MARKAH MOLEKULER DALAM IDENTIFIKASI DAN
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
MARKAH MOLEKULER DALAM IDENTIFIKASI DAN ANALISIS
KEKERABATAN TUMBUHAN SERTA IMPLIKASINYA
BAGI MATA KULIAH GENETIKA
(Telaah keilmuan genetika molekuler tumbuhan)
SUPARMAN 1
1
Dosen Pada Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Khairun
Email : suparman@yahoo.co.id
ABSTRAK
Sifat morfologi tanaman meliputi batang, variasi bunga dan bagian-bagian bunga serta
variasi bentuk daun telah lama menjadi acuan identifikasi, pemetaan kekerabatan dan taksonomi
tanaman, namun sifat morfologi dinilai terbatas karena langsung dipengaruhi lingkungan. Penanda
lain yang lebih stabil berupa penanda biokimia seperti isozyma. Penanda ini lebih baik, kurang
dipengaruhi kondisi pertumbuhan karakter kuantitatif dan lebih cocok untuk identifikasi varietas,
namun terkadang penanda ini juga tidak menunjukan perbedaan yang nyata antar genotip yang
diuji. Keterbatasan tersebut, memunculkan markah molekuler , yakni penanda yang ditentukan
langsung oleh materi genetik berupa DNA. Sekuen DNA memberikan banyak character state
karena perbedaan laju perubahan basa-basa nukleotida di dalam lokus yang berbeda dan lebih
akurat serta menghasilkan kekerabatan yang lebih alami. Karakter markah molekuler berupa
sekuen DNA pada tumbuhan dapat diambil dari genom nDNA, cpDNA, dan mtDNA. Sekuen
DNA yang banyak digunakan pada tumbuhan ialah : mikrosatelit, ITS, gen rbcL, gapC, ndhF,
matK, dan psa A. Gen rbcL secara khusus telah direkomendasikan sebagai DNA pada tumbuhan.
Perkembangan markah molekuler memberikan implikasi berupa penambahan materi pada kuliah
genetika yakni materi dasar bioinformatika dan filogenetik molekuler sebagai tool dalam analisis
data molekuler. Lebih jauh lagi, bioinformatika dan filogenetika molekuler ini dapat
direkomendasikan menjadi matakuliah pilihan.
Kata kunci : markah molekuler, sekuen DNA, kekerabatan tumbuhan, DNA barkode
Karakter morfologi yang berupa bentuk
pengelompokan tumbuhan adalah Cronquist
bunga, daun, batang, biji dan karakter fisiologi
(1981)
yang berupa kandungan fitokimia merupakan
mengklasifikasikan ribuan tumbuhan dalam
landasan utama identifikasi dan klasifikasi
sistem
tumbuhan.
ada
morfologi. Backer dan Van Den Brink (1965)
sekarang ini berdasarkan kemiripan morfologi
juga membukukan ratusan tamanan yang ada di
dan fisiologi tersebut. Salah satu panduan
Pulau Jawa berdasarkan karakter morfologi.
Sistem
taksonomi
yang
dalam
Suparman
terintegrasi
(2011)
berdasarkan
yang
karakter
59
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
Pengelompokan
pada
tumbuhan
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
berdasarkan
masih
morfologi
memiliki
anatomi, fisiologi dan paleontologi tetapi
banyak
sekarang berkembang teknik molekuler dalam
keterbatasan, contoh nyata pada klasifikasi
rekonstruksi filogenetik. Hal ini juga untuk
Genus Mangifera terbaru yang dipublikasi oleh
menjembatani adanya organisme kompleks
Kostermans
mengindikasikan
yang sulit dibedakan hanya dengan data
keraguan pengelompokan (Yonemori, dkk.
morfologi. Data molekuler tersebut seperti peta
2002). Hal ini dapat dianalisis pada kelompok
restriksi, hibridisasi DNA, sekuen protein dan
uncertain position untuk 11 spesies dari
sekuen DNA. Peneliti cenderung menggunakan
Bompard
yang
diidentifikasi.
sekuen DNA karena dianggap lebih mudah
Keterbatasan markah morfologi juga dapat
dibanding dengan informasi molekuler yang
terlihat
lain (Li dan Graur, 1991).
Mangifera
pada
telah
pengelompokan
tanaman
Philantus niruri (Hidayat, dkk. 2008) yang
karakter
warna
tumbuhannya
sangat
dipengaruhi oleh lingkungan sekitar.
penting
dalam
untuk
memaparkan
penggunaan
markah
molekuler berupa sekuen DNA yang spesifik
Perkembangan biologi molekuler mulai
berperan
Latar belakang tersebut memicu penulis
perkembangan
dalam
menganalisis
identifikasi
tumbuhan
kekerabatan
sebagai
dan
karakter
berbagai cabang Biologi, begitu juga peranan
alternatif yang menyediakan data lebih akurat
biologi molekuler dalam identifikasi dan
serta
pengelompokan kekerabatan tumbuhan. Semua
genetika molekuler ini terhadap matakuliah
proses
genetika.
kehidupan
seperti
perkembangan,
implikasi
dari
perkembangan
ilmu
fisiologi, dan reproduksi semua organisme
dapat dilihat dengan pendekatan molekuler.
Studi
evolusi
perkembangan
saat
ini
dipengaruhi
oleh
Biologi
molekuler,
dan
sebaliknya pendekatan evolusi juga digunakan
untuk memahami dan mengembangkan Biologi
molekuler (Nei dan Kumar, 2000).
Perkembangan
berpengaruh
pada
kedua
ilmu
pendekatan
tersebut
filogenetik,
sehingga kekerabatan antar organisme yang
awalnya hanya berdasarkan data morfologi,
MARKAH
MOLEKULER
SUATU PENANDA
SEBAGAI
Markah molekuler merupakan penanda
yang berbasiskan asam amino, protein atau
sekuen DNA sebagai bahan utama. Penggunaan
sekuen DNA sebagai penanda baik dalam
identifikasi maupun taksonomi telah lama
digunakan karena lebih menunjukan sifat yang
alami. Pada dasarnya prinsip penggunaan
markah molekuler ini sama dengan sifat
60
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
morfologi,
yakni
suatu
sama, berasal dari tempat yang berkondisi sama
individu atau spesies. Pada suatu individu yang
dan usia yang relatif sama. Objek penelitian
lengkap, penggunaan ciri dan tanda morfologi
dari
dapat langsung membantu ahli taksonomi.
kesimpulan berbeda jika berasal dari usia yang
Keterbatasan sifat morfologi mulai terlihat pada
berbeda, atau berasal dari tempat dengan
saat keterbatasan sampel morfologi, misalnya
kondisi
tidak ditemukan secara lengkap karakter-
pengambilan sampel beda usia. Analisis dari
karakter morfologi yang merupakan kunci
awetan
identifikasi
identifikasi,
bagi
untuk
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
mengenali
suatu
jenis.
