Rekayasa genetika

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)

Http://anrcatalog.ucdavis.edu

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

kata-kata mutiara

Motivation

The Power Within

You are stronger than you think,

Remember to stand tall.

Every challenge in your life helps you to grow.

Every problem you encounter,

Strengthens your mind and your soul.

Every trouble you overcome,

Increases your understanding of life.

When all your troubles weigh heavily on your shoulders,

Remember that beneath the burden you can stand tall,

Because you are never given more than you can handle...

And you are stronger than you think.

-lisa w.-

                                                                                                                         

A Smile

It cost nothing, but creates much.

It enriches those who receive, without impowerishing those who give.

It happens in a flash and the memory of it lasts forever.

None are so rich they can get along without it and none so poor but are richer for its benefits.

It creates happiness in the home, fasters good will in a business, and is the countersign of friends.

It is rest to the weary, daylight to the discouraged, sunshine to the sad, and nature’s best antidote for trouble.

Yet it cannot be bought, begged, borrowed, or stolen, for it is something that is no earthly good to anybody till it is given away!

If someone is too tired to give you a smile, leave one of yours.

For, nobody needs a smile so much as those who have none to give.

-Author Unknown

Life’s Journey

Do not undermine your worth by comparing yourself with others.

It is because we are different that each of us is special.

Do not set your goals by what other people deem important.

Only you know what is best for you.

Do not take for granted the things closest to your heart.

Cling to them as you would your life, for without them,

Life is meaningless.

Do not let your life slip through your fingers by living in the past

Nor for the future.

By living your life one day at a time, you life all of the day of your life.

Do not give up when you still have something to give.

Nothing is really over until the moment you stop trying.

Do not be afraid to admit that you are less than perfect.

It is this fragile thread that binds us to each other.

Do not be afraid to encounter risks.

It is by taking chances that we learn how to be brave.

Do not shut love out of your life by saying it is impossible to find.

The quickest way to receive love is to give love.

The fastest way to lose love is to hold it too tightly.

Today’s Dream are Tomorrow’s Successes

Dont be afraid of high hopes

Or plans that seem to be out of reach.

Life is meant to be experienced,

And every situation allows for learning and  growth.

Motivation is a positive starting point,

and action places you on a forward path.

A dream is a blueprint of a goal not yet achieved;

The only difference between the two

Is the effort involved in attaining what you hope to accomplish.

Let your mind and heart urge you on;

Allow the power of your will to lead you to your destination.

Dont count the steps ahead;

Just add up the total of steps already covered,

And multiply it by faith, confidence, and endurance.

Always remember that for those who persist,

Today’s dreams are transformed into tomorrows successes.

-kelly D. Caron

DORMANSI

Dormansi adalah suatu keadaan berhenti tumbuh yang dialami organisme hidup atau bagiannya sebagai tanggapan atas suatu keadaan yang tidak mendukung pertumbuhan normal. Dengan demikian, dormansi merupakan suatu reaksi atas keadaan fisik atau lingkungan tertentu. Pemicu dormansi dapat bersifat mekanis, keadaan fisik lingkungan, atau kimiawi.

PENYEBAB TERJADINYA DORMANSI

Benih yang mengalami dormansi ditandai oleh :

• Rendahnya / tidak adanya proses imbibisi air.

• Proses respirasi tertekan / terhambat.

• Rendahnya proses mobilisasi cadangan makanan.

• Rendahnya proses metabolisme cadangan makanan.

Kondisi dormansi mungkin dibawa sejak benih masak secara fisiologis ketika masih berada pada tanaman induknya atau mungkin setelah benih tersebut terlepas dari tanaman induknya. Dormansi pada benih dapat disebabkan oleh keadaan fisik dari kulit biji dan keadaan fisiologis dari embrio atau bahkan kombinasi dari kedua keadaan tersebut.

