Deteksi Penyebaran Gen CrylAc dari Kapas Transgenik Kapas Bukan Transgenik Menggunakan Reaksi Rantai Polimerase
KAPAS TRANSGENIK KE KAPAS BUKAN TRANSGENIK
MENGGUNAKAN REAKSI RANTAl POLIMERASE
oleh
MARHAMAH NADIR
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
Terima Kasih yaa Allah ...
Atas N i h a t dan Kesempatan yang Kau berikan kepada hambamu
Semoga seperdk ilmuMU yang Kau berikan
Bisa bermanfaat bagi Kehidupn Makhluk-MU
Ijinkan Aku, mengemban amanah-MU
Sebuah Karya kecil, yang kupersembahkan
Kepada orangsrang terkasih
"
yang memberiku Cinta, Spirit dan Kasih Sayang Selama ini :
Bapakku Drs. H.M. Nadir Aris clan Ibuku Hj. Nurhandi Dachlan, BA
Serta Adik-adikku terbnta: Mardhiyah Nadir, ST
Maryam Nadir, SE
Rasyidah Nadir, Amd.Ak
Sakinah Nadir
Fatimah Nadir
ABSTRAK
MARHAMAH NADIR (99646). Deteksi Penyebaran Gen crylAc dari Kapas
Transgenik
ke Kapas Bukan Transgenik Menggunakan Reaksi Rantai
Polmerase. Dibimbing OLEH MM ANDREAS SANTOSA sebagai ketua komisi
dan HAJRlAL ASWIDINNOOR sebagai anggota komisi.
PenelMan menggunakan biji 'kapas bukan transgenik yaitu Deltapine dan Kanesia
7 yang diambil dari lokasi penelitian kapas transgenik sebagai sampel dan biji
kapas transgenik bdigard sebagai kontrol positif. Sampel diambil secara acak
dengan jarak 2 16 meter dad tanaman kapas transgenik. Penelitian lapangan
dan pengambilan sampel dilakukan pada bulan September Oktober 2001 di
lokasi penelitian kapas transgenik di desa Caddika kecamatan Bajeng Kab. Gowa
S-a
tn.
desain pertanaman. persjepan lahan. penanaman dan
pemeliharaan Wak dilakukan untuk'peneli ini. Analiis Mdekukr dUalafkan
sejak Nwembet 2001 Agustus 2002. Tujuan penelitian (1) untuk mencari teknik
isorcrsi DNA kapas dari Uji (2) mendeteksi terjadinya penyebaran gen ctyUW dari
kapas bansgenik ke kapas bukan bansgenik
Delbepine dan Kanesia 7 yang
ditanam pada lokasi yang sama clan (3) membandikan produk PCR kapas
tran~genikdengan kapas bukan transgenik jib terjadi perpindahangen.
-
-
-
Hasil - i n
diperoleh teknik isdasi DNA total genom dengan menggunakan
metode isdasi bii kering tanpa penggerusan dengan menggunakan bufer
ekstraksi CTAB dan proitenase-K. Pumkasi dilakukan dengan menggunakan
bufer DAS IP dan ekstraksi W o r m lsoamil (24:l) diimbah fenol5%. lsolasi
DNA dengan metode ini dapat dilakukan dengan cepat dan memungkinkan
d i i h DNA dalam jurnlah yang cukup untuk analisis molekuler menggunakan
wksi rantai polimerase (Po/ymmse Chain ReadionlPCR). Kuantitas DNA total
yang diperdeh 1.58 pg per biji kapas dengan nilai absorbansi
1.82.
-
Deteksi penyebaraan gen crylAc dengan menggunakan teknik PCR menggunakan
primer spesifik crylAc dengan &en
5' CTGCTCAGCGAGTTCGTGCC3' untuk
Wwanl dan 5' GGTCTCCACCAGTGAATCCTGG 3' untuk mverse. Hasil
ampfifikasi PCR dengan menggunakan kontrd positif dad tanaman kapas
Bollgard menunjukkanbahwa sekuen cry sebesar 1400 bp. Selanjutnya dilakukan
analisis PCR pada 49 biji kapas bukan transgenik (20 biji Deltapine dan 20 biii
Kanesia 7). Hasil PCR menunjukkan bahwa dad 20 sampel kapas Deltapine y8ng
diinalisis tidak terdapat pita yang sama dengan kapas Bdlgard. Sedanglcan
amplffikasi PCR pada 20 biji kapas Kanesia 7 didapatkan 1 biji yang mempunyai
pita sama pada kontrol positif. Dengan demikian dapat dipastikan bahwa terjadi
perpindahan gen dad tanaman kapas Bollgard ke Kanesia 7 yang ctitanam pada
jarak antara 2 - 16 meter. lndikasi biomultiplikasi sekuen cry karena penyebaran
gen dari Kapas Bdlgard ke Kanesia 7 diukur dengan alat densitometer
menggunakan Soffwarr! Quantity One @o Rad). Produk akhir PCR pada kapas
Bdlgard adalah 2.37 p@pLdan di kapas Kanesia 7 yang positif adalah 2.65pglpL.
Dari hasil tersebut menunjukkan tidak terjadi biimultiptikasi sekuen cry pada
kapas Kanesia 7 yang diuji. Dari penelitian dapat disimpulkan:(l) diperoleh teknik
Lsdasi DNA biji kering dengan perendaman pada buffer ekstraksi, (2) Sekuen gen
cryVIc terdeteksi pada kapas Kanesia 7 dan (3) Tidak terindikasi tejadinya
biomultiplikasi selaren cry pada kapas Kanesia 7 tersebut.
.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam tesis
saya yang berjudul :
DETEKSI PENYEBARAN GEN CrylAc DARl KAPAS TRANSGENIK KE KAPAS
BUKAN TRANSGENIK MENGGUNAKAN REAKSI RANTAl POLIMERASE
Merupakan gagasan atau hasil penelitian tesis saya sendiri dengan pembimbingan
kornisi pembimbing, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya. Tesis ini
belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar pada program sejenis di Perguruan
Tinggi lain.
Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat
diperiksa kebenarannya.
Bogor, 30 Oktober 2002
NRP : 99646/BIOTEKNOLOGI
DETEKSI PENYEBARAN GEN crylAc DARl
KAPAS TRANSGENIK KE KAPAS BUKAN TRANSGENIK
MENGGUNAKAN REAKSf RANTAl POLIMERASE
MARHAMAH NADIR
99646 1 BIOTEKNOLOGI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Bioteknologi
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
:Deteksi Penyebaran Gen CrylAc dari Kapas Transgenik
Judul Tesb
Kapas Bukan Transgenik Menggunakan Reaksi Rantai
Polimerase
Nama Mahasiswa
: Marhamah Nadir
No. Mahasiswa
: 99646
Program Studi
: Biiteknologi
A
/
Menyetujui
1. Komisi Pembimbing
Ketua
Anggota
2. Ketua Program Studi
GRAM&^,
4 s s ~A ~~ ~
Tanggal ldus : 24 September 2002
' b
mn
Penulis dilahirkan di Parepare, Sulawesi-Selatan pada tanggal 9 Februari
1973 sebagai anak pertama dari enam bersaudara dari keluarga Drs. H. M. Nadir
Aris dan Hj. Nurhandi Dachlan, BA. Jenjang pendidikan SD di SD Negri 1 Pinrang,
SMP di Pesantren Moderen Putri IMMlM Pangkep dan SMA di SMA Negri 12
Ujungpandang Sulawesi Selatan.
Tahun 1991 diterima di Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin meialui
Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negri (UMPTN) pada Program Studi Agronorni dan
mernperoleh gelar sarjana pertanian pada tahun 1996. Aktivitas Kemahasiswaan
dilalui sebagai Sekretaris I SMF Pertanian dan Kehutanan Unhas (1993-1994),
Pengurus Biro Pusat FKK Mahasiswa Agronomi Indonesia (1992
Majalah Agrivisi Fak. Pertanian Unhas (1993
- 1994). Sekretaris
- 1995), Reporter SKK Identitas (1994-
1995), Sekretaris Umum Unit Pers Mahasiswa Unhas (1995 -19961, Pengurus HMI
Cabang Ujungpandang (1995-1996) dan Wakil Sekretaris UmumlSekretaris Korps
HMI Wati (KOHATI) Badan Koordinasi Mahasiswa Islam Sulawesi (1997
- 1999).
Pada tahun 1996, penulis bekerja sebagai staf penelid pada Proyek Kultur
Jaringan Tebu kerjasama Universitas Hasanuddin dan PT. Sumber Madu Bukad.
Sejak tahun 1997
- 1999 banyak terlibat pada LSM di SulawesiSelatan untuk
masalah sumberdaya manusia, lingkungan dan pertanian.
