SEJARAH DAN
PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
PADA TUMBUHAN
A. BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi pertama kali dikemukakan
oleh Karl Ereky (1917) yang berarti, “BIO
= makhluk hidup”, dan “TEKNOLOGI =
cara untuk memproduksi barang atau jasa.”.
European Federation of Biotechnologi
(1989) mendefinisikan bioteknolog sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan alam
dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel,
bagian dari organisme hidup dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk
dan jasa.
Secara
garis besar, bioteknologi dapat diartikan sebagai seperangkat teknik yang
memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk
menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan
hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi
kehiidupan manusia.
Ilmu yang mendasari bioteknologi adalah mikrobiologi, biokimia, biologi
molekuler, genetika, ilmu pangan, bioinformatika / elektronik dan komputer.
Bioteknologi
ini berkaitan dengan reaksi biologis yang dilakukan oleh jasad hidup sebagai
organisme yang memiliki organel sel, jaringan dan bahan molekul, seperti DNA,
RNA, protein dan enzim.
B. SEJARAH
BIOTEKNOLOGI PADA TUMBUHAN
Berikut
sejarah dan perkembangan bioteknologi pada tumbuhan
secara ringkas :
|
No
|
Tahun
|
Sejarah/Perkembangan
|
|
1
|
8000 SM
|
Bangsa Babylonia, Mesir dan Romawi sudah
melakukan pengumpulan benih dan penyeleksiannya untuk meningkatkan kualitas
pertanian dan ternak.
|
|
2
|
4000-3000 SM
|
Masyarakat Mesir Kuno (4000 tahun SM)
dan Yunani Kuno (3000 tahun SM) telah mengenal baik budidaya anggur dan
zaitun.
|
|
3
|
1500 M
|
Para ahli generasi awal telah melakukan
pengumpulan berbagai jenis tanaman.
|
|
4
|
1665 M
|
Penemuan sel tahun 1665 M oleh Robert
Hooke dengan menggunakan mikroskop telah semakin meningkatkan motivasi para
ahli mengembangkan pengetahuan tentang makhluk hidup, salah satunya tumbuhan
|
|
5
|
1880 M
|
M. Gregor Johan Mendel (1856) pada
akhirnya berhasil menemukan prinsip-prinsip hibridisasi (persilangan) pada
tanaman kacang ercis (Pisum sativum) yang merupakan salah satu produk
bioteknologi tanaman .
|
|
6
|
1919
|
Pengenalan istilan bioteknologi oleh
Karl Ereky, seorang Insiyur asal Hongaria.
|
|
7
|
1992
|
Produk-produk bioteknologi pangan,
pertanian, industri, medis dan sebagainya semakin banyak bermunculan. Di
bidang pertanian, tanaman transgenik yang merupakan produk rekayasa genetika
menjadi sesuatu hal yang tak asing lagi hingga sekarang.
|
|
8
|
1995 - 2000
|
Negara-negara anggota bioteknologi eropa
(15 negara) mengalami pertumbuhan luar biasa dalam perkembangan penelitian
tentang biotek lingkungan dan biotek industri.
|
|
9
|
2001
|
FDA (Food and Drug Administration)
membuat aturan baru : Bagi perusahaan yang hendak memasarkan produk
transgeniknya terlebih dahulu harus mengajukan ke FDA untuk diteliti dan
diuji selama 120 hari sebelum di pasarkan.
|
Sejarah Bioteknologi dimulai ketika ditemukan kembali kemampuan bakteri
Streptococcus pneumoniae yang telah kehilangan virulensinya yaitu dengan
mencampurkannya dengan bakteri yang virulen Avery dkk (1944) telah membuktikan
bahwa pada tingkat organogenesis yang paling rendah pun terjadi transaksi
genetik (Brown 1991).
