REKAYASA GENETIK PADA TOMAT PDF

Preview

Summary

REKAYASA GENETIK PADA TOMAT ABSTRAK Tomat (Solanum lycopersycum) merupakan salah satu produk pertanian yang digunakan sebagai bahan pangan. Karakteristik tomat sebagai buah yang bergizi sangat baik namun mudah terserang hama dan masa simpan yang pendek memicu para ilmuwan untuk menggunakan teknik re...

Description

REKAYASA GENETIK PADA TOMAT ABSTRAK

Tomat (Solanum lycopersycum) merupakan salah satu produk pertanian yang

digunakan sebagai bahan pangan. Karakteristik tomat sebagai buah yang bergizi

sangat baik namun mudah terserang hama dan masa simpan yang pendek memicu para ilmuwan untuk menggunakan teknik rekayasa genetik untuk meningkatkan produktivitas dan kualitas produk.

Perkembangan teknologi transgenik

menghasilkan beberapa galur hasil rekayasa genetik pada tomat, diantaranya adalah FlavrSavr, tomat beraroma lemon dan mawar, tomat Bt yang tahan hama,

tomat tahan dingin dan tomat tahan insektisida dan herbisida. Tahapan dalam

proses rekayasa genetik tomat adalah isolasi DNA dari organisme target dan bakteri, penyisipan gen ke dalam plasmid, pengklonan gen dan transfer gen ke dalam sel tomat.

I.

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pertambahan jumlah penduduk dunia memaksa peningkatan produksi

bahan pangan dalam jumlah besar dan dalam waktu relatif singkat.

Namun

penyediaannya oleh bidang pertanian menemui berbagai kendala. Kendala paling utama adalah ketersediaan lahan pertanian yang semakin berkurang oleh

pembangunan perumahan dan industri, sementara produktivitas tak juga meningkat secara signifikan.

Perbaikan dan peningkatan kualitas produksi pertanian (intensifikasi)

untuk beberapa tahun yang lalu masih signifikan, karena ketersediaan sumber daya alam dan teknologi pertanian cukup memadai dan berimbang dengan

ketersediaan lahan dan peningkatan jumlah penduduk. Keadaan ini sulit untuk

dipertahankan dimasa akan datang, kecuali ada pendekatan baru yang menawarkan ide dan teknik untuk meningkatkan produktifitas secara dramatis.

Penerapan bioteknologi melalui rekayasa genetik (tanaman transgenik) memiliki

potensi untuk itu. Dengan segala kekurangannya rekayasa genetik diharapkan

dapat membantu mengatasi permasalahan pembangunan pertanian yang tidak lagi dapat dipecahkan secara konvensional. Bioteknologi

adalah penerapan yang didasarkan kepada sistem

kehidupan untuk mengembangkan proses dan produk komersial. Bioteknologi mencakup teknik DNA rekombinan, tranfer gen, manipulasi dan tranfer embrio, regenerasi tumbuhan, kultur sel, antibodi monoklonal dan rekayasa proses biologi. Dengan teknik ini, kita

dapat memindahkan gagasan ke penerapan praktis.

Misalnya kita telah berhasil mengubah secara genetis sifat tanaman budidaya tertentu untuk meningkatkan daya tahan terhadap hama dan penyakit tertentu.

Bioteknologi mempunyai potensi untuk meningkatkan produksi tanaman budidaya,

peternakan

dan pegolahannya

secara

biologi.

Bioteknologi

menyediakan bagi para pakar suatu pendekatan baru untuk mengembangkan

varietas-varietas baru dengan produksi yang lebih tinggi dan lebih bergizi, lebih

1

tahan terhadap serangan hama dan penyakit, serta terhadap keadaan yang merugikan, atau mengurangi kebutuhan terhadap pupuk dan bahan-bahan kimia lainnnya.

Bioteknologi bukan sarana untuk mengubah tujuan pertanian sebagai

penghasil bahan pangan, serat kayu dan produk lainnya, melainkan lebih tepat untuk

meningkatkan

produktivitas

pertanian.

Bioteknologi

dibangun

berlandaskan pengertian yang diturunkan dari pengetahuan dalam bidang biologi,

genetika, fisiologi dan biokimia. Sepanjang sejarah perkembangan pertanian,

manusia memanfaatkan proses alami pertukaran genetik melalui pemuliaan yang menciptakan variasi ciri biologi.