Tahun 1999 melanjutkan pendidikan S2 pada Program Studi Bioteknologi
Program Pascasarjana IPB dan pada tahun 2001 rnendapat beasiswa On going
"
BPPS DiW atas rekomendasi dari Universitas Muharnmadiyah Pare-fare.
.
Alhamdulillah. dengan segala rasa syukur penulis panjatkan kepada
ALLAH SWT, atas segala petunjuk dan kehendaknya sehingga penulis dapat
menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis tentang Deteksi Penyebaran gen
aylAC dari Kapas Transgenik ke Kapas Bukan Transgenik Menggunalcan Reaksi
Rantai Po(imerase.
Penelitian ini merupakan tinjauan resiko lingkungan dari
penanaman kapas transgenik yang dikaji secara molekuler.
Odam rnenyelesaikan
w i ini.
penulis mendapat bantuan dari
berbagai pihak Untuk itu penulis menyampaikan ucapan tetima kasih kepada:
1. Bapak DR. Ir. Dwi Andreas Santosa sebagai ketua komisi pernbimbing dan
Bapdr Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc., sebagai anggota komisi pernbimbing
atas segala bimbingan dan arahan sejak perencanaan p e n d i n sampai
p e n u h n tesis.
2. Segenap jajaran Direksi Indonesian Centre for Biodiversity and Biotechnology
(ICBB) atas dana penelitian dan dorongan moril yang diberikan selama
me-nakan
penelitian.
3. Bapak Ir. JK. Kristiyono selaku Pimpinan PT. Saraswanti lndo Genetech atas
pinjaman fasilitas laboratoriurn dan Saudara Adinogmho Kristiawan, ST atas
kerjasama yang diberikan selama kami melaksanakan penelitian.
4. Rem Indriadi, Neni Yuliawati dan k u Kusdianto, atas permhabatan selama
kuliah di Program Biieknologi 99 dan dukungan m d l dan keijasarna dalam
penelitian. Buat adik Misna dan Syarif di Faperta UNHAS terima kasih atas
bantuamya selama penelitian dan pengambilan sampel di Sulawesi-Selatan.
5. Kepada rekakrekan Mahasiswa Pascasarjana IPB dari Sulawesi Selatan,
terima h s i h atas bantuan seiama penulis menyelesaikanpendidikan di Bogor.
6. Keluarga Om Mustaldm dan Tante limy yang menerima kami sebagai bagian
dari keluarga selama menempuh pendidikan di Bogor dan Tante Hasmy di
Parepare yang banyak membantu dalam pengumsan beasiswa.
A k h i i kepada semua pihak yang telah membantu baik secara mated
maupun dukungan motil dalam melaksanakan pendidikan dan penelitian ini
penulis rnenyampaikan terima kasih yang tak terhingga, semoga Allah SWT
memberikan balasan yang setimpal.
Marhamah Nadir
DAFTAR IS1
Halaman
DAFTAR GAMBAR
................................................
X
DAFTAR LAMPIRAN
................................................
...................................................
xi
PENDAHULUAN
..........................................
..........................................
........................................
1
5
5
..........................................
7
..........................................
m
iKapas
Tacraman Transgenik ..........................................
Penyebaran Gen cryiAc dari Kapas Transgenik.......
Analisis Reaksi Rantai ?dimerase ........................
7
10
12
16
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Kegunaan Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
B
1
..........................................
Ternpat dan Waktu Penelidan ...........................
........................................
Bahan Tanaman
lsdasi DNA Total r m r n
..............................
Uji Reaksi Rantai Polimerase ............................
MI
Bimrdtiplikasi Sekuen crylAc ...................
18
........................................
25
Metode lsdasi DNA Total dari Biji .....................
Penyebra gen crylAc dari Kapas Transgenik ......
Deteksi BiomultiplikasiSekuen Gen cry ................
25
30
37
M DAN METODE
HASlL DAN P E M W A N
DAFTAR PUSTAKA
.................................................
18
18
19
22
24
39
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
2.
Visualisasi gel elektroforesis hasil isolasi DNA total genom dari biji
menggunakan tiga metode isolasi biji pada agarose 0,8%............
29
Visualisasi gel elektroforesis DNA kapas setelah diamplifikasi PCR
menggunakan primer spesifik crylAc pada kontrol positip (kapas Bollgard)
32
pada agarose 2%..................................................................
r
3.
Visualisasi gel elektroforesis 20 DNA kapas Deltapine setelah diamplifikasi
PCR menggunakan primer spesifik crylAc pada agarose 2% ......... 33
4.
Visualisasi gel eletroforesis kapas Deltapine yang mengalami perpindahan
gen transgenik menggunakan 3 primer pada agarose 3%............. 35
5.
Visualisasi gel elektroforesis 19 DNA kapas Kanesia 7 setelah diamplifikasi
PCR menggunakan primer spesifik crylAc pada agarose 2% ......... 35
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Denah pengambilan sampel di lokasi penanaman kapas transgenik
43
2. Deskripsi kapas transgenik dari Departemen Pertanian.. ...................44
3. Komposisi senyawa kimia yang digunakan ...............................
45
uWWq!P 1-
IBH
'
! a m!P u~lneuadP
W OOOC
y!wuarl
*
qe&aj.w rxqe w e k u w s eped y!uaSsuarl ueweuq uesrrdald wnpqas
- 968c
'(~ZOOZ
'-owes) COOZ
u n w eu~elese!unp yruntas !P
% o mI W ~ W
!esen&alu ~ p e y a q
unyq z o d q wepp B l l q g
Wlal COOZ Jwwel W P uep W eln! Z'PP
e
y!uabuw waq
unyel
~ ~eped fw y p m &reA
uewl sen1 OOOZ unllet
wwJe)req
JWW W! W ! e d ~ a l uL66C un49 eped V an! PO
' C ! P @ ~ W IWWptalu 966C
pod MeWP ey uey!saJ8arlu!!p lnqasfal uaf) 1'-uoy
n
1-4
w~=wsu?p W ~ I W d u ~ n w
w-s
uweuel WWJad
JWJW
wp undnelu ueurwq yep leswaq B u d 'ua6 laqwns p-aq
-w um. -
yep yaplad!p pdep
eygwaS eseIIeyau -rueq ygaua6 Jaqwns e&wppm@pueyw6unruaur uewuriq
uqlnwad 6uepg welep ~ynaua6ese&eya uenfeway uep ~e6~8qluaq,~ad
,
aturan tersebut mengacu pada protokol intemasional, bahwa sebelum organisme
transgenik (hewan, tanaman dan mikmba) dilepaskan ke lingkungan harus melalui
uji resiko lingkungan. Khusus untuk tanaman transgenik, uji dilakukan untuk
mengetahui pengaruh gen asing yang diintroduksikan ke dalam genom tanaman.
Beberapa faktor yang bisa ditimbulkan dari intoduksi gen asing tersebut adalah
kernungkhan tejadinya inkompabilitas seksual, atau kemungkinan gen tersebut
berpindah dari tanaman ke organisme lain, misalnya pada tanaman sekerabat dan
yang tidak sekerabat, mikroba dan hewan (Dale dan Judith, 1995).
Penanaman tanaman transgehik di Indonesia secara besar-besaran dimulai
pada tahun 2000.
Monsanto Co. salah satu perwahaan multinasional Qenghasil
benih tratransgenik telah menanam 465 ha kapas brrnsgenik yang mengandung gen
crylAc yang berasal dari Bmlbs fhuringmsis di Sulawesi Setatan. Uji coba
mulbilokasi dilaksanakan di empat daerah, yaitu Kabupaten Takalar, Bantaeng,
Gowa dan Bulukumba pada tahun 2000. Menindaklanjuti hasil uji muttibkasi,
h4entei-i Pertanian Republik Indonesia melalui SK 107/Kpts/KB.430/2/2001
mengeluarkan ijin pelepasan komersial tanaman kapas bansgenik (NuCOTN
35BBoIlgard) yang tahan tehadap Hek'cove~paamrigera secara k m i a l pada
tujuh kabupaten di SulawesCSdatan, yaitu Gowa, Takalar, Bantaeng, Bulukumba,
Bone, Soppeng dan Wajo pada lahan 8.000 ha @EPTAN, 2001).
