Tugas 3E [PDF]

Citation preview

Nama : Arli Dwi Indiar NPM : 150510200232 Kelas : Metode Pemuliaan Tanaman H TUGAS INDIVIDU 3E : GUIDING QUESTIONS Penerapan Marker Assisted Selection (MAS) 1. Apa yang dimaksud dengan: a) marka; b) marka fenotifik; c) marka biokimia; d) marka molekuler; d) seleksi berbasis marka/ marker assisted selection? a) Marka merupakan penciri individu yang terlihat oleh mata atau terdeteksi dengan alat tertentu yang menunjukkan genotipe suatu individu. b) Marka fenotipik adalah sekuen DNA yang dapat diidentifikasi dengan suatu metode tertentu yang terdapat pada lokasi tertentu dalam suatu genom serta dapat diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya. c) Marka biokimia/protein merupakan salah satu jenis penanda molekuler. Isozim adalah bentuk alternatif atau varian struktural dari suatu enzim yang memiliki berat molekul dan mobilitas elektroforesis yang berbeda tetapi memiliki aktivitas atau fungsi katalitik yang sama. Isozim mencerminkan produk dari alel yang berbeda daripada gen yang berbeda karena perbedaan mobilitas elektroforesis yang disebabkan oleh point mutation sebagai akibat dari substitusi asam amino (Xu, 2010). Oleh karena itu, penanda protein berupa isozim dapat dipetakan secara genetik ke dalam kromosom dan kemudian digunakan sebagai penanda genetik untuk memetakan gen lain. d) Marka molekuler merupakan metode petunjuk keberadaan rangkaian nukleotida atau lebih umum dikenal pasangan basa (DNA) yang tidak dikenal sebagai suatu fungsional genetik. e) Seleksi berbasis marka (marker assisted selection) merupakan metode seleksi yang mengacu pada pemanfaatan marka DNA yang berpautan dengan lokus target, sebagai alat untuk menduga dan membantu seleksi fenotipe sifat yang menjadi target pemuliaan. 2. Apa perbedaan antara marka molekuler, gen, alil, dan DNA primer? Jawab Marka molekuler : sekuen DNA yang dapat diidentifikasi, dan terdapat pada lokasi tertent pada genom, dan dapat diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Gen : unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Alel : gen yang memiliki lokus (posisi pada kromosom) yang sama, tetapi memiliki sifat bervariasi yang disebabkan mutasi pada gen asli. DNA primer : sekuens DNA yang komplemen terhadap sekuens yang akan diamplifikasi, terutama dalam reaksi berantai polimerase (PCR). 3. Mengapa kita perlu melakukan seleksi berbasis marka molekuler? Seleksi ini dilakukan dengan mengidentifikasi dasar yang paling fundamental dalam tanaman yaitu DNA. Salah satu contoh alasan diperlukannya metode ini adalah efisiensi waktu. Seleksi pada umumnya didasarkan pada karakter yang dapat dilihat dan diukur, ini disebut seleksi fenotipe, sedangkan fenotipe merupakan karakter hasil



