TRANSGENIK PADA TANAMAN DENGAN AGROBACTE
TRANSGENIK PADA TANAMAN DENGAN
AGROBACTERIUM RHIZOGENUS (AKAR RAMBAT)
Nama Kelompok :
1. Ersal Tegar Pratama 1100150
2. Weilinten Salim 1110110
3. Vivi Silvia Indriyana 1110222
4. Dewa Putu Pradnya Paramartha 1120324
5. Irham Maulana 110115034
6. Agung
7. I Gede Sudarma Putra 110115087
Fakultas Farmasi
Universitas Surabaya
2016
BAB I
PENDAHULUAN
Agrobacterium dikenal secara alami mempunyai kemampuan transfer DNA antar
kingdom. Pada tanaman, Agrobacterium biasanya digunakan sebagai agen rekayasa genetik
untuk menghasilkan tanaman transgenik. Selain itu Agrobacterium juga dapat digunakan untuk
transformasi gen antar sel hidup, misalnya dari sel prokariot ke dalam sel fungi atau sel manusia.
Kemampuan Agrobacterium melakukan transformasi genetik ke dalam sel inang telah dipelajari
selama beberapa dekade (Tzfira, 2004).
Teknik transfer DNA secara langsung ada kecenderungan menyisipkan DNA dengan
jumlah salinan yang banyak, sehingga teknik transformasi Agrobacterium menjadi alternatif
pilihan. Semakin banyak jumlah salinan gen yang disisipkan dapat menyebabkan ekpresi gen
kurang stabil. Hal ini akibat adanya pembungkaman gen dan proses penyusunan kembali
(rearrangement) yang semakin tinggi. Penerapan teknologi trasformasi gen memungkinkan
penyisipan gen-gen penting saja, sehingga diharapkan tidak merubah sifat yang lain.
Transformasi gen pada tanaman merupakan upaya untuk memperbaiki sifat genetik tanaman.
(Rahmawati, 2006).
Transformasi gen adalah suatu metode untuk memindahkan satu atau lebih gen baru yang
spesifik dari genom organisme donor ke genom organisme resipien sehingga dihasilkan
organisme baru yang dapat mengekspresikan gen spesifik tersebut. Agrobacterium merupakan
bakteri tanah gram-negatif yang termasuk pada kelompok Rhizobiaceae, mempunta kemampuan
untuk mentransfer sebagian bahan genetiknya (DNA) pada sel tanaman melalui pelukaan DNA
yang ditransfer disebut dengan T-DNA merupakan potongan beberapa ratus kilo basa dari
plasmid yang dikenal dengan Ri plasmid (root inducing plasmid) (Nilson & Olsson 1997).
Agrobacterium merupakan satu-satunya organisme prokaryotic yang diketahui mampu
mentransfer DNA ke sel eukariotik (bundock et al, 1995). Salah satu jenis agrobacterium ini
adalah agrobacterium rhizogenes. Agrobacterium rhizogenes menyebabkan penyakit rambut akar
pada tanaman yang lebih tinggi melalui proses yang identic (handbook of plan biotechnology
vol.1 hal 233). Bakteri Agrobacterium rhizogenes dapat menginduksi proliferasi multibranched
ditempat akar yang terinfeksi sehingga disebut dengan “hairy root”. Melalui infeksi ini dapat
ditransfer T-DNA yang dikenal dengan inducing plasmid (Ri-plasmid) dan kemudian dapat
berintegrasi kedalam kromosom sel tanaman (nester ew., et al, 1984). Ekspresi onkogen pada
plasmid Ri mencirikan pembentukan akar adventif secara besar-besaran pada tempat yang
diinfeksi dan dikenal dengan “hairy root” (akar rambut) (Nilson & Olsson, 1997). Hasil
percobaan yang ditulis dalam sebuah jurnal (vol.6 (2) 1996 : p.30-38 ; fig.,0,ref) menunjukkan
berbagai isolate agrobacterium non-disarmed dapat dipakai sebagai perantara untuk transformasi
genetic tanaman kentang.
