Metode Komponen Bioteknologi pertanian

Komponen bioteknologi di bidang pertanian adalah tumbuhan beserta substansi didalamnya, teknik, serta produk hasil pemuliaan. Untuk beberapa teknik yang digunakan dalam bidang bioteknologi pertanian antara lain sebagai berikut :

• Seleksi Perkawinan Konvensional dan Hibridisasi

Rekayasa genetik pada tanaman bukanlah suatu hal yang baru. Sejak berkembangnya bidang pertanian, para petani telah melakukan seleksi benih sesuai sifat-sifat yang diinginkan. Meskipunperkawinan silang yang dilakukan dapat meghasilkan tongkol-tongkol jagung yang besar, apel yang mengandung banyak air, dan bibit unggul yang diperoleh secara modern, namun cara ini membutuhkan waktu yang lama dan tidak tentu. Untuk mendapatkan bibit unggul sesuai sifat-sifat yang diinginkan dilakukan dengan perkawina silang antara 2 jenis tanaman dan mengulang kembali perkawinan silang antara keturunan hibrid dengan salah satu induknya.

Pada kenyataanya, tanaman dari spesies yang berbeda pada dasarnya tidak dapat dihibridisasi, akibat sifat genetik tidak dapat diisolasi dari tanaman. Dengan bioteknologi, keterbatasan tersebut dapat diatasi. Para ilmuwan sekarang dapat memindahkan gen-gen khusus untuk sifat yang diinginkan kedalam tanaman. Proses ini berjalan cepat dan pasti karena tanaman menunjukkan beberapa keuntungan bagi para ahli genetik, yaitu :

• Sejarah panjang dari persilangan tanaman memberikan peluang bagi ahli genetika tanaman memiliki kekayaan strain yang dapat dieksploitasi secara molekuler.
• Tanaman menghasilkan banyak keturunan, sehingga mutasi rekombinasi dapat ditemukan dengan mudah.
• Tanaman memiliki kemampuan regenerasi lebih baik daripada hewan.
• Batas spesies dan kompatibititas seksual bukan merupakan persoalan yang berkepanjangan.

Perbandingan gen pada varietas yang dihasilkan dari hibridisasi konvensional dan transformasi genetik
Teknik konvensional ini memiliki keuntungan dan juga kelemahan. Keuntungan dari teknik konvensional adalah dapat menghasilkan bibit unggul sedangkan kelemahannya adalah hanya bisa dilakukan pada spesies (jenis) yang sama.

• Kloning (menumbuhkan tanaman dari sel tunggal)

Pada umumnya sel-sel tanaman berbeda dengan hewan, tetapi satu ciri khas sel tanaman yang penting untuk bioteknologi adalah beberapa tanaman dapat melakukan regenerasi dari satu sel.

Tumbuhan baru yang terbentuk memiliki tiruan baru (klon) dari sel induk. Kemampuan alami sel tanaman ini membuatnya menjadi ideal untuk penelitian genetik. Setelah materi genetik yang baru dihasilkan di dalam sel tanaman, maka sel tersebut dengan cepat membentuk tanaman dewasa dan para peneliti dapat mengetahui hasil modifikasi genetik pada waktu yang relatif singkat.

• Fusi Protoplas

Fusi protoplas merupakan suatu proses alamiah yang terdapat darimulai tanaman tingkat rendah sampai pada tanaman tingkat tinggi. Fusi protoplas merupakan gabungan protoplas dengan protoplas lain dari beberapa spesies, kemudian membentuk sel yang dapat tumbuh menjadi tanaman hibrid.

Hibridisasi somatik melalui fusi protoplasma digunakan untuk menggabungkan sifat lain dua spesies atau genus yang tidak dapat digabungkan secara seksual ataupun aseksual. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menggabungkan seluruh genom dari spesies yang sama (intra-spesies), atau antarspesies dari genus yang sama (inter-spesies), atau antargenus dari satu famili (inter-genus).