Selanjutnya diketahui konstruksi plasmid, penyisipan gen antar organisme
yang menghasilkan DNA rekombinan. adanya bakteri tanah Agrobacterium
tumafaciens yang dapat mentransfer gen secara alami dan akhirnya didapat
mekanisme transfer gen antar tanaman maka muncullah tanaman transgenik
(Maniatis dkk, 1982) Tanaman transgenik, yaitu tanaman yang sudah disusupi oleh
DNA asing sebagai pembawa sifat yang diinginkan. Hal ini sudah berhasil
dilakukan antara lain pada tanaman kapas, kedele. gandum dan jeruk, yang
mengundang pro dan kontra dari kalangan masyarakat sebagai konsumen, juga
petani sebagai produsen (Anderson dkk, 1989; An dkk, 1986). Seperti yang telah
dicapai oleh pakar genetika dari Indonesia Putu Wirawan dimana beliau telah
berhasil menyusupkan gen CVPD resistence yang diisolasinya kedalam sel bakteri
Agrobakterium tumafaciens Selanjutnya bakteri ini menjadi vektor untuk masuk
kedalam pohon Jeruk Citrus sp berumur 2 tahun yang steril CVPD dengan cara
mengoles dan menyuntik. Hasilnya menunjukkan bahwa pohon itu bebas CVPD,
penemuan ini menunjukkan berapa panjang waktu yang terpangkas untuk
menghasilkan bibit unggul. Penelitian pada lima (5) kultivar salak sidempuan
Salacca sumatrana dengan menggunakan sidik jari (RLFP) dan probe padi (
heterologous ) telah menunjukkan adanya marka yang serupa untuk jenis kultivar
” salak rasa jambu ” (Jenimar, 1997). Disini didapatkan pengurangan waktu
dibanding dengan pemuliaan konvensional untuk menghasilkan bibit unggul salak
yang baru berbuah pada umur 3.5 -4 tahun.
C.
BIOTEKNOLOGI
PADA TUMBUHAN
Apabila pengertian boteknologi
dikontekskan pada tanaman, maka bioteknologi dapat diartikan sebagai
pemanfaatan tanaman ataupun produk dari tanaman dalam proses produksi
menghasilkan barang dan jasa untuk kepentingan manusia.
Bioteknologi tanaman pangan
melibatkan penggunaan mikroba atau bahan biologi untuk melakukan proses
spesifik pada tanaman untuk kepentingan manusia. Hal ini dilakukan dengan
menciptakan species tanaman yang metabolismenya disesuaikan untuk
menyediakan bahan baku sesuai dengan
kualitas, fungsionalitas dan
ketersediaannya. Akibatnya, banyak tanaman pangan yang secara genetik
termodifikasi untuk berbagai tujuan. Banyak tanaman penting yang tumbuh dari benih hasil rekayasa genetik dengan
kekebalan terhadap herbisida, virus, serangga dan penyakit. Bahan makanan dari
tanaman rekayasa genetic (misalnya minyak, tepung, sirup, pewarna) telah
digunakan di berbagai industry pangan
(BIO, 1998). Lebih dari setengah makanan olahan di Amerika Serikat telah
mengandung bahan hasil rekayasa genetik seperti kacang kedelai, jagung, kanola,
kapas atau produk kentang (Wilkinson,1997).
Dalam hal ini, teknik-teknik
yang sering dilakukan dalam bioteknologi pada tanaman antara lain :
1.
Fermentasi :
merupakan proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba untuk menghasilkan
metabolit primer dan metabolit sekunder dalam suatu lingkungan yang
dikendalikan. Meskipun fermentasi ini menggunakan bantuan mikroba, namun pada
dasarnya fermentasi dilakukan utuk mengolah bahan pangan yang berasal dari
tanaman dan/atau produk tanaman agar dapat dikonsumsi oleh manusia, misal :
pembuatan tape dari bahan singkong.
2.
Analisis genetic
: Mempelajari bagaimana sifat/karakter atau gene
diwariskan dari generasi ke generasi dan bagaimana gen dan lingkungan
berinteraksi untuk menghasilkan suatu sifat.
Umumnya diterapkan dalam pertanian.
3.