BAB II
PEMBAHASAN
Selain itu, induksi akar rambut melalui transformasi gen hairy root dengan
Agrobacterium rhizogenus ini juga biasa digunakan untuk memproduksi metabolit sekunder.
Banyak metabolit sekunder diproduksi di sel akar dan jaringan akar rambut bisa digunakan
sebagai produsen metabolic spesifik (Tanaka et al, 1999). Jaringan yang mengalami transformasi
diekspresikan dalam bentuk akar rambut dan metabolism asam amino dimodifikasi dalam bentuk
metabolit spesifik.
Spesies Agrobacterium yang sering digunakan dalam teknologi transfer genetik
(trangenik)
pada
tanaman adalah Agrobacterium
tumefaciens dan Agrobacterium rhizogenes. Bakteri A.
tumefaciensmerupakan
penyebab
penyakit crown-gall pada
rhizogenes merupakan
penyebab
tanaman,
sedangkan A.
penyakit hairy root pada akar tanaman. Patogenisitas dan virulensi Agrobacterium terhadap
tanaman inang melibatkan adanya plamid yang ditransfer Agrobacterium pada saat menginfeksi
tanaman. Plasmid yang menginduksi tumor pada A. tumefaciens disebut sebagai Ti Plasmid,
sedangkan plasmid yang menginduksi hairy root pada akar tanaman disebut sebagai Ri plasmid.
Beberapa gen yang dikode Ri plasmid bertanggung jawab terhadap modifikasi faktor
pertumbuhan tanaman, antara lain hormon auksin. Regulasi ekspresi gen T-DNA Ri plasmid
dapat merubah diferensiasi normal sel tumbuhan, dan menyebabkan terjadinya proliferasi pada
akar. Gen T-DNA dari Ri plasmid juga mempengaruhi sintesis asam amino dan gula derivatif
yang secara spesifik dikenali dan dikatabolisasi oleh A. rhizogenes.
Berikut ini adalah langkah-langkah dalam menyisipkan gen pada suatu sel tanaman :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ri-Plasmid yang terdapat pada bakteri Agrobacterium dikeluarkan dari sel
bakteri Agrobacterium kemudian dipotong dengan menggunakan enzim endonuklease
restriksi.
Isolasi DNA pengkode protein (gen) yang kita inginkan dari organisme tertentu.
Sisipkan gen yang kita inginkan tersebut pada plasmid dan rekatkan dengan enzim DNA
ligase.
Masukkan kembali plasmid yang sudah disisipi gen ke dalam bakteri Agrobacterium.
Plasmid yang sudah tersisipi gen akan terduplikasi pada bakteri Agrobacterium.
Selanjutnya, bakteri akan masuk ke dalam sel tanaman dan mentransfer gen.
7.
Kemudian, sel tanaman akan membelah. Tiap-tiap sel anak akan memperoleh gen baru
dalam kromosom dari sel tanaman dan membentuk sifat/karakteristik yang baru (yang sesuai
dengan gen yang disisipkan).
Iustrasi penyisipan gen pada tanaman.
Gambar dari: Biology, 7th Edition, Raven dkk, New York: McGraw Hill Higher Education
(2005).
Keuntungan transgenik tanaman dengan menggunakan plasmid agrobacterium
rhizogenus:
1). Efisiensi transformasi dengan salinan gen tunggal lebih tinggi
2). Dapat dilakukan dengan peralatan laboratorium yang sederhana. Gen dengan salinan
tunggal lebih mudah dianalisa dan biasanya bersegregasi mengikuti pola pewarisan
Mendel.