Ketika tanaman dilukai, maka sejumlah sel yang disebut callus akan tumbuh pada tempat yang dilukai tersebut. Sel-sel callus memiliki kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi tunas dan akar serta keseluruhan tanaman berbunga.Potensi alami sel-sel tersebut yang terprogram menjadi calon tanaman baru yang sangat ideal untuk rekayasa genetik. Seperti pada sel-sel tanaman, sel-sel callus dikelilingi oleh dinding selulosa yang tebal, yaitu sebuah rintangan yang menghambat pembentukan DNA baru. Dinding sel tersebut dapat dipecah dengan dinding selulose sehingga menghasilkan sel tanpa dinding sel yang disebut protoplas. Protoplas ini dapat digabungkan dengan protoplas lain dari beberapa spesies, kemudian membentuk sel yang dapat tumbuh menjadi tanaman hibrid. Metode ini disebut fusi protoplas.

Tujuan fusi protoplas adalah untuk mendapatkan suatu hibrida somatic atau sibrida atau mengatasi kelemahan dari hibrida seksual. Terdapat kelemahan dari hibrida seksual, yaitu:

• Sukar untuk mendapatkan suatu hibrida antarspesies dan antargenera. Hibridisasi somatik dapat mengatasi hal tersebut.
• Sitoplasma pada perkawinan seksual hanya berasal dari induk betina saja. Dalam proses pembuahan, gamet jantan hanya membawa inti saja dengan sedikit sitoplasma sebaliknya pada tetua betina selain inti juga sitoplasma. Untuk mendapat sitoplasma dari kedua tetua diadakan fusi antara sitoplasma.

Fusi protoplas dapat dimanfaatkan untuk melakukan persilangan antarspesies atau galur tanaman yang tidak memungkinkan untuk dilakukan dengan persilangan biasa karena adanya masalah inkompatibilitas fisik. Fusi protoplas membuka kemungkinan untuk:

1. Menghasilkan hibrid somatik amphidiploid yang fertil antar spesies yang secara seksual tidak kompatibel
2. Menghasilkan galur heterozigot dalam satu spesies tanaman yang secara normal hanya dapat diperbanyak dengan cara vegetatif, misalnya pada kentang.
3. Memindahkan sebagian informasi genetik dari satu spesies ke spesies lain dengan memanfaatkan fenomena yang disebut penghilangan kromosom (chromosome elimination).
4. Memindahkan informasi genetik yang ada di sitoplasma dari satu galur atau spesies ke galur atau spesies lain.

Fusi protoplas dapat menghasilkan dua macam kemungkinan produk:

• Hibrid, jika nukleus dari kedua spesies tersebut betul-betul mengalami fusi (menyatu)
• Cybrid (cytoplasmid hybrid ataru heteroplast), jika hanya sitoplasma yang mengalami fusi sedangkan informasi genetik dari salah satu induknya hilang.

Skema fusi protoplas dalam menghasilkan produk

Teknik ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan dari teknik ini adalah dapat menghasilkan tanaman dengan sifat tertentu dan dapat dilakukan dengan spesies yang berbeda. Kekurangan dari teknik ini adalah memerlukan biaya yang mahal serta butuh ketelitian yang lebih (Nasir, 2002: 17-20).

• Teknik Potongan Daun (Leaf Fragment Technique)

Transfer genetik terjadi secara alami pada tanaman dalam merespon organisme patogen. Contohnya, suatu luka dapat terinfeksi oleh bakteri tanah yang disebutAgrobacterium tumefaciens (Agrobacter). Bakteri ini memiliki plasmid yang besar (molekul DNA double helix yang sirkuler) yang dapat merangsang sel-sel tanaman untuk tumbuh terus-menerus tanpa terkontrol (tumor). Oleh karena itu, plasmid ini dikenal sebagai Tumor inducing (Ti) plasmid. Sedangkan hasil dari tumor tersebut disebut crown gall. Selama infeksi, bakteri ini mentransfer sebagian kecil materio genetik yang dimilikinya (T-DNA) ke dalam genom sel tanaman inang. Setelah diinsersi, gen-gen bakteri tersebut diekspresi oleh sel-sel tanaman yang terinfeksi.

