aplikasi rekayasa genetika tanaman - ordinary · pdf filepha: bioplastik, di a....
TRANSCRIPT
![Page 1: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/1.jpg)
PEMANFAATAN REKAYASA GENETIKA PADA TANAMAN
Suharsono- Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi, IPB
- Departemen Biologi, FMIPA, IPBE-mail: [email protected]; [email protected]
![Page 2: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/2.jpg)
1. PERAKITAN TANAMAN RESISTEN TERHADAP SERANGGA
Metode:Mengekspresikan di tanaman gen penyandi:•insektisidal protoksin dari Bacillus thuringiensis•inhibitor α-amilase•inhibitor protease•lektin
![Page 3: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/3.jpg)
GEN PENYANDI PROTOKSIN Bt
Ekspresi gen protoksin Bt di tanaman
![Page 4: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/4.jpg)
PROTOKSIN Bt
Penggerek tongkol Penggerek batang Penggerek buah
•B. thuringiensis•beracun bagi:
•Lepidoptera (ngengat), •Diptera (lalat dan nyamuk), •Coleoptera (kumbang)
•tidak beracun pada mamalia dan biodegradable.
![Page 5: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/5.jpg)
CARA MENINGKATKAN EKSPRESI•memotong gen (tersisa N-terminal)
98% ujung N: terkonservasiujung C bervariasipotong menjadi 646 aa ujung N dari 1156 aa
•menggunakan promoter kuat
Manduca sextaHeliothis zeaKeiferia lycopersicella
![Page 6: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/6.jpg)
CARA LAIN MENINGKATKAN EKSPRESI Bt
1.Mutagenesis situs terarah (95.6% WT) 10 x 2.Modifikasi sekuen (78.9% WT) 100 x 3.Menggunakan promoter SSU rubisco + peptida
transit + sekuen termodifikasi ekspresi di kloroplast (1% protein daun)
4. Introduksi gen protoksin ke kloroplast 2-3% protein daun
![Page 7: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/7.jpg)
INTEGRASI GEN Bt DI KLOROPLAST
Keuntungan:1. Tidak ada modifikasi protoksin2. Jumlah kloroplast tiap sel banyak toksin tinggi3. Tidak ada resiko penyebaran gen melalui polen
Kerugian:•Serangga dapat menyerang akar, buah, bunga, batang yang tidak mempunyai kloroplast
![Page 8: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/8.jpg)
PENCEGAHAN RESISTENSI SERANGGA TERHADAP Bt
•sebagai agen seleksi serangga resistenPencegahan:•Ekspresi pada waktu singkat (promoter terinduksi PR-1a pathogen atau asam salisilat atau asam poliakrilat)•Fusi dengan gen toksin lain (inhibitor α-amilase)•Kombinasi dengan insektisida kimiawi dosis rendah•Strategi pengungsian (refugee) dengan 20% area non-transgenik. Serangga resisten di tanamantransgenik (80%) jumlahnya sedikit (99.9% mati) kawin dengan serangga sensitif di area 20% non-transgenik dilusi ketahanan
![Page 9: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/9.jpg)
2. PERAKITAN TANAMAN RESISTEN HERBISIDA
Tanaman resisten herbisida:1. Menghambat penyerapan herbisida2. Produksi berlebihan protein sasaran herbisida 3. Mengurangi kemampuan protein sasaran
mengikat herbisida4. Menginaktivasi herbisida melalui metabolisme
EPSPS (5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase)•substrat sintesis aa aromatik•sasaran herbisida glyphosateEkspresi EPSPS mutan E. coli di tanaman resistenterhadap glyphosate
![Page 10: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/10.jpg)
CARA LAIN MERAKIT TANAMAN RESISTEN HERBISIDA
![Page 11: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/11.jpg)
•Nitrilase (dari Klebsiella ozaenae) menginaktivasi herbisida bromoxynile tanaman resisten•Herbisida bromoxynil (3,5-dibromo-4-hydroxybenzonitrile) menghambat fotosintesis
