Beberapa gen yang mengkode Bt toksin
yang telah berhasil dikloning, diintroduksikan ke dalam sel tanaman menggunakan
teknik rekombinan (metode transformasi DNA) yang
diperantarai bakteri Agrobacterium tumefaciens.
4.
Membentuk produk tanaman transgenik.
Pembentukan tanaman transgenik
terjadi ketika gen cry Bt di introduksikan ke dalam tanaman. Adapun introduksi
gen ini meliputi beberapa langkah diantaranya adalah :
a.
Membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai
dengan penanda yang spesifik.
b.
Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke
jaringan
c.
Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang
ditransformasikan.
d.
Uji coba kultur tersebut di lapangan.
Setelah proses transfer DNA selesai, dilakukan seleksi
sel daun untuk mendapatkan sel yang berhasil disisipi gen asing. Hasil seleksi
ditumbuhkan menjadi kalus (sekumpulan
sel yang belum terdiferensiasi) hingga nantinya terbentuk akar dan tunas. Apabila telah terbentuk tanaman
muda (plantlet), maka dapat dilakukan pemindahan ke tanah dan sifat baru
tanaman dapat diamati.
Terintegrasinya gen Bt di dalam sel
tanaman ini dapat memperpanjang peluang Bt dalam mengendalikan hama dan
meningkatkan efektifitas pengendalian.
Sumber :
Suslow (2002)
Cara
Kerja Bacillus thuringiensis pada
tanaman transgenik.
B. thuringiensis adalah
bakteri yang menghasilkan kristal protein yang bersifat membunuh serangga (insektisidal)
sewaktu mengalami proses sporulasinya (Hofte dan Whiteley, 1989). Kristal
protein yang bersifat insektisidal ini sering disebut dengan δ-endotoksin.
Kristal ini merupakan pro toksin yang jika larut dalam usus serangga akan
berubah menjadi polipeptida yang lebih pendek (27-149 kd) dan bersifat
insektisidal. Pada umumnya kristal Bt di alam bersifat protoksin, karena aktivitas
proteolisis dalam sistem pencernaan serangga, mengubah Bt protoksin menjadi polipeptida
yang lebih pendek dan bersifat toksin. Toksin yang telah aktif berinteraksi
dengan sel-sel epithelium di midgut serangga. Bukti-bukti telah menunjukkan
bahwa toksin Bt ini menyebabkan terbentuknya pori-pori (lubang yang sangat
kecil) di sel membran di sa-luran pencernaan dan mengganggu keseimbangan
osmotik dari sel-sel tersebut. Karena keseimbangan osmotik terganggu, sel
menjadi bengkak dan pecah. Hal ini menyebabkan matinya serangga (Hofte dan
Whiteley, 1989).
KESIMPULAN
Bacillus
thuringiensis memiliki gen cry (gen kristal) bersifat insektisidal
(membunuh hama). Hal ini mengakibatkan pentingnya rekayasa genetika dengan memanfaatan
gen cry Bacillus thuringiensis. Adapun
hasil dari rekayasa genetik tersebut adalah menghasilkan tanaman yang tahan terhadap
serangan hama.
DAFTAR
PUSTAKA
Bahagiawati. 2001. Managemen
Resistensi Serangga Hama Pada Tanaman Transgenik Bt.
Buletin Agrobio 4(1): 1- 8.
Dent, D.R. 1993. The
Use Of Bacilllus thuringiensis As Insecticide.
In Jones, D.G. (Ed.). Exploition of Microorganisms. Chapman and
Hall, p. 19-44
Fieldman, J. and T. Stone. 1997. The
Development Of A Comprehensive Resistance Management Plan For Potatoes
Expressing The Cry3a Endotoxin. In Carozzi, N.
and M. Koziel (Eds.). Advance in Insect Control. The Role of Transgenic
Plants. Taylor and Francis. p. 49-61.
Hofte, H. and H.R. Whiteley. 1989. Insecticidal
Crystal Proteins Of Bacillus thuringiensis.
Microbiol. Rev. 53: 42-255.
Margino, S. dan S. Mangundihardjo. 2002. Pemanfaatan
Keanekaragaman Hayati Untuk
Biopestisida Di Indonesia.
Lokakarya Keanekaragaman Hayati untuk Perlindungan Tanaman. Yogyakarta, 7
Agustu 2002.
Matten, S. 1998. EPA
Regulation Of Resistance Management Of Bt Plant Pesticide.
A seminar presented at a joint Annual meeting ESA and APS, Las Vegas, Nevada,
November 8-12, 1998.
Schuler, T.H., G.M. Poppy, B.R. Kerry, and I. Denholm. 1999. Potential Side Effects Of
Insectresistant Trans-Genic
Plants On Arthropod Natural Enemies. TibTech. 17:210-216.
Suslow T.V, Bruce R.T. ,
Kent J.B. 2002. Biotecnology Provides New Tools for Plant
Breeding. Agricultural Biotechnology. California, Division of Agriculture
and Natural Resources. Http://anrcatalog.ucdavis.edu
