Hubungan Kandungan Protein Dari Gen Esr1 Dengan Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau (Nicotiana tabacum L.)

CHANDRA RISDIAN. Hubungan Kandungan Protein dari Gen ESR1 dengan
Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau (Nicotiana tabacum L.). Dibimbing
oleh HASIM dan ARIEF BUDI WITARTO.
Studi tentang potensi organogenesis tembakau (Nicotiana tabacum L.) dan
hubungannya dengan kandungan protein dari gen ESR1 (Enhancer of Shoot
Regeneration 1) telah dilakukan. Potensi organogenesis ditentukan dari persentase
cakram daun yang dapat tumbuh tunas, persentase luas area permukaan yang
tumbuh tunas tiap cakram daun, dan jumlah tunas tiap cakram daun. Enam belas
varietas tembakau lokal telah dibuat cakram daun dan ditanam dalam media
induksi tunas (MS + BAP 1 ppm + NAA 0.1 ppm). Setelah 7 minggu hasilnya
menunjukkan bahwa dari tiap cakram daun dari 16 varietas tersebut semuanya
dapat tumbuh tunas (100%) dengan jumlah tunas rataan yang bervariasi. Varietas
Gewol Setiyeng menghasilkan persentase luas area permukaan yang tumbuh tunas
paling tinggi (92 %) sedangkan varietas Cetok menghasilkan persentase luas area
permukaan yang tumbuh tunas paling rendah (56 %). Varietas Gewol Setiyeng
juga tergolong dengan jumlah tunas tertinggi (43 tunas) sebaliknya varietas Deli
terendah (25 tunas). Hubungan antara persentase luas area permukaan yang
tumbuh tunas dengan jumlah tunas adalah linear dengan nilai R2 = 0.4423. Pita
protein terduga dari gen ESR1 sedikit lebih tebal pada varietas Gewol Setiyeng.

CHANDRA RISDIAN. The Relation Between Content of Protein from ESR1

Gene and Organogenesis 16 Varieties of Local Tobacco (Nicotiana tabacum L.).
Under the direction of HASIM and ARIEF BUDI WITARTO.
Study about potential of organogenesis in tobacco (Nicotiana tabacum L.)
and its relation with contents of protein from gene ESR1 (Enhancer of Shoot
Regeneration 1) had been done. Potential of organogenesis was determined by
percentage of leaf discs producing shoots, percentage of surface area producing
shoots per leaf disc, and amount of shoots per leaf disc. Sixteen varieties of local
tobacco had been made to leaf discs and had been cultivated on shoot induction
medium (MS + BAP 1 ppm + NAA 0.1 ppm). After 7 weeks the result showed
that all of leaf discs from 16 varieties could produce shoots (100%) with various
average amounts of shoots. Gewol Setiyeng variety is the best in percentage of
surface area producing shoots per leaf disc (92%) meanwhile Cetok variety is the
lowest (56 %). Gewol Setiyeng variety is also the greatest amount in shoots
production per leaf disc (43 shoots) in the contrary variety Deli was the smallest
(25 shoots). Correlation between percentage of surface area producing shoots and
amount of shoots per leaf disc are linear with R2 = 0.4423. Protein putative band
from ESR1 gene expression in Gewol Setiyeng variety is rather thicker than Deli
variety.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Program Studi Biokimia

Judul Skripsi : Hubungan Kandungan Protein dari Gen ESR1 dengan
Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau
(Nicotiana tabacum L.)
Nama
: Chandra Risdian
NIM
: G44102011

Disetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Arief BudiWitarto, M.Eng
Anggota

Dr. drh. Hasim, DEA
Ketua

Diketahui
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, M.S.
NIP 131473999

Tanggal Lulus :

Puji syukur penulis alamatkan kepada Allah SWT yang senantiasa
melimpahkan karunia kepada hambaBhambaBNya dan shalawat serta salam tak
lupa kepada Rasulullah Muhammad SAW. Penulis sangat bersyukur sekali dapat
menyelasaikan karya ilmiah ini, yang berjudul Hubungan Kandungan Protein dari
Gen ESR1 dengan Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau (Nicotiana
tabacum L.).
Tidak lupa penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Kelompok
Penelitian Rekayasa ProteinBLIPI, Cibinong, yang telah mengeluarkan dana untuk
penelitian ini, Dr. drh. Hasim, DEA. dan Dr.Arief Budi Witarto, M.Eng. sebagai
pembimbing, Desriani S.Si, M.Si yang telah banyak membantu penulis selama

mengejakan penelitian kultur jaringan tanaman serta karya tulis ini, Suwarti S.TP
yang telah membantu penulis dalam hal teknis pekerjaan analisis protein, ayah
dan ibu yang selalu memberikan semangat serta do’anya, Yulfan, Febri,
Bambang, Aris, Nanda, Firdaus, Anang, dan Aqwin yang telah membantu penulis
dalam menyelesaikan penelitian, analisis data serta menyelesaikan karya tulis ini.
Akhir kata, penulis sangat berharap bahwa penelitian ini dapat
memberikan kontribusi pengembangan ilmu pengetahuan bagi pembacanya. Tak
ada gading yang tak retak, penulis yakin di dalam karya tulis ini masih terdapat
kekurangannya, untuk itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat
diharapkan.

