paper_Biology molecular ut tanaman tahan

2011[Type the companyname]ACER[BIOTEKNOLOGI PENGEMBANGAN TANAMAN RESISTENTERHADAP HAMA DAN PENYAKIT]Perkembangan ilmu bioteknologi telah memberikan kita kemudahan dalam merekayasa genetika tanaman baik untuk keperluanpeningkatan produksi, keindahan/estetika maupun untuk menciptakan tanaman resisten terhadap hama dan penyakit. Dalam paper inidikupas bagaimana aplikasi bioteknologi dalam mengembangkan tanaman yang resisten terhadap hama dan penyakit secara umum

APLIKASI BIOTEKNOLOGI UNTUK PENGEMBANGAN TANAMANRESISTEN TERHADAP HAMA DAN PENYAKITRudi Hartono [1021205002]..Perkembangan ilmu bioteknologi telah memberikan kita kemudahan dalam merekayasa genetika tanaman baik untukkeperluan peningkatan produksi, keindahan/estetika maupun untuk menciptakan tanaman resisten terhadap hama danpenyakit. Dalam paper ini dikupas bagaimana aplikasi bioteknologi dalam mengembangkan tanaman yang resistenterhadap hama dan penyakit secara umum.Bioteknologi dalam istilah sederhanadapat diartikan sebagai upayapemanfaatan mahluk hidup ataubagian-bagiannya untuk menghasilkan barangatau jasa secara industry. Contoh sederhanadalam pembuatan tempe, wine, tape, dan lainlain.Sejalan dengan perkembangan teknologi,penggunaan mahluk hidup atau bagianbagiannyasudah mengarah pada rekayasagenetic suatu organisme baik organisme tingkatrendah seperti jamur, bakteri, atau virusmaupun organisme tingkat tinggi sepertibinatang, tumbuhan, bahkan manusia.Pengembangan aplikasi bioteknologi padatanaman sudah dimulai sejak sebelum tahun1950an dari mulai yang sederhana prosesperkawinan silang dan penyambungan tanamanuntuk peningkatan produksi dan peningkatanketahanan terhadap penyakit tertentu. Sejakditemukannya bahwa DNA merupakan materialgenetic suatu mahluk hidup tahun 1954,perkembangan aplikasi bioteknologi dibidangpertanian terus berkembang mulai dari tanamanhibrida yang mampu menghasilkan produksimaksimum dan tahan terhadap hama ataupenyakit tertentu hingga berkembangnyateknologi kultur jaringan yang merupakan salahsatu metode perbanyakan vegetatif tanamanyang memberikan efisiensi waktu dan jugamenghasilkan bibit tanaman dalam jumlah yangbesar.Keberhasilan rekayasa genetik tanamandimulai dengan penciptaan tanaman transgenic.Tanaman ini disisipi dengan gen-gen ketahananterhadap penyakit yang menjadi inang dan jugagen-gen peningkatan produksi dan kualitasproduksi. Pada kesempatan ini penulis akanmengupas bagaimana aplikasi bioteknologidalam menciptakan tanaman yang resistenterhadap hama dan penyakit sebagai salah satupotensi pengembangan bioteknologi di sektorpertanian.MEKANISME RESISTENSI TANAMANSecara alamiah, tanaman memiliki ketahananterhadap hama maupun penyakit tertentu.Tanaman dapat dikatakan resisten denganbeberapa kondisi sebagai berikut.