TANAMAN RESISTEN TERHADAP BROMOXYNIL
![Page 12: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/12.jpg)
3. PERAKIAN TANAMAN RESISTEN VIRUS
Resistensi alami:•mencegah transmisi virus•mencegah terbentuknya virus•mengatasi gejala virus
Rekayasa genetik:•Mencegah terbentuknya (perbanyakan) virus
![Page 13: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/13.jpg)
MENCEGAH PERBANYAKAN VIRUS
• Sintesis protein pembungkus virusResisten terhadap TMV, CuMV, AMV, tobacco streak virus, tobacco rattle virus, PVX, PVY, tobacco etch virus
• Teknologi RNA antisense protein pembungkus CuMV
• Teknologi RNAi
![Page 14: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/14.jpg)
EKSPRESI PROTEIN MANTEL VIRUS
Tanaman transgenik mengekspresikan protein mantel:•RNA sense resisten•dengan antisense resisten pada dosis virus rendah
![Page 15: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/15.jpg)
Proteksi dengan protein mantel virus
![Page 16: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/16.jpg)
Resistensi terhadap banyak virusProtein mantel CuMV, Zucchini yellow mosaic virus, WMV2 Cucurbita pepo resisten terhadap ketiga virus
![Page 17: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/17.jpg)
4. PERAKITAN TANAMAN RESISTEN FUNGI DAN BAKTERI
ekspresi pathogenesis-related (PR) protein:β-1,3-glukanase, chitinase, thaumatin-like protein, protease inhibitor, asam salisilat
•chitinase menghidrolisis β-1,4 dari chitin N-acetyl-D-glucosamine (dinding sel fungi)
![Page 18: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/18.jpg)
EKSPRESI ASAM SALISILAT DI TANAMAN•Resisten terhadap fungi dan bakteri•Cara: Ekspresi gen penyandi enzim isochorismate synthase dan isochorismate lyase
![Page 19: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/19.jpg)
5. PERAKITAN TANAMAN TOLERAN CEKAMAN DAN KEGUGURAN
Ekspresi Super Oksida Dismutase (SOD):•tahan panas, herbisida methyl viologen (paraquat), layu (bunga potong)
Ekspresi glutation peroksidase (-s-transferase) (GST):•tahan garam, beku
![Page 20: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/20.jpg)
Toleran terhadap cekaman garam/kering
•perlu osmoprotectant: gula, alkohol, prolin, trehalose, D-ononitol, mannitol, sorbitol, glisin betain, 3-methylsulfoniopropionate
•ekspresi choline dehydrogenase (betA) betain
![Page 21: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/21.jpg)
6. PENUNDAAN BUAH MASAK DAN BUNGA LAYU
Buah masak:•ekspresi polygalacturonase dan cellulase
ekspresinya dihambat: masak buah tertunda (layu bunga, gugur daun tertunda)
Bagaimana menghambat ekspresi?•RNA antisense thd gen penyandi•mengalihkan jalur sintesis enzim
![Page 22: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/22.jpg)
MENGALIHKAN JALUR SINTESIS ETILEN
untuk menghambat sintesis etilen
ACC= amino cyclopropan carboksilik acid
![Page 23: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/23.jpg)
Degradasi ACC sintesis etilen dihambat
![Page 24: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/24.jpg)
7. MANIPULASI PIGMENTASI BUNGA
Antosianin (flavonoid) pigmen bungaChrysanthemum + cDNA CHS sense/antisense bunga putih
Astaxanthin:•pink (salmon, udang)•dari bakteri & mikroalga•mencegah telur rusak karena UV•meningkatkan daya hidup & laju tumbuh antioksidan
Produksi astaxanthin:-ekspresi cDNA β-caroten ketolase (β-C-4 oxygenase) alga hijau (Haematococcus pluvialis)
![Page 25: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/25.jpg)
8. MODIFIKASI KANDUNGAN NUTRISI