Bogor, Januari 2007
Chandra Risdian

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 4 Nopember 1984 dari ayah
Yudiswan dan ibu Sumarni. Penulis merupakan putra pertama dari empat
bersaudara.
Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 2 Bekasi dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis
memilih Program Studi Biokimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Kimia
Dasar II pada tahun ajaran 2003/2004, serta mata kuliah Biologi Dasar pada tahun
ajaran yang sama. Pada tahun 2006 penulis menerima penghargaan Indonesia
Sampoerna Best Student 2006, serta dipilih menjadi mahasiswa berprestasi
Departemen Biokimia dan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB.

! " #
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................

ix

PENDAHULUAN ........................................................................................

1

TINJAUAN PUSTAKA
Molecular farming ...............................................................................

Tanaman Tembakau .............................................................................
Kultur Jaringan Tanaman .....................................................................
Induksi Tunas .......................................................................................
Potensi Organogenesis Tembakau ........................................................

1
2
3
3
5

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat .....................................................................................
Metode ...............................................................................................
..............................................................................................................

6
6

HASIL DAN PEMBAHASAN

JumlahTunas, Persentase Cakram Daun Yang Tumbuh Tunas dan
Persentase Area Permukaan Cakram Daun Tumbuh Tunas ................... 8
Analisis Protein Cakram Daun .............................................................. 11
SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 14
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 14
LAMPIRAN ................................................................................................. 16

! " #
1 ProteinBprotein rekombinan bernilai tinggi yang dihasilkan tembakau dalam
usaha molecular farming ............................................................................... 2
2 Tembakau koleksi Laboratorium Rekayasa ProteinBLIPI ............................. 6
3 Jumlah tunas dan persentase cakram daun yang tumbuh tunas dari 16
varietas lokal tembakau setelah 7 minggu ...................................................... 9
4 Data persentase luas area cakram daun tumbuh tunas dari 16 varietas lokal
setelah 7 minggu waktu inkubasi .................................................................... 11
5 Kelompok Duncan berdasarkan rataan jumlah tunas tiap cakram daun
yang terbentuk ................................................................................................. 12

! " #
1 Mekanisme sinyal hormonal pada tanaman .................................................. 4

2 MacamBmacam sitokinin ............................................................................. 4
3 MacamBmacam auksin ................................................................................. 4
4 Reseptor sitokinin CRE1 .............................................................................. 4
5 Reseptor auksin ABP1 .................................................................................. 5
6 Grafik hubungan eksponensial antara jumlah tunas tiap eksplan daun
dengan persentase eksplan daun yang tumbuh tunas .................................... 5
7 Grafik hubungan eksponensial antara jumlah tunas yang tumbuh
dengan persentase luas area eksplan daun yang tumbuh tunas ..................... 5
8 Grafik hubungan antara jumlah tunas dengan persentase cakram daun
yang tumbuh tunas (%) ............................................................................... 10
9 Perbandingan tunas yang terbentuk antara varietas Gewol Setiyeng dengan
varietas Deli .............................................................................................. 10
10 Grafik hubungan antara jumlah tunas yang tumbuh dengan persentase luas
area eksplan daun yang tumbuh tunas ........................................................... 10
11 Perkembangan cakram daun tembakau ...................................................... 12
12 Elektroforegram total protein pada cakram daun ........................................ 13
13 Elektroforegram total protein cakram daun setelah sampel minggu I
diencerkan ................................................................................................. 13
14 Perbandingan pita protein terduga dari gen ESR1 pada varietas Gewol
Setiyeng dengan varietas Deli .................................................................... 14

! " #
1 Komposisi larutan stok Media MS .............................................................. 17
2 TahapBtahap kerja penelitian ....................................................................... 18
3 TahapBtahap ekstraksi dan analisis protein .................................................. 19
4 Larutan stok SDSBPAGE ............................................................................ 20
5 Komposisi gel akrilamid 10% ..................................................................... 21
6 Data hasil uji RAL ANOVA ....................................................................... 22
7 Data hasil uji Duncan ................................................................................. 23
8 Kurva protein standar SDS PAGE ulangan I ............................................... 24
9 Kurva protein standar SDS PAGE ulangan II ............................................. 25
10 Data jumlah tunas dari 16 varietas lokal tembakau ..................................... 26