Seleksi dan
Pemuliaan : yakni memanipulasi tanaman yang diinginkan sebagai stok genetic
untuk perbaikan generasi baru. Dapat digunakan untuk : produksi bahan pangan,
dan bioplastik.
4.
Kultur sel dan
Jaringan : digunakan untuk menumbuhkan tanaman atau sel secara steril di dalam
tabung reaksi atau tabung gelas lainnya. Secara umum digunakan dalam :
perbanyakan tanaman, dan produksi tanaman transgenic.
Manfaat dari bioteknologi pada tumbuhan adalah sebagai
berikut :
1.
Penigkatan
kualitas biji-bijian.
2.
Peningkatan
kadar protein.
3.
Pembentukan
tanaman resisten hama, penyaki, dan herbisida.
4.
Pembentukan
tanaman toleran kekeringan, tanah masam, suhu ekstrim.
5.
Pembentukan tanaman
yang lebih bernilai nutrisi tinggi, seperti vit. C, E, dan B karoten.
Dampak negative dari adanya bioteknologi pada tumbuhan
antara lain adalah :
1.
Di bidang
etika/moral, ada masyarakat yang menganggap bahwa menyisipkan gen dari makhluk
hidup satu ke makhluk hidup yang lain bertentangan dengan nilai budaya dan
melanggar hukum alam.
2.
Di bidang social
ekonomi, menimbulkan kesenjangan antara negara/perusahaan yang memanfaatkan
bioteknologi dengan yang belum memanfaatkan bioteknologi.
3.
Di bidang
kesehatan, ada produk hasil rekayasa genetic yang disinyalir menimbulkan
masalah serius, missal tomat Flavr Savr membawa gen resisten terhadap
antibiotic.
4.
Dampak terhadap
lingkungan yakni dengan adanya pelepasan organism transgenic dapat merusak
keseimbangan alam dan kelestarian organisme.
D.
PERKEMBANGAN
BIOTEKNOLOGI PADA TUMBUHAN
Prinsip bioteknologi tanaman adalah
menggunakan sel/bagian dari sel atau bagian dari tanaman itu sendiri untuk
menghasilkan bibit dengan sifat-sifat yang kita inginkan. Seperti kita ketahui bahwa
tanaman adalah organisme multiseluler yang kompleks dengan organ-organ yang
mempunyai fungsi yang berbeda-beda Kemajuan dibidang fisiologi tanaman telah
memungkinkan organisme yang kompleks itu dikembalikan pada tingkat sel dengan
potensi genetik yang sama. Sel – sel yang tidak terorganisir tersebut dapat
dimanipulasi seperti mikroba. Selanjutnya sel -sel ini dapat diatur kembali
menjadi tanaman utuh melalui manipulasi lingkungan tumbuhnya seperti: media,
suhu, cahaya, zat pengatur tumbuh (Bajaj, 1994;Deberg & Zimmerman 1991). Metode mengisolasi
bagian -bagian tanaman (akar, tunas, embrio, daun dan pucuk) atau gel dan
bagiannya seperti protoplasma,tepung sari, ovary dan nukleus ditumbuhkan secara
tersendiri, dipacu untuk memperbanyak diri dengan menambahkan zat pengatur
tumbuh seperti auksin dan sitokinin,
selanjutnya diregenerasikan kembali menjadi tanaman lengkap dalam suatu
lingkungan aseptik dan terkendali dikenal dengan teknik kultur jaringan (Bajaj.
1994)
Manusia sangat tergantung pada produksi pertanian
dalam penyediaan bahan makanan. Sedangkan Pertambahan populasi manusia diluar
daya dukung dari hasil pertanian dunia saat ini, yang diperkirakan ± 450 -1500
juta orang menderita kelaparan di seluruh dunia (United Nation, 1988). Inilah
problema yang kita hadapi sekarang. Keterbatasan lahan yang layak untuk
pertanian dan panjangnya waktu yang diperlukan untuk menghasilkan perbaikan
genetik tanaman komersial melalui pemuliaan konvensional. Bioteknologi tanaman
problemanya lebih kompleks dari pada bioteknologi mikroba. Sel-sel yang sudah
mengalami perubahan genetik harus dapat diregenerasikan kembali menjadi tanaman
lengkap agar mempunyai nilai secara agronomi dan industri, kecuali untuk
memproduksi metabolit sekunder untuk industri seperti industri parfum dan
farmasi dapat dihasilkan pada tingkat gel Sehingga masalah regenerasi untuk
menjadi tanaman lengkap tidak menjadi kendala (Nishi dkk, 1974).