Analisis Resiko Lingkungan (ARL)
beitujuan untuk menetapkan resiko
lingkungan yang mungkin muncul serta tindak lanjut yang harus dilakukan. ARL
tetap haws dilakukan untuk mengontrol resiko penanaman kapas transgenik pada
agroekosistem, walaupun uji multilokasi untuk adaptasi iMim dan daya h a i l di
beberapa kabupaten telah dilakukan. Kajiin ARL dilakukan tertradap beberapa
aspek
antara lain: aspek temadap organisrne bukan sasaran, penrbahan
metabolisrne gen dalam tanaman, kemungMnan perpindahan gen ke organisrne
sekerabat atau ke kerabat liamya, misalnya gulma belum dikaji. Kajian terhadap
aspek-aspek tenebut harus dipilah-pilah karena tanaman kapas (Gossypum sp)
bukan merupakan tanarnan asli Indonesia. Bila kerabat liamya tidak ada di daerah
ini maka kekhawatiran akan tejadinya transfer gen ke kerabat liamya tidak
mungkin tejadi (Santosa, 2001a)
Petpindahan gen dari kapas transgenik ke kapas bukan transgenik melalui
semk sari dapat tetjadi melalui angin dan serangga walaupun persentasenya
sangat rendah, yaitu sekitar 2 %, meskipun demikian aspek tersebut p d u diteliti
sebagai syarat untuk pengujmn salah satu jenis kultivar sebelum diiomersialkan ke
masyarakat (Dale dan Judith. 1995)
Peneliian ARL kapas transgenik telah dilalarkan di Australia selama dua
tahun, hasil penelitian pada lahan 8 ha menunjukkan bahwa terjadi penyebaran gen
dad kapas transgenik sebesar 1.7 % pada plot uji 1 meter dan 0.08 % pada plat uji
4 meter dari 0,15% dari generasi F2 yang diuji dan pada tahun kedua ditemukan
sebesar 0.4 % pada plot uji 1 meter dan 0.03% masingmasing pada plot uji 1
meter dan 4 meter dari areal penyangga ( b m r mws) (Liewellyn dan F i i ,1996).
Pmtokol uji analisis lingkungan yang berfaku di suatu wihyah m a - b e d a
tergantung agmMirnatologi dan ekosistem wilayah yang akan ditanami tanaman
transgenik. Kajiin yang telah dilaksanakan di daerah sub tropis yang kondisi iMim
jauh berbeda belum bisa dijadikan ntjukan untuk pelepasan tanaman bansgenik di
daerah bopis. Mengingat Indonesia merupakan salah satu pusat mega-biodiveersity
dunia, maka uji terhadap komponen-komponen tanah. tanaman dan serangga perlu
dilakukan lebih teliti.
-
Salah satu metode untuk mendeteksi teijadinya penyebaran gen dari
organisme transgenik ke organisme lain adalah dengan menggunakan metode
Reaksi Rantai Pdimerase (Po/ymelidse Chain ReactbMCR).
Metode ini lebih
-
mudah dan akurat jika dibandingkan dengan metode lain misalnya dengan
menggunakan pelacak radioaktif ataupun hibridisasi (Brown, 1993).
Analisis PCR membutuhkan DNA yang mumi dan cukup untuk diam~~fikasi.
Beberapa teknik isolasi DNA telah diketahui untuk mendapatkan DNA total genom
dengan menggunakan jaringan daun. Seiring dengan perkembangan teknik isolasi
DNA dari biji, maka dilakukan penelitian untuk mengisolasi DNA total dari biji
kapas.
Pengembangan metode isolasi dan purSfikasi DNA dari biji sangat penting
untuk mencari gen yang telah diintroduksikan pada tanaman transgenik dan untuk
kebutuhan analis biji dalam jumlah besar. Beberapa penelithn isdasi dan
purifikasi DNA dari biji yang telah berhasil pada tanamanbiji kering seperti gandum,
padi, keddai, jagung, sorgum. badey den beberapa biji tanaman sereal lainnya
d i i e n a l k a n oleh Chunwongse et a/., (1993).
Keberhasilan isolasi DNA biji pada tanaman berbiji menjadi acuan untuk
melakukan isolasi DNA dari biji kapas. Dengan melakukan beberaps modifikasidari
metode isolasi DNA biji yang telah dikembangkan oleh Chunwongse et a/., (1993)
dan Kang et a/., (1998) maka diharapkan dipemleh DNA dari biji dalam jurnlah dan
kualiis yang cukup untuk keperluan analisis PCR. Kebemasiian isolasi DNA dari
biji sangat bermanfaat untuk rnendeteksi kemumian biji/benih dengan cepat melalui
analisis PCR. Dengan demikian deteksi gen transgenik dan kernumian biji dapat
dilakukan tanpa melalui perkecambahan biji. sehingga dapat mempercepat proses
skrening biji yang diduga mengandung gen transgenik.
Deteksi penyebaran gen melalui serbuk sari dari tanaman transgenik ke
tanaman bukan transgenik perlu dikaji untuk melindungi petani dari klaim
perusahaan penghasil benih transgenik dan timbulnya pencemaran genetik.
Pencemaran genetik merupakan kasw yang terjadi pada petani kanda di Kanada
yang h a ~ rnembayar
s
denda kepada perusahaan penghasil benih (Monsanto Co.)
karena benih kanola yang ditanam di debt lahan petani transgenik menyerbuk
silang sehingga sewaktu dideteksi mengandung gen ketahanan temadap herbisida.
Kasus pencemaran genetik tersebut menyebabkan Percy Schmeiser seorang
petani di Saskatchewan Kanada haws rnembayar denda kepada perusahaan
pemilik benih transgenik karena petani dianggap melanggar paten karena memakai
benih transgenik tanpa kin (Fox, 2001).
Kapas transgenik yang dikenal dengan nama dagang kapas Bdlgard,
direkayasa secara genetik dengan menggunakan vektuf dari Agmbacten'um
hrmefaciem. Melalui veldof tersebut d i i s f e r gen cryiAc
ke genom tanaman
Kapas Coker 312 dan Deltapine @P5690), dengan bantuan plasmid biner. Dengan
bantuan plasmid biner tersebut kapas Bollgard membawa sekuen gen cryiAc,nplll
dan gen aad (Bao, 2001)
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkanteknik isdasi DNA genm total kapas dad biji.
2. Mendeteksi penyebaran gen crylAc dari tanaman kapas tranenik
(
w
a
r
d
)
ke tanaman kapas bukan transgenik (Kanesia 7 dan Deltapine)
menggunakan PCR.
3. Membandiikan hasil PCR kapas transgenik denden l a b s brl&an
transgenik yang mengalami perpindahan gen cfylAc unhk men$ddlisis
biomultilikasisekuen.
Kegunaan Penelitian
Peneliian ini diiarapkan menjadi bahan masukan dalam rangka
pengembangan dan uji analisis resiko lingkungan pada penanaman tanaman
-
--
transgenik di Indonesia.
Dan peneliian ini diharapkan dapat dikembangkan
metode dalam upaya mencegah terjadinya serbuk silang tanaman tmnsgenik ke
tanaman bukan transgenik
TINJAUAN PUSTAKA
Botani Kapas
Tanaman kapas merupakan salah satu jenis tanaman setahun yang
berbentuk semak. India merupakan negara yang menjadi pusat keragaman genetik
tanaman kapas (botanical home). Di India masyarakat menanam tanaman ini
kurang lebih 15 abad SM. C i merupakan negara yang pertama-tama menanam
kapas sebagai tanarnan hias, dan setelah abad XI dilakukan penanaman besarbesaran di ladang dan sawah .
Kapas diMasifikasikan pada 8 spesies utama berdasarkan jumlah kromoson
hapldd.
Spesies yang mempunyai 26 lawnoson haploid dimasukkan dalam
kategori kapas dunia baru
(new w r l d spesies), mempunyai ciri utama berserat
panjang dan mudah dipintal. Jumlah kromoson ~ p e s ini
b adalah 2n = 52, yaitu 1)
Gossypium hirsutum, ciri khas spesies ini adalah kapas berukuran sedang, daun
tidak bulat, ukuran bunga sedang dan berwama cream, bakal buah tefdii dari 4-5.
Spesies ini paling banyak diinam di Arnerika. genom tanaman adalah AABB; 2)
Gossypum ba&adens,
~ p a k a nspesies yang mempunyai ranting dan
percabangan kecil, cabang dan tangai bunga menarik.
Kapas ini merupakan
spesies asli Arne~ika,dengan genom tanaman CCDD; 3) Gossyp~umbraziliense,
kapas ini berukuran besar, daun lebih lebar dan lebih bulat, biji menyatu dengan
serabut, bakal biji terdiri dari 3 - 4. Spesies ini b s a l dari Amerika Selatan dengan
genom BBCC; 4) Gossypium purpummes, ciri khas spesies ini adalah tangkai
square dan cabang utama tidak menarik, daun berukuran lebih kecil, tidak bulat dan
bunga berukuran lebih kecil. Spesies ini dikenal dengan nama kapas siam dengan
genom DDEE; 5) G o s s ~ u r npem'anum, chi khas spesies ini, daun benrkuran
lebih besar, lebar , bulat dan tebal; bunga bewkwan lebih besar berwama kuning
tembaga. Menrpakan spesies asli Arnerika selatan dengan genom EEEE(Brown,
1938; Poehlaman, 1977; Hasnam, 1991).