Fakta ini melandasi semua upaya untuk

memperbaikan varietas-varietas tanaman pertanian, baik melalui pemuliaan tradisional maupun melalui teknik biologi molekuler. Dalam kedua metode ini,

manusia memanipulasi proses alam untuk menghasilkan berbagai varietas

tanaman yang menunjukan sifat atau ciri khas yang diinginkan, seperti

meningkatkan produksi, tahan terhadap serangan hama dan penyakit, atau ternak dengan produksi daging yang tinggi dengan kadar lemak yang rendah.

Tomat adalah salah satu komoditi pertanian yang dibutuhkan dalam

jumlah besar.

Namun buah yang juga termasuk sayuran ini, memiliki masa

simpan yang pendek. Sehingga petani dan distributor sering mengalami masalah kerugian akibat kerusakan produk. Selain itu, tanaman tomat juga rentan terhadap serangan hama dan penyakit. menjawab tantangan ini. B. Permasalahan

Berdasarkan

kondisi

permasalahan berikut ini:

Diperlukan inovasi varietas tomat yang dapat

komoditas

tomat

sekarang,

dirumuskan

1. Dapatkah bioteknologi rekayasa genetik (transgenik) meningkatkan kualitas produk tomat?

2. Bagaimana proses dalam teknik rekayasa genetik pada tomat ini?

2

II.

A. Tomat

PEMBAHASAN

Tomat (Solanum lycopersicum) adalah tumbuhan dari keluarga

Solanaceae, tumbuhan asli Amerika Tengah dan Selatan, dari Meksiko sampai Peru. Tomat merupakan tumbuhan siklus hidup singkat, dapat tumbuh setinggi 1

sampai 3 meter. Tomat merupakan keluarga dekat dari kentang. Tomat sekarang ini tumbuh di seluruh dunia. Ukuran tomat bervariasi tergantung jenisnya dari

tomat cherry yang berdiameter 1-2 cm sampai "tomat beefsteak" yang berdiameter 10 cm atau lebih.

Gambar 1. Morfologi buah, bunga dan daun tomat. Panjang helaian daun tomat berkisar antara 10-25 cm, majemuk menyirip

dengan 5-9 helai anak daun yang masing-masing berukuran panjang kurang lebih

8 cm serta tepian daun bergerigi. Batang dan daunnya dipenuhi oleh rambutrambut kelenjar. Bunganya berdiameter 1-2 cm dan berwarna kuning dengan 5 helai daun mahkota yang berujung runcing.

Tomat kini banyak ditanam di seluruh dunia sebagai buah yang dimakan

dan sebagai sayuran dengan ribuan varietas dan tipe buah yang berbeda-beda. Yang paling banyak dibudidayakan biasanya yang berdiameter 5-6 cm dan berwarna merah namun banyak juga yang berwarna kuning, oranye, pink, ungu, hijau bahkan putih. Banyak varietas tomat dibudidayakan untuk berbagai tujuan,

misalnya untuk konsumsi segar dalam bentuk salad atau sandwich, pasta tomat,

3

puree tomat, pai tomat, saus tomat dan beragam kuliner khas dari berbagai negara yang menggunakan tomat. Setiap jenis produk membutuhkan sifat buah tomat yang berbeda.

Gambar 2. Varietas tomat yang sangat beragam warna, ukuran dan bentuknya Tomat sering dipetik dalam keadaan mentah dan berwarna hijau dan

dimatangkan selama penyimpanan dan pengangkutan ke berbagai tujuan dengan ethylene. Ethylene adalah gas hidrokarbon yang diproduksi oleh banyak buahbuahan yang bertindak sebagai pemicu proses pematangan.

Namun kondisi

matang ini tidak bertahan lama dan tomat akan segera busuk yang diakibatkan aktivitas enzim pembusukan poligalakturonase yang menyebabkan pelunakan

buah. Jika tomat diletakkan di dalam ruangan yang bersuhu dibawah 12,5 oC, misalnya disimpan di dalam lemari es, proses pematangan akan terhenti dan relatif

lebih lama untuk pembusukan. Namun perlakuan ini dapat merusak rasa dan tekstur buah tomat.

Kandungan gizi tomat diakui sangat baik untuk dikonsumsi demi

kesehatan.

Di dalam buah tomat terkandung antioksidan kuat lycopen dan

vitamin C (Wikipedia, 2008).