3). Gen gun dapat digunakan pada jangkauan yang lebih luas, misalnya pada tumbuhan
dapat digunakan organ daun. Bakteri atau virus tidak dapat mentransfer gen ke dalam
kloroplas sehingga metode gen gun dapat digunakan untuk memasukkan DNA asing ke
dalam kloroplas
4). Transformasi genetik lebih sederhana, cepat, dan memberikan frekuensi hasil
transforman yang lebih tinggi dibandingkan menggunakan Agrobacterium. Transformasi
menggunakan Agrobacterium pada buncis memiliki frekuensi hasil transformasi rata-rata
0.5-3%, sedangkan menggunakan partikel bombardment yaitu 18% (Indurker, 2006).
Kelemahan transgenik tanaman dengan menggunakan plasmid agrobacterium
rhizogenus:
1. Harga alat dan perlengkapannya cukup mahal
2. Penembusan partikel ke dalam jaringan cukup dangkal
3. Daerah penembusan DNA plasmid ke dalam jaringan target cukup luas sehingga DNA
yang ditransfer ke dalam sel acak. Beberapa sel yang tidak mengekspresikan transgen,
akan mati jika ditumbuhkan dalam medium kultur kusus (Clark, 2012: 405).
4. Seringkali terjadi penggabungan salinan ganda transgen pada sisi tunggal penyisipan,
penyusunan ulang gen yang menyisip dan penggabungan transgen pada sisi
penyisipan ganda. Salinan ganda dapat menyebabkan hilangnya transgen pada
keturunan berikutnya (Yao dkk., 2006).
5. Salah satu permasalahan dalam semua metodologi transformasi yang digunakan dan
pada penggunaan partikel bombardment sendiri adalah tidak ada jaminan
terekspresinya transgen oleh tanaman. Epigenetik dan efek posisi, gen silencing,
fenomena supresi dan co-supresi seringkali menginaktifkan transgen (Romano, dkk.,
2003).
BAB III
KESIMPULAN
( JAWAB PER POIN)
DAFTAR PUSTAKA
Nilson & Olsson, 1997 vol.6 (2) 1996 : p.30-38 ; fig.,0,ref
Tanaka et al, 1999
Biology, 7th Edition, Raven dkk, New York: McGraw Hill Higher Education
(2005).
P. Bayer, S. Al-Babili, X. Ye, P. Lucca, P. Schaub, R. Welsch, dan I.
Potrykus. Golden Rice: Introducing the-Carotene Biosynthesis Pathway into Rice,
Endosperm by Genetic Engineering to Defeat Vitamin A Deficiency, J.
Nutr. March 1, 2002, vol. 132 no. 3, 506S-510S.
Raven dkk, Biology, 7th Edition, New York: McGraw Hill Higher Education
(2005).
Griffiths dkk, An Introduction to genetic analysis, New York: W.H. Freeman
(1996).
A.de la Riva, G., Joel, G.C., Roberto, V.P., Camilo, A.P. 1998. Agrobacterium
tumefaciens: a natural tool for plant transformation. Journal of Biotechnology.Vol
1. No.3.
Gelvin, S.B. 2003. Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology
behind the “Gene-Jockeying” Tool. Rev.Microbiol and Mol Biol. Vol 67.1:16-37.
Rahmawati, S. 2006. Status Perkembangan Perbaikan Sifat Genetik Padi. Jurnal
AgroBiogen.vol 2.No1.
Tzfira T., Jianxiong L., Benoit L., and Vitaly C. 2004. Agrobacterium T-DNA
Integration: molecules and models. Rev. Trends in Genetic. Vol. 20 : No.8.
Utomo, S. D. 2004. Pengaruh Strain Agrobacterium Terhadap Efisiensi
Transformasi Genetik Jagung Genotipe Hibrida HiII. Jurnal Ilmu Pertanian. Vol
11 No. 2:1-10.
Walden, R., and Jeff, S. 1991.Tissue Culture and The Use of Transgenic Plants to
Study Plant Development. In Vitro Cell. Def. Biol. 27:1-10.