Spesies kapas yang terdiri dari 13 kromoson haploid (2n = 26). dikenal
sebagai kapas dunia lama yang berserat pendek dan sulit diiintal. Spesies ini terdiri
dari 1) Gossypium arborem. ciri khas spesies ini adalah daun terbelah 2
-3
dengan lebih dalam, bentuk bulat linear, bunga berwarna ungu. Kapas ini
NIefUpakan spesies Asiatic dengan genom AA; 2) Gossypium nangking, dri b a s
spesies ini daun tidak terbelah, bentuk bulat tapi tidak finear, bunga beiwama merah
-
tua dan berbulu, bakal buah 3 4 , ukuran bunga lebih besar. Kapas ini rnerupakan
spesies Asiatic dengan genom BB; 3) Gossypium henbaceum, ciri khas spesies ini
adalah bunga -ma
abu-abu, bakal buah terdii dari 4-5, ukuran bunga lebih
kedl. Kapas ini rnenlpakan spesies Asiatic dengan genom CC (Brawn, 1938;
Fnyxell, 1984).
Spesies diploid deh Fnyxell(1979) dibagi atas 3 kelompok geografi, yaitu :
a) Kelompok Australia sebanyak 11spesies yang tersebar dari gwun pasir di tengah
Australia sampai ke pantai sebelah barat yang beriklii kering. b) Kelompok Amerika
sebanyak 12 spesies, diantaranya 10 spesies ditemukan di kepulauan Galapangos.
Beberapa spesies ini ditemukan di daerah yang beriklii agak kering sedangkan
lainnya di daerah yang bermusim hujan dan kering. c) Kelompok AfmArabia,
sebanyak 8 spesies tersebar di Afrika limur ke semanjung Arabia sampai Palestina.
Spesies diploid merupakan kapas yang bemiat pendek dan t i a k Msa di@ntal,
spesies ini digolongkan sebagai kapas dunia lama (OMW Madfigen).
Spesies tetraploid yang telah dibudidayakan adahh Gossypium hinutum dan
Gossypium barbadens (Fnyxell, 1979).
G. Banbadens berasal dari Arnerika
Tengah, Amerika Selatan bagin Utara dan Barat India. Pusat asal G. hinutum
adalah Meksiko dan Amerika tengah. Kapas Bollgard, Deltapine dan Kanesia 7
merupakan jenis kapas Gossypium himdurn yang mempunyai 52 kromoson (2n)
yang terdiri dari 13 pasang kromoson besar dan 13 pasang kromoson kecil
(Poehlman, 1977).
Kapas rnerupakan tanaman menyerbuk sendiri (self pdlnation) narnun
penyertwkan dapat puia tejadi dengan perantaraan serangga dan angin. Bunga
kapas terdiri dari 3 kelopak yang berwarna hijau dan bergerigi, korda terdiri dari 5
petal yang berwama krem ketika bunga mekar dan berwarna merah pada had
berikutnya; korola biasanya gugur dua hari setelah bunga mekar. Pembungaan
-
teijadi setelah 35 45 had, bunga mekar pada pagi hari dan layu pada sore hari.
Tepung sari dapat mekkat pada kepala putik dikelilingi oleh 90-100 tangkai sari,
bakal buah Wiri dari 3 - 5 w n g dan setiap ruang beiisi 8 - 10 bakal biji. Kepala
sari mengwikan tepung sari yang besarnya 81
- 143 mikron yang
lengket.
sehiiga tidak mudah diierbangkan angin (Hasnam, 1991)
Bunga kapas akan mekar 22
- 30
hari setelah kuncup bunga (square)
ukurannya idrrckira 3 mm, bunga membuka pada pagi hari dan penyerbukan
biasanya terjadi beberapa jam kemudian.
Pernbuahan terjadi 30 jam setelah
penyerbukan. Tiap bakal biji harus dibuahi oleh sebutir tepung sari. bila banyak
bakal biii yang t i a k dibuahi, maka buah akan gugur dalam waktu 10 hari (Hasnam,
1991).
~an&n
kapas dibudidayakan dengan menggunakan biji kapas yang
diinam langsung di kebun ataupun di sawah tadah hujan. Penanaman dapat
dilakukan sepanjang musim baik pada musim hujan ataupun kernarau, dengan
rnengatur pola tanam, yaitu rnengatur kebutuhan air pada fase vegetatif dan pada
masa pembentukan bol tidak menghendaki hujan. Penanaman dilakukan dengan
sistem tugal dengan 3 biji perlubang tanam dengan jamk tanam yang bervariasi
antara 100 x 30 cm
-
50 x 50 cm, tergantung kondisi tanah dan varietas yang
digunakan ( A M , 1988).
varietas dari DP5690 atau coker 312 yang tahan
Kapas Bollgard me~pakan
tdadap hama Helicoverpa annwra. Kapas ini me~pakansalah satu jenis dari
Goswum
hinuturn. Morfologi varietas NuCOTN 835 adalah : tinggi tanaman 73-
115 cm, batang tegak dan warna hijau muda, daun hijau dan berbulu jarang,
percabangan tanaman kornpak, petal dan tepung sari tanaman bmarna krem dan
buahnya berbentuk oval. Umur tanaman 130 - 150 hari dan pembungaan dimulai pada wnur 4550 hari. Tanaman mulai berbunga pada umur 120 hari. Produktivitas
tanaman rah-mta 2.210 kg kapas berbijilha dan produksi tertinggi mencapai 3.100
kg kapas berbijUha (DEPTAN, 2001).
Tanaman Transgenik
Tanaman transgenik adalah tanaman yang memiliki gen asing yang berfungsi
d m Mntegrasi dalam genomnya. Upaya perakitan tanaman transgenik melibatkan
organisme lain, baik dari bakteri, tanaman dan hewan. lntegrasi gen asing kedalam
genm tanaman diharapkan akan membawa sifat yang diinginkan pada tanaman
target dan dapat dilakukan melalui rekayasa genetika (Aswidinnoor, 1995).
Beberapa varietas tanaman yang telah behasil dipemleh melalui rekayasa
genetika antara laimjagung Bt, kapas Bt, padi pro vitamin A, jagung tahan hWiida,
gandum, keddai. kentang tahan vitus dan beberapa tanaman pangan lainnya
(Suwanto, 2000). Beberapa tanaman komersial yang mengandung gen ketahanan
tehadap Bacillus thunngiensis (BQ antara lain adalah kedelai, kentang. jagung,
kanola dan kapas.
Kapas Bdlgard metupakan tanaman kapas yang telah disisipi gen crylAc.
Gen tersebut diisdasi dari bakteri Bacillus thunngiensis dan diintegrasi dalam genom
tanaman kapas. Untuk mengekspresikan protein toksin dari gen cry yang berasal
-
dari bakteri ke dalam genom tanarnan digunakan promotor CaMV (Cauliflowr
mosaik w'ms/35S) yang diisolasi dari v i ~ stanaman Cauliflower.
Penggunaan
pmmotor S35 dimaksudkan untuk memperoleh ekspresi yang terus menerus. Selai
gen cry juga terdapat gen marker yang mengandung gen antibiotik resisten (npfll),
terminator nos,promotor 35s dan gen aad (Monsanto, 2002).
Target dari kristal toksin yang dihasilkan oleh kapas Bollgard adalah
serangga lepidoptera lchususnya Helicowtpa armigera yang mewpakan hama pada
tanaman kapas. Protein kristal dari gen crylAc diekspresikan pada jaringan daun
dan bunga... Adanya promotor konstitutive 35s CaMV menyebabkan protein kristal
terekspresikan tews menews selama jaringan tanaman tersebut masih hidup (Hofte
dan Whieley, 1989; Estrada dan F m , 1994).
Protein luistal yang dihasilkan deh Bacillus thunngiensis (Bo bersifat racun
apabila terhidmlisis
dalam usus semngga. Toksin kristal be-
dengan
menganggu permeabiliis membran sel epitelum usus tengah semngga, sehiigga
menyebabkan sel epitelum menggembung dan pecah. Aktivitas bioinsektisida dari
Bt spesifik untuk serangga tertentu dan tidak bersifat racun pada hewan (Spear,
1987).
Gen cry penghasil toksin pada Bt pertarna kali di Mon pada tahun 1981.