4

B. Teknologi Rekayasa Genetik

Teknologi biologi molekuler dan rekayasa genetik diyakini dapat

menjadi solusi teknologi bagi kemandirian pangan dan harapan bagi penyediaan pangan nasional di masa kini dan masa depan. Biologi molekuler dan rekayasa genetik mampu memproduksi pangan berlipat ganda dalam waktu, lingkungan, dan tempat yang relatif terbatas seperti pada lahan marginal.

Berbagai metoda telah dikembangkan dan digunakan untuk membuat

tanaman transgenik, termasuk diantaranya penggunaan plasmid Ti dengan Agrobacterium tumefaciens.

Metoda lain yang juga telah dikembangkan adalah

metoda gen transfer menggunakan kloroplas, mikroinjeksi DNA, elektroforasi, penembakkan dengan mikroproyektil (Khairul, 2001).

Agrobacterium tumefacien efektif digunakan sebagai sistim transfer gen

tanaman dikotil, meskipun tidak semua tanaman dikotil menunjukkan respon yang

sama terhadap sistim tranformasi ini. Kedelai misalnya termasuk spesies tanaman yang sulit direkayasa dengan Agrobacterium. Kekurangan yang mencolok dalam sistim ini adalah kesulitan dengan tanaman monokotil, terutama golongan serelia

seperti : padi, jagung, gandum dan lain-lain yang tidak dapat ditransformasi dengan Agrobacterium.

Teknik-teknik gen transfer berkembang dengan cepat dan terus

disempurnakan. Dalam beberapa tahun terakhir, gen transfer pada tanaman sudah merupakan kegiatan rutin yang dilakukan di beberapa laboratorium di dunia. metoda yang efisien dalam mengklon gen,

teknik transformasi, regenerasi

tanaman, ketersediaan konstruksi-konstruksi gen baru, sistim vektor yang terus

dikembangkan, promotor yang spesifik untuk organ tertentu untuk ekspresi gen adalah faktor-faktor yang berperan dalam memproduksi tanaman transgenik.

Pada awalnya, gen yang banyak dipakai dalam transfer tanaman adalah

gen-gen reporter yang fungsinya lebih banyak untuk uji pengembangan teknik transfer itu sendiri, atau mempelajari kemampuan sekuens pengendali dalam mengendalikan ekspresi suatu gen di dalam sel tanaman.

Kemudian terus

dikembangkan transfer klon gen yang mengendalikan karakter-karakter yang mempunyai nilai ekonomis sejalan dengan tersedianya klon gen tersebut.

5

Karakter-karakter tersebut diantaranya adalah

gen untuk ketahanan terhadap

serangga, gen untuk ketahanan terhadap penyakit virus dan bakteri, gen

ketahanan terhadap herbisida, toleransi terhadap salinitas, kekeringan dan peningkatan kualitas nutrisi.

Langkah yang pertama bukan lagi menjadi masalah.

Dengan teknik

DNA rekombinan sekarang, ada kemungkinan untuk menumbuhkan setiap segmen dari setiap DNA pada bakteri.

Tidak mudah untuk mengidentifikasi

segmen khusus yang bersangkutan di antara koleksi klon. Khususnya untuk mengidentifikasi segmen tertentu yang bersangkutan di antara koleksi klon,

apalagi untuk mengidentifikasi gen-gen yang berpengaruh pada sifat-sifat seperti hasil produksi tanaman.

Langkah kedua, memasukkan kembali gen-gen klon ke dalam tanaman

juga bukan sesuatu yang mudah. Peneliti menggunakan bakteri Agrobacterium yang dapat menginfeksi tumbuhan dengan lengkungan kecil DNA yang disebut

plasmid Ti yang kemudian menempatkan diri sendiri ke dalam kromosom tumbuhan. Agrobacterium merupakan vektor yang siap pakai. Tambahkan saja

beberapa gen ke plasmid, oleskan pada sehelai daun, tunggu sampai infeksi terjadi, setelah itu tumbuhkan sebuah tumbuhan baru dari sel-sel daun tadi. Selanjutnya tumbuhan itu akan mewariskan gen baru kepada benih-benihnya.

Rekayasa genetika pada tanaman tumbuh lebih cepat dibandingkan dunia

kedokteran. Alasan pertama karena tumbuhan mempunyai sifat totipotensi (setiap

potongan organ tumbuhan dapat menjadi tumbuhan yang sempurna). Hal ini tidak

dapat terjadi pada hewan, kita tidak dapat menumbuhkan seekor tikus dari

potongan kepala atau ekornya. Alasan kedua karena petani merupakan potensi besar bagi varietas-varietas baru yang lebih unggul, sehingga mengundang para pebisnis untuk masuk ke area ini.