CHANDRA RISDIAN. Hubungan Kandungan Protein dari Gen ESR1 dengan
Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau (Nicotiana tabacum L.). Dibimbing
oleh HASIM dan ARIEF BUDI WITARTO.
Studi tentang potensi organogenesis tembakau (Nicotiana tabacum L.) dan
hubungannya dengan kandungan protein dari gen ESR1 (Enhancer of Shoot
Regeneration 1) telah dilakukan. Potensi organogenesis ditentukan dari persentase
cakram daun yang dapat tumbuh tunas, persentase luas area permukaan yang

tumbuh tunas tiap cakram daun, dan jumlah tunas tiap cakram daun. Enam belas
varietas tembakau lokal telah dibuat cakram daun dan ditanam dalam media
induksi tunas (MS + BAP 1 ppm + NAA 0.1 ppm). Setelah 7 minggu hasilnya
menunjukkan bahwa dari tiap cakram daun dari 16 varietas tersebut semuanya
dapat tumbuh tunas (100%) dengan jumlah tunas rataan yang bervariasi. Varietas
Gewol Setiyeng menghasilkan persentase luas area permukaan yang tumbuh tunas
paling tinggi (92 %) sedangkan varietas Cetok menghasilkan persentase luas area
permukaan yang tumbuh tunas paling rendah (56 %). Varietas Gewol Setiyeng
juga tergolong dengan jumlah tunas tertinggi (43 tunas) sebaliknya varietas Deli
terendah (25 tunas). Hubungan antara persentase luas area permukaan yang
tumbuh tunas dengan jumlah tunas adalah linear dengan nilai R2 = 0.4423. Pita
protein terduga dari gen ESR1 sedikit lebih tebal pada varietas Gewol Setiyeng.

CHANDRA RISDIAN. The Relation Between Content of Protein from ESR1
Gene and Organogenesis 16 Varieties of Local Tobacco (Nicotiana tabacum L.).
Under the direction of HASIM and ARIEF BUDI WITARTO.
Study about potential of organogenesis in tobacco (Nicotiana tabacum L.)
and its relation with contents of protein from gene ESR1 (Enhancer of Shoot
Regeneration 1) had been done. Potential of organogenesis was determined by
percentage of leaf discs producing shoots, percentage of surface area producing

shoots per leaf disc, and amount of shoots per leaf disc. Sixteen varieties of local
tobacco had been made to leaf discs and had been cultivated on shoot induction
medium (MS + BAP 1 ppm + NAA 0.1 ppm). After 7 weeks the result showed
that all of leaf discs from 16 varieties could produce shoots (100%) with various
average amounts of shoots. Gewol Setiyeng variety is the best in percentage of
surface area producing shoots per leaf disc (92%) meanwhile Cetok variety is the
lowest (56 %). Gewol Setiyeng variety is also the greatest amount in shoots
production per leaf disc (43 shoots) in the contrary variety Deli was the smallest
(25 shoots). Correlation between percentage of surface area producing shoots and
amount of shoots per leaf disc are linear with R2 = 0.4423. Protein putative band
from ESR1 gene expression in Gewol Setiyeng variety is rather thicker than Deli
variety.

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Program Studi Biokimia

Judul Skripsi : Hubungan Kandungan Protein dari Gen ESR1 dengan
Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau
(Nicotiana tabacum L.)
Nama
: Chandra Risdian
NIM
: G44102011

Disetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Arief BudiWitarto, M.Eng
Anggota

Dr. drh. Hasim, DEA
Ketua

Diketahui
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, M.S.
NIP 131473999

Tanggal Lulus :

Puji syukur penulis alamatkan kepada Allah SWT yang senantiasa
melimpahkan karunia kepada hambaBhambaBNya dan shalawat serta salam tak
lupa kepada Rasulullah Muhammad SAW. Penulis sangat bersyukur sekali dapat
menyelasaikan karya ilmiah ini, yang berjudul Hubungan Kandungan Protein dari
Gen ESR1 dengan Organogenesis 16 Varietas Lokal Tembakau (Nicotiana
tabacum L.).
Tidak lupa penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Kelompok
Penelitian Rekayasa ProteinBLIPI, Cibinong, yang telah mengeluarkan dana untuk
penelitian ini, Dr. drh. Hasim, DEA. dan Dr.Arief Budi Witarto, M.Eng. sebagai
pembimbing, Desriani S.Si, M.Si yang telah banyak membantu penulis selama
mengejakan penelitian kultur jaringan tanaman serta karya tulis ini, Suwarti S.TP
yang telah membantu penulis dalam hal teknis pekerjaan analisis protein, ayah
dan ibu yang selalu memberikan semangat serta do’anya, Yulfan, Febri,
Bambang, Aris, Nanda, Firdaus, Anang, dan Aqwin yang telah membantu penulis
dalam menyelesaikan penelitian, analisis data serta menyelesaikan karya tulis ini.
Akhir kata, penulis sangat berharap bahwa penelitian ini dapat
memberikan kontribusi pengembangan ilmu pengetahuan bagi pembacanya. Tak
ada gading yang tak retak, penulis yakin di dalam karya tulis ini masih terdapat
kekurangannya, untuk itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat
diharapkan.