Karakter
spesies
yang
lingkungan
kering
sama
yang
juga
karena
menghasilkan
berbeda,
sangat
tidak
atau
sulit
untuk
cukup
hanya
morfologi yang ditemukan secara lengkap
membandingkan satu bagian saja, misalnya
namun beda usia juga akan mengalami masalah
daun atau batang saja, tetapi dibutuhkan semua
dalam identifikasi, hal ini disebabkan ada
bagian
beberapa tanaman yang menghasilkan senyawa
molekuler
tertentu misalnya minyak atsiri pada saat
pengambilan
dewasa sehingga pada saat masih muda tidak
menggunakan sampel dari semua bagian tubuh
ditemukan.
tumbuhan dengan jumlah kuantitaif yang tidak
Karakter morfologi berupa warna cendrung
tumbuhan.
ternyata
Penggunaan
memudahkan
sampel,
karena
tumbuhan
berbeda
manapun dengan pola yang sama.
pada
kasus
terdapat
pada
semua
bagian
Pengaruh lingkungan terhadap perubahan
2008). Pada sistem klasifikasi sebelumnya,
morfologi dan fisiologi yang tidak permanen
meniran digolongkan menjadi tiga kelompok
memperlihatkan bahwa karakter luar yang
berdasarkan karakter morfologi warna batang
dihasilkan
dan cabang, yaitu meniran merah, meniran
lingkungan tidak stabil. Hal ini mengecohkan
kuning, dan meniran hijau, tetapi karakter
identifkasi dan analisis kekerabatan tumbuhan
warna batang ini cenderung mengecoh karena
bahkan pada makhkuk hidup secara umum.
sangat dipengaruhi oleh lingkungan.
Markah molekuler dinilai lebih stabil sebagai
Penggunaan
sifat
(Hidayat
dapat
dkk,
Phyllanthus
niruri/meniran
tanaman
dalam
banyak, hal ini karena DNA pada tubuh
berbeda pada perlakuan lingkungan yang
seperti
markah
morfologi
dalam
oleh
tumbuhan
karena
respon
penanda dan identifikasi serta dalam analisis
filogenetik dan taksonomi sering mengecoh
taksonomi,
karena bersifat tentatif. Objek-objek yang
mengungkapkan bahwa DNA menyediakan
sedang dianalisis harus berada dalam kondisi
karakter yang lebih berlimpah dibandingkan
Li
dan
Graur
(1991),
61
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
morfologi dan fisiologi, serta lebih cepat,
tumbuhan dapat diambil dari Inti, kloroplas,
praktis, dan efisien dalam pengerjaan.
dan mitokondria.
Sekuen
character
DNA
memberikan
karena
state
banyak
perbedaan
laju
perubahan basa-basa nukleotida di dalam lokus
yang
berbeda
dan
lebih
akurat
serta
JENIS-JENIS MARKAH MOLEKULR
Banyaknya gen pada genom makhluk
hidup
menyebabkan
kesulitan
jika
harus
menghasilkan kekerabatan yang lebih alami.
dianalisis secara keseluruhan untuk identifikasi
Sistematika molekuler dengan menggunakan
dan analisis kekerabatan dari satu atau lebih
markah
telah
tingkat takson makhkuk hidup. Langkah yang
digunakan secara luas sebagaimana pada
sedang dilakukan oleh para ahli molekuler ialah
organisme lain dalam determinasi hubungan
mencari suatu gen yang dapat mencirikan suatu
filogenetik
Pada
jenis sekaligus membedakan antara satu jenis
pendekatan
dengan jenis lainnya. Gen tersebut akan
filogenetik dengan karakter molekuler telah
berfungsi sebagai suatu barkode sehingga lebih
digunakan dan efektif dalam mengelompokan
praktis dan efisien dalam identifikasi jenis
takson
tumbuhan dan analisis kekerabatan dari suatu
molekuler
(Asahina,
sistematika
yang
pada
dkk.
tanaman
2010).
Angiospermae
belum
terselesaikan
dengan
pendekatan fenetik (Reddy, 2009).
genus.
Penggunaan sekuen DNA juga dapat
Gen yang dijadikan markah molekuler
mengatasi kelemahan dari data morfologi yang
pada makhkuk hidup harus gen yang lestari
diketahui memiliki keterbatasan karakter dan
moderat “moderate conserved” dan memiliki
cenderung dipengaruhi lingkungan. Kelebihan
variasi yang cukup pada tiap spesies, hal ini
penggunaan markah molekuler, pertama sekuen
akan sangat bermanfaat dalam rekonstruksi
DNA memberikan data yang lebih akurat
filogenetik dan analisis pada level populasi.
terhadap karakter-karakter yang ada (Hidayat
Perbedaan laju mutasi pada kingdom hewan,
2008), kedua sekuen DNA menyediakan
tumbuhan, protista dan jamur menyebabkan
banyak character state karena perbedaan laju
seleksi
perubahan basa-basa nukleotida di dalam lokus
berbeda. Masing-masing gen penanda yang
yang berbeda adalah besar, ketiga sekuen DNA
dapat diajadikan rujukan dalam identifikasi dan
telah terbukti menghasilkan sebuah hubungan
taksonomi pada tiap kingdom ditunjukan pada
kekerabatan yang lebih alami. Karakter dari
Tabel.1 berikut :
pengambilan
gen
penanda
yang
markah molekuler berupa sekuen DNA pada
62
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Tabel 1. Markah molekuler pada level spesies pada masing-masing kingdom (Hajibabaei, 2007)
Gen/sekuen
Lokasi genomik
CO1-barkod
16s-RNA
Cytb
ITS1-rDNA
ITS2-rDNA
18S-Rdna
RbcL
Mitokondria
Mitokondria
Mitokondria
Inti sel
Inti sel
Inti sel
Kloroplas
Hewan
19577
41381
88324
12175
13923
21063
-
Secara umum untuk kelompok hewan telah
Jumlah sekuen genomik
Tumbuhan
Protista
520
1931
221
2059
165
1920
57693
68839
58065
67332
17121
32290
30663
37328
inti.
Pada
kelompok
jamur,
ITS
hasil
lebih
efektif
direkomendasikan COI, 16s-RNA, dan Cytb
memperlihatkan
dalam identifikasi dan penggunaan dalam
dibandingkan
markah
dierekomendasikan
molekuler.
Semua
gen
tersebut
Jamur
410
285
1084
56675
56349
33327
-
dengan
yang
sekuen
sebagai
lain
DNA
dan
barkode
merupakan bagian dari genom mitokondria.
universal dalam semua kingdom fungi pada
COI, merupakan gen cytochrome c oxidase
consortium barcode of life (CBOL). Sementara
yang terdapat pada genom mitokondria, gen ini
kelompok protista dapat juga menggunakan
merupakan bagian dari subunit kompleks
sekuen ITS.
sitokrom oksidase yang merupakan bagian dari
Pada kelompok tumbuhan, beberapa gen
rantai transpor elektron. Beberapa penelitian
telah
menunjukan bahwa sekuen dari COI telah
filogenetik
efektif dalam identifikasi, secara khusus dalam
diantaranya mikrosatelit, ITS, gen rbcL, gapC,
kelompok hewan lebih dari 95% berhasil
ndhF, matK, dan psa A (Suparman, 2011).
dipisahkan dalam level sepesies pada hewan
Mikrosatelit adalah sekuen DNA sederhana
dengan
terdiri dari dua sampai enam pasang basa
menggunakan
sekuen
COI
(Ratnasingham dan Hebert, 2007).
Sekuen nonkoding yang banyak digunakan
banyak
digunakan
dan
untuk
identifikasi
analisis
tumbuhan
berulang yang disebut pula dengan Simple
Sequence
Repeat
(SSRs).