Perkembangan teknologi rekombinan DNA juga memungkinkan

dilakukannya manipulasi rekayasa genetik untuk mendapatkan tanaman yang toleran terhadap herbisida sehingga

dapat meningkatkan

keselamatan dan

produksi tanaman. Menurut Oxtoby dan Hughes (1990), seperti yang dikutip

dalam Khairul (2001), metoda untuk merekayasa resistensi tanaman terhadap 6

herbisida dapat dibedakan ke dalam dua kelompok pendekatan yaitu: (1) merubah

tingkat sensitifitas dari enzim yang merupakan target herbisida dalam tanaman yakni dengan memanfaatkan gen mutan yang timbul spontan dialam dan mengintroduksi gen tersebut kedalam genom kloroplast, (2) Mengintroduksi gen

pengkode enzim yang dapat menetralisir (menghilangkan) sifat racun herbisida dalam tanaman seperti enzim oksidase, amilase dan decarboxylase.

Teknologi rekombinan DNA dapat juga digunakan untuk merakit

tanaman yang resisten terhadap serangga hama yakni dengan memanfaatkan

bakteri Bacillus thuringiensis yang merupakan jenis bakteri yang mampu menghasilkan suatu protein kristal yang bersifat racun terhadap serangga.

Aktifitas bioinsektisida dari Bacillus thuringiensis ini spesifik terhadap spesies serangga tertentu dan tidak toksik terhadap hewan. Lebih dari 3.000 isolat alami

Bacillus thuringiensis yang diseleksi oleh Genetic System N.V. Belgium, hampir semuanya dilaporkan meracun terhadap larva berbagai Lepidoptera dan 5 larva Coleoptera (Dekeyser, 1991).

Tomat tidak tahan terhadap dingin, dan jika disimpan dalam pendingin

akan cepat busuk. Tomat secara genetik disilangkan dengan gen yang diambil

dari jenis ikan kutub yang tahan dingin, ditambah virus. Tomat GMO baru yang tahan terhadap dingin, bisa disimpan dalam pendingin dan tahan lama. Pencampuran tomat dan ikan diharapkan menghasilkan tomat yang tahan dingin sehingga bisa awet disimpan melebihi waktu normalnya.

Tomat tersebut

dimasuki gen ikan flounder yang tahan dingin, bahkan bisa hidup di lautan sedingin es.

Pemindahan gen dilakukan dengan menggunakan bakteri atau virus yang

bertindak sebagai kurir untuk menyerang sel induknya. Penggambaran proses ini

seperti menggunakan "pistol gen" dalam menembak sel sasaran. Tapi tak satu ahli

rekayasa pun dapat memastikan tembakan gen tersebut mengenai rantai yang mana dalam sebuah DNA.

Dewasa ini, teknik-teknik bioteknologi tanaman telah dimanfaatkan

terutama untuk memberikan karakter baru pada berbagai jenis tanaman.

Penekanan pemberian karakter tersebut dapat dibagi kedalam beberapa tujuan 7

utama yaitu peningkatan hasil, kandungan nutrisi, kelestarian lingkungan, dan nilai tambah tanaman-tanaman tertentu. Sebagai contoh, beberapa tanaman transgenik yang dikembangkan adalah:

1. Peningkatan kandungan nutrisi: Pisang, cabe, raspberries, stroberi, ubi jalar

2. Peningkatan rasa: tomat dengan pelunakan yang lebih lama, cabe, buncis, kedelai

3. Peningkatan kualitas: pisang, cabe, stroberi dengan tingkat kesegaran dan tekstur yang meningkat

4. Mengurangi alergen: polong-polongan dengan kandungan protein allergenik yang lebih rendah

5. Kandungan bahan berkhasiat obat: tomat dengan kandungan lycopene yang

tinggi (antioksidan untuk mengurangi kanker), bawang dengan kandungan allicin untuk menurunkan kolesterol, padi dengan kandungan vitamin A dan besi untuk mengatasi anemia dan kebutaan,

6. Tanaman untuk produksi vaksin dan obat-obatan untuk mengobati penyakit manusia

7. Tanaman dengan kandungan nutrisi yang lebih baik untuk pakan ternak 8. dan lain-lain

Selain itu, pemanfaatan bioteknologi tanaman seperti rekayasa genetika

juga dapat memudahkan petani dalam budidaya tanaman. Misalkan dalam pengendalian gulma yaitu dengan menghasilkan tanaman yang memiliki

ketahanan terhadap jenis herbisida tertentu. Sebagai contoh adalah Roundup Ready yang terdiri dari kedelai, canola dan jagung yang tahan terhadap herbisida Roundup. Di dunia saat ini telah banyak dilepas berbagai tanaman transgenik.