Terdapat lima kelompok gen cry. yaitu cryl, cryll, cryill, crylV dan crylc (Haffe dan
Whiteley. 1989). Pengelompokan ini berdasarl
MENGGUNAKAN REAKSI RANTAl POLIMERASE
oleh
MARHAMAH NADIR
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
Terima Kasih yaa Allah ...
Atas N i h a t dan Kesempatan yang Kau berikan kepada hambamu
Semoga seperdk ilmuMU yang Kau berikan
Bisa bermanfaat bagi Kehidupn Makhluk-MU
Ijinkan Aku, mengemban amanah-MU
Sebuah Karya kecil, yang kupersembahkan
Kepada orangsrang terkasih
"
yang memberiku Cinta, Spirit dan Kasih Sayang Selama ini :
Bapakku Drs. H.M. Nadir Aris clan Ibuku Hj. Nurhandi Dachlan, BA
Serta Adik-adikku terbnta: Mardhiyah Nadir, ST
Maryam Nadir, SE
Rasyidah Nadir, Amd.Ak
Sakinah Nadir
Fatimah Nadir
ABSTRAK
MARHAMAH NADIR (99646). Deteksi Penyebaran Gen crylAc dari Kapas
Transgenik
ke Kapas Bukan Transgenik Menggunakan Reaksi Rantai
Polmerase. Dibimbing OLEH MM ANDREAS SANTOSA sebagai ketua komisi
dan HAJRlAL ASWIDINNOOR sebagai anggota komisi.
PenelMan menggunakan biji 'kapas bukan transgenik yaitu Deltapine dan Kanesia
7 yang diambil dari lokasi penelitian kapas transgenik sebagai sampel dan biji
kapas transgenik bdigard sebagai kontrol positif. Sampel diambil secara acak
dengan jarak 2 16 meter dad tanaman kapas transgenik. Penelitian lapangan
dan pengambilan sampel dilakukan pada bulan September Oktober 2001 di
lokasi penelitian kapas transgenik di desa Caddika kecamatan Bajeng Kab. Gowa
S-a
tn.
desain pertanaman. persjepan lahan. penanaman dan
pemeliharaan Wak dilakukan untuk'peneli ini. Analiis Mdekukr dUalafkan
sejak Nwembet 2001 Agustus 2002. Tujuan penelitian (1) untuk mencari teknik
isorcrsi DNA kapas dari Uji (2) mendeteksi terjadinya penyebaran gen ctyUW dari
kapas bansgenik ke kapas bukan bansgenik
Delbepine dan Kanesia 7 yang
ditanam pada lokasi yang sama clan (3) membandikan produk PCR kapas
tran~genikdengan kapas bukan transgenik jib terjadi perpindahangen.
-
-
-
Hasil - i n
diperoleh teknik isdasi DNA total genom dengan menggunakan
metode isdasi bii kering tanpa penggerusan dengan menggunakan bufer
ekstraksi CTAB dan proitenase-K. Pumkasi dilakukan dengan menggunakan
bufer DAS IP dan ekstraksi W o r m lsoamil (24:l) diimbah fenol5%. lsolasi
DNA dengan metode ini dapat dilakukan dengan cepat dan memungkinkan
d i i h DNA dalam jurnlah yang cukup untuk analisis molekuler menggunakan
wksi rantai polimerase (Po/ymmse Chain ReadionlPCR). Kuantitas DNA total
yang diperdeh 1.58 pg per biji kapas dengan nilai absorbansi
1.82.
-
Deteksi penyebaraan gen crylAc dengan menggunakan teknik PCR menggunakan
primer spesifik crylAc dengan &en
5' CTGCTCAGCGAGTTCGTGCC3' untuk
Wwanl dan 5' GGTCTCCACCAGTGAATCCTGG 3' untuk mverse. Hasil
ampfifikasi PCR dengan menggunakan kontrd positif dad tanaman kapas
Bollgard menunjukkanbahwa sekuen cry sebesar 1400 bp. Selanjutnya dilakukan
analisis PCR pada 49 biji kapas bukan transgenik (20 biji Deltapine dan 20 biii
Kanesia 7). Hasil PCR menunjukkan bahwa dad 20 sampel kapas Deltapine y8ng
diinalisis tidak terdapat pita yang sama dengan kapas Bdlgard. Sedanglcan
amplffikasi PCR pada 20 biji kapas Kanesia 7 didapatkan 1 biji yang mempunyai
pita sama pada kontrol positif. Dengan demikian dapat dipastikan bahwa terjadi
perpindahan gen dad tanaman kapas Bollgard ke Kanesia 7 yang ctitanam pada
jarak antara 2 - 16 meter. lndikasi biomultiplikasi sekuen cry karena penyebaran
gen dari Kapas Bdlgard ke Kanesia 7 diukur dengan alat densitometer
menggunakan Soffwarr! Quantity One @o Rad). Produk akhir PCR pada kapas
Bdlgard adalah 2.37 p@pLdan di kapas Kanesia 7 yang positif adalah 2.65pglpL.
Dari hasil tersebut menunjukkan tidak terjadi biimultiptikasi sekuen cry pada
kapas Kanesia 7 yang diuji. Dari penelitian dapat disimpulkan:(l) diperoleh teknik
Lsdasi DNA biji kering dengan perendaman pada buffer ekstraksi, (2) Sekuen gen
cryVIc terdeteksi pada kapas Kanesia 7 dan (3) Tidak terindikasi tejadinya
biomultiplikasi selaren cry pada kapas Kanesia 7 tersebut.
.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam tesis
saya yang berjudul :
DETEKSI PENYEBARAN GEN CrylAc DARl KAPAS TRANSGENIK KE KAPAS
BUKAN TRANSGENIK MENGGUNAKAN REAKSI RANTAl POLIMERASE
Merupakan gagasan atau hasil penelitian tesis saya sendiri dengan pembimbingan
kornisi pembimbing, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya. Tesis ini
belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar pada program sejenis di Perguruan
Tinggi lain.
Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat
diperiksa kebenarannya.
Bogor, 30 Oktober 2002
NRP : 99646/BIOTEKNOLOGI
DETEKSI PENYEBARAN GEN crylAc DARl
KAPAS TRANSGENIK KE KAPAS BUKAN TRANSGENIK
MENGGUNAKAN REAKSf RANTAl POLIMERASE
MARHAMAH NADIR
99646 1 BIOTEKNOLOGI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Bioteknologi
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2002
:Deteksi Penyebaran Gen CrylAc dari Kapas Transgenik
Judul Tesb
Kapas Bukan Transgenik Menggunakan Reaksi Rantai
Polimerase
Nama Mahasiswa
: Marhamah Nadir
No. Mahasiswa
: 99646
Program Studi
: Biiteknologi
A
/
Menyetujui
1. Komisi Pembimbing
Ketua
Anggota
2. Ketua Program Studi
GRAM&^,
4 s s ~A ~~ ~
Tanggal ldus : 24 September 2002
' b
mn
Penulis dilahirkan di Parepare, Sulawesi-Selatan pada tanggal 9 Februari
1973 sebagai anak pertama dari enam bersaudara dari keluarga Drs. H. M. Nadir
Aris dan Hj. Nurhandi Dachlan, BA. Jenjang pendidikan SD di SD Negri 1 Pinrang,
SMP di Pesantren Moderen Putri IMMlM Pangkep dan SMA di SMA Negri 12
Ujungpandang Sulawesi Selatan.
Tahun 1991 diterima di Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin meialui
Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negri (UMPTN) pada Program Studi Agronorni dan
mernperoleh gelar sarjana pertanian pada tahun 1996. Aktivitas Kemahasiswaan
dilalui sebagai Sekretaris I SMF Pertanian dan Kehutanan Unhas (1993-1994),
Pengurus Biro Pusat FKK Mahasiswa Agronomi Indonesia (1992
Majalah Agrivisi Fak. Pertanian Unhas (1993
- 1994). Sekretaris
- 1995), Reporter SKK Identitas (1994-
1995), Sekretaris Umum Unit Pers Mahasiswa Unhas (1995 -19961, Pengurus HMI
Cabang Ujungpandang (1995-1996) dan Wakil Sekretaris UmumlSekretaris Korps
HMI Wati (KOHATI) Badan Koordinasi Mahasiswa Islam Sulawesi (1997
- 1999).
Pada tahun 1996, penulis bekerja sebagai staf penelid pada Proyek Kultur
Jaringan Tebu kerjasama Universitas Hasanuddin dan PT. Sumber Madu Bukad.
Sejak tahun 1997
- 1999 banyak terlibat pada LSM di SulawesiSelatan untuk
masalah sumberdaya manusia, lingkungan dan pertanian.