AGROBACTERIUM RHIZOGENUS (AKAR RAMBAT)
Nama Kelompok :
1. Ersal Tegar Pratama 1100150
2. Weilinten Salim 1110110
3. Vivi Silvia Indriyana 1110222
4. Dewa Putu Pradnya Paramartha 1120324
5. Irham Maulana 110115034
6. Agung
7. I Gede Sudarma Putra 110115087
Fakultas Farmasi
Universitas Surabaya
2016
BAB I
PENDAHULUAN
Agrobacterium dikenal secara alami mempunyai kemampuan transfer DNA antar
kingdom. Pada tanaman, Agrobacterium biasanya digunakan sebagai agen rekayasa genetik
untuk menghasilkan tanaman transgenik. Selain itu Agrobacterium juga dapat digunakan untuk
transformasi gen antar sel hidup, misalnya dari sel prokariot ke dalam sel fungi atau sel manusia.
Kemampuan Agrobacterium melakukan transformasi genetik ke dalam sel inang telah dipelajari
selama beberapa dekade (Tzfira, 2004).
Teknik transfer DNA secara langsung ada kecenderungan menyisipkan DNA dengan
jumlah salinan yang banyak, sehingga teknik transformasi Agrobacterium menjadi alternatif
pilihan. Semakin banyak jumlah salinan gen yang disisipkan dapat menyebabkan ekpresi gen
kurang stabil. Hal ini akibat adanya pembungkaman gen dan proses penyusunan kembali
(rearrangement) yang semakin tinggi. Penerapan teknologi trasformasi gen memungkinkan
penyisipan gen-gen penting saja, sehingga diharapkan tidak merubah sifat yang lain.
Transformasi gen pada tanaman merupakan upaya untuk memperbaiki sifat genetik tanaman.
(Rahmawati, 2006).
Transformasi gen adalah suatu metode untuk memindahkan satu atau lebih gen baru yang
spesifik dari genom organisme donor ke genom organisme resipien sehingga dihasilkan
organisme baru yang dapat mengekspresikan gen spesifik tersebut. Agrobacterium merupakan
bakteri tanah gram-negatif yang termasuk pada kelompok Rhizobiaceae, mempunta kemampuan
untuk mentransfer sebagian bahan genetiknya (DNA) pada sel tanaman melalui pelukaan DNA
yang ditransfer disebut dengan T-DNA merupakan potongan beberapa ratus kilo basa dari
plasmid yang dikenal dengan Ri plasmid (root inducing plasmid) (Nilson & Olsson 1997).
Agrobacterium merupakan satu-satunya organisme prokaryotic yang diketahui mampu
mentransfer DNA ke sel eukariotik (bundock et al, 1995). Salah satu jenis agrobacterium ini
adalah agrobacterium rhizogenes. Agrobacterium rhizogenes menyebabkan penyakit rambut akar
pada tanaman yang lebih tinggi melalui proses yang identic (handbook of plan biotechnology
vol.1 hal 233). Bakteri Agrobacterium rhizogenes dapat menginduksi proliferasi multibranched
ditempat akar yang terinfeksi sehingga disebut dengan “hairy root”. Melalui infeksi ini dapat
ditransfer T-DNA yang dikenal dengan inducing plasmid (Ri-plasmid) dan kemudian dapat
berintegrasi kedalam kromosom sel tanaman (nester ew., et al, 1984). Ekspresi onkogen pada
plasmid Ri mencirikan pembentukan akar adventif secara besar-besaran pada tempat yang
diinfeksi dan dikenal dengan “hairy root” (akar rambut) (Nilson & Olsson, 1997). Hasil
percobaan yang ditulis dalam sebuah jurnal (vol.6 (2) 1996 : p.30-38 ; fig.,0,ref) menunjukkan
berbagai isolate agrobacterium non-disarmed dapat dipakai sebagai perantara untuk transformasi
genetic tanaman kentang.