dari ekspresi genetik. Sebelum karakter yang diinginkan dalam tanaman terekspresi, metode seleksi molekuler dengan marka sudah mampu mengidentifikasi keberadaan gen yang diinginkan. Hal ini mampu memotong lamanya waktu seleksi karena sudah dapat dilakukan seleksi meskipun dari tahap awal perkecambahan suatu tanaman. 4. Apa yang menjadi dasar dalam pemanfaatan marka molekuler dibandingkan dengan pemuliaan menyeleksi secara fenotipik? Pada umumnya, pemulia tanaman melakukan seleksi terhadap karakter tanaman yang dapat dilihat dan diukur (Phenotypic selection), tapi metode seleksi ini memiliki beberapa tantangan karena relatif sulit, memerlukan waktu yang lama, terpengaruh oleh lingkungan, dan relatif mahal sehingga tidak hanya berpengaruh pada pengembangannya tetapi juga terhadap ekonomi. Dalam seleksi marka, identifikasi dilakukan secara molekuler terhadap keberadaan gen yang diinginkan. Hal yang membedakan tanaman satu dengan yang lainnya adalah DNA, DNA terletak dalam kromosom berbentuk untaian dengan materi genetik. Gen, yang mengontrol karakteristik suatu tanaman termasuk fenotipe-nya. Marka atau penanda terletak berdekatan dengan gen yang diinginkan sehingga akan membantu pemulia untuk membuat peta genetik. Peta genetik yang tergambar dari struktur molekuler tanaman dapat membantu mengidentifikasi keberadaan gen yang diinginkan dari satu jaringan tanaman bahkan ketika tanaman masih dalam tahap perkecambahan. Ketika suatu jaringan atau tanaman tidak memiliki gen yang diinginkan, bahan tersebut akan terseleksi dan identifikasi dilanjutkan dengan bahan lain. 5. Diskusikan mengenai kunci utama keberhasilan pengembangan marka molekuler sehingga dapat dilakukan Marker Assisted Selection! Reliability. Marka perlu terkait erat dengan lokus target, sebaiknya memiliki jarak genetik kurang dari 5 cm. penggunaan flanking markers atau Intragenic markers dapat meningkatkan keandalan (reliability) dari marka untuk memprediksi fenotipe. DNA quantity and quality. Beberapa teknik marka membutuhkan banyak sampel DNA yang berkualitas tinggi, yang terkadang sulit didapatkan, pertimbangan ini berdampak pada biaya prosedur. Technical procedure. Kesederhanaan dan waktu yang dibutuhkan dalam sebuah teknik merupakan pertimbangan yang penting. Sehingga diperlukan metode yang sederhana dan cepat dengan keluaran yang tinggi. Level of polymorphism. Idealnya, tingkat polimorfik perlu tinggi dalam bahan pemuliaan (dapat dibedakan secara genotipe). Cost. Pengujian harus hemat biaya demi kelayakan praktik dalam seleksi marka. 6. Bagaimana cara mencari kandidat marka yang bersesuaian dengan karakter target?



Jawab : Metode dengan metode QTL untuk menemukan kandidat penanda yang cocok dengan karakter target. Identifikasi QTL dilakukan dengan menggunakan populasi F2 atau rekombinan strain inbrida (RIL) menggunakan induk kawin dari latar belakang genetik yang berbeda. Pada dasarnya, kami menggunakan metode QTL untuk menemukan hubungan antara penanda genetik dan fenotipe terukur dari. Salah satu syarat untuk pemetaan QTL adalah jaringan pemetaan lokus penanda polimorfik yang dapat mencakup seluruh genom, yang merupakan variasi sifat kuantitatif dalam populasi. 7. Pada generasi berapa umumnya marka molekuler dapat diaplikasikan? Kenapa? Marka molekuler dapat digunakan pada generasi manapun, karena marka digunakan untuk mengidentifikasi DNA sehingga dapat digunakan pada generasi manapun. Adapun umumnya marka molekuler digunakan pada saat pengujian, a. Hasil Persilangan, Digunakan pada generasi F1 untuk menentukan tingkat hibrida suatu benih dan pada generasi F2 untuk kegiatan seleksi b. Hasil Mutasi, Digunakan untuk melihat tingkat keberhasilan mutase, pada umumnya digunakan pada generasi M1 dan M2 c. Hasil Transgenik, Digunakan untuk melihat tingkat keberhasilan teknik transgenic, pada umumnya digunakan pada generasi T1 dan T2 8. Apa syarat suatu marka itu dikatakan handal? Jawab : Menurut Mondini dkk 2009, berikut kriterianya ● Meningkatkan tingkat polimorfisme. ● Mendistribusikan genom dengan merata ● Revolusi genotipe ● Dapat membedakan kondisi homozigot dan heterozigot ● Organisme diploid), ● Netral ● Teknik sederhana dan efisien ● sedikit jaringan dan sampel DNA ● berkaitan dengan fenotipe ● tidak memerlukan informasi tentang genom organisme 9. Apa bedanya marka molekuler berbasis PCR dan non PCR? Marka molekuler dibagi menjadi 2 yaitu, a. Marka molekuler berbasis PCR Marka molekuler berbasis PCR yaitu marka yang dikelompokan dalam satu primer pengamplifikasi, antara lain RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) yaitu marka yang mengamplifikasi genom dengan satu primer spesifik secara acak. Marka ini juga menggunakan kombinasi teknologi PCR untuk digunakan dalam proses penandaannya