Tahun 1999 melanjutkan pendidikan S2 pada Program Studi Bioteknologi
Program Pascasarjana IPB dan pada tahun 2001 rnendapat beasiswa On going
"
BPPS DiW atas rekomendasi dari Universitas Muharnmadiyah Pare-fare.
.
Alhamdulillah. dengan segala rasa syukur penulis panjatkan kepada
ALLAH SWT, atas segala petunjuk dan kehendaknya sehingga penulis dapat
menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis tentang Deteksi Penyebaran gen
aylAC dari Kapas Transgenik ke Kapas Bukan Transgenik Menggunalcan Reaksi
Rantai Po(imerase.
Penelitian ini merupakan tinjauan resiko lingkungan dari
penanaman kapas transgenik yang dikaji secara molekuler.
Odam rnenyelesaikan
w i ini.
penulis mendapat bantuan dari
berbagai pihak Untuk itu penulis menyampaikan ucapan tetima kasih kepada:
1. Bapak DR. Ir. Dwi Andreas Santosa sebagai ketua komisi pernbimbing dan
Bapdr Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc., sebagai anggota komisi pernbimbing
atas segala bimbingan dan arahan sejak perencanaan p e n d i n sampai
p e n u h n tesis.
2. Segenap jajaran Direksi Indonesian Centre for Biodiversity and Biotechnology
(ICBB) atas dana penelitian dan dorongan moril yang diberikan selama
me-nakan
penelitian.
3. Bapak Ir. JK. Kristiyono selaku Pimpinan PT. Saraswanti lndo Genetech atas
pinjaman fasilitas laboratoriurn dan Saudara Adinogmho Kristiawan, ST atas
kerjasama yang diberikan selama kami melaksanakan penelitian.
4. Rem Indriadi, Neni Yuliawati dan k u Kusdianto, atas permhabatan selama
kuliah di Program Biieknologi 99 dan dukungan m d l dan keijasarna dalam
penelitian. Buat adik Misna dan Syarif di Faperta UNHAS terima kasih atas
bantuamya selama penelitian dan pengambilan sampel di Sulawesi-Selatan.
5. Kepada rekakrekan Mahasiswa Pascasarjana IPB dari Sulawesi Selatan,
terima h s i h atas bantuan seiama penulis menyelesaikanpendidikan di Bogor.
6. Keluarga Om Mustaldm dan Tante limy yang menerima kami sebagai bagian
dari keluarga selama menempuh pendidikan di Bogor dan Tante Hasmy di
Parepare yang banyak membantu dalam pengumsan beasiswa.
A k h i i kepada semua pihak yang telah membantu baik secara mated
maupun dukungan motil dalam melaksanakan pendidikan dan penelitian ini
penulis rnenyampaikan terima kasih yang tak terhingga, semoga Allah SWT
memberikan balasan yang setimpal.
Marhamah Nadir
DAFTAR IS1
Halaman
DAFTAR GAMBAR
................................................
X
DAFTAR LAMPIRAN
................................................
...................................................
xi
PENDAHULUAN
..........................................
..........................................
........................................
1
5
5
..........................................
7
..........................................
m
iKapas
Tacraman Transgenik ..........................................
Penyebaran Gen cryiAc dari Kapas Transgenik.......
Analisis Reaksi Rantai ?dimerase ........................
7
10
12
16
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Kegunaan Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
B
1
..........................................
Ternpat dan Waktu Penelidan ...........................
........................................
Bahan Tanaman
lsdasi DNA Total r m r n
..............................
Uji Reaksi Rantai Polimerase ............................
MI
Bimrdtiplikasi Sekuen crylAc ...................
18
........................................
25
Metode lsdasi DNA Total dari Biji .....................
Penyebra gen crylAc dari Kapas Transgenik ......
Deteksi BiomultiplikasiSekuen Gen cry ................
25
30
37
M DAN METODE
HASlL DAN P E M W A N
DAFTAR PUSTAKA
.................................................
18
18
19
22
24
39
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
2.
Visualisasi gel elektroforesis hasil isolasi DNA total genom dari biji
menggunakan tiga metode isolasi biji pada agarose 0,8%............
29
Visualisasi gel elektroforesis DNA kapas setelah diamplifikasi PCR
menggunakan primer spesifik crylAc pada kontrol positip (kapas Bollgard)
32
pada agarose 2%..................................................................
r
3.
Visualisasi gel elektroforesis 20 DNA kapas Deltapine setelah diamplifikasi
PCR menggunakan primer spesifik crylAc pada agarose 2% ......... 33
4.
Visualisasi gel eletroforesis kapas Deltapine yang mengalami perpindahan
gen transgenik menggunakan 3 primer pada agarose 3%............. 35
5.
Visualisasi gel elektroforesis 19 DNA kapas Kanesia 7 setelah diamplifikasi
PCR menggunakan primer spesifik crylAc pada agarose 2% ......... 35
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Denah pengambilan sampel di lokasi penanaman kapas transgenik
43
2. Deskripsi kapas transgenik dari Departemen Pertanian.. ...................44
3. Komposisi senyawa kimia yang digunakan ...............................
45
uWWq!P 1-
IBH
'
! a m!P u~lneuadP
W OOOC
y!wuarl
*
qe&aj.w rxqe w e k u w s eped y!uaSsuarl ueweuq uesrrdald wnpqas
- 968c
'(~ZOOZ
'-owes) COOZ
u n w eu~elese!unp yruntas !P
% o mI W ~ W
!esen&alu ~ p e y a q
unyq z o d q wepp B l l q g
Wlal COOZ Jwwel W P uep W eln! Z'PP
e
y!uabuw waq
unyel
~ ~eped fw y p m &reA
uewl sen1 OOOZ unllet
wwJe)req
JWW W! W ! e d ~ a l uL66C un49 eped V an! PO
' C ! P @ ~ W IWWptalu 966C
pod MeWP ey uey!saJ8arlu!!p lnqasfal uaf) 1'-uoy
n
1-4
w~=wsu?p W ~ I W d u ~ n w
w-s
uweuel WWJad
JWJW
wp undnelu ueurwq yep leswaq B u d 'ua6 laqwns p-aq
-w um. -
yep yaplad!p pdep
eygwaS eseIIeyau -rueq ygaua6 Jaqwns e&wppm@pueyw6unruaur uewuriq
uqlnwad 6uepg welep ~ynaua6ese&eya uenfeway uep ~e6~8qluaq,~ad
,
aturan tersebut mengacu pada protokol intemasional, bahwa sebelum organisme
transgenik (hewan, tanaman dan mikmba) dilepaskan ke lingkungan harus melalui
uji resiko lingkungan. Khusus untuk tanaman transgenik, uji dilakukan untuk
mengetahui pengaruh gen asing yang diintroduksikan ke dalam genom tanaman.
Beberapa faktor yang bisa ditimbulkan dari intoduksi gen asing tersebut adalah
kernungkhan tejadinya inkompabilitas seksual, atau kemungkinan gen tersebut
berpindah dari tanaman ke organisme lain, misalnya pada tanaman sekerabat dan
yang tidak sekerabat, mikroba dan hewan (Dale dan Judith, 1995).
Penanaman tanaman transgehik di Indonesia secara besar-besaran dimulai
pada tahun 2000.
Monsanto Co. salah satu perwahaan multinasional Qenghasil
benih tratransgenik telah menanam 465 ha kapas brrnsgenik yang mengandung gen
crylAc yang berasal dari Bmlbs fhuringmsis di Sulawesi Setatan. Uji coba
mulbilokasi dilaksanakan di empat daerah, yaitu Kabupaten Takalar, Bantaeng,
Gowa dan Bulukumba pada tahun 2000. Menindaklanjuti hasil uji muttibkasi,
h4entei-i Pertanian Republik Indonesia melalui SK 107/Kpts/KB.430/2/2001
mengeluarkan ijin pelepasan komersial tanaman kapas bansgenik (NuCOTN
35BBoIlgard) yang tahan tehadap Hek'cove~paamrigera secara k m i a l pada
tujuh kabupaten di SulawesCSdatan, yaitu Gowa, Takalar, Bantaeng, Bulukumba,
Bone, Soppeng dan Wajo pada lahan 8.000 ha @EPTAN, 2001).
