TUGAS AKHIR BIODIVERSITAS

Dosen Pengampu : Prof. Drs. Sutarno, M.Sc.,Ph.D

NAMA: MUHAMAD AJWAR

NIM

: S831308029

JURUSAN: PASCA P.SAINS BIOLOGI I

1. a. Jelaskan bagaimana terbentuknya diversitas genetik?Jawab : Diversitas genetik dapat terbentuk melalui 2 faktor utama yaitu faktor alami dan faktor tidak alami.

Faktor alami :

Faktor alami yang dapat membentuk diversitas genetik antara lain adalah mutasi yang terjadi pada gen dan kromosom serta adaptasi terhadap lingkungan. Mutasi gen dan kromosom ini menjadi faktor utama dalam pembentukan variasi genetik. Mutasi merupakan perubahan struktur atau sekuen DNA pada kromosom yang dapat terjadi pada tempat dimana saja pada kromosom. Penyebab terjadinya mutasi (yang spontan maupun yang terinduksi) adalah keadaan atau faktor-faktor lingkungan yang dapat dibedakan menjadi penyebab mutasi yang bersifat fisik (radiasi, suhu dan tekanan hidrostatik), kimiawi (mutagen kimiawi), maupun biologis (virus). Disamping itu juga penyebab terjadinya mutasi adalah oleh keadaaan atau faktor-faktor internal materi genetik antara lain kesalahan pada replikasi DNA, penggelembungan unting di saat replikasi, perubahan kimia tertentu secara spontan, transposisi elemen transposable, dan efek gen mutator. Faktor tidak alami :

Terbentuknya diversitas genetik secara tidak alami adalah melalui proses perkawinan silang (hibrididasi). Pada perkawinan silang dimungkinkan adanya penggabungan sifat-sifat berbeda dan gen-gen yang berbeda pula sehingga menghasilkan keturunan dengan gen yang berbeda. Hal tersebut akan memunculkan variasi genetik yang tinggi. b. Jelaskan kaitan antara variasi di tingkat gen dengan beranekaragamnya makhluk hidup di dunia ini.

Jawab :

Susunan perangkat gen pada makhluk hidup sangat banyak jumlahnya. Karena susunan perangkat setiap makhluk hidup berbeda-beda maka setiap perkawinan akan menghasilkan kombinasi susunan perangkat gen yang baru, sehingga keanekaragaman gen semakin tinggi. Misalnya, menanam tanaman yang sama di tempat yang berbeda, akan menghasilkan tanaman yang mempunyai sifat berbeda. Hal ini membuktikan bahwa sifat fenotipe yang tampak dari luar dipengaruhi oleh lingkungan, berarti jika ada dua makhluk hidup yang mempunyai perangkat genetik sama belum tentu mempunyai fenotipe yang sama.Variasi di tingkat gen dapat terjadi secara alami yang merupakan akibat pengaruh adaptasi makhluk hidup terhadap lingkungan sehingga akan menimbulkan adanya variasi pada tumbuhan dan ras pada hewan. Keanekaragaman hayati tingkat gen dapat pula terjadi karena perbuatan manusia, misalnya hibridisasi dan mutasi buatan. Untuk menghasilkan hewan dan tumbuhan jenis baru dapat dilakukan dengan rekayasa genetika yaitu dengan memanipulasi gen. Susunan perangkat dasar gen setiap individu dalam satu spesies banyak kemungkinannya, sehingga tidak ada dua individu mempunyai susunan genetik yang sama. Hal ini akan mendasari terbentuknya keanekaragaman makhluk hidup yang disebabkan oleh variasi di tingkat gen.c. Faktor-faktor apa saja yang menyebabkan terjadinya variasi gen,

sebutkan dan jelaskan masing-masing.Jawab :

Faktor penyebab terjadinya variasi gen antara lain mutasi, rekombinasi gen, genetic drift, gen flow dan seleksi alam.1). Mutasi

Mutasi ini terjadi karena perubahan urutan basa pada DNA atau dapat dikatakan sebagai perubahan nukleotida pada DNA. Perubahan struktur DNA ini memiliki bermacam-macam kemungkinan perubahan yaitu polimorfisme nukleotida tunggal, misalnya

5 T A G C G A T 5 T A A C G A T Delesi atau DefisiensiDelesi adalah peristiwa patahnya sebagian segmen kromosom. Pada peristiwa ini kromosom dapat kehilangan satu gen atau lebih. Hal ini menyebabkan terjadi sintesis protein dengan perubahan pada asam aminonya. Kromosom yang tidak memiliki sentromer akan larut di dalam plasma karena gen-gennya tidak berfungsi.