Secara umum menurut Aldrich (1984), Dormansi dikelompokkan menjadi 3 tipe yaitu :

• Innate dormansi (dormansi primer)

• Induced dormansi (dormansi sekunder)

• Enforced dormansi

Sedangkan menurut Sutopo (1985) Dormansi dikelompokkan menjadi 2 tipe yaitu :

• Dormansi Fisik, dan

• Dormansi Fisiologis

Dormansi Fisik disebabkan oleh pembatasan struktural terhadap perkecambahan biji, seperti kulit biji yang keras dan kedap sehingga menjadi penghalang mekanis terhadap masuknya air atau gas-gas ke dalam biji.

Beberapa penyebab dormansi fisik adalah :

• ·         Impermeabilitas kulit biji terhadap air

Benih-benih yang termasuk dalam type dormansi ini disebut sebagai "Benih keras" karena mempunyai kulit biji yang keras dan strukturnya terdiri dari lapisan sel-sel serupa palisade berdinding tebal terutama di permukaan paling luar. Dan bagian dalamnya mempunyai lapisan lilin dan bahan kutikula.

• ·         Resistensi mekanis kulit biji terhadap pertumbuhan embrio

Disini kulit biji cukup kuat sehingga menghalangi pertumbuhan embrio. Jika kulit biji dihilangkan, maka embrio akan tumbuh dengan segera.

• ·         Permeabilitas yang rendah dari kulit biji terhadap gas-gas

Pada dormansi ini, perkecambahan akan terjadi jika kulit biji dibuka atau jika tekanan oksigen di sekitar benih ditambah. Pada benih apel misalnya, suplai oksigen sangat dibatasi oleh keadaan kulit bijinya sehingga tidak cukup untuk kegiatan respirasi embrio. Keadaan ini terjadi apabila benih berimbibisi pada daerah dengan temperatur hangat.

• ·         Dormansi Fisiologis,

Dormansi Fisiologis dapat disebabkan oleh sejumlah mekanisme, tetapi pada umumnya disebabkan oleh zat pengatur tumbuh, baik yang berupa penghambat maupun perangsang tumbuh.

Beberapa penyebab dormansi fisiologis adalah :

• ·         Immaturity Embrio

Pada dormansi ini perkembangan embrionya tidak secepat jaringan sekelilingnya sehingga perkecambahan benih-benih yang demikian perlu ditunda. Sebaiknya benih ditempatkan pada tempe-ratur dan kelembaban tertentu agar viabilitasnya tetap terjaga sampai embrionya terbentuk secara sempurna dan mampu berkecambah.

• ·         After ripening

Benih yang mengalami dormansi ini memerlukan suatu jangkauan waktu simpan tertentu agar dapat berkecambah, atau dika-takan membutuhkan jangka waktu "After Ripening". After Ripening diartikan sebagai setiap perubahan pada kondisi fisiologis benih selama penyimpanan yang mengubah benih menjadi mampu berkecambah. Jangka waktu penyimpanan ini berbeda-beda dari beberapa hari sampai dengan beberapa tahun, tergantung dari jenis benihnya.

• ·         Dormansi Sekunder

Dormansi sekunder disini adalah benih-benih yang pada keadaan normal maupun berkecambah, tetapi apabila dikenakan pada suatu keadaan yang tidak menguntungkan selama beberapa waktu dapat menjadi kehilangan kemampuannya untuk berkecambah. Kadang-kadang dormansi sekunder ditimbulkan bila benih diberi semua kondisi yang dibutuhkan untuk berkecambah kecuali satu. Misalnya kegagalan memberikan cahaya pada benih yang membutuhkan cahaya.

Diduga dormansi sekunder tersebut disebabkan oleh perubahan fisik yang terjadi pada kulit biji yang diakibatkan oleh pengeringan yang berlebihan sehingga pertukaran gas-gas pada saat imbibisi menjadi lebih terbatas.

• ·         Dormansi yang disebabkan oleh hambatan metabolis pada embrio.

Dormansi ini dapat disebabkan oleh hadirnya zat penghambat perkecambahan dalam embrio. Zat-zat penghambat perkecambahan yang diketahui terdapat pada tanaman antara lain : Ammonia, Abcisic acid, Benzoic acid, Ethylene, Alkaloid, Alkaloids Lactone (Counamin) dll.