Untuk mendampingi pemuliaan konvensional
yang memerlukan waktu panjang, maka usaha pemuliaan in vitro melalui
bioteknologi tanaman merupakan metoda pilihan dalam memproduksi bibit unggul,
diantaranya melalui metode kultur sel den embriogenesis. Kultur sel Pemuliaan
tanaman selalu berkaitan dengan seleksi .
Dasar
seleksi pada kultur jaringan untuk menghasilkan senyawa-senyawa metabolit
sekunder adalah adanya variasi pada sel-sel dalam kemampuannya untuk
menghasilkan bahan kimia nabati yang komersial. Variasi ini dikenal sebagai
variasi somaklonal dan secara genetik variasi ini cukup besar sehingga telah
terbukti dapat dimanfaatkan sebagai sumber keragaman dalam ilmu pemuliaan
tanaman.
Variasi somaklonal dapat diperoleh dari
kultur gel yang berasal dari protoplas, kalus atau langsung dari eksplan. Salah satu contoh
disini adalah klon-klon yang berasal dari sel tunggal pada kultur suspensi yang
menghasilkan antosianin dari tanaman wortel liar, mempunyai kandungan
antosianin yang berbeda secara luas pada kondisi stander. Pengklonan kembali
klon-klon yang mengakumulasi antosianin dalam jumlah tinggi dan rendah, menunjukkan
bahwa setiap sub klon menunjukkan kisaran akumulasi antosianin yang luas. Pengestrakan senyawa
limonen den linalool pada gel-gel kultur suspensi pada jeruk bali, didapat
hasilnya optimum pada umur 5 hari dan telah diperoleh klon gel yang dapat
menghasilkan 19 mg/l limonen yang berguna sebagai bahan nabati untuk industri
farmasi (Jenimar, 1999). Sehingga waktu yang dibutuhkan menjadi jauh lebih
singkat dari pada menunggu panen buah di lapangan, karena yang akan kita
ekstrak adalah kulit buahnya. Limonen digunakan pada industri farmasi dan
linalool untuk insektisida (Ohta & Hasegawa, 1995).
Pemuliaan tanaman ditingkat gel ini
selain untuk produksi, dapat juga dilakukan untuk ketahanan terhadap cekaman
lingkungan, hama penyakit, salinitas tanah, dan sebagainya Jadi untuk
memperoleh klon-klon tersebut, akan dilakukan seleksi untuk dikembangkan dalam
jumlah banyak di laboratorium. Keuntungan seleksi klon antara lain: 1) Tidak
tergantung pada lingkungan dan hama penyakit; 2). Produksi dapat diatur sesuai
permintaan pasar; 3). Kualitas dan kuantitas lebih konsisten dan 4). Tidak
memerlukan lahan (Staba, 1982) Rangkaian penelitian ini merupakan salah satu
bidang bioteknologi dalam pemulian tanaman untuk mendapatkan lini gel unggul.
Embriogenesis Untuk mengatasi masalah dalam seleksi bibit
unggul pada tanaman yang sukar diperbanyak secara vegetatif (cangkok, stek,
okulasi), khususnya dalam masalah kandungan fenolat yang tinggi,tanaman
diperbanyak terlebih dahulu melalui teknik embriogenesis sebagai salah satu
usaha dalam bioteknologi. Selanjutnya tanaman yang dihasilkan dengan proses ini
akan diseleksi di lapangan untuk tujuan pemuliaan. Embriogenesis dimulai dengan
pembelahan gel yang tidak seimbang (kalus). Kalus biasanya terbentuk setelah
eksplan dikulturkan dalam media yang mengandung auksln Banyak faktor yang
mempengaruhi embriogenesis antara lain auksin eksogen, sumber eksplan,
komposisi nitrogen yang ditambahkan dalam media dan karbohidrat (sukrosa).