Penggunaan
sebagai markah molekuler ialah ITS, “Internal
mikrosatelit banyak pada penelitian eukariotik
Transcribed Spacer” merupakan suatu daerah
karena
non fungsional RNA yang ada antara struktur
eukariotik. Markah ini bersifat kodominan dan
rRNA pada prekursor transcript umum. ITS
dapat mendeteksi keragaman alel pada level
berukuran kecil kurang lebih 700 pasang basa
tinggi.
terdistribusi
merata
pada
genom
dan memiliki salinan yang banyak pada genom
63
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
Gambar 1.
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Ilustrasi posisi, arah dan panjang basa gen rbcL pada genom kloroplas,
berdasarkan Judd, dkk. (2002) ; Yoshinaga, dkk. (1996).
Salah satu markah molekuler yang banyak
filogenetik tumbuhan (Chase, dkk. 1993; Judd,
digunakan dalam filogenetik tumbuhan yakni
dkk. 2002). Penggunaan gen rbcL dalam
rbcL. Gen rbcL tanaman merupakan pengkode
filogenetik tumbuhan karena gen ini dimiliki
sub unit besar enzim riboluse-1,5-bisphosphate
oleh
carboxylse (RubisCo) yang berada di genom
tumbuhan parasit, bahkan ditemukan pula pada
kloroplas (Judd dkk, 2001) dan merupakan gen
sejenis flagelata (La Du, dkk,.2002), jika dilihat
yang universal pada hampir semua tanaman,
dari protein yang dihasilkan maka gen rbcL
sehingga penggunaanya akan efektif mengenali
mudah dideteksi. Hal ini karena RuBisCo yang
keragaman dalam semua tanaman. Penggunaan
dihasilkan oleh gen rbcL sangat melimpah
markah gen rbcL pada analisis filogenetik
dalam sel tumbuhan yakni sampai 15% dari
diantara spesies dalam satu genus telah
total protein tumbuhan (Lane, 1984), dan
dilakukan, seperti pada genus Zygophyllum dari
melebihi 50% dari total protein dalam kloroplas
famili Zygophyllaceae (Bellstedt dkk, 2008)
(Alberts, dkk. 2002). Gen yang terdapat pada
dan genus Caragana dari famili Leguminoseae.
genom
Gen rbcL merupakan gen pengkode salah
satu enzim fotosintesis yakni large subunit
Ribulosa-1,5-bisphosphate
carboxylase
semua
spesies
kloroplas
tumbuhan
tumbuhan
ini
kecuali
memiliki
panjang basa nukleotida sekitar 1428 base pair
(2006; Judd, dkk. 2002).
Efektivitas penggunaan gen rcbL dalam
(RuBisCo) atau RUBP karboksilase (Judd, dkk.
filogenetik
2002; Lane, 1984) yang berperan pada tahap
memperlihatkan hubungan kekerabatan evolusi
awal siklus Calvin dari fotosintesis, selain
diantara kelompok organisme (taxon) yang
fungsi
diteliti, selain itu gen rbcL juga merupakan gen
utamanya
dalam
menghasilkan
pada
RuBisCo, rbcL telah umum digunakan untuk
yang sangat
menyediakan sekuen
Angiospermae
data dalam analisis
tumbuhan
bunga
telah
lestari pada hampir semua
(Stefanovic
dan
Olmstead,
64
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
2005). Consortium Barcode Of Life (CBOL)
Lambatnya laju mutasi pada gen rbcL ini
pada kelompok kerja bidang tanaman juga
kemungkinan berkaitan dengan fungsinya yang
merekomendasikan penggunaan rbcL sebagai
sangat
barcode salah satu penanda pada identifikasi
pengkode
tumbuhan secara umum yang dikombinasikan
spesies tumbuhan, perkiraan lokasi gen rbcl
bersama dengan gen matK (CBOL, 2009), hal
dalam genom dapat diketahui degnan melihat
ini berdasarkan eksistensi, efektifitas dan
peta genom kloroplas yang telah ada, misalnya
kelestarian laju mutasi kedua gen tersebut pada
pada tanaman Jagung, Kentang dan Tomat,
hampir semua spesies tumbuhan. DNA barcode
serta
ini, pada bidang sistematika dapat digunakan
diidentifikasi (Ravi, dkk. 2008), berdasarkan
dalam mengidentifikasi spesies tumbuhan, juga
peta kloroplas tersebut dapat digambarkan
berguna dalam analisis filogentik dan analisis
posisi gen rbcL dari gen-gen lainnya pada
populasi (Hajibabaei dkk, 2007), rekomendasi
kloroplas.
esensial
87
bagi
enzim
tumbuhan
rubisko.
spesies
Pada
lainnya
sebagai
beberapa
yang
telah
ini memperkuat alasan penggunaan rbcL dalam
analisis filogenetik dan kekerabatan tanaman
dalam satu genus.
Penggunaan
Penggunaan gen rbc L pada penelitian
filogenetik menunjukan pola filogenetik yang
tidak
bertentangan
tumbuhan
dengan
berdasarkan
karakter
sistematika
morfologi
dalam sistem Cronquist, misalnya analisis pada
Caryophyllidae menghasilkan pohon yang yang
bersifat monofiletik, begitu juga Apocynaceae,
Apiaceae, dan Brassicaseae (Judd, 2002).
Kelajuan mutasi rbcL yang lebih lambat dari
gen-gen kloroplas lainnya, memungkinkan
rbcL masih membawa informasi gen nenek
moyang
lebih.
Barraclough
(1996)
mengemukakan terdapat korelasi positif antara
kelajuan evolusi sequen gen rbcL dengan
diversifikasi
spesies
BIOINFORMATIKA DAN FILOGENETIK
MOLEKULER
pada
markah
molekuler
dalam
identifikasi, analisis kekerabatan dan taksonom
tumbuhan tidak lepas dari ilmu bioinformatika
yang merupakan perangkat pembantu dari
tahap awal sampai akhir dari pengolahan
pengolahan data molekuler. Bioinformatika
merupakan
ilmu
interdisiplin
yang
menghubungkan ilmu komputer dan biologi,
atau gabungan dari biologi dan informatik yang
mengembangkan
teknologi
komputer
menyimpan,
untuk
menggunakan
mengambil,
memanipulasi dan mendistribusikan data yang
berhubungan dengan makromolekuler biologi
seperti
DNA,
RNA,
dan
protein.
Bioinformatika terbatas pada sekuen, struktur
Angiospermae.
65
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Gambar 2. Proses amplifikasi DNA/gen target (a) DNA awal yang mengalami denaturasi, yakni
pemisahan DNA dengan pasangannya. (b) Anealling proses menempelnya primer
dengan gen target. (c) ekstensi, proses pemanjangan gen target yang telah ditempeli
primer dan tahap akhir dari siklus pertama PCR. (Newton & graham, 1995).
Hasil PCR gen dilakukan elektroforesis
dan analisis fungsi gen dan genom, serta
dan dilihat dibawah sinar ultraviolet, untuk
produknya (Xiong, 2006).