memperbaiki:-kualitas nutrisi: jagung, kacang polong (kandungan aa di biji)-komposisi asam lemak dari tanaman penghasil minyak-rasa buah dan sayuran
![Page 26: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/26.jpg)
MENINGKATKAN KANDUNGAN LISIN
Over produksi lisin: menghentikan feedback inhibition oleh aspartokinase & dihydrodipicolinic acid synthase
ekspresi gen DHDPS lysin-feedback-insensitive dari Corynebacterium & AK lysin-feedback-insensitive dari E. coli dikendalikan promoter biji biji mengandung 2-5 x lisin
![Page 27: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/27.jpg)
Kandungan lipid
Kanola transgenik: antisense gen stearate desaturase dari Brasicca akumulasi asam stearat(tidak menjadi asam oleat)
![Page 28: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/28.jpg)
Vitamin AMamalia: β-carotene (provitamin A) vitamin Aβ-carotene: pigmen karotenoid pada membran tanaman fotosintetik
Ekspresi β-carotene di beras via A. t:1: Phytoene synthase (psy)2: Lycopene b-cyclase (lcy)1+2 padi beras mengandung β-carotene shg berwarna kuning/emas
golden rice
![Page 29: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/29.jpg)
9. MODIFIKASI RASA DAN TAMPILAN
Polifenol oksidase: oksidasi monofenol/o-difenol o-quinon perubahan warna buah/sayuranPerubahan warna dihambat dengan menghambat sintesis polifenol oksidase
Kentang:antisense polifenol oksidase
+p35S/pGBSS resisten thd black spotSense polifenol oksidase tidak tahan
Mencegah perubahan warna
![Page 30: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/30.jpg)
PemanisMonellin: -Dioscoreophyllum cumminsii-3000 x lebih manis darpd sukrosa-Dimer: rantai A 45 aa, B 50 aa dengan ikatan lemah nonkovalen-Rusak oleh: panas, asam
Pemanis rendah kalori
![Page 31: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/31.jpg)
Kandungan pati
Kentang: 20-30 amilosa (rantai lurus); 70-80% amilopektin (rantai bercabang) rasio keduanya: perubahan sifat fisik & kimia pati
Amilosa: ikatan α-1,4
Amilopektin: ikatan α-1,4 dan α-1,6
Biosintesis pati
Glukan+glukan α-1,6 amilopektin
p35S + antisense startch branching enzyme amilosa naik: 28% 60-80%
![Page 32: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/32.jpg)
Tanaman sebagai bioreaktor
Produksi agen terapetik di tanaman transgenik (skala lab)
![Page 33: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/33.jpg)
Antibodi
Keunggulan tanaman drpd bakteri: integrasi DNA di genom tanaman lebih stabil, protein mengalami pemrosesan spt di sel hewan, lebih murah (produksi antobodi per gram di sel hibridoma: $ 5000, bakteri: $ 1000, tanaman: $ 10-100), dapat disimpan di biji shg tahan lama pada suhu ruang
![Page 34: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/34.jpg)
Produksi biopolimer
Biosintesis poly (3-hydroxybutyric acid) dari acetyl-CoA Alcaligenes eutrophus
Acetyl Co-A Acetoacetyl Co-A D-3-Hydroxybutyryl co-A PHA
Acetoacetyl Co-A reductase Poly(3-hydroxybutyric acid) synthase3-ketothiolase
PHA: bioplastik, di A. eutrophus 1 operon tidak dikenal tanaman
ekspresi 3 gen terpisah: A. thaliana target ke kloroplast1 mg /g daun segar PHA
![Page 35: APLIKASI REKAYASA GENETIKA TANAMAN - ordinary · PDF filePHA: bioplastik, di A. eutrophusÆ1 operon Ætidak dikenal tanaman Æekspresi 3 gen terpisah: A. thalianaÆtarget ke kloroplast](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022021503/5a7799557f8b9a63638e1642/html5/thumbnails/35.jpg)
Mengubah kandungan ligninLignin:tinggi mutu pulp dan hijauan pakan rendahrendah: antisense 4-Coumarate:coenzyme A ligase