b. Marka Molekuler berbasis non-PCR Marka Molekuler berbasis non PCR yaitu marka yang berdasarkan hibridisasi probe, hanya ada satu jenis yaitu RFLP (Restriction Fragment Length polymorphism) yang mempunyai tingkat polimorfik yang disebabkan karena penyisipan, penghilangan atau translokasi DNA dalam genom, marka ini bersifat kodominan tetapi mempunyai keterbatasan dalam perakitannya yang hanya bisa dikonstruksi dari klon cDNA yang telah diketahui. 10. Apa yang dimaksud dengan polimorfisme? Polimorfisme mempunyai 2 suku kata yaitu, Poly yang berarti banyak dan Morfisme yang berarti bentuk. Polimorfisme adalah beberapa fenotip yang berbeda ada dalam populasi suatu spesies. bentuk-bentuk polimorfisme ini harus berada dalam habitat yang sama pada waktu yang sama dan tergolong dalam populasi perkawinan acak. Polimorfisme biasanya bermunculan di alam dan terkait dengan biodiversitas, variasi genetic, serta adaptasi. 11. Apa yang dimaksud dengan marka co-dominant dan dominant ? Marka Co-dominant merupakan salah satu marka yang memiliki fungsi untuk melakukan identifikasi pada suatu lokus terhadap semua alel yang ada. Marker dominant merupakan marka yang hanya dapat mengidentifikasi alel dominan tunggal saja namun pada lokus yang sama. 12. Apa yang harus diperhatikan dalam memilih marka molekuler ? Terdapat beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menggunakan marka molekuler ini antara lain, (1) memberikan tingkat polimorfisme yang rendah untuk beberapa spesies (2) membutuhkan banyak waktu dan tenaga (3) membutuhkan jumlah DNA yang sangat besar, bersih dan terkadang seluruh tanaman diperlukan untuk proses ekstraksi dan (4) perlu dibuat pustaka probe terlebih dahulu untuk spesies tanaman yang belum pernah dieksplorasi sebelumnya 13. Komponen apa saja yang dibutuhkan agar MAS dapat dilakukan lebih efisien? ● Komponen yang dibutuhkan agar MAS dapat dilakukan lebih efisien yaitu : 1. Tingkat integrasi yang lebih besar antara pemuliaan konvensional, pemetaan/validasi QTL dan MAS 2. Perencanaan dan pelaksanaan studi pemetaan QTL (terutama untuk sifat kuantitatif yang kompleks) dan penekanan pada validasi hasil sebelum MAS 3. Optimasi metode yang digunakan dalam MAS seperti ekstraksi DNA dan genotipe penanda, terutama dalam hal pengurangan biaya dan efisiensi 4. Sistem yang efisien untuk penyimpanan data (dari sistem manajemen informasi laboratorium internal (LIMS) hingga database yang tersedia untuk umum). 14. Apa saja hal-hal yang perlu diperhatikan dan perlu dipenuhi untuk marka DNA dalam MAS? Yang harus diperhatikan dalam memenuhi marka DNA dalam MAS yaitu kuantitas dan kualitas DNA sesuai dengan yang dibutuhkan, prosedur teknis pengujian