Bogor, Januari 2007
Chandra Risdian

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 4 Nopember 1984 dari ayah
Yudiswan dan ibu Sumarni. Penulis merupakan putra pertama dari empat
bersaudara.
Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 2 Bekasi dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis
memilih Program Studi Biokimia, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Kimia
Dasar II pada tahun ajaran 2003/2004, serta mata kuliah Biologi Dasar pada tahun
ajaran yang sama. Pada tahun 2006 penulis menerima penghargaan Indonesia
Sampoerna Best Student 2006, serta dipilih menjadi mahasiswa berprestasi
Departemen Biokimia dan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB.

! " #
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................

ix

PENDAHULUAN ........................................................................................

1

TINJAUAN PUSTAKA
Molecular farming ...............................................................................
Tanaman Tembakau .............................................................................
Kultur Jaringan Tanaman .....................................................................
Induksi Tunas .......................................................................................
Potensi Organogenesis Tembakau ........................................................

1
2
3
3
5

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat .....................................................................................
Metode ...............................................................................................
..............................................................................................................

6
6

HASIL DAN PEMBAHASAN
JumlahTunas, Persentase Cakram Daun Yang Tumbuh Tunas dan
Persentase Area Permukaan Cakram Daun Tumbuh Tunas ................... 8
Analisis Protein Cakram Daun .............................................................. 11
SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 14
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 14
LAMPIRAN ................................................................................................. 16

! " #
1 ProteinBprotein rekombinan bernilai tinggi yang dihasilkan tembakau dalam
usaha molecular farming ............................................................................... 2
2 Tembakau koleksi Laboratorium Rekayasa ProteinBLIPI ............................. 6
3 Jumlah tunas dan persentase cakram daun yang tumbuh tunas dari 16
varietas lokal tembakau setelah 7 minggu ...................................................... 9
4 Data persentase luas area cakram daun tumbuh tunas dari 16 varietas lokal
setelah 7 minggu waktu inkubasi .................................................................... 11
5 Kelompok Duncan berdasarkan rataan jumlah tunas tiap cakram daun
yang terbentuk ................................................................................................. 12

! " #
1 Mekanisme sinyal hormonal pada tanaman .................................................. 4
2 MacamBmacam sitokinin ............................................................................. 4
3 MacamBmacam auksin ................................................................................. 4
4 Reseptor sitokinin CRE1 .............................................................................. 4
5 Reseptor auksin ABP1 .................................................................................. 5
6 Grafik hubungan eksponensial antara jumlah tunas tiap eksplan daun
dengan persentase eksplan daun yang tumbuh tunas .................................... 5
7 Grafik hubungan eksponensial antara jumlah tunas yang tumbuh
dengan persentase luas area eksplan daun yang tumbuh tunas ..................... 5
8 Grafik hubungan antara jumlah tunas dengan persentase cakram daun
yang tumbuh tunas (%) ............................................................................... 10
9 Perbandingan tunas yang terbentuk antara varietas Gewol Setiyeng dengan
varietas Deli .............................................................................................. 10
10 Grafik hubungan antara jumlah tunas yang tumbuh dengan persentase luas
area eksplan daun yang tumbuh tunas ........................................................... 10
11 Perkembangan cakram daun tembakau ...................................................... 12
12 Elektroforegram total protein pada cakram daun ........................................ 13
13 Elektroforegram total protein cakram daun setelah sampel minggu I
diencerkan ................................................................................................. 13
14 Perbandingan pita protein terduga dari gen ESR1 pada varietas Gewol
Setiyeng dengan varietas Deli .................................................................... 14

! " #
1 Komposisi larutan stok Media MS .............................................................. 17
2 TahapBtahap kerja penelitian ....................................................................... 18
3 TahapBtahap ekstraksi dan analisis protein .................................................. 19
4 Larutan stok SDSBPAGE ............................................................................ 20
5 Komposisi gel akrilamid 10% ..................................................................... 21
6 Data hasil uji RAL ANOVA ....................................................................... 22
7 Data hasil uji Duncan ................................................................................. 23
8 Kurva protein standar SDS PAGE ulangan I ............................................... 24
9 Kurva protein standar SDS PAGE ulangan II ............................................. 25
10 Data jumlah tunas dari 16 varietas lokal tembakau ..................................... 26

