PROSES-PROSES AWAL EKSPRESI GEN PADA TANAMAN DR. IR. EDY BATARA MULYA SIREGAR, MS
Fakultas Pertanian Program Studi Ilmu Kehutanan
Universitas Sumatera Utara 1. Pendahuluan
Fenotip yang dapat kita amati dari suatu genotip tanaman tertentu merupakan manifestasi ekspresi gen. Tulisan ini mencoba memberikan gambaran
beberapa proses yang berhubungan dengan akumulasi dari mRNA atau protein sesudah terjadinya proses transkripsi.
Meningkat atau menurunnya ekspresi suatu gen dari tanaman tertentu akan dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dimana tanaman tersebut berada dan oleh
perkembangan dari tanamannya. Faktor lingkungan yang berpengaruh pada ekspresi gen antara lain akibat adanya infeksi patogen atau berbagai faktor abiotik
cahaya, suhu, keberadaan oksigen, kekeringan, kelebihan atau kekurangan nutrisi. Perkembangan tanaman dapat dilihat sebagai temporal berhubungan dengan
waktu dan atau spatial berhubungan dengan tempat serta sejalan dengan berbagai proses seperti perkecambahan, perkembangan organ akar, daun, transisi
dari pucuk vegetatif ke morfologi bunga, perkembangan biji, pemasakan buah, dan berbagai proses lainnya. Yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana perubahan-
perubahan ekspresi gen tersebut di atur ?
Pada tulisan ini juga digambarkan tentang struktur dari gen yang berasal dari tanaman dan diuraikan tentang berbagai mekanisme yang dapat memodulasi
ekspresi suatu gen. Beberapa contoh tentang respon suatu gen terhadap perkembangan dan kondisi lingkungan tertentu, serta teknik yang digunakan untuk
menguji bagaimana suatu gen diatur ekspresinya juga akan disampaikan.
2. Struktur Gen Tanaman
Semua gen tersusun dari sequensi DNA yang ditranskripsi menjadi RNA dan diapit oleh sekuensi DNA dimana proses transkripsi dimulai dan diakhiri Gambar 1.
Sekuensi yang dapat ditranskripsi diapit oleh elemen tertentu yang diperlukan untuk inisiasi dan regulasi proses transkripsi. Proses transkripsi sendiri dilakukan oleh
enzim RNA polimerase. Berbagai gen yang ada dalam genom inti ditranskripsi oleh salah satu dari tiga jenis enzim RNA polimerase. RNA polimerase I dan III
bertanggung jawab untuk mensintesis rRNA dan tRNA., sedangkan RNA polimerase II bertanggung jawab untuk mentranskripsi gen yang mengkode suatu protein
tertentu.
Dalam satu gen tertentu, ada yang mempunyai beberapa exon, yaitu bagian yang akan mengkode protein atau biasa disebut open reading frame ORF dan yang
tidak ditranslasi menjadi protein tetapi berperanan dalam proses transkripsi non- translated 5’ atau 3’ region. Hasil transkripsi seringkali juga membawa sekuensi
yang disebut sebagai intron, yang bisa ada di bagian ORF atau di bagian non- translated 5’ atau 3’ region. Secara bertahap intron ini akan dibuang dari transkrip
yang terbentuk dan exon yang ada akan digabungkan membentuk mRNA yang siap untuk ditranslasi menjadi protein.
2002 digitized by USU digital library
1
Gambar 1. Struktur Gen Tanaman dan Representasi Ekspresinya Selain yang ada dalam genom inti, sel tanaman juga mempunyai berbagai
gen yang ada di dalam genom mitokondria dan kloroplas. Berbagai gen ini mengkode beberapa protein yang diperlukan bagi mitokondria atau kloroplas untuk
menjalankan fungsinya. Berbagai gen yang ada dalam genom organel ini mempunyai karakter seperti gen dari organisme prokariot, seperti polisistronik dan
mempunyai konsensus Shine-Dalgarno. 3. Gen hanya sebagian dari DNA tanaman
Secara umum, proses pertumbuhan dan perkembangan dari berbagai jenis tanaman tidak terlalu berbeda. Siklus pertumbuhan dan perkembangan meliputi
tahapan perkecambahan, pembesaran dan diferensiasi bagian-bagian vegetatif tanaman, perkembangan struktur vegetatif bunga dan pembuahan yang
mengarah kepada terbentuknya biji tanaman. Kemiripan proses-proses tersebut antara satu tanaman dengan yang lain membuat kita mengharapkan bahwa
kandungan DNA total dari berbagai tanaman kira-kira juga akan sama. Tetapi sebagaimana yang telah ditunjukkan hal tersebut tidaklah benar. Arabidopsi
thaliana mempunyai total DNA yang paling kecil diantara berbagai tanaman, yaitu sekitar 145 Mbp untuk setiap haploid genom. Variasi kandungan total DNA antara
berbagai spesies tanaman tersebut terjadi karena perbedaan dalam jumlah DNA repeat yang ada dalam genom tanamannya. Bagian yang mengkode protein
biasanya ditemukan pada bagian non-repetitive dari genom tanaman dan biasanya hanya dalam jumlah beberapa atau kadang satu kopi per genom. Kekecualian dari
hal ini adalah untuk gen yang mengkode rRNA sitoplasmik. 4. Peranan dari proximal regulatory element
Berbagai elemen pengatur yang ada di bagian 5’ dari suatu gen dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu : proximal element, yang mengatur agar proses inisiasi
transkripsi dapat terjadi dengan benar dan distal element, yang mengatur dan memodulasi ekspresi gen. Meskipun kedua kelompok tersebut biasa disebut sebagai
promotor, kedua elemen ersebut dapat terpisah oleh beberapa ratus nukleotida. Bagian proximal promoter terdiri dari tiga bagian :
1. bagian yang merupakan awal transkripsi transcription start, 2. TATA box, letaknya kira-kira 30 bp di atas transcription start. Elemen ini
berfungsi untuk mengarahkan enzim RNA polimerase agar menggunakan transcription site yang benar, dan
2002 digitized by USU digital library
2
3. CAAT atau AGGA box, letaknya kira-kira 75 bp di atas transcription site. Bagian ini berfungsi mengatur jumlah transkrip yang akan dibuat oleh
suatu gen.
5. Peranan dari distal regulatory element