Plasmid bakteri memberi gagasan bagi para ahli bioteknologi sebagai sarana transfer DNA. Dalam penggunaannya, peneliti sering menyebut sebagai teknik potongan daun. Dalam teknik ini daun dipotong kecil-kecil kemudian ketika potongan daun mulai regenerasi, selanjutnya akan dikultur pada medium yang mengandung Agrobacter yang telah mengalami modifikasi genetik. Selama proses ini, DNA dan Ti plasmid berintegrasi ke DNA sel inang dan materi genetik pun telah terkirim. Potongan daun tersebut kemudian diberi hormon untuk merangsang pertumbuhan tunas dan akar.

Mekanisme penggabungan gen melalui teknik potongan daun

Kekurangan utama dari proses ini adalah Agrobacter tidak dapat menginfeksi tanaman monokotil seperti jagung dan gandum. Tanaman dikotil seperti tomat, kentang, apel, juga kedelai merupakan contoh yang cocok untuk proses ini. Namun penelitian baru-baru ini jelas menunjukkan bahwa T-DNA dapat digabungkan ke dalam spesies monokotil. Untuk bakteri yang tahan terhadap Agrobacter dilakukan dengan menggunakan pistol gen, yaitu dengan cara menembakkan logam kecil yang diselubungi DNA ke embrio sel tumbuhan, di sini inti sel tumbuhan tetap bisa membidik kloroplas. Kelebihan dari teknik ini adalah dapat menghasilkan tanaman dengan sifat yang sesuai dengan keinginan (Amin, 2009 : 24).

• Teknik Kultur Invitro

Kultur invitro merupakan salah satu teknik yang dapat dilakukan untuk meningkatkan keragaman genetik tanaman, antara lain dengan keragaman somaklonal (Pedrieri, 2001). Menrut Ahlowalia (1986), perubahan genetik dapat terjadi selama periode kultur invitro atau karena adanya sel- sel yang mengalami mutasi. Pemanfaatan lain teknologi tersebut untuk pengadaan bibit pada awalnya berdasarkan hasil percobaan Morel tahun 1960 pada anggrek Cymbidium.

Langkah-langkah kultur invitro

Dalam waktu yang singkat dari bahan tanaman yang sangat terbatas dapat dihasilkan bibit dalam jumlah yang banyak dan memiliki sifat yang sama dengan induknya. Keberhasilan tersebut mendorong dimanfaatkannya invitro sebagai teknologi perbanyakan yang banyak memberikan keunggulan daripada teknologi konvensional.

Walaupun demikian terdapat beberapa kendala yang sering dihadapi dalam aplikasinya yaitu:

• Keberhasilan teknik ini pada tanaman tahunan berkayu masih rendah sehingga aplikasinya masih terbatas pada jenis tanaman tertentu saja.
• Kapasitas regenerasi menurun bila sering melakukan pembaharuan
• Penurunan integritas genetik pada bibit yang dihasilkan
• Persentase keberhasilan aklimatisasi (terutama pada tanaman tahunan berkayu) relatif masih rendah
• Adanya patogen internal (khususnya pada tanaman tahunan berkayu) yang sulit dihilangkan
• Diperlukan tenaga kerja yang intensif, terdidik, serta mempunyai keterampilan khusus
• Diperlukan modal awal yang cukup tinggi

Pierik dalam Nurwandani, Paristiyanti(2008) menyatakan bahwa perbanyakan melalui kultur invitro dapat dikatakan berhasil bila memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut:

1. Tidak merubah sifat genetik pohon induk
2. Seleksi kuat pada bahan tanaman yang akan digunakan sebagai eksplan agar bebas penyakit
3. Teknik perbanyakan yang tidak terlalu rumit
4. Kemampuan regenerasi yang tetap tinggi, dan
5. Ekonomis

Pada tanaman semusim (berdinding lunak), masalah regenerasi umumnya tidak menjadi masalah. Faktor pertunasan yang tinggi dapat tercapai dengan penggunaan formulasi media tertentu. Berbeda dengan tanaman tahunan berkayu,banyak faktor yang menghambat proses regenerasi, antara lain:

• Daya meristematis yang rendah
• Tingkat oksidasi fenol yang tinggi
• Jaringan sklerenkhima
• Kandungan inhibitor organik yang tinggi
• Kurangnya faktor perakaran
• Kandungan lignin yang tinggi, dan
• Gugurnya tunas daun yang lebih dini (Lestari, 2010).