DuplikasiDuplikasi adalah peristiwa penambahan patahan segmen kromosom lain yang homolog. Akibat duplikasi segmen, maka akan terdapat lebih dari satu segmen indentik di dalam satu perangkat kromosom.

InversiInversi ialah peristiwa membaliknya beberapa urutan gen dalam suatu kromosom. Hal ini terjadi karena kromosom patah di dua tempat, yang diikuti penyisipan kembali gen-gen tetapi dengan urutan terbalik.

TranslokasiTranslokasi adalah pindahnya potongan segmen kromosom yang satu ke potongan kromosom lain yang bukan homolognya.

Mutasi pada gen dan kromosom dapat diwariskan kepada keturunannya sehingga dimungkinkan keturunan-keturunannya memiliki variasi genetik yang tinggi. 2). Rekombinasi genRekombinasi gen yaitu penyatuan gen-gen yang dibawa oleh urutan DNA. Hasil dari rekombinasi gen yaitu genotip rekombinan tidak sama dengan induknya. Sehubungan dengan itu rekombinasi gen menimbulkan perubahan gen pada generasi berikutnya, sehingga menimbulkan variasi genetik.3). genetic driftPergeseran genetik adalah perubahan frekuensi varian gen (alel) dalam populasi karena random sampling. Pergeseran genetik dapat menyebabkan varian gen menghilang sepenuhnya dan dengan demikian mengurangi variasi genetik.4). gen flowAliran gen (juga dikenal sebagai migrasi gen) adalah transfer alel atau gen dari satu populasi ke populasi yang lain. Migrasi masuk atau keluar dari suatu populasi dimungkinkan adanya perubahan yang nyata pada frekuensi alel (proporsi anggota populasi yang membawa varian tertentu dari gen). Imigrasi atau masuknya populasi juga dapat menyebabkan penambahan varian genetik baru ke dalam gen pada suatu spesies atau populasi tertentu. Ada sejumlah faktor yang mempengaruhi laju aliran gen antara populasi yang berbeda. Salah satu faktor yang paling berpengaruh adalah mobilitas. Mobilitas atau pergerakan individu yang lebih besar cenderung memberikan potensi migrasi yang besar pula besar. Misalnya hewan cenderung lebih mobile dibandingkan tanaman, meskipun serbuk sari dan benih dapat dilakukan jarak jauh oleh hewan atau angin.5). Seleksi alamSeleksi alam meningkatkan frekuensi genotipe dan membuat organisme cocok dengan lingkungannya. Seleksi alam didefinisikan sebagai reproduksi diferensial individu atau genotip pada suatu populasi. Diferensial reproduksi disebabkan oleh perbedaan antara individu dalam ciri seperti kematian, kesuburan, keberhasilan kawin, dan kelangsungan hidup keturunan. Seleksi alam didasarkan pada ketersediaan variasi genetik di antara individu dalam karakter yang terkait dengan keberhasilan reproduksi. Seleksi dapat menyebabkan perubahan pada frekuensi alel dari waktu ke waktu. Namun, perubahan hanya pada frekuensi alel dari generasi ke generasi tidak selalu menunjukkan seleksi yang sedang bekerja. Proses lainnya, seperti arus genetik secara acak, dapat membawa perubahan temporal dalam frekuensi alel juga. Menariknya, perubahan frekuensi alel tidak selalu menunjukkan seleksi yang sesuai dengan genotip. Mekanisme seleksi alam tersebut dapat mengakibatkan variasi genetik di dalam populasi.2. Jelaskan bagaimana cara mengukur variasi genetik.

Jawab :