Tembakau merupakan salah satu
tanaman komoditi di Indonesia. Tanaman ini
digunakan sebagai bahan baku pembuatan
rokok. Jenis tembakau di Indonesia antara lain
adalah tembakau deli, dan tembakau
temanggung.
Perkembangan
ilmu
pengetahuan menyebabkan tembakau bisa
dijadikan sarana untuk usaha molecular
farming di Indonesia.
Molecular farming adalah usaha
produksi protein rekombinan bernilai tinggi
pada tanaman. Kegiatan ini meliputi
penyisipan gen asing ke genom tanaman
(seperti gen penyandi serum albumin
manusia). Hasilnya kemudian dinamakan
tanaman transgenik (Niesing 2001). Dengan
molecular farming ini, tanaman tembakau bisa
direkayasa menjadi tanaman yang bernilai
tinggi karena mampu memproduksi proteinB
protein bagi manusia.
Tembakau
memiliki
beberapa
kelebihan sehingga bisa dijadikan objek dalam
usaha molecular farming, yakni meliputi
sistem ekspresi tingkat tinggi untuk protein
asing, produksi biomassanya tinggi dan
merupakan tanaman nonpangan (Giddings et
al. 2000, Daniell et al. 2001, Maliga 2003).
Organogenesis tunas tembakau dari
eksplan daun adalah sistem regenerasi yang
sangat efektif yang digunakan untuk
transformasi tanaman (Horsch et al. 1985,
Svab & Maliga 1993).
Pembuatan tembakau transgenik
lokal memerlukan beberapa tahap, salah
satunya adalah mencari varietas bermutu baik
untuk ditransformasi. Parameter yang dilihat
diantaranya adalah respon menumbuhkan
tunas organogenesis meliputi persentase
bahan atau eksplan daun yang dapat
menumbuhkan
tunas
organogenesis,
persentase luas area permukaan yang dapat
menumbuhkan tunas tiap eksplan, serta
kemampuan untuk menumbuhkan tunas yang
banyak apabila diberi perlakuan oleh zat
penginduksi
pertumbuhan
tunas
organogenesis. Belum adanya informasi
penelitian yang melihat potensi organogenesis
dari tembakau varietas lokal menyebabkan
dilakukannya penelitan ini.
Tujuan dari penelitian adalah untuk
mengetahui potensi organogenesis tembakau
lokal berdasarkan kemampuan membentuk
tunas, serta membandingkan hasil analisis
kandungan protein dari gen ESR1 yang
merupakan gen pengatur jumlah tunas.

Hipotesis dari penelitian ini adalah
perbedaan genetik dan habitat asal dalam
suatu varietas tembakau akan mempengaruhi
potensi organogenesisnya, hipotesis yang
kedua adalah kandungan protein dari gen
ESR1 akan lebih banyak pada tembakau yang
lebih banyak tunasnya.
Penelitian ini dilakukan dari April sampai
September 2006 di Laboratorium Kelompok
Penelitian Rekayasa Protein B Pusat Penelitian
Bioteknologi
LIPI
(Lembaga
Ilmu
Pengetahuan Indonesia), Cibinong. Penelitian
ini dibiayai oleh Kelompok Penelitian
Rekayasa Protein yang merupakan bagian dari
penelitian molecular farming pada tembakau.

$
Molecular farming adalah usaha
produksi protein rekombinan bernilai tinggi
pada tanaman. Kegiatan ini meliputi
penyisipan gen asing ke genom tanaman
(seperti gen penyandi serum albumin
manusia). Hasilnya kemudian dinamakan
tanaman transgenik. Adanya gen asing yang
tersisipkan pada genomnya menyebabkan
tanaman tersebut dapat memproduksi protein
dari gen asing tersebut, yang disebut dengan
protein rekombinan. Molecular farming
merupakan cara yang efektif untuk
memproduksi produkBproduk farmasi dan
protein berguna lainnya dalam skala yang
besar (Niesing 2001).
Usaha molecular farming saat ini
sedang berkembang di Indonesia. Pada tahun
2004 telah dilakukan tranformasi gen
penyandi protein human erythropoietin
(hEPO) untuk penyakit anemia dan sialidase,
yakni pendiagnosis adanya sel kanker, ke
tembakau varietas Petit Havana SR1.
Penelitan tersebut kemudian diteruskan untuk
tembakau varietas lokal (Witarto 2005).
Kusnadi et al. (1997) menyatakan
bahwa biaya produksi protein rekombinan dari
tanaman bisa mencapai 10B50 kali lebih
rendah daripada memproduksi protein yang
sama dalam Escherichia coli. Selain dari
keuntungan
ekonomis,
ada
beberapa
keuntungan lainnya yang dimiliki oleh
tanaman
dalam
memproduksi
protein
rekombinan, atau yang lebih spesifik lagi
adalah protein yang berhubungan dengan
farmasi.
Menurut Daniell et al. 2001
keuntungan digunakannya tanaman sebagai

