cytoplasmic male sterility in plants and maternal effects
Post on 17-Jan-2016
58 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
CYTOPLASMIC MALE STERILITY IN PLANTS AND MATERNAL EFFECTS
RESUMEuntuk memenuhi tugas mata kuliah Genetika I
yang dibimbing oleh Prof. Dr. A. Duran Corebima, M.Pd.
Kelompok Offering BAnggota:
Didik Dwi Prastyo 130341624788Imroatun Hasana 130341614818
UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGIFebruari 2015
A. Kemandulan Jantan Sitoplasmik pada Tanaman
Kemandulan jantan merupakan gejala kemandulan (sterilitas) pada
fungsi reproduksi jantan yang dialami oleh organisme (terutama tumbuhan).
Contoh lain dari pewarisan sifat sitoplasmik dihubungkan dengan kegagalan
polen. Hal ini terjadi pada banyak tumbuhan yang dapat berbunga dan
menghasilkan sterilitas jantan. Pada tanaman jagung, gandum, gula bit,
bawang, dan tanaman pertanian lain, kemandulan dikontrol paling sedikit oleh
faktor sitoplasmik. Akan tetapi pada tanaman lain kemandulan jantan
dikontrol seluruhnya oleh gen nuklear. Penelitian dan tes penting harus dibuat
dalam kasus individu untuk menentukan mekanisme dari pewarisan sifat.
Kemandulan jantan memiliki kepentingan praktis ketika persilangan dibuat
dalam skala yang besar untuk menghasilkan biji hybrid (bastar). Tanaman
hybrid (bastar) diproduksi secara komersial yaitu pada jagung, mentimun,
bawang, sorghum, dan tanaman lain untuk menghasilkan bastar yang kuat
(Gardner, 1984).
1. Kemandulan jantan pada persilangan tanaman yang menghasilkan polen
Contoh klasik dari mekanisme pewarisan sifat maternal yang
membawa kemandulan jantan pada jagung telah diketahui dan dianalisis
secara hati-hati oleh M.M. Rhoades. Polen digagalkan pada kepala putik
dari beberapa tumbuhan jagung, kemudian membuatnya menjadi jantan
yang mandul, tetapi struktur betina dan fertilitasnya adalah normal. Gen
nuklear tidak mengontrol tipe sterilitas, tetapi dibawa oleh generasi ke
generasi sepanjang telur sitoplsma (Gardner, 1984).
Varietas jantan yang mandul terutama dihasilkan hanya oleh
anakan jantan yang mandul ketika dibuahi oleh polen dari tanaman jagung
yang normal. Gamet tanaman induk dari jantan yang mandul kemudian
disilangkan kembali secara berulang-ulang dengan garis polen fertil
(subur) sampai seluruh kromosom dari garis jantan yang mandul telah
ditukar untuk garis keturunan jantan yang fertil (subur). Secara genetik
pengembalian garis steril, sterilitas jantan dipertahankan, menjelaskan
bahwa pewarisan sifat adalah maternal dan tidak dikontrol oleh gen
kromosomal. Sebagai kemajuan penelitian, sejumlah kecil dari polen telah
diperoleh dari garis jantan steril, kemungkinan membuat persilangan
resiprokal. Persilangan ini menghasilkan anakan dari garis tanaman biji
jantan yang steril yaitu jantan fertil. Dengan demikian pewarisan sifat dari
sterilitas jantan adalah maternal, tanpa memperhatikan arah masuk dimana
persilangan dibuat. Sterilitas jantan pada contoh ini telah dihubungkan
pada gen sitoplasmik (plasmagen) yang dibawa oleh gamet-gamet betina.
Akan tetapi, efek sitoplasmik tidak hanya faktor dalam sterilitas jantan.
Gen nuklear spesifik sekarang telah diketahui untuk menekan secara
meternal pewarisan steril pada jagung. Contohnya, gen kromosomal
dominan yang tunggal, dapat mengembalikan fertilitas polen pada
kehadiran dari sitoplasma yang biasanya akan memastikan sterilitas. Pada
satu eksperimen, kegagalan polen terjadi hanya jika jenis spesifik dari
sitoplasma telah hadir sepanjang dengan gen dominan untuk sterilitas
jantan. Alel resesif homozigot hadir pada lokus suppressor (Gardner,
1984).