penanda yang menggunakan metode sederhana dan cepat dengan hasil yang tinggi, tingkat polimorfisme yang tinggi, biaya yang dikeluarkan, dan mampu diandalkan. 15. Kemukakan alasan mengapa dibutuhkan peta molekuler dengan kerapatan tinggi pada MAS! Dengan tersedianya peta molekuler beresolusi tinggi, akan lebih mudah untuk mengidentifikasi lokasi gen dalam suatu kromosom, jumlah gen, dan kekuatan gen yang terlibat dalam properti tertentu. Gen yang terlibat dalam sifat kualitatif dan kuantitatif (QTL). Semakin banyak marka DNA yang digunakan dalam analisis segregasi, semakin besar kemungkinan diperoleh peta genetik yang lebih lengkap. Pemetaan genetik terdiri dari satu set penanda molekuler untuk populasi tertentu. Ketersediaan banyak penanda DNA yang tersebar di seluruh kromosom tanaman sangat membantu dalam keberhasilan pembuatan peta genetik yang padat. 16. Mengapa seleksi berbasis marka molekuler sangat baik diterapkan pada populasi F2? Mengapa demikian? Seleksi berbasis marka molekuler sangat baik diterapkan pada populasi F2 karena pada populasi F2 sudah terjadi variasi genetik yang tinggi sehingga keragaman tumbuhan yang terjadi juga semakin tinggi dan akan menghasilkan gen-gen yang unggul. 17. Mengapa perlu mengetahui Polymorphism information content (PIC) value dalam MAS? Nilai PIC digunakan untuk merujuk pada nilai relatif masing-masing penanda sehubungan dengan jumlah polimorfisme yang dipamerkan, yang dapat diperkirakan oleh dimana Pij adalah frekuensi alel untuk markeri dan penjumlahan meluas melebihi n alel (Weir, 1990; Anderson et al., 1993). Perhitungannya didasarkan pada jumlah alel yang terdeteksi oleh penanda pada lokus tertentu dan frekuensi relatif masing-masing alel pada aksesi yang diuji. 18. Sebutkan apa saja keuntungan yang bisa didapat dengan menggunakan MAS! - MAS lebih sederhana dibanding skrinning fenotipik - MAS dapat dilakukan pada masa awal perkembangan - Rekayasa yang dilakukan jauh lebih terarah sehingga hasil yang diperoleh dapat lebih atau sepenuhnya dapat dikendalikan. - Marka molekuler ditentukan langsung pada materi genetik yaitu DNA itu sendiri. - Hasil yang diperoleh dari teknik marka molekuler secara total independen dari pengaruh lingkungan dimana materi tersebut ditanam. 19. Diskusikan mengenai studi kasus berikut! Seorang mahasiswa ingin melakukan seleksi untuk karakter ketahanan tanaman padi terhadap wereng coklat. Mahasiswa tersebut telah memiliki bahan tanaman dan serangga wereng untuk pengujian. Kemudian ia melakukan pengujian ketahanan dengan melakukan ekstraksi DNA, amplifikasi PCR, marker genotyping dan melakukan analisis



statistik. Apakah langkah yang dilakukan mahasiswa tersebut sudah benar? Langkah tersebut sudah benar. Hal ini dikarenakan didalam melakukan mapping, langkah-langkah dasar dalam proses penyaringan tersebut yang pertama dilakukan adalah dengan mengekstraksi DNA lalu restriksi enzim pembekuan, elektroforesis, southern blotting, hibridisasi cloning, dan yang terakhir deteksi RFLP. Langkah yang dilakukan telah benar bila langkah dasar tersebut dilakukan. Setelah itu, dilakukanlah marker genotyping yang bertujuan untuk mendeskripsikan perbedaan molekuler yang ada. Sehingga, pada akhirnya dapat dilakukan analisis statistic untuk menentukkan seleksi yang nanti nya perlu dilakukan. 20. Apa alasan yang mendasari seorang pemulia untuk melakukan tandem selection? Alasan yang mendasari seorang pemulia untuk melakukan tandem selection adalah dapat mempersingkat waktu yang dibutuhkan. Misalnya pada populasi mentimun yaitu waktu yang dibutuhkan dapat dipersingkat untuk memasukkan sifat eksotis ke dalam plasma nutfah mentimun komersial. Dengan demikian, sebuah proyek dirancang untuk menggabungkan sifat eksotis yang mengkondisikan arsitektur tanaman menjadi mentimun komersial untuk meningkatkan hasil panen. Hal ini dilakukan dengan menghubungkan jalur unik yang berbeda dalam kebiasaan tanaman untuk menghasilkan populasi dasar yang dikenai tiga siklus seleksi massa berulang oleh fenotip untuk empat komponen hasil. Selanjutnya, garis hasil tinggi diekstraksi melalui seleksi strategis dengan penanda molekuler, dan penyilangan silang. 21. Sebutkan keuntungan yang bisa didapat dengan penggunaan tandem selection! ● Pada tandem selection breeder hanya berfokus pada satu sifat dalam satu waktu sehingga breeder dapat fokus untuk mengoptimalkan sifat yang diinginkan. 22. Diskusikan mengenai prosedur yang dilakukan dalam tandem selection untuk menyeleksi karakter yang diinginkan! ● Seleksi dilakukan terhadap satu sifat yang dilakukan untuk beberapa generasi, yang kemudian seleksi dilakukan untuk sifat kedua. Perbaikan ditujukan untuk sifat pertama, setelah sifat pertama diperoleh perbaikannya (yang cukup baik) dilanjutkan untuk perbaikan sifat lainnya. 23. Sebutkan faktor apa saja yang menjadi pertimbangan pemilihan marka yang akan digunakan dalam tandem selection! ● Faktor yang dipertimbangkan saat pemilihan marka, seperti jenis marka, korelasi antar sifat, jarak gen dari QTL dan jumlah QTL yang berdekatan dengan marka. 24. Jawab dengan singkat apa saja hal-hal yang dilakukan dalam seleksi fenotipe pada tandem selection! ● Pengembangan plasma nutfah. Mengembangkan semua plasma nutfah yang akan digunakan. ● Siklus seleksi 1 : galur tetua dievaluasi untuk karakter yang diinginkan. Perbaikan galur yang dipilih dengan metode seleksi