Penggunaan markah molekuler setelah
lebih akurat dapat dilakukan proses sekuensing
diketahui gen target yang akan digunakan
yakni
untuk identifikasi maka hal yang pertama
menggunakan dDNTp sehingga didapatkan
dilakukan ialah desain primer dengan perangkat
huruf-huruf yang mencerminkan basa-basa
bioinformatika.
biasanya
nitrogen yang ada pada sekuen DNA tersebut.
dilakukan setelah mengetahui sekuen DNA
Hasil sekuensing dapat dianalisis dengan fungsi
yang
mensejajarkan
BLAST pada genebank, yakni membandingkan
beberapa sekuen gen yang sama dari jenis yang
sekuen gen dengan gen yang telah ada di
berbeda.
genebank.
lestari
Desain
dengan
Primer
ini
primer
cara
berfungsi
sebagai
pembacaan
sekuen
Langkah
DNA
selanjutnya
dengan
dapat
penginisiasi dalam mengisolasi gen target
dilakukan analisis bioinformatika tingkat lanjut
dalam proses PCR. DNA genom yang telah
baik
diisiolasi
identifikasi open reading frame (orf).
selanjtunya
di
PCR
untuk
filogenentik
molekuler
maupun
mengamplifikasi gen target. Proses PCR ini
Proses isolasi DNA, yang diawali dengan
menggunakan prinsip denaturasi, anealling dan
desain primer gen untuk isolasi serta analisis
elongasi DNA target.
filogenetik molekuler dan beberapa analisis
bioinformatika merupakan materi genetika
66
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
molekuler yang belum diaajarkan di prodi
Pendidikan Biologi Universitas Khairun, materi
only) Vol. II, Angiospermae, Families
111-160. N.V.P Nordhoff, Groningen,
Netherland.
ini sudah mulai dikenalkan pada matakuliah
genetika
lanjut.
Lebih
khusus
akan
di
rekomendasikan pada matakuliah tersendiri
pada
pilihan
bioinformatika,
filogenetik
molekuler, dan rekayasa genetik.
Kesimpulan
Penggunaan
markah
molekuler
telah
memberikan paradigma baru yang berguna
dalam
identifikasi
tumbuhan,
analisis
filogenetik, dan analisis taksonomi tumbuhan
karena
tidak
lingkungan.
dipengaruhi
Sekuen
gen
langsung
oleh
rbcL
telah
direkomendasikan oleh barcode of life sebagai
DNA barkode pada tumbuhan. Secara khusus
perkembangan markah molekuler berimplikasi
pada penambahan materi perkuliahan genetika
lanjut di prodi Pendidikan Biologi Unkhair
serta rekomendasi penambahan matakuliah
pilihan bioinformatika, filogenetik molekuler,
dan rekayasa genetik.
REFERENSI
Asahina, H., Shinozaki, J., Masuda, K.,
Morimitsu, Y., dan Satake, M. (2010) :
Identification of medicinal Dendrobium
species by phylogenetic analyses using
matK and rbcL sequences. The Japanese
Society of Pharmacognosy and Springer .
J Nat Med 64:133–138.
Backer, C.A. dan Van Den Brink, R.C.B.
(1965) : Flora of Java (Spermatophytes
Bellstedt, D.U., van Zyl, L., Marais, E.M.,
Bytebier, B., de Villiers, C.A.,
Makwarela, A.M., dan Dreyer, L.L.
(2008) : Phylogenetic relationships,
character evolution and biogeography of
Southern
African
members
of
Zygophyllum (Zygophyllaceae) based on
three
plastid
regions.
Molecular
Phylogenetics and Evolution 47 : 932–
949. Elsevier Inc
Ga Hun Boo, Kyung Min Lee, et al., 2009,
Classification of the Genus Ishige
(Ishigeales, Phaeophyceae) in the North
Pacific Ocean with Recognition of Ishige
Foliacea Based on Plastid rbcL and
Mitochondrial Cox3 Gene Sequences1, J.
Phycol 45: 906–913, Phycological
Society of America
Hajibabaei, M, Singer, G.A.C, Hebert, P.D.N,
and Hickey, D.A. (2007). DNA
barcoding:
how
it
complements
taxonomy, molecular phylogenetics and
population genetics. TRENDS in Genetics
Vol.xxx No.x: 1-6
Hidayat, et al., 2008, Analisis Filogenetik
Molekuler pada Phylantus niruri L
(Euphorbiaceae), Jurnal Matematika dan
Sains Vol. 13 No 1.
Judd, W.S., Campbel, C.S., Kellog, E. A.,
Stevens, P. F., dan Donoghue, M. J.
(2002) : Plant Systematics : Phylogenetic
Approach,
2nd
edition.
Sinauer
Associates, Inc. Publisher, Sunderland,
Massachusets-USA.
Lane, A. (1984) : The Penguin Dictionary of
Botany. Penguin Book, Market House
Books Ltd.
67
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
Li, W., dan Graur, D. (1991) : Fundamental of
Molecular Evolution. Sinauer Associates,
Inc.
Li,
Xiaoxian and Zhou, Zhekun, 2008,
Phylogenetic studies of the core
Alismatales inferred from morphology
and rbcL sequences, Progress in natural
Science 19: 931-945, Elsevier limited and
Science in China Press.
Maistro, Silvia, et al., 2007, Moleclular
Phylogeny and Evolution Of The Order
Tribonematales
(Heterokonta,
Xanthophyceae) Based On Analysis Of
Plastidial Genes rbcL and psaA,
Molecular Phylogeny and Evolultion 43:
407-417, Elsevier Inc.
Nei, M., dan Kumar, S. (2000) : Molecular
Evolution and Phylogenetics. Oxford
University Press.
Newton, C.R, Graham, A., (1995) : PCR,
Intoduction to Biotechniques. Bios
Scientific Publisher ltd.
Ratnasingham, S., Hebert, P.D., 2007. The
Barcode of Life Data System. Molecular
ecology Notes.
Reddy, B.U. (2009) : Molecular phylogeny of
Angiospermic plant families using rbcL
gene Sequences. International Journal of
Bioinformatics Research, 1(2) : pp-27-36.
Roche, 2009. PCR Applications Manual 3rd .
www.rochwe-applied-science.com.
Dikses 2009
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Barcode Loci May Not Work in Complex
Groups: A Case Study with Indian
Berberis Species. PLoS ONE 5(10):
e13674.
doi:10.1371/journal.pone.0013674
Suparman. 2011. Analisis filogenetik Genus
Mangifera Menggunakan Gen rbcL DNA
Kloroplas. (Tesis S2 tidak diterbitkan).
SITH-ITB. Bandung
Xiong, J. 2006. Essential Bioinformatics.
Cambridge University Press: New York.
Yonemori, K., Honso, C., Kanzaki, S.,
Wiadthong, W., dan Sugiura, A. (2002) :
Phylogentic relathionship of mangifera
species revealed by ITS sequences of
nuclear ribosomal DNA and a possibility
of their hybrid origin. Plant Syst. Evol.
231: 59-75.
Yoshinaga, K., Iinuma,H., Masuzawa, T., dan
Uedal, K. (1996) : Extensive RNA
editing of U to C in addition to C to U
substitution in the rbcL transcripts of
hornwort chloroplasts and the origin of
RNA editing in green plants. Nucleic
Acids Research, 24, No. 6. Oxford
University Press
Zhang, M., Fritsch, P.W., dan Cruz, B.C.
(2009) : Phylogeny of Caragana
(Fabaceae) based on DNA sequence data
from rbcL, trnS–trnG, and ITS. Journal
Molecular Phylogenetics and Evolution
50: 547–559.
Roderic, D.M. (2001) : Tree View Win 32.
http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/
rod/rodhtml diakses tgl : 20 Februari
2009.