(a). memiliki sifat-sifat yang memungkinkantanaman itu menghindar, atau pulihkembali dari serangan hama ada keadaanyang akan mengakibatkan kerusakan padavarietas lain yang tidak tahan,(b). memiliki sifat-sifat genetik yang dapatmengurangi tingkat kerusakan yangdisebabkan oleh serangan hama(c). memiliki sekumpulan sifat yang dapatdiwariskan, yang dapat mengurangikemungkinan hama untuk menggunakantanaman tersebut sebagai inang(d). mampu menghasilkan produk yang lebihbanyak dan lebih baik dibandingkandengan varietas lain pada tingkat populasihama yang samaScholwalter [2001], mengelompokan bahwamekanisme ketahanan tanaman terhadapserangga hama meliputi antixenosis [nonpreference], toleran dan antibiosis. Tanamandikatakan memiliki ketahanan jika tidak disukaioleh hama baik karena bentuk morfologismaupun fisiologisnya [baunya]. Tanaman jugadapat dikatakan tahan apabila memiliki toleransiterhadap kerusakan yang disebabkan olehsuatu hama, dan tanaman dapat dikatakantahan juga apabila mempunyai produk metabolittertentu yang mampu mengusir ataumenyebabkan kematian terhadap hama.Beberapa peneliti mengemukakan bahwaketahanan alami tanaman inang terhadaphamanya disebabkan oleh tipe genetiknya,morfologinya, dan kimiawinya. Ketahanan

Tabel 1. Protocol isolasi plasmid DNA darikelompok bakteri viridans, streptococci danstaphylococciketahanan] yang diinginkan diantara banyakpopulasi DNA rekombinan yang ada. Kegiatanseleksi ini dapat dilakukan dengan identifikasimelalui penanda antibiotic, warna koloniberdasarkan penanda vector, dan markamolekuler terhadap adanya gen targetmenggunakan hibridisasi protein-protein DNAdan amplifikasi gen target menggunakanprosedur PCR.Sumber : Cloning of genes from genomic DNA Part 1 and2: DNA Isolation and PCR [EVE and TWIST ProjectProtocol][b]. Penyisipan fragment DNA danPenyambunganGen murni dari sel DNA yang memiliki sifatketahanan tadi disisipkan pada sel DNA vectorkemudian disambung lagi denganmenambahkan enzim ligase. Sel DNA vectoryang telah disisipkan gen [fragment DNA] inidinamakan dengan molekul DNA rekombinan.[c]. Transformasi DNA rekombinanMolekul DNA rekombinan yang telah siapditransformasi pada bakteri E. colli untuk prosespenggandaan. Masing-masing sel E coli yangmengandung DNA rekombinan akan terusmembelah diri, sehingga masing-masingmolekul rekombinan diperbanyak. Disampingitu, molekul plasmid vektor yang ada dalam seljuga bereplikasi, sehingga dalam satu selterdapat perbanyakan kopi melekul DNArekombinan[d]. Seleksi klon DNAKegiatan ini ditujukan untuk mendapatkanDNA rekombinan yang benar-benarmengandung fragmen DNA sisipan [gen[Gbr 6. Pemotongan DNA dan penyisipanfragment DNA dalam proses kloning]Sumber gen ketahanan sebenarnya tidak harusselalu bersumber dari tanaman, aplikasi biotekmemungkinkan pengambilan gen-gen tahan darihewan bahkan manusia. Secara prinsip prosespengambilan seperti pada tahap 1 ini dan bisadilakukan beberapa modifikasi sesuai denganmetode yang tengah berkembang. Beberapasumber gen yang bisa digunakan seperti padatable 2 dan 3.Tabel 2. Gen ketahanan terhadap seranggaSumber :M. Herman. Perakitan tanaman tahan seranggahama melalui teknik rekayasa genetic. Bulletin Agrobio5[1]:1-13