Analisis Resiko Lingkungan (ARL)
beitujuan untuk menetapkan resiko
lingkungan yang mungkin muncul serta tindak lanjut yang harus dilakukan. ARL
tetap haws dilakukan untuk mengontrol resiko penanaman kapas transgenik pada
agroekosistem, walaupun uji multilokasi untuk adaptasi iMim dan daya h a i l di
beberapa kabupaten telah dilakukan. Kajiin ARL dilakukan tertradap beberapa
aspek
antara lain: aspek temadap organisrne bukan sasaran, penrbahan
metabolisrne gen dalam tanaman, kemungMnan perpindahan gen ke organisrne
sekerabat atau ke kerabat liamya, misalnya gulma belum dikaji. Kajian terhadap
aspek-aspek tenebut harus dipilah-pilah karena tanaman kapas (Gossypum sp)
bukan merupakan tanarnan asli Indonesia. Bila kerabat liamya tidak ada di daerah
ini maka kekhawatiran akan tejadinya transfer gen ke kerabat liamya tidak
mungkin tejadi (Santosa, 2001a)
Petpindahan gen dari kapas transgenik ke kapas bukan transgenik melalui
semk sari dapat tetjadi melalui angin dan serangga walaupun persentasenya
sangat rendah, yaitu sekitar 2 %, meskipun demikian aspek tersebut p d u diteliti
sebagai syarat untuk pengujmn salah satu jenis kultivar sebelum diiomersialkan ke
masyarakat (Dale dan Judith. 1995)
Peneliian ARL kapas transgenik telah dilalarkan di Australia selama dua
tahun, hasil penelitian pada lahan 8 ha menunjukkan bahwa terjadi penyebaran gen
dad kapas transgenik sebesar 1.7 % pada plot uji 1 meter dan 0.08 % pada plat uji
4 meter dari 0,15% dari generasi F2 yang diuji dan pada tahun kedua ditemukan
sebesar 0.4 % pada plot uji 1 meter dan 0.03% masingmasing pada plot uji 1
meter dan 4 meter dari areal penyangga ( b m r mws) (Liewellyn dan F i i ,1996).
Pmtokol uji analisis lingkungan yang berfaku di suatu wihyah m a - b e d a
tergantung agmMirnatologi dan ekosistem wilayah yang akan ditanami tanaman
transgenik. Kajiin yang telah dilaksanakan di daerah sub tropis yang kondisi iMim
jauh berbeda belum bisa dijadikan ntjukan untuk pelepasan tanaman bansgenik di
daerah bopis. Mengingat Indonesia merupakan salah satu pusat mega-biodiveersity
dunia, maka uji terhadap komponen-komponen tanah. tanaman dan serangga perlu
dilakukan lebih teliti.
-
Salah satu metode untuk mendeteksi teijadinya penyebaran gen dari
organisme transgenik ke organisme lain adalah dengan menggunakan metode
Reaksi Rantai Pdimerase (Po/ymelidse Chain ReactbMCR).
Metode ini lebih
-
mudah dan akurat jika dibandingkan dengan metode lain misalnya dengan
menggunakan pelacak radioaktif ataupun hibridisasi (Brown, 1993).
Analisis PCR membutuhkan DNA yang mumi dan cukup untuk diam~~fikasi.
Beberapa teknik isolasi DNA telah diketahui untuk mendapatkan DNA total genom
dengan menggunakan jaringan daun. Seiring dengan perkembangan teknik isolasi
DNA dari biji, maka dilakukan penelitian untuk mengisolasi DNA total dari biji
kapas.
Pengembangan metode isolasi dan purSfikasi DNA dari biji sangat penting
untuk mencari gen yang telah diintroduksikan pada tanaman transgenik dan untuk
kebutuhan analis biji dalam jumlah besar. Beberapa penelithn isdasi dan
purifikasi DNA dari biji yang telah berhasil pada tanamanbiji kering seperti gandum,
padi, keddai, jagung, sorgum. badey den beberapa biji tanaman sereal lainnya
d i i e n a l k a n oleh Chunwongse et a/., (1993).
Keberhasilan isolasi DNA biji pada tanaman berbiji menjadi acuan untuk
melakukan isolasi DNA dari biji kapas. Dengan melakukan beberaps modifikasidari
metode isolasi DNA biji yang telah dikembangkan oleh Chunwongse et a/., (1993)
dan Kang et a/., (1998) maka diharapkan dipemleh DNA dari biji dalam jurnlah dan
kualiis yang cukup untuk keperluan analisis PCR. Kebemasiian isolasi DNA dari
biji sangat bermanfaat untuk rnendeteksi kemumian biji/benih dengan cepat melalui
analisis PCR. Dengan demikian deteksi gen transgenik dan kernumian biji dapat
dilakukan tanpa melalui perkecambahan biji. sehingga dapat mempercepat proses
skrening biji yang diduga mengandung gen transgenik.
Deteksi penyebaran gen melalui serbuk sari dari tanaman transgenik ke
tanaman bukan transgenik perlu dikaji untuk melindungi petani dari klaim
perusahaan penghasil benih transgenik dan timbulnya pencemaran genetik.
Pencemaran genetik merupakan kasw yang terjadi pada petani kanda di Kanada
yang h a ~ rnembayar
s
denda kepada perusahaan penghasil benih (Monsanto Co.)
karena benih kanola yang ditanam di debt lahan petani transgenik menyerbuk
silang sehingga sewaktu dideteksi mengandung gen ketahanan temadap herbisida.
Kasus pencemaran genetik tersebut menyebabkan Percy Schmeiser seorang
petani di Saskatchewan Kanada haws rnembayar denda kepada perusahaan
pemilik benih transgenik karena petani dianggap melanggar paten karena memakai
benih transgenik tanpa kin (Fox, 2001).
Kapas transgenik yang dikenal dengan nama dagang kapas Bdlgard,
direkayasa secara genetik dengan menggunakan vektuf dari Agmbacten'um
hrmefaciem. Melalui veldof tersebut d i i s f e r gen cryiAc
ke genom tanaman
Kapas Coker 312 dan Deltapine @P5690), dengan bantuan plasmid biner. Dengan
bantuan plasmid biner tersebut kapas Bollgard membawa sekuen gen cryiAc,nplll
dan gen aad (Bao, 2001)
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkanteknik isdasi DNA genm total kapas dad biji.
2. Mendeteksi penyebaran gen crylAc dari tanaman kapas tranenik
(
w
a
r
d
)
ke tanaman kapas bukan transgenik (Kanesia 7 dan Deltapine)
menggunakan PCR.
3. Membandiikan hasil PCR kapas transgenik denden l a b s brl&an
transgenik yang mengalami perpindahan gen cfylAc unhk men$ddlisis
biomultilikasisekuen.
Kegunaan Penelitian
Peneliian ini diiarapkan menjadi bahan masukan dalam rangka
pengembangan dan uji analisis resiko lingkungan pada penanaman tanaman
-
--
transgenik di Indonesia.
Dan peneliian ini diharapkan dapat dikembangkan
metode dalam upaya mencegah terjadinya serbuk silang tanaman tmnsgenik ke
tanaman bukan transgenik
TINJAUAN PUSTAKA
Botani Kapas
Tanaman kapas merupakan salah satu jenis tanaman setahun yang
berbentuk semak. India merupakan negara yang menjadi pusat keragaman genetik
tanaman kapas (botanical home). Di India masyarakat menanam tanaman ini
kurang lebih 15 abad SM. C i merupakan negara yang pertama-tama menanam
kapas sebagai tanarnan hias, dan setelah abad XI dilakukan penanaman besarbesaran di ladang dan sawah .
Kapas diMasifikasikan pada 8 spesies utama berdasarkan jumlah kromoson
hapldd.
Spesies yang mempunyai 26 lawnoson haploid dimasukkan dalam
kategori kapas dunia baru
(new w r l d spesies), mempunyai ciri utama berserat
panjang dan mudah dipintal. Jumlah kromoson ~ p e s ini
b adalah 2n = 52, yaitu 1)
Gossypium hirsutum, ciri khas spesies ini adalah kapas berukuran sedang, daun
tidak bulat, ukuran bunga sedang dan berwama cream, bakal buah tefdii dari 4-5.
Spesies ini paling banyak diinam di Arnerika. genom tanaman adalah AABB; 2)
Gossypum ba&adens,
~ p a k a nspesies yang mempunyai ranting dan
percabangan kecil, cabang dan tangai bunga menarik.
Kapas ini merupakan
spesies asli Arne~ika,dengan genom tanaman CCDD; 3) Gossyp~umbraziliense,
kapas ini berukuran besar, daun lebih lebar dan lebih bulat, biji menyatu dengan
serabut, bakal biji terdiri dari 3 - 4. Spesies ini b s a l dari Amerika Selatan dengan
genom BBCC; 4) Gossypium purpummes, ciri khas spesies ini adalah tangkai
square dan cabang utama tidak menarik, daun berukuran lebih kecil, tidak bulat dan
bunga berukuran lebih kecil. Spesies ini dikenal dengan nama kapas siam dengan
genom DDEE; 5) G o s s ~ u r npem'anum, chi khas spesies ini, daun benrkuran
lebih besar, lebar , bulat dan tebal; bunga bewkwan lebih besar berwama kuning
tembaga. Menrpakan spesies asli Arnerika selatan dengan genom EEEE(Brown,
1938; Poehlaman, 1977; Hasnam, 1991).