Skala besar menggunakan jagung jantan yang steril untuk
produksi biji membawa bencana pada perusahaan jagung di Amerika pada
tahun 1970. Dikarenakan keuntungan dari keseragaman pada jagung dan
keuntungan yang besar dari sterilitas jantan pada produksi biji, sumber
daya tunggal dari sitoplasma dikenal sebagai sitoplasma jantan yang steril
Texas (T), telah digunakan dalam memprodiksi biji untuk sebagian besar
jagung hybrid (bastar) yang ditanam pada tahun tersebut (Gardner, 1984).
Gambar 1.1 Maternal inheritance sterilitas jantan pada jagung (Gardner, 1984).
2. Bahaya dari keseragaman
Apa penyebab bencana pada perusahaan jagung? Mutan baru dari
jamur Helminthosporium maydis (Nisikado dan Miyake) menjadi virulen
Male sterile Male fertile
EggCytoplasm
Rare pollen
Gametes
Diploid product
Diploid product
After many backcrosses
Male sterile
Male fertile
I
patogen jenis khusus dari jagung hybrid (bastar). Cendawan tersebut
secara khusus bersifat merusak pada jagung dengan sitoplasma jantan yang
steril (T). Pathologis dan pembudidaya tanaman telah menemukan wabah
dengan pencarian varietas jagung yang resisten terhadap jamur.
Dikarenakan sebelumnya, sedikit menghawatirkan daun menguning dan
rusak, pada 1970 produksi biji telah bergeser ke jagung tanpa sitoplasma
T. Jagung ini membutuhkan detasseling manual tetapi secara luas
digunakan untuk penanaman pada musim dingin pada 1971. Hal tersebut
juga menghasilkan beberapa biji resisten untuk penggunaan perkebunan
umum dengan cepat. Beberapa pembudidaya lebih menyukai perkiraan 20-
30% hasil panen yang gagal dari pada resiko tinggi kegagalan yang lebih
banyak dari pertumbuhan hybrid yang rentan (Gardner, 1984).
Pada tahun 1971 produksi biji disempurnakan tanpa penggunaan
sterlitas jantan dan sitoplasma T. Wabah dari ras T dari H. maydis tidak
serius pada 1972. Masih ras yang lain dari H. maydis dapat muncul,
penyakit jagung satu dari lainnya dapat menjadi ancaman pada bentukan
jagung hybrid yang lebih tinggi dengan sitoplasma jantan steril T.
beberapa varietas dari jagung yang resisten pada adanya ras T dari H.
maydis sekarang telah diidentifikasi dan tersedia untuk produksi biji
(Gardner, 1984).
Contoh ilustrasi bahaya dari keseragaman dari germplasma untuk
pertumbuhan hasil pertanian pada skala besar. Hal tersebut juga
mengindikasikan bahwa pendukung program penelitian penting dalam
menjaga suplai makanan dari kegagalan potensial yang merupakan
bencana besar (Gardner, 1984).
B. Maternal EffectEfek maternal merupakan pengaruh gen ibu terhadap sifat dari
keturunan yang dihasilkan. Embrio dan telur dalam perkembangannya sangat
dipengaruhi oleh lingkungan maternal. Sebelum keluar dari tubuh induk maka
embrio dan telur akan mendaptkan suplai sitoplasma dan nutrisi dari tubuh
induk. Dalam hal ini maka akan mengakibatkan berpengaruhnya gen ibu
terhadap keturunannya. Namun efek maternal ini masih belum sepenuhnya
dibenarkan. Jika efek maternal itu terjadi, maka hasil dari persilangan
resiprokal akan selalu berbeda satu sama lain dengan sifat yang diekspresikan
oleh ibu (Gardner, 1984).
1. Maternal Effect pada Perputaran Cangkang
Contoh klasik dari pewarisan maternal adalah terjadi pada siput
atau bekicot Limnea peregra yang merupakan pewarisan sifat dalam
bentuk putaran cangkang yaitu sinistrall atau putaran kanan dan dekstral
atau putaran kiri. Arah ulir cangkang akan berganrtung pada orientasi
pembelahan sel pertama dari perkembangan embrio sitoplasma. Efek
maternal berpengaruh pada individu turunannya dan berlaku hanya satu
generasi saja. Arah lingkaran rumah siput ini ditentukan oleh sepasang gen
tunggal, yaitu oleh gen D untuk melingkar ke kanan, sedang alelnya d
untuk melingkar ke kiri. D adalah dominan terhadap d (Gardner, 1984).