Cara mengukur variasi genetik menggunakan dua cara yaitu marka molekuler dan reaksi PCR. a. Marka Gen Marka Gen merupakan cara pengukuran yang bermanfaat untuk melakukan seleksi secara detail dan akurat untuk mendapatkan sifat yang diinginkan. Dalam marka gen, suatu sekuen variable DNA yang terjadi secara bersamaan dengan variabel sifat kuantitatif, baik secara langsung mempengaruhi atau karena berpautan dengan sekuen DNA yg lain yang mempengaruhi suatu sifat tertentu. Penggunaan marka gen ini yaitu sifat yang memiliki nilai ekonomi tinggi umumnya bersifat kuantitatif dan dikendalikan oleh berbagai lokus pengendali sifat kuantitatif (QTL) dan juga faktor lingkungan, maka tidak dapat melakukan genotyping untuk sifat tersebut dan hanya berdasarkan pada karakter yang terlihat atau fenotip. Cara untuk mendapatkan marka gen ini dapat melalui dua pendekatan yaitu candidate marker dan random marker approach. Marka molekuler memiliki kelebihan dibandingkan dengan marka fenotipe, dapat meningkatkan efisiensi seleksi dalam pemuliaan tanaman dengan cara seleksi secara tidak langsung terhadap karakter yang diharapkan, tetapi terhadap marka molekuler yang terpaut dengan kareakter tersebut. Selain itu, marka molekuler tidak diregulasi lingkungan sehingga tidak dipengaruhi oleh kondisi dimana tanaman tersebut berada, juga marka tersebut dapat terdeteksi pada semua tahap perkembangan tanaman.b. Reaksi PCR

Pada pengukuran menggunakan prinsip PCR berbagai teknik telah dikembangkan, antara lain Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP), Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD), dan Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP), dan Simple Sequence Repeats (SSR). 1) RFLP merupakan salah satu jenis analisis molekuler yang didasarkan pada pemotongan situs DNA dengan menggunakan enzim restriksi, menghasilkan fragmen- fragmen DNA dengan berba ga i ukuran. Perbedaan ukuran fragmen tersebut disebabkan adanya perbedaan jumlah dan distribusi situs restriksi yang terdapat pada DNA sehingga mempengaruhi aktivitas enzim tersebut. Hal ini menyebabkan teknik RFLP dapat digunakan sebagai penduga variasi sekuen DNA, sehingga dapat digunakan untuk menduga hubungan kekerabatan dari beberapa individu atau untuk analisis keragaman genetik Akan tetapi analisis dengan RFLP membutuhkan DNA dalam jumlah banyak dan tingkat kemurnian DNA yang tinggi, juga sering menggunakan radio isotop sehingga teknik ini menjadi tidak e fisien. 2) RAPD merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan penelitian pada tingkat molekuler. Analisis RAPD mempunyai beberapa kelebihan dibanding dengan RFLP antara lain lebih murah, regenerasi lebih cepat, membutuhkan DNA lebih sedikit, tidak menggunakan radio isotop, dan tahapannya tidak terlalu rumit 3) Teknik AFLP merupakan kombinasi RAPD dan RFLP yang dapat digunakan untuk menganalisis keragaman genetik melalui penggandaan fragmen DNA yang dihasilkan dari pemotongan enzim restriksi dengan menggunakan primer spesifik.3. Dengan adanya variasi dalam satu populasi makhluk hidup, maka manusia dapat memanfaatkannya untuk melakukan seleksi atau pemuliaan baik tanaman atau hewan sehingga dapat diperoleh varian yang sesuai dengan keinginan manusia. Jelaskan pendekatan apa yang harus dilakukan, serta jelaskan masing-masing keuntungan dan kerugian dari pendekatan-pendekatan tersebut.

Jawab :

Dalam melakukan seleksi tanaman atau hewan untuk memperoleh varian yang sesuai yaitu dengan marka gen. Marka gen terdiri dari dua pendekatan. Pendekatan yang harus dilakukan ada dua yaitu pendekatan candidate marker dan random marker approach.a. Candidate marker