sarana molecular farming antara lain adalah
(1) lebih ekonomis daripada menggunakan
sistem fermentasi atau bioreaktor yang
digunakan dalam industri, (2) telah
tersedianya teknologi untuk pemrosesan hasil
tanaman dalam skala yang besar, (3) protein
yang diproduksi pada tanaman lebih stabil
karena disimpan dalam ruangan intraseluler,
(4) jumlah produk rekombinan yang bisa
dihasilkan mendekati produksi skala industri,
dan (5) resiko terkontaminasi patogen dan
toksin manusia sangat kecil.
Sistem ekspresi pada sel hewan dapat
menghasilkan protein yang tepat, tetapi mahal
dan sensitif dengan perubahan lingkungan,
terutama saat dikultur untuk skala industri
(Fischer & Emans 2000, Fischer et al. 2000).
Pengendalian kondisi kultur yang ketat
diperlukan untuk menghasilkan produk yang
benarBbenar murni (Giddings et al. 2000).
Kultur mikroba dan fungi lebih cepat
memproduksi protein, namun protein yang
diproduksinya nanti bisa tidak tepat,
disebabkan karena perbedaan penggunaan
kodon dan modifikasi pascatranslasi (Fischer
& Emans 2000, Fischer et al. 2000). Sintesis
protein, sekresi dan modifikasi pascatranslasi
untuk sel tanaman dan hewan hampir serupa,
hanya saja sedikit berbeda dalam glikosilasi
protein (Fischer et al. 2000). Sebagai
tambahan, produk dari tanaman transgenik
cenderung tidak terkontaminasi oleh patogen
hewan, toksin mikroba ataupun sekuens
onkogenik (Fischer & Emans 2000, Fischer et
al. 2000).
Beberapa
tanaman
yang
telah
menghasilkan berbagai produk protein
rekombinan bernilai tinggi di antaranya adalah
tembakau (Human Protein C, Human
interferon! β, Human somatotropin, Human
serum albumin, Human erythropoietin), tomat
(Angiotensin!converting enzyme), Arabidopsis
(Human enkephalin), padi (Human α

antitripsin), jagung (Human aprotinin), dan
kentang (Human lactoferrin) (Daniell et al.
2001). Penggunaan tanaman tembakau untuk
molecular farming sudah sangat banyak
digunakan sehingga sudah banyak protein
yang bernilai tinggi yang sudah dihasilkan
melalui usaha molecular farming ini. Jumlah
protein yang telah dihasilkan tiap tanaman
tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.

# " # %"& ' (
Genus Nicotiana adalah salah satu
divisi terbesar pada famili Solanaceae.
Goodspeed (1954) mengelompokkan 3
subgenera yakni (1) subgenus rustica, (2)
subgenus tabacum, (3) subgenus petunioides.
Selain dibagi menjadi 3 subgenera, genus
Nicotiana juga dibagi lagi menjadi 14 seksi
dan 66 spesies. Sejumlah 45 spesies berasal
dari Amerika Utara dan Amerika Selatan, 20
spesies merupakan berasal dari Australia dan
1 spesies sisanya berasal dari Afrika
(Margaret et al. 1991). Subgenus yang paling
banyak mengandung alkaloid nikotin adalah
subgenus tabacum (Durbin 1979).
Tembakau adalah genus tanaman
yang berdaun lebar, berasal dari daerah
Amerika Utara dan Amerika Selatan. Daun
dari tanaman ini sering digunakan sebagai
bahan baku rokok, baik dengan menggunakan
pipa maupun digulung dalam bentuk rokok
atau cerutu. Daun tembakau dapat pula
dikunyah atau dikulum, dan ada pula yang
menghisap tembakau
melalui
hidung.
Tembakau mengandung zat alkaloid nikotin,
sejenis neurotoksin yang sangat ampuh jika
digunakan pada serangga. Zat ini sering
digunakan sebagai bahan utama insektisida.
Tanaman tembakau pertama kali
masuk ke Indonesia kiraBkira tahun 1630,
kemudian berkembang ke berbagai daerah di