perubahan dibanding tanaman yang bukantransgenic. Perubahan-perubahan yang bernilainegative dijadikan referensi dampaknyaterhadap aspek fisiologis seperti umur tanaman,produktivitas, daya responsifnya terhadappemupukan dan lain-lain. Apabila faktornegative lebih dominan dibanding faktor positifmaka perlu pencarian gen-gen baru untukperakitan tanaman trangenik ini, akan tetapi bilafaktor dominan merupakan hal yang positifmaka tanaman ini bisa dikembangkan lebihlanjut untuk diuji. Aspek terpenting dalamanalisis ini tentunya lebih banyak kearahproduktivitas dan umur tanaman hingga panen.Aspek morfologis masih bisa ditolelir apabilatanaman tersebut mampu menghasilkanproduksi yang tinggi dan umur panen yangcepat.[2]. Uji coba resistensi tanamanSetelah transformasi gen pada tanamantidak memberikan banyak dampak negative danjustru memberikan efek positif yang lebih baik,maka tanaman tersebut diuji baik dalamlingkungan terkontrol [rumah kaca] maupunlingkungan alami [di lapangan]. Kondisiresistensi yang telah ditujukan terhadap OPTtertentu kita coba uji baik melalui uji nonpreferensi, uji toleransi, maupun uji antibiosis.[a]. Uji non preferensiUji non preferensi ini ditujukan untukmelihat tingkat kesukaan OPT sasaran terhadaptanaman yang telah ditransformasi untukmengendalikan/mengurangi serangan OPTtersebut. Uji ini dapat dilakukan denganmenempatkan dua tanaman yang berbeda [1transgenik dan 1 tipe biasa] kemudianmenginokulasikan OPT pada tanaman tersebut.Tanaman yang dipilih oleh OPT tersebutmerupakan tanaman yang disukainya. Apabilatanaman transgenic menjadi tidak disukai olehhama tersebut maka dapat dikatakan bahwatanaman resisten tahap I.[b]. Uji toleransiUji toleransi merupakan bentuk analisisterhadap tingkat kemampuan tanaman dalammenetralisir/ melokalisir atau mengakomodirterhadap serangan OPT. Dalam arti, padakondisi tanaman terserang oleh OPT masihmampu menghasilkan produksi yang maksimaldan pertumbuhan yang baik. Semakin baiktingkat toleransinya terhadap dinamika populasihama sasaran maka tanaman tersebut dapatdikatakan sebagai tanaman resisten tahap II.[c]. Uji antibiosisUji ini memberikan gambaran bahwatanaman memiliki kemampuan untukmelemahkan, memperlambat aktifitas, bahkanmembunuh OPT yang menyerang tanamantersebut. Dalam arti tanaman mampu meracuniOPT yang memanfaatkannya, dengan ekspresigen yang kita tambahkan ketanaman apakahmampu menyebabkan tanaman memiliki sistemperlawanan terhadap OPT. apabila tanaman inisudah menunjukkan kemampuannya melawanterhadap OPT sasaran dengan gen yang kitatransformasikan maka dapat dikatakan sebagaitanaman resisten III.Tentunya dengan transformasi gen akanmenimbulkan dampak resisten dari tiga jenisresisten tersebut baik terjadi secara bersamaanmaupun terpisah. Dengan kombinasi antara genketahanan terhadap OPT patogen dan OPThama akan memungkinkan tanaman memilikiketahanan [resistensi] ganda baik bersifatresisten I, II, atau III.Uji coba resistensi tanaman di lingkungan alamimutlak dilakukan dan di multi lokasi sebagaigambaran faktor pembatas terhadapkeberhasilan resistensi tanaman yang kitakembangkan. Hal ini berkaitan erat dengankondisi lingkungan yang sudah kita pahamimempengaruhi seluruh aspek OPT.Apabila tanaman sudah menunjukanresistensinya terhadap OPT sasaran baiksecara non preferrensi, toleransi, maupunantibiosis maka langkah keempat adalahmenganalisis produk yang dihasilkanbagaimana nilai gizi keamanannya produktersebut bagi manusia sebagai pengkonsumsiutama. Analisis ini ditujukan supaya produkpertanian dari tanaman transgenic tersebutbenar-benar aman karena pada tanamantransgenic terutama yang memiliki sifatresistensi antibiosis selain meracuni OPTapakah bersifat toksik juga pada manusia. Jikapersyaratan-persyaratan hingga langkahkeempat ini telah berhasil maka varietastanaman transgenic yang kita kembangkan