●



Siklus seleksi 2 dan evaluasi : Respon terhadap seleksi pada siklus sebelumnya dievaluasi dan dilakukan seleksi fenotipe. 25. Apa bedanya antara foreground dengan background selection? ● Foreground selection menggunakan marker yang terkait dengan gen yang diinginkan untuk memilih alel atau gen target ● Background selection menggunakan marker yang tidak terkait dengan gen yang diinginkan untuk menyeleksi DNA lain dari tetua donor 26. Bila kita menginginkan melakukan MAS untuk ketahanan terhadap toleransi kekeringan yang banyak berkaitan dengan kemampuan perakaran, maka isolasi DNA genomic akan dilakukan pada organ akar, daun atau batang? Mana yang terbaik? Mengapa demikian? Pada organ daun karena pada daun diupayakan mengurangi kehilangan air saat terjadinya transpirasi. Hampir 90% tanaman kehilangan air karena proses transpirasi pada permukaan daun. Sehingga untuk melakukan isolasi DNA genomic dilakukan pada organ daun.



Benar atau Salah 1. Penggunaan DNA Marker efektif digunakan untuk seleksi tidak langsung pada karakter kuantitatif dengan heritabilitas rendah. Jawab: Benar 2. MAS dapat digunakan untuk mengkarakterisasi keragaman genetik dan membantu pemulia dalam pemilihan tetua yang selanjutnya digunakan untuk pembentukan populasi yang akan diseleksi. Jawab: Benar 3. Marka kodominan tidak lebih penting dibanding marka dominan dalam MAS untuk tanaman hibrida. Jawab: Salah 4. Sebaik apa marka dapat terkait dengan karakter target menjadikan faktor besar yang mempengaruhi efisiensi dalam MAS. Jawab: Benar 5. Dalam karakterisasi menggunakan marka molekuler, marka-marka yang digunakan tidak harus linkage atau sangat dekat posisinya dengan gen dari karakter yang dikendalikannya. Jawab: Salah 6. Semakin sedikit alel yang terdapat dalam lokus, semakin sedikit pula keragaman yang dimiliki. Jawab: Benar 7. Penggunaan MAS belum dapat memungkinkan untuk menyeleksi pada seluruh tingkat genome. Jawab: Benar 8. Tandem selection merupakan penggabungan prosedur seleksi pada pemuliaan tanaman antara seleksi fenotipik dan seleksi berbasis marka molekuler.



Jawab: Salah 9. Penggunaan tandem selection dapat mengurangi waktu dan biaya yang dibutuhkan untuk menyeleksi karakter kualitas secara efisien. Jawab: Benar 10. Genotyping and selection adalah bagian dari prosedur MAS yang dilakukan dalam tandem selection. Jawab: Salah



DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2008. Molecular Breeding and Marker-Assisted Selection. C. Y., Bertrand. Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Phil. Trans. R. Soc. B (2008) 363, 557 – 572. Guo-Liang Jiang. 2013. Molecular Markers and Marker-assisted Breeding in Plants.