Counamin diketahui menghambat kerja enzim-enzim penting dalam perkecambahan seperti Alfa dan Beta amilase.

Tipe dormansi lain selain dormansi fisik dan fisiologis adalah kombinasi dari beberapa tipe dormansi. Tipe dormansi ini disebabkan oleh lebih dari satu mekanisme. Sebagai contoh adalah dormansi yang disebabkan oleh kombinasi dari immaturity embrio, kulit biji indebiscent yang membatasi masuknya O2 dan keperluan akan perlakuan chilling.

Cara praktis memecahkan dormansi pada benih tanaman pangan.

Untuk mengetahui dan membedakan/memisahkan apakah suatu benih yang tidak dapat berkecambah adalah dorman atau mati, maka dormansi perlu dipecahkan. Masalah utama yang dihadapi pada saat pengujian daya tumbuh/kecambah benih yang dormansi adalah bagaimana cara mengetahui dormansi, sehingga diperlukan cara-cara agar dormansi dapat dipersingkat.

Ada beberapa cara yang telah diketahui untuk memecahkan dormansi antara lain :

• ·         Dengan perlakuan mekanis.

Diantaranya yaitu dengan Skarifikasi. 

Skarifikasi mencakup cara-cara seperti mengkikir/menggosok kulit biji dengan kertas amplas, melubangi kulit biji dengan pisau, memecah kulit biji maupun dengan perlakuan goncangan untuk benih-benih yang memiliki sumbat gabus.

Tujuan dari perlakuan mekanis ini adalah untuk melemahkan kulit biji yang keras sehingga lebih permeabel terhadap air atau gas.

• ·         Dengan perlakuan kimia.

Tujuan dari perlakuan kimia adalah menjadikan agar kulit biji lebih mudah dimasuki air pada waktu proses imbibisi. Larutan asam kuat seperti asam sulfat, asam nitrat dengan konsentrasi pekat membuat kulit biji menjadi lebih lunak sehingga dapat dilalui oleh air dengan mudah. 

1. contoh perendaman benih ubi jalar dalam asam sulfat pekat selama 20 menit sebelum tanam. 
2. Perendaman benih padi dalam HNO3 pekat selama 30 menit. 
3. Pemberian Gibberelin pada benih terong dengan dosis 100 - 200 PPM.

Bahan kimia lain yang sering digunakan adalah potassium hidroxide, asam hidrochlorit, potassium nitrat dan Thiourea. Selain itu dapat juga digunakan hormon tumbuh antara lain: Cytokinin, Gibberelin dan iuxil (IAA).

• ·         Perlakuan perendaman dengan air.

Perlakuan perendaman di dalam air panas dengan tujuan memudahkan penyerapan air oleh benih.

Caranya yaitu : dengan memasukkan benih ke dalam air panas pada suhu 60 - 70 0C dan dibiarkan sampai air menjadi dingin, selama beberapa waktu. Untuk benih apel, direndam dalam air yang sedang mendidih, dibiarkan selama 2 menit lalu diangkat keluar untuk dikecambahkan.

• ·         Perlakuan dengan suhu.

Cara yang sering dipakai adalah dengan memberi temperatur rendah pada keadaan lembab (Stratifikasi). Selama stratifikasi terjadi sejumlah perubahan dalam benih yang berakibat menghilangkan bahan-bahan penghambat perkecambahan atau terjadi pembentukan bahan-bahan yang merangsang pertumbuhan.

Kebutuhan stratifikasi berbeda untuk setiap jenis tanaman, bahkan antar varietas dalam satu famili.

• ·         Perlakuan dengan cahaya.

Cahaya berpengaruh terhadap prosentase perkecambahan benih dan laju perkecambahan. Pengaruh cahaya pada benih bukan saja dalam jumlah cahaya yang diterima tetapi juga intensitas cahaya dan panjang hari.

(berbagai sumber...)