Pola penggulungan siput ditentukan oleh genotip parental yang
memproduksi telur, daripada hanya fenotip parental saja. Induk maternal
yang bergenotip DD atau Dd hanya memproduksi anakan yang
menggulung dekstral. Investigasi yang dilakukan pada pola penggulungan
siput ini menerangkan bahwa orientasi benang spindel pada pembelahan
pertama setelah fertilisasi menentukan pola penggulungan siput. Orientasi
spindel ini dikontrol oleh gen maternal yang beraksi pada pematangan
telur di ovarium (Gardner, 1984).
Gambar 1.2 Pewarisan sifat dari perputaran cangkang pada Limnea
peregra (Klug et al., 2012).
2. Maternal Efek pada Drosophila
Di University of Texas terdapat Drosophila melanogaster yang
mengalami pertumbuhan tak normal pada daerah kepala yang muncul pada
sampel populasi yang diambil di Acahuizotla, Mexico. Lalat tersebut
dibawa dan dipilih yang mengalami abnormal pada kepalanya selama
beberapa tahun. Proporsi lalat yang mengekspresikan “trait” ini meningkat
kira-kira 76% pada suhu 22°C ketika lalat dibesarkan pada media jagung
dan molase. Ketika dilakukan penyilangan resiprokal maka efek maternal
terlihat (Gardner, 1984).
Tu-H betina dikawinkan secara terpisah dengan 3 jantan liar, dan
11 laki-laki dari laboratorium, dihasilkan 14-52% dari lalat abnormal pada
generasi I. Dari persilangan resiprokal antara jantan Tu-H dan 3 type liar
serta 11 betina dari laboratorium, didapatkan 0-1% yang mengalami
abnormal. Penelitian lebih lanjut menunjukkan efek maternal. Gen dari ibu
yang membawa pengaruh ke arah pertumbuhan abnormal pada kepala
keturunan selama 22 jam pertama dari pertumbuhan. Dua gen utama yang
ditemukan mengendalikan sifat tumor pada kepala yaitu : 1. Gen yang
terpaut seks di 64,5 map unit pada kromosom X mengendalikan efek
maternal. 2. gen struktural pada 58 map unit pada kromosom ketiga
mengendalikan fenotip tumor pada kepala (Gardner, 1984).
Daftar Pustaka
Klug, William S., Michael R. Cummings, Charlotte A. Spencer, dan Michael A. Palladino. 2012. Concepts of Genetics. California: Pearson Education Inc. (ebook).
Gardner, E.J., dan Snustad, D.P. 1984. Principle of Genetics 6th edition. NewYork: John Wiley and Sons.Inc.
Pertanyaan
1. Imroatun Hasana
Mengapa pada era sebelum terjadi bencana tersebut mandul jantan di
kembangkan dengan begitu pesatnya? Apakah alasan mereka
membudidayakan tanaman jagung dengan jantan steril?
Jawab:
Mereka mengembangkan jantan steril karena mandul jantan dapat
meningkatkan terjadinya persilangan secara alami sehingga mengakibatkan
perubahan gen secara cepat, meningkatkan keragaman, dan vigor hibrida.
Mekanisme tersebut memiliki manfaat yang sangat besar pada pemuliaan
heterosis sejumlah tanaman, terutama pada tanaman penyerbuk sendiri seperti
padi, tomat, dan kapas. Karena itu adanya sistem mandul jantan sangat
berperan dalam produksi padi hibrida secara komersial.
2. Didik Dwi P.
Mengapa transmisi yang terjadi umumnya melalui induk betina?
Jawab:
Transmisi yang terjadi umumnya melalui induk betina, karena gametnya
mengandung produk gen maternal sehingga mempengaruhi perkembangan
atau sumber tunggal kloroplas dan mitokondria yang mempengaruhi fenotip
anakannya. Sel reproduksi betina biasanya membawa banyak sitoplasma dan
organel sitoplasmik daripada sel jantan, hal ini akan mempengaruhi sifat
organel dan simbion di dalam sitoplasma.
top related