Sebagai contoh, di Asia yaitu di China pada tahun 2006 saja, telah telah ada sekitar 30 spesies tanaman transgenik, antara lain padi, jagung, kapas, rapeseed,

kentang, kedelai, poplar, tomat (delay ripening dan ketahanan virus), petunia

(warna bunga), paprika (virus resistance), kapas (ketahanan hama) yang telah dilepas untuk produksi.

8

C. Rekayasa Genetik Pada Tomat

Dengan semakin meningkatnya pendapatan dan kesadaran masyarakat

akan arti penting kesehatan, kebutuhan akan produk-produk hortikultura sebagai sumber vitamin meningkat.

Selain itu dari sisi kesehatan mental, kebutuhan

produk hortikultura yang lain yaitu berbagai tanaman hias turut meningkat.

Teknik kultur jaringan telah dimanfaatkan secara luas pada tahaman hortikultura,

seperti perbanyakan klonal yang dikombinasikan dengan teknik bebas virus pada

kentang, pisang, anggur, apel, pear dan berbagai jenis tanaman hias, serta

penyelamatan embrio untuk mendapatkan tanaman hibrida dari hasil persilangan

interspecies. Teknologi rekayasa genetika juga telah diaplikasikan pada tanaman hortiklutura, diantaranya terhadap tomat.

Berikut ini beberapa contoh rekayasa genetika pada tomat.

1. Tomat FlavrSavr

Tomat merupakan salah satu produk hortikultura utama. Tomat pertama hasil

rekayasa genetik adalah "Flavrsavr", yang laris di pasar pada tahun 1994 hingga 1997.

Seperti produk hortikultura pada umumnya, tomat memiliki

shelf-life yang pendek. Shelf-life yang pendek ini disebabkan dengan aktifnya

beberapa gen seperti pectinase saat tomat mengalami kematangan. Dengan

kondisi seperti ini, tomat sulit sekali untuk dipasarkan ke tempat yang jauh terlebih untuk ekspor. Biaya pengemasan sangat mahal seperti menyediakan box yang dilengkapi pendingin.

Untuk mengatasi hal ini para peneliti di

Amerika mencoba merekayasa kerja gen polygalacturonase (PG) yang berasosiasi dengan shelf-life tomat yaitu dengan menginsert antisense dari gen

PG. Dengan demikian shelf-life tomat menjadi lebih lama, tetap matang tetapi

tidak busuk selama 10 hari tanpa perlu didinginkan. Tomat ini dinamakan dengan FlavrSavr.

Produk tersebut memodifikasi gen yang berfungsi

melunakkan, sehingga tomat bisa dibiarkan begitu saja hingga matang di

ladang dan tomat itu juga lebih awet. Namun, flavrsavr akhirnya ditarik karena penjualannya tidak memuaskan. (FDA publication site dan GMO-compass site, 2008)

9

2. Tomat Beraroma Buah Lemon Dan Bunga Mawar

Para peneliti israel berhasil melakukan rekayasa genetika terhadap tomat sehingga memiliki aroma buah lemon dan bunga mawar. Tomat transgenik itu

mengubah gen basil jeruk Ocimum basilicum, yang menghasilkan enzim pembuat aroma, geraniol synthase, tulis laporan efraim lewinsohn newe yaar research centre.

Suatu kelompok beranggotakan 82 orang mencicipi buah percobaan itu dan

buah yang tidak dimodifikasi. Hampir semuanya dapat mencium aroma baru seperti aroma "parfum", "mawar" "geranium" dan "sirih." Tomat transgenik

mempunyai warna merah muda karena hanya mempunyai setengah antioksidan

"lycopen", dibandingkan dengan tomat konvensional. Sebagai pengimbang rendahnya kadar lycopen, tomat transgenik memiliki kadar "ter...