Spesies kapas yang terdiri dari 13 kromoson haploid (2n = 26). dikenal
sebagai kapas dunia lama yang berserat pendek dan sulit diiintal. Spesies ini terdiri
dari 1) Gossypium arborem. ciri khas spesies ini adalah daun terbelah 2
-3
dengan lebih dalam, bentuk bulat linear, bunga berwarna ungu. Kapas ini
NIefUpakan spesies Asiatic dengan genom AA; 2) Gossypium nangking, dri b a s
spesies ini daun tidak terbelah, bentuk bulat tapi tidak finear, bunga beiwama merah
-
tua dan berbulu, bakal buah 3 4 , ukuran bunga lebih besar. Kapas ini rnerupakan
spesies Asiatic dengan genom BB; 3) Gossypium henbaceum, ciri khas spesies ini
adalah bunga -ma
abu-abu, bakal buah terdii dari 4-5, ukuran bunga lebih
kedl. Kapas ini rnenlpakan spesies Asiatic dengan genom CC (Brawn, 1938;
Fnyxell, 1984).
Spesies diploid deh Fnyxell(1979) dibagi atas 3 kelompok geografi, yaitu :
a) Kelompok Australia sebanyak 11spesies yang tersebar dari gwun pasir di tengah
Australia sampai ke pantai sebelah barat yang beriklii kering. b) Kelompok Amerika
sebanyak 12 spesies, diantaranya 10 spesies ditemukan di kepulauan Galapangos.
Beberapa spesies ini ditemukan di daerah yang beriklii agak kering sedangkan
lainnya di daerah yang bermusim hujan dan kering. c) Kelompok AfmArabia,
sebanyak 8 spesies tersebar di Afrika limur ke semanjung Arabia sampai Palestina.
Spesies diploid merupakan kapas yang bemiat pendek dan t i a k Msa di@ntal,
spesies ini digolongkan sebagai kapas dunia lama (OMW Madfigen).
Spesies tetraploid yang telah dibudidayakan adahh Gossypium hinutum dan
Gossypium barbadens (Fnyxell, 1979).
G. Banbadens berasal dari Arnerika
Tengah, Amerika Selatan bagin Utara dan Barat India. Pusat asal G. hinutum
adalah Meksiko dan Amerika tengah. Kapas Bollgard, Deltapine dan Kanesia 7
merupakan jenis kapas Gossypium himdurn yang mempunyai 52 kromoson (2n)
yang terdiri dari 13 pasang kromoson besar dan 13 pasang kromoson kecil
(Poehlman, 1977).
Kapas rnerupakan tanaman menyerbuk sendiri (self pdlnation) narnun
penyertwkan dapat puia tejadi dengan perantaraan serangga dan angin. Bunga
kapas terdiri dari 3 kelopak yang berwarna hijau dan bergerigi, korda terdiri dari 5
petal yang berwama krem ketika bunga mekar dan berwarna merah pada had
berikutnya; korola biasanya gugur dua hari setelah bunga mekar. Pembungaan
-
teijadi setelah 35 45 had, bunga mekar pada pagi hari dan layu pada sore hari.
Tepung sari dapat mekkat pada kepala putik dikelilingi oleh 90-100 tangkai sari,
bakal buah Wiri dari 3 - 5 w n g dan setiap ruang beiisi 8 - 10 bakal biji. Kepala
sari mengwikan tepung sari yang besarnya 81
- 143 mikron yang
lengket.
sehiiga tidak mudah diierbangkan angin (Hasnam, 1991)
Bunga kapas akan mekar 22
- 30
hari setelah kuncup bunga (square)
ukurannya idrrckira 3 mm, bunga membuka pada pagi hari dan penyerbukan
biasanya terjadi beberapa jam kemudian.
Pernbuahan terjadi 30 jam setelah
penyerbukan. Tiap bakal biji harus dibuahi oleh sebutir tepung sari. bila banyak
bakal biii yang t i a k dibuahi, maka buah akan gugur dalam waktu 10 hari (Hasnam,
1991).
~an&n
kapas dibudidayakan dengan menggunakan biji kapas yang
diinam langsung di kebun ataupun di sawah tadah hujan. Penanaman dapat
dilakukan sepanjang musim baik pada musim hujan ataupun kernarau, dengan
rnengatur pola tanam, yaitu rnengatur kebutuhan air pada fase vegetatif dan pada
masa pembentukan bol tidak menghendaki hujan. Penanaman dilakukan dengan
sistem tugal dengan 3 biji perlubang tanam dengan jamk tanam yang bervariasi
antara 100 x 30 cm
-
50 x 50 cm, tergantung kondisi tanah dan varietas yang
digunakan ( A M , 1988).
varietas dari DP5690 atau coker 312 yang tahan
Kapas Bollgard me~pakan
tdadap hama Helicoverpa annwra. Kapas ini me~pakansalah satu jenis dari
Goswum
hinuturn. Morfologi varietas NuCOTN 835 adalah : tinggi tanaman 73-
115 cm, batang tegak dan warna hijau muda, daun hijau dan berbulu jarang,
percabangan tanaman kornpak, petal dan tepung sari tanaman bmarna krem dan
buahnya berbentuk oval. Umur tanaman 130 - 150 hari dan pembungaan dimulai pada wnur 4550 hari. Tanaman mulai berbunga pada umur 120 hari. Produktivitas
tanaman rah-mta 2.210 kg kapas berbijilha dan produksi tertinggi mencapai 3.100
kg kapas berbijUha (DEPTAN, 2001).
Tanaman Transgenik
Tanaman transgenik adalah tanaman yang memiliki gen asing yang berfungsi
d m Mntegrasi dalam genomnya. Upaya perakitan tanaman transgenik melibatkan
organisme lain, baik dari bakteri, tanaman dan hewan. lntegrasi gen asing kedalam
genm tanaman diharapkan akan membawa sifat yang diinginkan pada tanaman
target dan dapat dilakukan melalui rekayasa genetika (Aswidinnoor, 1995).
Beberapa varietas tanaman yang telah behasil dipemleh melalui rekayasa
genetika antara laimjagung Bt, kapas Bt, padi pro vitamin A, jagung tahan hWiida,
gandum, keddai. kentang tahan vitus dan beberapa tanaman pangan lainnya
(Suwanto, 2000). Beberapa tanaman komersial yang mengandung gen ketahanan
tehadap Bacillus thunngiensis (BQ antara lain adalah kedelai, kentang. jagung,
kanola dan kapas.
Kapas Bdlgard metupakan tanaman kapas yang telah disisipi gen crylAc.
Gen tersebut diisdasi dari bakteri Bacillus thunngiensis dan diintegrasi dalam genom
tanaman kapas. Untuk mengekspresikan protein toksin dari gen cry yang berasal
-
dari bakteri ke dalam genom tanarnan digunakan promotor CaMV (Cauliflowr
mosaik w'ms/35S) yang diisolasi dari v i ~ stanaman Cauliflower.
Penggunaan
pmmotor S35 dimaksudkan untuk memperoleh ekspresi yang terus menerus. Selai
gen cry juga terdapat gen marker yang mengandung gen antibiotik resisten (npfll),
terminator nos,promotor 35s dan gen aad (Monsanto, 2002).
Target dari kristal toksin yang dihasilkan oleh kapas Bollgard adalah
serangga lepidoptera lchususnya Helicowtpa armigera yang mewpakan hama pada
tanaman kapas. Protein kristal dari gen crylAc diekspresikan pada jaringan daun
dan bunga... Adanya promotor konstitutive 35s CaMV menyebabkan protein kristal
terekspresikan tews menews selama jaringan tanaman tersebut masih hidup (Hofte
dan Whieley, 1989; Estrada dan F m , 1994).
Protein luistal yang dihasilkan deh Bacillus thunngiensis (Bo bersifat racun
apabila terhidmlisis
dalam usus semngga. Toksin kristal be-
dengan
menganggu permeabiliis membran sel epitelum usus tengah semngga, sehiigga
menyebabkan sel epitelum menggembung dan pecah. Aktivitas bioinsektisida dari
Bt spesifik untuk serangga tertentu dan tidak bersifat racun pada hewan (Spear,
1987).
Gen cry penghasil toksin pada Bt pertarna kali di Mon pada tahun 1981.
Terdapat lima kelompok gen cry. yaitu cryl, cryll, cryill, crylV dan crylc (Haffe dan
Whiteley. 1989). Pengelompokan ini berdasarl