BAB II
PEMBAHASAN
Selain itu, induksi akar rambut melalui transformasi gen hairy root dengan
Agrobacterium rhizogenus ini juga biasa digunakan untuk memproduksi metabolit sekunder.
Banyak metabolit sekunder diproduksi di sel akar dan jaringan akar rambut bisa digunakan
sebagai produsen metabolic spesifik (Tanaka et al, 1999). Jaringan yang mengalami transformasi
diekspresikan dalam bentuk akar rambut dan metabolism asam amino dimodifikasi dalam bentuk
metabolit spesifik.
Spesies Agrobacterium yang sering digunakan dalam teknologi transfer genetik
(trangenik)
pada
tanaman adalah Agrobacterium
tumefaciens dan Agrobacterium rhizogenes. Bakteri A.
tumefaciensmerupakan
penyebab
penyakit crown-gall pada
rhizogenes merupakan
penyebab
tanaman,
sedangkan A.
penyakit hairy root pada akar tanaman. Patogenisitas dan virulensi Agrobacterium terhadap
tanaman inang melibatkan adanya plamid yang ditransfer Agrobacterium pada saat menginfeksi
tanaman. Plasmid yang menginduksi tumor pada A. tumefaciens disebut sebagai Ti Plasmid,
sedangkan plasmid yang menginduksi hairy root pada akar tanaman disebut sebagai Ri plasmid.
Beberapa gen yang dikode Ri plasmid bertanggung jawab terhadap modifikasi faktor
pertumbuhan tanaman, antara lain hormon auksin. Regulasi ekspresi gen T-DNA Ri plasmid
dapat merubah diferensiasi normal sel tumbuhan, dan menyebabkan terjadinya proliferasi pada
akar. Gen T-DNA dari Ri plasmid juga mempengaruhi sintesis asam amino dan gula derivatif
yang secara spesifik dikenali dan dikatabolisasi oleh A. rhizogenes.
Berikut ini adalah langkah-langkah dalam menyisipkan gen pada suatu sel tanaman :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ri-Plasmid yang terdapat pada bakteri Agrobacterium dikeluarkan dari sel
bakteri Agrobacterium kemudian dipotong dengan menggunakan enzim endonuklease
restriksi.
Isolasi DNA pengkode protein (gen) yang kita inginkan dari organisme tertentu.
Sisipkan gen yang kita inginkan tersebut pada plasmid dan rekatkan dengan enzim DNA
ligase.
Masukkan kembali plasmid yang sudah disisipi gen ke dalam bakteri Agrobacterium.
Plasmid yang sudah tersisipi gen akan terduplikasi pada bakteri Agrobacterium.
Selanjutnya, bakteri akan masuk ke dalam sel tanaman dan mentransfer gen.
7.
Kemudian, sel tanaman akan membelah. Tiap-tiap sel anak akan memperoleh gen baru
dalam kromosom dari sel tanaman dan membentuk sifat/karakteristik yang baru (yang sesuai
dengan gen yang disisipkan).
Iustrasi penyisipan gen pada tanaman.
Gambar dari: Biology, 7th Edition, Raven dkk, New York: McGraw Hill Higher Education
(2005).
Keuntungan transgenik tanaman dengan menggunakan plasmid agrobacterium
rhizogenus:
1). Efisiensi transformasi dengan salinan gen tunggal lebih tinggi
2). Dapat dilakukan dengan peralatan laboratorium yang sederhana. Gen dengan salinan
tunggal lebih mudah dianalisa dan biasanya bersegregasi mengikuti pola pewarisan
Mendel.