sudah bisa untuk diproduksi secara massal dandilepas ke masyarakat pertanian. Sebagai akhirdari keberhasilan ini maka varietas transgenicyang kita kembangkan dapat kita patenkandengan sertifikasi dari lembaga-lembaga yangberwenang. Beberapa produk tanamantransgenic yang telah dilepas di Negara lainmasih dalam tahap pengkajian di Indonesia[table 4]. Indonesia pun tengah terus berusahadalam mengembangkan tanaman transgenic[table 5].Tabel 4. Status pengkajian keamanan hayatitanaman transgenikTabel 5. Kegiatan penelitian perakitan tanamantransgenic tahan serangga hama di IndonesiaSumber :M. Herman. Perakitan tanaman tahan seranggahama melalui teknik rekayasa genetic. Bulletin Agrobio5[1]:1-13SUKSESI PERAKITAN TANAMAN RESISTENPerakitan tanaman resisten terhadap hama danpenyakit telah banyak dilakukan terutama diNegara-negara maju. Komoditas yang tengahbanyak dikembangkan menjadi tanamantransgenic sudah banyak mulai dari padi,jagung, kubis, kapas, kedelai, dan sebagainya.Pada tahun 1995, tanaman transgenik pertamamulai tersedia bagi petani di Amerika Serikat,yaitu jagung hibrida yang mengandung gen cryIA(b), Maximizer, yang dibuat oleh Novartis;tanaman kapas yang mengandung gen cryIA(c), Bollgard, dan kentang yang mengandunggen cry 3A, Newleaf, yang dibuat olehMonsanto.Tanaman Azuki bean transgenik melaluitransformasi gen α-amylase inhibitor yangdiperoleh dari common bean, telahmenunjukkan ketahanan terhadap hamakumbang Bruchus (Ishimoto et al., 1996).Schroeder et al. (1995) dan Shade et al. (1994)juga berhasil mentransformasikan gen α-amylase inhibitor dari common bean ketanaman kacang pea (Pisum sativum L.) danmenunjukkan ketahanan terhadap kumbangBruchus (Bruchus pisorum). snowdrop lectindari Galanthus nivalis agglutinin (GNA)menunjukkan hasil paling beracun terhadapserangga hama, dengan menurunkan tingkathidup wereng coklat sampai 50% padakonsentrasi 0.6 µm (Gatehouse, 1998).Rao, et al. 1999 berhasil merakit padi transgenikyang mengandung gen GNA melalui sistemtransformasi particle bombardment dari embriomuda dan elektropora-si dari protoplas. Hasil ujibioasai, padi transgenik tersebut dapatmenurunkan tingkat hidup, keperidian, danmemper-lambat pertumbuhan wereng coklat.Hingga tahun 1990an, beberapa tanaman telahberhasil ditransformasi menggunakan genketahanan terhadap OPT tertentu baikmenggunakan vector bakteri maupunmenggunakan metode DNA uptake danpenembakan mikroproyektil [table 6].Tabel 6. Teknik transformasi dan jenis tanamanyang dihasilkan hingga tahun 1990anSumber :B. Amirhusin. Perakitan tanaman transgenictahan hama. Jurnal Litbang Pertanian 23 [1] 2004:1-7