Tabel 1 ProteinBprotein rekombinan bernilai tinggi yang dihasilkan tembakau dalam usaha
molecular farming (Daniell et al. 2001)
Protein yang dihasilkan
Human Protein C
Human granulocyte!macrophage
colony!stimulating factor
Human somatotropin
Human erythropoietin
Human epidermal growth
Human interferon!β
Human serum albumin
Human hemoglobin α,β
Human heterotrimeric collagen
Angiotensin!converting enzyme
Glucocerebrosidase

Jumlah yang dihasilkan
< 0.01% total protein larut air
Tidak dilaporkan
7.00% total protein larut air
< 0.01% total protein larut air
< 0.01% total protein larut air
< 0.01% berat segar
0.02% total protein larut air
0.05% protein biji
< 0.01% berat segar
Tidak dilaporkan
1.00B10.00% total protein larut air

Indonesia (Rochman & Suwarso 2000).
Tjitrosoepomo (1994 di dalam Basuki,
Rochman
&
Yulaikah
2000)
mengelompokkan tanaman tembakau ke
dalam tumbuhan obatBobatan, dengan
sistematika sebagai
berikut : divisi
Spermatophyta; kelas Dicotyledoneae; famili
Solanaceae;
genus
Nicotiana;
spesies
tabacum.
Tembakau
memiliki
beberapa
kelebihan sehingga bisa dijadikan objek dalam
usaha molecular farming, yakni meliputi
sistem ekspresi tingkat tinggi untuk protein
asing, produksi biomassanya tinggi dan
merupakan tanaman nonpangan (Giddings et
al. 2000, Daniell et al. 2001, Maliga 2003).
(!)(* $ *+#, #

# " #

Kultur jaringan tanaman merupakan
teknik
menumbuhkembangkan
bagian
tanaman, baik berupa sel, jaringan, atau organ
dalam kondisi aseptik secara in vitro (Yusnita
2003). Istilah in vitro digunakan untuk
menggambarkan lingkungan kultur yang steril
dan artifisial (Tisserat 1985). Tanaman yang
tumbuh dalam teknik kultur jaringan dengan
akar dan tunas yang sudah dapat dibedakan
disebut dengan planlet (Tisserat 1985).
Dengan teknik kultur jaringan ini, regenerasi
tanaman dari bagian tanaman lainnya dapat
dilakukan.
Regenerasi tanaman dengan kultur
jaringan tanaman dapat dilakukan dengan tiga
metode, yakni kultur embrio, embriogenesis
somatik, dan organogenesis. Kultur embrio
merupakan kultur yang menggunakan embrio
zigotik, salah satunya berasal dari biji.
Embriogenesis somatik merupakan teknik
yang memproduksi struktur mirip embrio
(misal: kalus) yang berasal dari sel somatik
(misal: daun, akar atau batang). Kalus
merupakan kumpulan selBsel yang belum
terdeferensiasi. Organogenesis terjadi apabila
dari kalus tumbuh menjadi tunas atau tumbuh
tunas samping dari ujungBujung bahan yang
dikulturkan, yang kemudian akan membentuk
akar juga (Tisserat 1985).
Bahan tanaman yang dikulturkan
secara in vitro lazim disebut dengan eksplan.
Umumnya bagian tanaman yang digunakan
sebagai eksplan adalah jaringan atau organ
meristematik (sedang tumbuh aktif). Jaringan
atau organ meristematik ini masih mampu
untuk
memperbanyak
selnya,
sifat
totipotensinya masih tinggi, daya tahannya
masih baik dan sedikit mengandung
kontaminan (Tisserat 1985, Yusnita 2003).