Roy S, Tyagi A, Shukla V, Kumar A, Singh
UM, dkk. (2009) : Universal Plant DNA
68
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
MARKAH MOLEKULER DALAM IDENTIFIKASI DAN ANALISIS
KEKERABATAN TUMBUHAN SERTA IMPLIKASINYA
BAGI MATA KULIAH GENETIKA
(Telaah keilmuan genetika molekuler tumbuhan)
SUPARMAN 1
1
Dosen Pada Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Khairun
Email : suparman@yahoo.co.id
ABSTRAK
Sifat morfologi tanaman meliputi batang, variasi bunga dan bagian-bagian bunga serta
variasi bentuk daun telah lama menjadi acuan identifikasi, pemetaan kekerabatan dan taksonomi
tanaman, namun sifat morfologi dinilai terbatas karena langsung dipengaruhi lingkungan. Penanda
lain yang lebih stabil berupa penanda biokimia seperti isozyma. Penanda ini lebih baik, kurang
dipengaruhi kondisi pertumbuhan karakter kuantitatif dan lebih cocok untuk identifikasi varietas,
namun terkadang penanda ini juga tidak menunjukan perbedaan yang nyata antar genotip yang
diuji. Keterbatasan tersebut, memunculkan markah molekuler , yakni penanda yang ditentukan
langsung oleh materi genetik berupa DNA. Sekuen DNA memberikan banyak character state
karena perbedaan laju perubahan basa-basa nukleotida di dalam lokus yang berbeda dan lebih
akurat serta menghasilkan kekerabatan yang lebih alami. Karakter markah molekuler berupa
sekuen DNA pada tumbuhan dapat diambil dari genom nDNA, cpDNA, dan mtDNA. Sekuen
DNA yang banyak digunakan pada tumbuhan ialah : mikrosatelit, ITS, gen rbcL, gapC, ndhF,
matK, dan psa A. Gen rbcL secara khusus telah direkomendasikan sebagai DNA pada tumbuhan.
Perkembangan markah molekuler memberikan implikasi berupa penambahan materi pada kuliah
genetika yakni materi dasar bioinformatika dan filogenetik molekuler sebagai tool dalam analisis
data molekuler. Lebih jauh lagi, bioinformatika dan filogenetika molekuler ini dapat
direkomendasikan menjadi matakuliah pilihan.
Kata kunci : markah molekuler, sekuen DNA, kekerabatan tumbuhan, DNA barkode
Karakter morfologi yang berupa bentuk
pengelompokan tumbuhan adalah Cronquist
bunga, daun, batang, biji dan karakter fisiologi
(1981)
yang berupa kandungan fitokimia merupakan
mengklasifikasikan ribuan tumbuhan dalam
landasan utama identifikasi dan klasifikasi
sistem
tumbuhan.
ada
morfologi. Backer dan Van Den Brink (1965)
sekarang ini berdasarkan kemiripan morfologi
juga membukukan ratusan tamanan yang ada di
dan fisiologi tersebut. Salah satu panduan
Pulau Jawa berdasarkan karakter morfologi.
Sistem
taksonomi
yang
dalam
Suparman
terintegrasi
(2011)
berdasarkan
yang
karakter
59
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
Pengelompokan
pada
tumbuhan
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
berdasarkan
masih
morfologi
memiliki
anatomi, fisiologi dan paleontologi tetapi
banyak
sekarang berkembang teknik molekuler dalam
keterbatasan, contoh nyata pada klasifikasi
rekonstruksi filogenetik. Hal ini juga untuk
Genus Mangifera terbaru yang dipublikasi oleh
menjembatani adanya organisme kompleks
Kostermans
mengindikasikan
yang sulit dibedakan hanya dengan data
keraguan pengelompokan (Yonemori, dkk.
morfologi. Data molekuler tersebut seperti peta
2002). Hal ini dapat dianalisis pada kelompok
restriksi, hibridisasi DNA, sekuen protein dan
uncertain position untuk 11 spesies dari
sekuen DNA. Peneliti cenderung menggunakan
Bompard
yang
diidentifikasi.
sekuen DNA karena dianggap lebih mudah
Keterbatasan markah morfologi juga dapat
dibanding dengan informasi molekuler yang
terlihat
lain (Li dan Graur, 1991).
Mangifera
pada
telah
pengelompokan
tanaman
Philantus niruri (Hidayat, dkk. 2008) yang
karakter
warna
tumbuhannya
sangat
dipengaruhi oleh lingkungan sekitar.
penting
dalam
untuk
memaparkan
penggunaan
markah
molekuler berupa sekuen DNA yang spesifik
Perkembangan biologi molekuler mulai
berperan
Latar belakang tersebut memicu penulis
perkembangan
dalam
menganalisis
identifikasi
tumbuhan
kekerabatan
sebagai
dan
karakter
berbagai cabang Biologi, begitu juga peranan
alternatif yang menyediakan data lebih akurat
biologi molekuler dalam identifikasi dan
serta
pengelompokan kekerabatan tumbuhan. Semua
genetika molekuler ini terhadap matakuliah
proses
genetika.
kehidupan
seperti
perkembangan,
implikasi
dari
perkembangan
ilmu
fisiologi, dan reproduksi semua organisme
dapat dilihat dengan pendekatan molekuler.
Studi
evolusi
perkembangan
saat
ini
dipengaruhi
oleh
Biologi
molekuler,
dan
sebaliknya pendekatan evolusi juga digunakan
untuk memahami dan mengembangkan Biologi
molekuler (Nei dan Kumar, 2000).
Perkembangan
berpengaruh
pada
kedua
ilmu
pendekatan
tersebut
filogenetik,
sehingga kekerabatan antar organisme yang
awalnya hanya berdasarkan data morfologi,
MARKAH
MOLEKULER
SUATU PENANDA
SEBAGAI
Markah molekuler merupakan penanda
yang berbasiskan asam amino, protein atau
sekuen DNA sebagai bahan utama. Penggunaan
sekuen DNA sebagai penanda baik dalam
identifikasi maupun taksonomi telah lama
digunakan karena lebih menunjukan sifat yang
alami. Pada dasarnya prinsip penggunaan
markah molekuler ini sama dengan sifat
60
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
morfologi,
yakni
suatu
sama, berasal dari tempat yang berkondisi sama
individu atau spesies. Pada suatu individu yang
dan usia yang relatif sama. Objek penelitian
lengkap, penggunaan ciri dan tanda morfologi
dari
dapat langsung membantu ahli taksonomi.
kesimpulan berbeda jika berasal dari usia yang
Keterbatasan sifat morfologi mulai terlihat pada
berbeda, atau berasal dari tempat dengan
saat keterbatasan sampel morfologi, misalnya
kondisi
tidak ditemukan secara lengkap karakter-
pengambilan sampel beda usia. Analisis dari
karakter morfologi yang merupakan kunci
awetan
identifikasi
identifikasi,
bagi
untuk
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
mengenali
suatu
jenis.