Pendekatan candidate marker didasarkan pada pengetahuan pendukung yang diketahui seperti bukti-bukti fisiologi dan biokimia yang menunjukkan bahwa gen yang bersangkutan terlibat pada sifat yang diinginkan. Misal dipilihnya gen penyandi hormon pertumbuhan untuk studi gen-gen yang mempengaruhi pertumbuhan karena produk dari gen tersebut adalah sangat penting dalam pertumbuhan tubuh/somatik. Pendekatan marker secara umum dapat dilakukan dengan langkah identifikasi locus/loci diinginkan berdasarkan bukti fisiologis dan biokimia yang berhubungan dengan sifat fenotip; identifikasi varian molekuler pada atau sekitar locus/loci tersebut, umumnya varian molecular dideteksi dengan teknik RFLP, PCR-RFLP, microsatellite atau teknik molecular yang lain; Variasi molecular dikelompokkan dalam klas genotipe; Variasi nilai fenotip dikelompokkan; Gunakan uji statistik yang sesuai untuk menguji keterkaitan klas genotip dan fenotip. Kelebihan pada pendekatan candidate marker yaitu gen yang dipelajari terlibat pada sifat fenotip yg diinginkan. Pendekatan ini straightforward, hanya memfokuskan pada gen yang relevan terhadap fenotip yang diinginkan, candidate marker dapat sebagai penentu nilai genotip, candidate marker sesuai untuk analisis yang menunjukkan kontribusi lokus kandidat terhadap variasi total fenotip, pada candidate marker, hasil yang diperoleh interpretable secara fisiologis dan biokimia, dan kandidat gen yg diinginkan dapat dilokasikan dari produk protein dengan teknik standard.Kekurangan pendekatan candidate marker yaitu Candidate marker dilakukan terbatas hanya pada sifat-sifat yang telah diketahui hubungan fisiologis dan biokimianya, variasi molekuler harus diperoleh pada locus/loci yang dipelajari. Sulit dilakukan pada locus yang belum dipelajari.b. Random marker approachPendekatan random marker approach berusaha melokalisasi marka gen dengan melakukan pengukuran genotipe pada sejumlah loki yang sangat banyak (keseluruhan genome) tanpa mengetahui pengaruh fenotipnya, dengan harapan ada locus/loci yang berpautan dengan sifat yang diinginkan. RAPD sering digunakan dalam random marker approach.Kelebihan random marker approach tidak hanya terbatas pada sifat-sifat yang telah diketahui keterkaitan gen secara fisiologis dan biokimianya, Pendekatan random marker approach mencari variable marker pada keseluruhan genom sehingga lebih memungkinkan untuk diketemukannya QTL multiple bahkan pada daerah yang mungkin belum diketemukan sebelumnya yang berhubungan dengan sifat yang diinginkan, random marker approach sesuai untuk melokalisir QTL dari persilangan antar populasi yang secara genetic dan fenotipe berbeda. Kelemahan utama dari pendekatan random marker approach yaitu susah untuk menginterpretasikan varian molekuler dalam hubungannya dengan sifat fenotip secara fisiologis dan biokimia, karena lokus yang dideteksi berasal dari daerah yang fungsinya tidak diketahui, lebih sesuai untuk mempelajari crosses dari populasi yang divergent daripada populasi alami, pendekatan ini kurang valuable dibanding pendekatan kandidat.4. Apabila anda mendapatkan tugas untuk menentukan atau memilih individu-individu calon induk dari suatu populasi yang sangat bervariasi untuk suatu sifat tertentu yang mana sifat itu sangat penting bagi keuntungan manusia, sementara itu informasi terkait dengan sekuen DNA (gen) yang bertanggung jawab terhadap sifat itu belum diketahui, langkah apa yang dapat saudara lakukan agar secara akurat pilihan tersebut dapat menghasilkan sifat seperti yang diinginkan dan diturunkan secara turun temurun kepada keturunannya, jelaskan.

Jawab :Langkah yang akan dilakukan pertama adalah menentukan sekuen DNA pada individu-individu calon induk. Penentuan sekuen DNA memungkinkan identifikasi variasi genetik pada level DNA. Penentuan sekuen DNA dapat melalui marka gen, yaitu salah satunya dengan metode PCR. Beberapa teknik PCR yang dapat digunakan untuk mendeteksi sekuen DNA diantaranya Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD). Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) adalah suatu sistem deteksi molekuler yang berbasis PCR, salah satu teknik molekuler untuk mendeteksi keragaman DNA didasarkan pada penggandaan DNA . RAPD juga merupakan penanda DNA yang memanfaatkan primer acak oligonukleotida pendek (dekamer) untuk mengamplifikasi DNA genom organisme. Prinsip teknik RAPD didasarkan pada kemampuan primer menempel pada cetakan DNA. Primer yang didesain berupa primer tunggal pendek agar dapat menempel secara acak pada DNA individu calon induk. Dengan demikian akan terdapat banyak pola fragmen DNA. Keunggulan teknik, RAPD terletak pada beberapa kemudahan: pengetahuan latar belakang genom individu calon organisme tidak diperlukan, hasil RAPD dapat diperoleh secara cepat.

Setelah dapat mengetahui sekuen DNA individu calon induk, maka dapat diketahui juga variasi gen yang ada pada individu tersebut. Individu yang memiliki variasi gen yang dibuktikan dengan sekuen DNA bervariasi, maka dapat diketahui sifat-sifat yang terdapat pada individu tersebut. Selanjutnya dipilih sifat individu berdasarkan variasi gen sesuai dengan yang kita inginkan. Pemilihan individu tersebut kemudian dimuliakan dengan ditanam untuk memperoleh anakan/keturunan yang sesuai dengan induknya.