3). Gen gun dapat digunakan pada jangkauan yang lebih luas, misalnya pada tumbuhan
dapat digunakan organ daun. Bakteri atau virus tidak dapat mentransfer gen ke dalam
kloroplas sehingga metode gen gun dapat digunakan untuk memasukkan DNA asing ke
dalam kloroplas
4). Transformasi genetik lebih sederhana, cepat, dan memberikan frekuensi hasil
transforman yang lebih tinggi dibandingkan menggunakan Agrobacterium. Transformasi
menggunakan Agrobacterium pada buncis memiliki frekuensi hasil transformasi rata-rata
0.5-3%, sedangkan menggunakan partikel bombardment yaitu 18% (Indurker, 2006).
Kelemahan transgenik tanaman dengan menggunakan plasmid agrobacterium
rhizogenus:
1. Harga alat dan perlengkapannya cukup mahal
2. Penembusan partikel ke dalam jaringan cukup dangkal
3. Daerah penembusan DNA plasmid ke dalam jaringan target cukup luas sehingga DNA
yang ditransfer ke dalam sel acak. Beberapa sel yang tidak mengekspresikan transgen,
akan mati jika ditumbuhkan dalam medium kultur kusus (Clark, 2012: 405).
4. Seringkali terjadi penggabungan salinan ganda transgen pada sisi tunggal penyisipan,
penyusunan ulang gen yang menyisip dan penggabungan transgen pada sisi
penyisipan ganda. Salinan ganda dapat menyebabkan hilangnya transgen pada
keturunan berikutnya (Yao dkk., 2006).
5. Salah satu permasalahan dalam semua metodologi transformasi yang digunakan dan
pada penggunaan partikel bombardment sendiri adalah tidak ada jaminan
terekspresinya transgen oleh tanaman. Epigenetik dan efek posisi, gen silencing,
fenomena supresi dan co-supresi seringkali menginaktifkan transgen (Romano, dkk.,
2003).
BAB III
KESIMPULAN
( JAWAB PER POIN)
DAFTAR PUSTAKA
Nilson & Olsson, 1997 vol.6 (2) 1996 : p.30-38 ; fig.,0,ref
Tanaka et al, 1999
Biology, 7th Edition, Raven dkk, New York: McGraw Hill Higher Education
(2005).
P. Bayer, S. Al-Babili, X. Ye, P. Lucca, P. Schaub, R. Welsch, dan I.
Potrykus. Golden Rice: Introducing the-Carotene Biosynthesis Pathway into Rice,
Endosperm by Genetic Engineering to Defeat Vitamin A Deficiency, J.
Nutr. March 1, 2002, vol. 132 no. 3, 506S-510S.
Raven dkk, Biology, 7th Edition, New York: McGraw Hill Higher Education
(2005).
Griffiths dkk, An Introduction to genetic analysis, New York: W.H. Freeman
(1996).
A.de la Riva, G., Joel, G.C., Roberto, V.P., Camilo, A.P. 1998. Agrobacterium
tumefaciens: a natural tool for plant transformation. Journal of Biotechnology.Vol
1. No.3.
Gelvin, S.B. 2003. Agrobacterium-Mediated Plant Transformation: the Biology
behind the “Gene-Jockeying” Tool. Rev.Microbiol and Mol Biol. Vol 67.1:16-37.
Rahmawati, S. 2006. Status Perkembangan Perbaikan Sifat Genetik Padi. Jurnal
AgroBiogen.vol 2.No1.
Tzfira T., Jianxiong L., Benoit L., and Vitaly C. 2004. Agrobacterium T-DNA
Integration: molecules and models. Rev. Trends in Genetic. Vol. 20 : No.8.
Utomo, S. D. 2004. Pengaruh Strain Agrobacterium Terhadap Efisiensi
Transformasi Genetik Jagung Genotipe Hibrida HiII. Jurnal Ilmu Pertanian. Vol
11 No. 2:1-10.
Walden, R., and Jeff, S. 1991.Tissue Culture and The Use of Transgenic Plants to
Study Plant Development. In Vitro Cell. Def. Biol. 27:1-10.