Karakter
spesies
yang
lingkungan
kering
sama
yang
juga
karena
menghasilkan
berbeda,
sangat
tidak
atau
sulit
untuk
cukup
hanya
morfologi yang ditemukan secara lengkap
membandingkan satu bagian saja, misalnya
namun beda usia juga akan mengalami masalah
daun atau batang saja, tetapi dibutuhkan semua
dalam identifikasi, hal ini disebabkan ada
bagian
beberapa tanaman yang menghasilkan senyawa
molekuler
tertentu misalnya minyak atsiri pada saat
pengambilan
dewasa sehingga pada saat masih muda tidak
menggunakan sampel dari semua bagian tubuh
ditemukan.
tumbuhan dengan jumlah kuantitaif yang tidak
Karakter morfologi berupa warna cendrung
tumbuhan.
ternyata
Penggunaan
memudahkan
sampel,
karena
tumbuhan
berbeda
manapun dengan pola yang sama.
pada
kasus
terdapat
pada
semua
bagian
Pengaruh lingkungan terhadap perubahan
2008). Pada sistem klasifikasi sebelumnya,
morfologi dan fisiologi yang tidak permanen
meniran digolongkan menjadi tiga kelompok
memperlihatkan bahwa karakter luar yang
berdasarkan karakter morfologi warna batang
dihasilkan
dan cabang, yaitu meniran merah, meniran
lingkungan tidak stabil. Hal ini mengecohkan
kuning, dan meniran hijau, tetapi karakter
identifkasi dan analisis kekerabatan tumbuhan
warna batang ini cenderung mengecoh karena
bahkan pada makhkuk hidup secara umum.
sangat dipengaruhi oleh lingkungan.
Markah molekuler dinilai lebih stabil sebagai
Penggunaan
sifat
(Hidayat
dapat
dkk,
Phyllanthus
niruri/meniran
tanaman
dalam
banyak, hal ini karena DNA pada tubuh
berbeda pada perlakuan lingkungan yang
seperti
markah
morfologi
dalam
oleh
tumbuhan
karena
respon
penanda dan identifikasi serta dalam analisis
filogenetik dan taksonomi sering mengecoh
taksonomi,
karena bersifat tentatif. Objek-objek yang
mengungkapkan bahwa DNA menyediakan
sedang dianalisis harus berada dalam kondisi
karakter yang lebih berlimpah dibandingkan
Li
dan
Graur
(1991),
61
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
morfologi dan fisiologi, serta lebih cepat,
tumbuhan dapat diambil dari Inti, kloroplas,
praktis, dan efisien dalam pengerjaan.
dan mitokondria.
Sekuen
character
DNA
memberikan
karena
state
banyak
perbedaan
laju
perubahan basa-basa nukleotida di dalam lokus
yang
berbeda
dan
lebih
akurat
serta
JENIS-JENIS MARKAH MOLEKULR
Banyaknya gen pada genom makhluk
hidup
menyebabkan
kesulitan
jika
harus
menghasilkan kekerabatan yang lebih alami.
dianalisis secara keseluruhan untuk identifikasi
Sistematika molekuler dengan menggunakan
dan analisis kekerabatan dari satu atau lebih
markah
telah
tingkat takson makhkuk hidup. Langkah yang
digunakan secara luas sebagaimana pada
sedang dilakukan oleh para ahli molekuler ialah
organisme lain dalam determinasi hubungan
mencari suatu gen yang dapat mencirikan suatu
filogenetik
Pada
jenis sekaligus membedakan antara satu jenis
pendekatan
dengan jenis lainnya. Gen tersebut akan
filogenetik dengan karakter molekuler telah
berfungsi sebagai suatu barkode sehingga lebih
digunakan dan efektif dalam mengelompokan
praktis dan efisien dalam identifikasi jenis
takson
tumbuhan dan analisis kekerabatan dari suatu
molekuler
(Asahina,
sistematika
yang
pada
dkk.
tanaman
2010).
Angiospermae
belum
terselesaikan
dengan
pendekatan fenetik (Reddy, 2009).
genus.
Penggunaan sekuen DNA juga dapat
Gen yang dijadikan markah molekuler
mengatasi kelemahan dari data morfologi yang
pada makhkuk hidup harus gen yang lestari
diketahui memiliki keterbatasan karakter dan
moderat “moderate conserved” dan memiliki
cenderung dipengaruhi lingkungan. Kelebihan
variasi yang cukup pada tiap spesies, hal ini
penggunaan markah molekuler, pertama sekuen
akan sangat bermanfaat dalam rekonstruksi
DNA memberikan data yang lebih akurat
filogenetik dan analisis pada level populasi.
terhadap karakter-karakter yang ada (Hidayat
Perbedaan laju mutasi pada kingdom hewan,
2008), kedua sekuen DNA menyediakan
tumbuhan, protista dan jamur menyebabkan
banyak character state karena perbedaan laju
seleksi
perubahan basa-basa nukleotida di dalam lokus
berbeda. Masing-masing gen penanda yang
yang berbeda adalah besar, ketiga sekuen DNA
dapat diajadikan rujukan dalam identifikasi dan
telah terbukti menghasilkan sebuah hubungan
taksonomi pada tiap kingdom ditunjukan pada
kekerabatan yang lebih alami. Karakter dari
Tabel.1 berikut :
pengambilan
gen
penanda
yang
markah molekuler berupa sekuen DNA pada
62
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Tabel 1. Markah molekuler pada level spesies pada masing-masing kingdom (Hajibabaei, 2007)
Gen/sekuen
Lokasi genomik
CO1-barkod
16s-RNA
Cytb
ITS1-rDNA
ITS2-rDNA
18S-Rdna
RbcL
Mitokondria
Mitokondria
Mitokondria
Inti sel
Inti sel
Inti sel
Kloroplas
Hewan
19577
41381
88324
12175
13923
21063
-
Secara umum untuk kelompok hewan telah
Jumlah sekuen genomik
Tumbuhan
Protista
520
1931
221
2059
165
1920
57693
68839
58065
67332
17121
32290
30663
37328
inti.
Pada
kelompok
jamur,
ITS
hasil
lebih
efektif
direkomendasikan COI, 16s-RNA, dan Cytb
memperlihatkan
dalam identifikasi dan penggunaan dalam
dibandingkan
markah
dierekomendasikan
molekuler.
Semua
gen
tersebut
Jamur
410
285
1084
56675
56349
33327
-
dengan
yang
sekuen
sebagai
lain
DNA
dan
barkode
merupakan bagian dari genom mitokondria.
universal dalam semua kingdom fungi pada
COI, merupakan gen cytochrome c oxidase
consortium barcode of life (CBOL). Sementara
yang terdapat pada genom mitokondria, gen ini
kelompok protista dapat juga menggunakan
merupakan bagian dari subunit kompleks
sekuen ITS.
sitokrom oksidase yang merupakan bagian dari
Pada kelompok tumbuhan, beberapa gen
rantai transpor elektron. Beberapa penelitian
telah
menunjukan bahwa sekuen dari COI telah
filogenetik
efektif dalam identifikasi, secara khusus dalam
diantaranya mikrosatelit, ITS, gen rbcL, gapC,
kelompok hewan lebih dari 95% berhasil
ndhF, matK, dan psa A (Suparman, 2011).
dipisahkan dalam level sepesies pada hewan
Mikrosatelit adalah sekuen DNA sederhana
dengan
terdiri dari dua sampai enam pasang basa
menggunakan
sekuen
COI
(Ratnasingham dan Hebert, 2007).
Sekuen nonkoding yang banyak digunakan
banyak
digunakan
dan
untuk
identifikasi
analisis
tumbuhan
berulang yang disebut pula dengan Simple
Sequence
Repeat
(SSRs).
Penggunaan
sebagai markah molekuler ialah ITS, “Internal
mikrosatelit banyak pada penelitian eukariotik
Transcribed Spacer” merupakan suatu daerah
karena
non fungsional RNA yang ada antara struktur
eukariotik. Markah ini bersifat kodominan dan
rRNA pada prekursor transcript umum. ITS
dapat mendeteksi keragaman alel pada level
berukuran kecil kurang lebih 700 pasang basa
tinggi.
terdistribusi
merata
pada
genom
dan memiliki salinan yang banyak pada genom
63
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
Gambar 1.
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Ilustrasi posisi, arah dan panjang basa gen rbcL pada genom kloroplas,
berdasarkan Judd, dkk. (2002) ; Yoshinaga, dkk. (1996).
Salah satu markah molekuler yang banyak
filogenetik tumbuhan (Chase, dkk. 1993; Judd,
digunakan dalam filogenetik tumbuhan yakni
dkk. 2002). Penggunaan gen rbcL dalam
rbcL. Gen rbcL tanaman merupakan pengkode
filogenetik tumbuhan karena gen ini dimiliki
sub unit besar enzim riboluse-1,5-bisphosphate
oleh
carboxylse (RubisCo) yang berada di genom
tumbuhan parasit, bahkan ditemukan pula pada
kloroplas (Judd dkk, 2001) dan merupakan gen
sejenis flagelata (La Du, dkk,.2002), jika dilihat
yang universal pada hampir semua tanaman,
dari protein yang dihasilkan maka gen rbcL
sehingga penggunaanya akan efektif mengenali
mudah dideteksi. Hal ini karena RuBisCo yang
keragaman dalam semua tanaman. Penggunaan
dihasilkan oleh gen rbcL sangat melimpah
markah gen rbcL pada analisis filogenetik
dalam sel tumbuhan yakni sampai 15% dari
diantara spesies dalam satu genus telah
total protein tumbuhan (Lane, 1984), dan
dilakukan, seperti pada genus Zygophyllum dari
melebihi 50% dari total protein dalam kloroplas
famili Zygophyllaceae (Bellstedt dkk, 2008)
(Alberts, dkk. 2002). Gen yang terdapat pada
dan genus Caragana dari famili Leguminoseae.
genom
Gen rbcL merupakan gen pengkode salah
satu enzim fotosintesis yakni large subunit
Ribulosa-1,5-bisphosphate
carboxylase
semua
spesies
kloroplas
tumbuhan
tumbuhan
ini
kecuali
memiliki
panjang basa nukleotida sekitar 1428 base pair
(2006; Judd, dkk. 2002).
Efektivitas penggunaan gen rcbL dalam
(RuBisCo) atau RUBP karboksilase (Judd, dkk.
filogenetik
2002; Lane, 1984) yang berperan pada tahap
memperlihatkan hubungan kekerabatan evolusi
awal siklus Calvin dari fotosintesis, selain
diantara kelompok organisme (taxon) yang
fungsi
diteliti, selain itu gen rbcL juga merupakan gen
utamanya
dalam
menghasilkan
pada
RuBisCo, rbcL telah umum digunakan untuk
yang sangat
menyediakan sekuen
Angiospermae
data dalam analisis
tumbuhan
bunga
telah
lestari pada hampir semua
(Stefanovic
dan
Olmstead,
64
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
2005). Consortium Barcode Of Life (CBOL)
Lambatnya laju mutasi pada gen rbcL ini
pada kelompok kerja bidang tanaman juga
kemungkinan berkaitan dengan fungsinya yang
merekomendasikan penggunaan rbcL sebagai
sangat
barcode salah satu penanda pada identifikasi
pengkode
tumbuhan secara umum yang dikombinasikan
spesies tumbuhan, perkiraan lokasi gen rbcl
bersama dengan gen matK (CBOL, 2009), hal
dalam genom dapat diketahui degnan melihat
ini berdasarkan eksistensi, efektifitas dan
peta genom kloroplas yang telah ada, misalnya
kelestarian laju mutasi kedua gen tersebut pada
pada tanaman Jagung, Kentang dan Tomat,
hampir semua spesies tumbuhan. DNA barcode
serta
ini, pada bidang sistematika dapat digunakan
diidentifikasi (Ravi, dkk. 2008), berdasarkan
dalam mengidentifikasi spesies tumbuhan, juga
peta kloroplas tersebut dapat digambarkan
berguna dalam analisis filogentik dan analisis
posisi gen rbcL dari gen-gen lainnya pada
populasi (Hajibabaei dkk, 2007), rekomendasi
kloroplas.
esensial
87
bagi
enzim
tumbuhan
rubisko.
spesies
Pada
lainnya
sebagai
beberapa
yang
telah
ini memperkuat alasan penggunaan rbcL dalam
analisis filogenetik dan kekerabatan tanaman
dalam satu genus.
Penggunaan
Penggunaan gen rbc L pada penelitian
filogenetik menunjukan pola filogenetik yang
tidak
bertentangan
tumbuhan
dengan
berdasarkan
karakter
sistematika
morfologi
dalam sistem Cronquist, misalnya analisis pada
Caryophyllidae menghasilkan pohon yang yang
bersifat monofiletik, begitu juga Apocynaceae,
Apiaceae, dan Brassicaseae (Judd, 2002).
Kelajuan mutasi rbcL yang lebih lambat dari
gen-gen kloroplas lainnya, memungkinkan
rbcL masih membawa informasi gen nenek
moyang
lebih.
Barraclough
(1996)
mengemukakan terdapat korelasi positif antara
kelajuan evolusi sequen gen rbcL dengan
diversifikasi
spesies
BIOINFORMATIKA DAN FILOGENETIK
MOLEKULER
pada
markah
molekuler
dalam
identifikasi, analisis kekerabatan dan taksonom
tumbuhan tidak lepas dari ilmu bioinformatika
yang merupakan perangkat pembantu dari
tahap awal sampai akhir dari pengolahan
pengolahan data molekuler. Bioinformatika
merupakan
ilmu
interdisiplin
yang
menghubungkan ilmu komputer dan biologi,
atau gabungan dari biologi dan informatik yang
mengembangkan
teknologi
komputer
menyimpan,
untuk
menggunakan
mengambil,
memanipulasi dan mendistribusikan data yang
berhubungan dengan makromolekuler biologi
seperti
DNA,
RNA,
dan
protein.
Bioinformatika terbatas pada sekuen, struktur
Angiospermae.
65
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Gambar 2. Proses amplifikasi DNA/gen target (a) DNA awal yang mengalami denaturasi, yakni
pemisahan DNA dengan pasangannya. (b) Anealling proses menempelnya primer
dengan gen target. (c) ekstensi, proses pemanjangan gen target yang telah ditempeli
primer dan tahap akhir dari siklus pertama PCR. (Newton & graham, 1995).
Hasil PCR gen dilakukan elektroforesis
dan analisis fungsi gen dan genom, serta
dan dilihat dibawah sinar ultraviolet, untuk
produknya (Xiong, 2006).