Bhattacharya et al [2002] berhasilmentransformasi gen cryIA[b] pada tanamankubis varietas golden acre menggunakan vectorbakteri agrobacterium tumifaciens strainGV2260 dan tanaman transgenic tersebutmampu menunjukkan resistensinya terhadapPlutella xylostella dengan tingkat mortalitaslarva antara 51.84 sampai 74.06% dengantingkat kerusakan daun antara 6% -23%.Nurhasanah, dkk [2005] berhasil mendapatkan4 kultur tanaman kentang transgenic yangditransformasi gen hordothionin denganagrobacterium tumifaciens strain LBA 4404 dantelah dibuktikan gen tersebut terekspresi melaluianalisis PCR. Hasil pengujian toksisitasnyasecara invitro terhadap Ralstonia solanacearum,menghasilkan 2 tanaman transgenik yangtoleran, 1 yang moderat toleran dan 1 yangrentan.Pardal, dkk [2005] berhasil melakukantransformasi gen pinII pada tanaman kedelaimenggunakan teknik Penembakan Partikelpada varietas Wilis, sehingga diperoleh satutanaman tansforman WP2 yang mengandunggen pinII yakni Gen pengkode senyawa antinutrisi yang dapat menghambat kerja enzimproteolitik (proteinase) di dalam perut seranggaDAFTAR PUSTAKAnamun belum diujicobakan terhadap hamasasaran.Djonovic et al [2006] yang mentransformasikanprotein sm1 yang berasal dari trichodermaressei mampu menginduksi ketahanan tanamansecara sistemik terhadap patogen daunColletotrichum sp. Dengan area penekanangejala sebesar (1.35 cm 2 )KESIMPULANAplikasi bioteknologi dalam pengembangantanaman yang tahan terhadap hama danpenyakit memerlukan pengetahuan dasartentang bioekologi hama dan patogen penyebabpenyakit yang akan dikendalikan. Pengetahuanselanjutnya adalah menyeleksi gen yang didugamemiliki sifat resistensi terhadap OPT sasaranyang selanjutnya gen tersebut difurifikasi,ditransformasi ke tanaman dan di uji cobakanterhadap hama dan patogen sasaran. Jika ujicoba telah berhasil maka perlu identifikasipengaruhnya terhadap morfologis dan fisiologistanaman dan selanjutnya diuji nilai giji dankemanan produk pangannya baru kemudiantanaman transgenic tersebut bisa diproduksimasal dan dilepas.Anita Grover and R. Gowthaman. 2003. Strategies for development of fungus-resistant transgenicplants. Current Science, Vol. 84, no. 3, 10 February 2003.Bahagiawati Amirhusin. 2004. Perakitan Tanaman Transgenik Tahan Hama. Jurnal Litbang Pertanian,23(1), 2004.Muhammad Herman. 2004. Perakitan Tanaman Tahan Serangga Hama melalui Teknik RekayasaGenetik. Buletin AgroBio 5(1):1-13.Nurhasanah, G. A. Wattimena, Agus Purwito, Ni Made Armini Wiendi, Suharsono. 2003. TransformasiGenetik Tanaman Kentang cv. Atlantik Dengan Mengintroduksikan Gen Hordothionin untukMendapatkan Ketahanan terhadap Penyakit Bakteri.Plant Defense Responses and Systemic Resistance. MPMI Vol. 19, No. 8, 2006, pp. 838–853. DOI:10.1094/MPMI -19-0838. © 2006 The American Phytopathological Society.R. C. Bhattacharya, N. Viswakarma, S. R. Bhat, P. B. Kirti and V. L. Chopra. 2002. Development ofinsect-resistant transgenic cabbage plants expressing a synthetic cryIA(b) gene from Bacillusthuringiensis. Current Science, Vol. 83, no. 2, 25 July 2002.Saptowo J. Pardal, G.A. Wattimena, Hajrial Aswidinnoor, dan M. Herman. 2005. Transformasi GenetikKedelai dengan Gen Proteinase Inhibitor II Menggunakan Teknik Penembakan Partikel. JurnalAgroBiogen 1(2):53-61.Slavica Djonović, Maria J. Pozo, Lawrence J. Dangott, Charles R. Howell, and Charles M. Kenerley.2006. Sm1, a Proteinaceous Elicitor Secreted by the Biocontrol Fungus Trichoderma virensInduces.