Selanjutnya gel membelah terus hingga memasuki tahap globular. Pada saat
tersebut sel aktif membelah kesegala arah dan membentuk lapisan terluar yang
akan menjadi protoderm (bakal epidermis), kelompok sel yang merupakan prekursor
jaringan dasar dan jaringan pembuluhpun mulai terbentuk. Pembelahan kesegala arah
tersebut terhenti ketika pembentukan primordia kotiledon, pada saat embrio
matang sudah autotrof. Embrio yang matang akan berkecambah dan tumbuh menjadi
tumbuhan yang baru pada kondisi yang cocok (Bajaj, 1994; Dodeman dkk.
1997;Lits, 1985). Proses pembentukan dan perkembangan embrio (embriogenesis)
menentukan pola pertumbuhan, yaitu meristem pucuk ke atas, meristem akar ke
bawah, dan pola-pola dasar jaringan lainnya berkembang pada ‘axis’ pucuk -akar
ini, namun pada tiap tumbuhan terdapat variasi pada proses embriogenesis. Pada
metoda kultur jaringan terbukti gel somatik yang terbentuk dari gel-gel
embriogenik dapat juga melakukan proses embriogenesis. Fenomena ini berhasil
diamati pada tahun 50-an pada beberapa tanaman, seperti kedelai, jagung, dan
terutama pada wortel. Korteks wortel yang ditanam pada media dasar ‘white’,
sukrosa dan 2.4-D membentuk massa kalus, yang kemudian dipindahkan ke media
tanpa 2.4-D ternyata sekumpulan gel membelah teratur dan melalui tahap normal
embriogenesis yaitu globular, jantung, dan torpedo,kemudian menjadi tanaman
baru yang lengkap. Hasil penelitian ini membuktikan bahwa setiap gel pada
tumbuhan masih memiliki kapasitas yang dipunyai oleh zigot dari mana gel
tersebut berasal jadi hanya dengan memberikan rangsangan yaitu berupa
lingkungan yang cocok (terutama dari media tempat gel kultur), maka gel
tersebut akan mampu mengekspresikan potensi untuk tumbuh dan berkembang menjadi
individu baru (Bajaj, 1994). Pada penelitian jati (Tectona grandis) menunjukkan
terbentuknya fase-fase globular, jantung dan terpedo (Jenimar dkk,2004) setelah
12 minggu dengan mengunakan MS modifikasi, sedangkan pada jambu bol terbentuk
rase-rase seperti di atas setelah 14 minggu.Selanjutnya proses embriogenesis
adalah bagian dari metode kultur jaringan untuk memperoleh bibit yang banyak
dan bebas virus. Planlet yang dihasilkan pada mulanya beragam. Selanjutnya
tanaman akan ditanam dilapang dan diadakan seleksi sesuai dengan metoda
pemuliaan berkali-kali sehingga diperoleh tanaman-tanaman yang unggul. Tanaman
inilah yang digunakan sebagai sumber eksplan yang bisa diperbanyak dengan
berbagai cara dilaboratorium kultur jaringan sehingga didapat bibit dalam
jumlah banyak dan seragam, metoda yang digunakan antara lain menginduksi tunas
majemuk dan sub kultur. Jika sudah diperoleh sumber eksplan yang unggul dan
media yang sesuai maka prosesnya akan berlangsung dalam waktu yang singkat
dengan penambahan hormon tumbuh dalam konsentrasi rendah.
E.
BEBERAPA CONTOH
TANAMAN BIOTEKNOLOGI
1.