Penggunaan markah molekuler setelah
lebih akurat dapat dilakukan proses sekuensing
diketahui gen target yang akan digunakan
yakni
untuk identifikasi maka hal yang pertama
menggunakan dDNTp sehingga didapatkan
dilakukan ialah desain primer dengan perangkat
huruf-huruf yang mencerminkan basa-basa
bioinformatika.
biasanya
nitrogen yang ada pada sekuen DNA tersebut.
dilakukan setelah mengetahui sekuen DNA
Hasil sekuensing dapat dianalisis dengan fungsi
yang
mensejajarkan
BLAST pada genebank, yakni membandingkan
beberapa sekuen gen yang sama dari jenis yang
sekuen gen dengan gen yang telah ada di
berbeda.
genebank.
lestari
Desain
dengan
Primer
ini
primer
cara
berfungsi
sebagai
pembacaan
sekuen
Langkah
DNA
selanjutnya
dengan
dapat
penginisiasi dalam mengisolasi gen target
dilakukan analisis bioinformatika tingkat lanjut
dalam proses PCR. DNA genom yang telah
baik
diisiolasi
identifikasi open reading frame (orf).
selanjtunya
di
PCR
untuk
filogenentik
molekuler
maupun
mengamplifikasi gen target. Proses PCR ini
Proses isolasi DNA, yang diawali dengan
menggunakan prinsip denaturasi, anealling dan
desain primer gen untuk isolasi serta analisis
elongasi DNA target.
filogenetik molekuler dan beberapa analisis
bioinformatika merupakan materi genetika
66
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
molekuler yang belum diaajarkan di prodi
Pendidikan Biologi Universitas Khairun, materi
only) Vol. II, Angiospermae, Families
111-160. N.V.P Nordhoff, Groningen,
Netherland.
ini sudah mulai dikenalkan pada matakuliah
genetika
lanjut.
Lebih
khusus
akan
di
rekomendasikan pada matakuliah tersendiri
pada
pilihan
bioinformatika,
filogenetik
molekuler, dan rekayasa genetik.
Kesimpulan
Penggunaan
markah
molekuler
telah
memberikan paradigma baru yang berguna
dalam
identifikasi
tumbuhan,
analisis
filogenetik, dan analisis taksonomi tumbuhan
karena
tidak
lingkungan.
dipengaruhi
Sekuen
gen
langsung
oleh
rbcL
telah
direkomendasikan oleh barcode of life sebagai
DNA barkode pada tumbuhan. Secara khusus
perkembangan markah molekuler berimplikasi
pada penambahan materi perkuliahan genetika
lanjut di prodi Pendidikan Biologi Unkhair
serta rekomendasi penambahan matakuliah
pilihan bioinformatika, filogenetik molekuler,
dan rekayasa genetik.
REFERENSI
Asahina, H., Shinozaki, J., Masuda, K.,
Morimitsu, Y., dan Satake, M. (2010) :
Identification of medicinal Dendrobium
species by phylogenetic analyses using
matK and rbcL sequences. The Japanese
Society of Pharmacognosy and Springer .
J Nat Med 64:133–138.
Backer, C.A. dan Van Den Brink, R.C.B.
(1965) : Flora of Java (Spermatophytes
Bellstedt, D.U., van Zyl, L., Marais, E.M.,
Bytebier, B., de Villiers, C.A.,
Makwarela, A.M., dan Dreyer, L.L.
(2008) : Phylogenetic relationships,
character evolution and biogeography of
Southern
African
members
of
Zygophyllum (Zygophyllaceae) based on
three
plastid
regions.
Molecular
Phylogenetics and Evolution 47 : 932–
949. Elsevier Inc
Ga Hun Boo, Kyung Min Lee, et al., 2009,
Classification of the Genus Ishige
(Ishigeales, Phaeophyceae) in the North
Pacific Ocean with Recognition of Ishige
Foliacea Based on Plastid rbcL and
Mitochondrial Cox3 Gene Sequences1, J.
Phycol 45: 906–913, Phycological
Society of America
Hajibabaei, M, Singer, G.A.C, Hebert, P.D.N,
and Hickey, D.A. (2007). DNA
barcoding:
how
it
complements
taxonomy, molecular phylogenetics and
population genetics. TRENDS in Genetics
Vol.xxx No.x: 1-6
Hidayat, et al., 2008, Analisis Filogenetik
Molekuler pada Phylantus niruri L
(Euphorbiaceae), Jurnal Matematika dan
Sains Vol. 13 No 1.
Judd, W.S., Campbel, C.S., Kellog, E. A.,
Stevens, P. F., dan Donoghue, M. J.
(2002) : Plant Systematics : Phylogenetic
Approach,
2nd
edition.
Sinauer
Associates, Inc. Publisher, Sunderland,
Massachusets-USA.
Lane, A. (1984) : The Penguin Dictionary of
Botany. Penguin Book, Market House
Books Ltd.
67
JURNAL ßIOêduKASI
Vol 1 No (1) September 2012
Li, W., dan Graur, D. (1991) : Fundamental of
Molecular Evolution. Sinauer Associates,
Inc.
Li,
Xiaoxian and Zhou, Zhekun, 2008,
Phylogenetic studies of the core
Alismatales inferred from morphology
and rbcL sequences, Progress in natural
Science 19: 931-945, Elsevier limited and
Science in China Press.
Maistro, Silvia, et al., 2007, Moleclular
Phylogeny and Evolution Of The Order
Tribonematales
(Heterokonta,
Xanthophyceae) Based On Analysis Of
Plastidial Genes rbcL and psaA,
Molecular Phylogeny and Evolultion 43:
407-417, Elsevier Inc.
Nei, M., dan Kumar, S. (2000) : Molecular
Evolution and Phylogenetics. Oxford
University Press.
Newton, C.R, Graham, A., (1995) : PCR,
Intoduction to Biotechniques. Bios
Scientific Publisher ltd.
Ratnasingham, S., Hebert, P.D., 2007. The
Barcode of Life Data System. Molecular
ecology Notes.
Reddy, B.U. (2009) : Molecular phylogeny of
Angiospermic plant families using rbcL
gene Sequences. International Journal of
Bioinformatics Research, 1(2) : pp-27-36.
Roche, 2009. PCR Applications Manual 3rd .
www.rochwe-applied-science.com.
Dikses 2009
ISSN : 2301-4678
FKIP Universitas Khairun
Barcode Loci May Not Work in Complex
Groups: A Case Study with Indian
Berberis Species. PLoS ONE 5(10):
e13674.
doi:10.1371/journal.pone.0013674
Suparman. 2011. Analisis filogenetik Genus
Mangifera Menggunakan Gen rbcL DNA
Kloroplas. (Tesis S2 tidak diterbitkan).
SITH-ITB. Bandung
Xiong, J. 2006. Essential Bioinformatics.
Cambridge University Press: New York.
Yonemori, K., Honso, C., Kanzaki, S.,
Wiadthong, W., dan Sugiura, A. (2002) :
Phylogentic relathionship of mangifera
species revealed by ITS sequences of
nuclear ribosomal DNA and a possibility
of their hybrid origin. Plant Syst. Evol.
231: 59-75.
Yoshinaga, K., Iinuma,H., Masuzawa, T., dan
Uedal, K. (1996) : Extensive RNA
editing of U to C in addition to C to U
substitution in the rbcL transcripts of
hornwort chloroplasts and the origin of
RNA editing in green plants. Nucleic
Acids Research, 24, No. 6. Oxford
University Press
Zhang, M., Fritsch, P.W., dan Cruz, B.C.
(2009) : Phylogeny of Caragana
(Fabaceae) based on DNA sequence data
from rbcL, trnS–trnG, and ITS. Journal
Molecular Phylogenetics and Evolution
50: 547–559.
Roderic, D.M. (2001) : Tree View Win 32.
http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/
rod/rodhtml diakses tgl : 20 Februari
2009.
Roy S, Tyagi A, Shukla V, Kumar A, Singh
UM, dkk. (2009) : Universal Plant DNA
68