Beberapa contoh bagian tanaman yang
digunakan sebagai eksplan adalah biji atau
bagianBbagian biji seperti aksis embrio atau
kotiledon, tunas pucuk, potongan batang atau
buku, potongan akar, potongan daun,
potongan umbi batang, umbi akar, empulur
batang, umbi lapis dengan sebagian batang
dan bagian bunga (Tisserat 1985, Yusnita
2003).
Selain memperhitungkan darimana
eksplan itu diambil, proses sterilisasi eksplan
harus diperhatikan juga. Sterilisasi eksplan
dapat menggunakan bahanBbahan seperti
etanol, NaOCl, Ca(OCl)2, Cl2, Br2, I2, HgBr2,
HgI2 HgCl2, dan Tween 20 (Dixon 1985,
Tisserat 1985).
Etanol
merupakan
pendenaturasi
protein dan perusak membran sel. Halogen
serta senyawanya merupakan oksidator kuat
yang dapat merusak komponen seluler.
Logam berat seperti Hg dapat mendenaturasi
protein. Tween 20 merupakan deterjen yang
dapat melarutkan membran sel (Pelczar &
Chan 1988). BahanBbahan tersebut digunakan
dalam konsentrasi yang sedikit agar tidak
menyebabkan kematian eksplan juga.
Dibandingkan dengan perbanyakan
tanaman secara konvensional, perbanyakan
tanaman secara kultur jaringan mempunyai
beberapa kelebihan yaitu (1) memberikan
peluang besar untuk menghasilkan jumlah
bibit tanaman yang banyak dalam waktu
relatif singkat sehingga lebih ekonomis; (2)
tidak memerlukan tempat yang luas; (3) dapat
dilakukan sepanjang tahun tanpa bergantung
pada musim; (4) bibit yang dihasilkan lebih
sehat; dan (5) memungkinkan dilakukannya
manipulasi genetik (Yusnita 2003).
Selain kelebihannya, teknik kultur
jaringan mempunyai beberapa kelemahan
yaitu (1) dibutuhkannya biaya awal yang
relatif tinggi untuk laboratorium dan bahan
kimia; (2) dibutuhkan keahlian khusus untuk
melaksanakannya;
(3)
tanaman
yang
dihasilkan berukuran kecil, aseptik dan
terbiasa hidup di tempat yang berkelembaban
tinggi sehingga memerlukan aklimatisasi ke
lingkungan eksternal (Yusnita 2003).
#-('.+ (# .
Pada tahun 1957, Skoog dan Miller (di
dalam Yusnita 2003) mengemukakan bahwa
regenerasi tunas dan akar in vitro dikontrol
secara hormonal oleh ZPT (Zat Pengatur
Tumbuh) sitokinin dan auksin. Dengan
menggunakan eksplan empulur tembakau,
Skoog dan Miller (1957) mendemonstrasikan

bahwa nisbah sitokinin dan auksin yang tinggi
mendorong pembentukan tunas, sedangkan
nisbah sitokinin dan auksin yang rendah
mendorong pembentukan akar. Jika diberikan
dalam jumlah yang seimbang, sitokinin dan
auksin akan mendorong pembentukan kalus.
Mekanisme kerja ZPT sama dengan
sistem transduksi hormon (Gambar 1). ZPT
dapat dikenali sel karena adanya reseptor
(penerima) pada membran sel. Pesan yang
dibawa ZPT akan diteruskan ke dalam sel
dengan bantuan caraka kedua, yakni IP3
(inositol 1,4,5Btrifosfat) dan ion Ca2+. Caraka
kedua kemudian akan menimbulkan respon
sel, salah satunya melalui pengaktifkan
protein kinase c (Salisbury FB & Ross CW
1995).
Zat pengatur tumbuh yang sering
digunakan berasal dari jenis sitokinin dan
auksin. Kerja sitokinin adalah merangsang
pertumbuhan tunas, sementara itu kerja auksin
adalah merangsang pembentukan akar. Jenis
sitokinin antara lain adalah kinetin,
isopentenil adenin (IPA), benziladenin purin
(BAP) dan thidiazuron (TDZ) (Gambar 2).
Jenis auksin antara lain adalah asam
indolbutarat (IBA), asam indolasetat (IAA)
dan asam LBnaftalen asetat (NAA) (Gambar
3) (Dixon 1985, Salisbury FB & Ross CW
1995).

Inoue et al. pada tahun 2001
menemukan
reseptor
sitokinin
yang
dinamakan CRE1 (Cytokinin Response 1).
CRE1
terdiri
dari
domain
CHASE
Associated
(Cyclases/Histidine
kinases
Sensory Extracellular) yang dihubungkan
dengan histidin kinase (Napier 2004).
Sedangkan reseptor auksin menurut Napier
(2004) dinamakan ABP1 (Auxin!Binding
Protein 1). Reseptor sitokinin dan auksin
tersebut ditampilkan dalam Gambar 4 dan 5.

Gambar 2 MacamBmacam sitokinin.

Gambar 3 MacamBmacam auksin.

Gambar 1 Mekanisme sinyal hormonal pada
tanaman (Salisbury FB & Ross
CW 1995).

Gambar 4 Reseptor sitokinin CRE1 (Napier
2004).

Gambar 5 Reseptor auksin ABP1 (Napier
2004).

Pada penelitian Li, Huang, Bass
(2003) terhadap tanaman genus Nicotiana,
terdapat hubungan eksponensial antara jumlah
tunas tiap eksplan daun dengan persentase
eksplan daun yang tumbuh tunas. Hubungan
ini memiliki persamaan: jumlah tunas =
14.7825×(persentase)0.05×exp[–0.2455×(100–
persentase)–2(R 2=0.6415, P