Golden
Rice
Penerapan
bioteknologi pada tanaman padi sebenarnya telah lama dilakukan namun menjadi
sangat terdengar ketika muncul golden rice pada tahun 2001 yang
diharapkan dapat membantu jutaan orang yang mengalami kebutaan dan kematian
dikarenakan kekurangan vitamin A dan besi. Vitamin A sangat penting untuk
penglihatan, respon kekebalan, perbaikan sel, pertumbuhan tulang, reproduksi,
hingga penting untuk pertumbuhan embrionik dan regulasi gen-gen pendewasaan.
Luasan lahan
pertanian yang semakin sempit mengakibatkan produksi perlahan harus
ditingkatkan. Peningkatan ini tidak hanya berupa peningkatan bobot panen namun
juga nutrisi atau nilai tambah. Oleh sebab itu dari suatu luasan yang
sebelumnya hanya menghasilkan karbohidrat diharapkan dapat ditambah dengan
vitamin dan mineral. Hal inilah yang mendorong para peneliti padi mengembangkan
Golden Rice. Pada awalnya penelitian dilakukan untuk meningkatkan
kandungan provitamin A berupa beta karoten, dan saat ini fokus penelitian tetap
dilakukan.
Nama Golden
Rice diberikan karena butiran yang dihasilkan berwarna kuning menyerupai
emas (Gambar 1). Rekayasa genetika merupakan metode yang digunakan untuk
produksi Golden Rice. Hal ini disebabkan karena tidak ada plasma
nutfah padi yang mampu untuk mensintesis karotenoid. Pendekatan transgenik dapat
dilakukan karena adanya perkembangan teknologi transformasi dengan
Agrobacterium dan ketersediaan informasi molekuler biosintesis karotenoid yang
lengkap pada bakteri dan tanaman. Dengan adanya informasi tersebut terdapat
berbagai pilihan cDNA. Produksi prototype Golden Rice menggunakan
galur padi japonica (Taipe 309), teknik transformasi menggunakan agrobacterium
dan beberapa gen penghasil beta karoten tanaman daffodil hingga bakteri.
2.
· Kapas biotek
Kapas tahan
hama, tanaman kapas ini bersifat seperti tanaman jagung tahan hama. Kapas ini
menghasilkan suatu protein yang dapat memberikan perlindungan sepanjang musim
tanam terhadap ulat penggerek buah kapas. Dengan demikian, kebutuhan pemberian
insektisida tambahan untuk pemberantasan hama tersebut dapat dikurangi, bahkan
ditiadakan. Kapas Bt telah disetujui untuk digunakan di negara Argentina,
Australia, Kanada, Cina, Jepang, Meksiko, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat.
Kapas toleran
herbisida, kapas ini bersifat seperti tanaman lain yang dimodifikasi untuk
toleran terhadap herbisida. Untuk keuntungan sama seperti halnya kedelai
toleran herbisida. Kapas toleran herbisida telah disetujui untuk digunakan di
negara Australia, Kanada, Jepang, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat.
3.
Pepaya biotek
Pepaya tahan virus,
pepaya yang dikembangkan di Hawaii ini memiliki gen virus yang mengode protein
selubung dari virus bercak cincin pepaya. Protein tersebut memberikan
perlindungan tanaman pepaya terhadap virus tersebut. Pepaya ini bersifat
seperti tanaman kentang tahan virus hasil modifikasi genetika. Pepaya ini telah
disetujui untuk digunakan sebagai bahan pangan di Amerika Serikat.
F. SUMBER
Pramashinta, Alice., dkk. 2014. Bioteknologi Pangan : Sejarah, Manfaat, dan Potensi Risiko. Jurnal
Aplikasi Teknologi Pangan. Vol. 3.No. 1. : hlm 1-6
Suwanto, Antonius. 1998. Bioteknologi Molekuler : Mengoptimalkan Manfaat Keanekaragaman Hayati
Melalui Teknologi DNA Rekombinan. Vol. 5 .No. 1. : hlm 25-28
G.
LAMPIRAN
Berikut contoh penerapan bioteknologi pada tanaman :
Ø Fermentasi
Cara pembuatan
tape singkong : 
Ø Seleksi dan pemuliaan
Ø Kultur sel dan jaringan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar