CYTOPLASMIC MALE STERILITY IN PLANTS AND MATERNAL EFFECTS

RESUMEuntuk memenuhi tugas mata kuliah Genetika I

yang dibimbing oleh Prof. Dr. A. Duran Corebima, M.Pd.

Kelompok Offering BAnggota:

Didik Dwi Prastyo 130341624788Imroatun Hasana 130341614818

UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN BIOLOGIFebruari 2015

A. Kemandulan Jantan Sitoplasmik pada Tanaman

Kemandulan jantan merupakan gejala kemandulan (sterilitas) pada

fungsi reproduksi jantan yang dialami oleh organisme (terutama tumbuhan).

Contoh lain dari pewarisan sifat sitoplasmik dihubungkan dengan kegagalan

polen. Hal ini terjadi pada banyak tumbuhan yang dapat berbunga dan

menghasilkan sterilitas jantan. Pada tanaman jagung, gandum, gula bit,

bawang, dan tanaman pertanian lain, kemandulan dikontrol paling sedikit oleh

faktor sitoplasmik. Akan tetapi pada tanaman lain kemandulan jantan

dikontrol seluruhnya oleh gen nuklear. Penelitian dan tes penting harus dibuat

dalam kasus individu untuk menentukan mekanisme dari pewarisan sifat.

Kemandulan jantan memiliki kepentingan praktis ketika persilangan dibuat

dalam skala yang besar untuk menghasilkan biji hybrid (bastar). Tanaman

hybrid (bastar) diproduksi secara komersial yaitu pada jagung, mentimun,

bawang, sorghum, dan tanaman lain untuk menghasilkan bastar yang kuat

(Gardner, 1984).

1. Kemandulan jantan pada persilangan tanaman yang menghasilkan polen

Contoh klasik dari mekanisme pewarisan sifat maternal yang

membawa kemandulan jantan pada jagung telah diketahui dan dianalisis

secara hati-hati oleh M.M. Rhoades. Polen digagalkan pada kepala putik

dari beberapa tumbuhan jagung, kemudian membuatnya menjadi jantan

yang mandul, tetapi struktur betina dan fertilitasnya adalah normal. Gen

nuklear tidak mengontrol tipe sterilitas, tetapi dibawa oleh generasi ke

generasi sepanjang telur sitoplsma (Gardner, 1984).

Varietas jantan yang mandul terutama dihasilkan hanya oleh

anakan jantan yang mandul ketika dibuahi oleh polen dari tanaman jagung

yang normal. Gamet tanaman induk dari jantan yang mandul kemudian

disilangkan kembali secara berulang-ulang dengan garis polen fertil

(subur) sampai seluruh kromosom dari garis jantan yang mandul telah

ditukar untuk garis keturunan jantan yang fertil (subur). Secara genetik

pengembalian garis steril, sterilitas jantan dipertahankan, menjelaskan

bahwa pewarisan sifat adalah maternal dan tidak dikontrol oleh gen

kromosomal. Sebagai kemajuan penelitian, sejumlah kecil dari polen telah

diperoleh dari garis jantan steril, kemungkinan membuat persilangan

resiprokal. Persilangan ini menghasilkan anakan dari garis tanaman biji

jantan yang steril yaitu jantan fertil. Dengan demikian pewarisan sifat dari

sterilitas jantan adalah maternal, tanpa memperhatikan arah masuk dimana

persilangan dibuat. Sterilitas jantan pada contoh ini telah dihubungkan

pada gen sitoplasmik (plasmagen) yang dibawa oleh gamet-gamet betina.

Akan tetapi, efek sitoplasmik tidak hanya faktor dalam sterilitas jantan.

Gen nuklear spesifik sekarang telah diketahui untuk menekan secara

meternal pewarisan steril pada jagung. Contohnya, gen kromosomal

dominan yang tunggal, dapat mengembalikan fertilitas polen pada

kehadiran dari sitoplasma yang biasanya akan memastikan sterilitas. Pada

satu eksperimen, kegagalan polen terjadi hanya jika jenis spesifik dari

sitoplasma telah hadir sepanjang dengan gen dominan untuk sterilitas

jantan. Alel resesif homozigot hadir pada lokus suppressor (Gardner,

1984).

Skala besar menggunakan jagung jantan yang steril untuk

produksi biji membawa bencana pada perusahaan jagung di Amerika pada

tahun 1970. Dikarenakan keuntungan dari keseragaman pada jagung dan

keuntungan yang besar dari sterilitas jantan pada produksi biji, sumber

daya tunggal dari sitoplasma dikenal sebagai sitoplasma jantan yang steril

Texas (T), telah digunakan dalam memprodiksi biji untuk sebagian besar

jagung hybrid (bastar) yang ditanam pada tahun tersebut (Gardner, 1984).

Gambar 1.1 Maternal inheritance sterilitas jantan pada jagung (Gardner, 1984).

2. Bahaya dari keseragaman

Apa penyebab bencana pada perusahaan jagung? Mutan baru dari

jamur Helminthosporium maydis (Nisikado dan Miyake) menjadi virulen

Male sterile Male fertile

EggCytoplasm

Rare pollen

Gametes

Diploid product

Diploid product

After many backcrosses

Male sterile

Male fertile

I

patogen jenis khusus dari jagung hybrid (bastar). Cendawan tersebut

secara khusus bersifat merusak pada jagung dengan sitoplasma jantan yang

steril (T). Pathologis dan pembudidaya tanaman telah menemukan wabah

dengan pencarian varietas jagung yang resisten terhadap jamur.

Dikarenakan sebelumnya, sedikit menghawatirkan daun menguning dan

rusak, pada 1970 produksi biji telah bergeser ke jagung tanpa sitoplasma

T. Jagung ini membutuhkan detasseling manual tetapi secara luas

digunakan untuk penanaman pada musim dingin pada 1971. Hal tersebut

juga menghasilkan beberapa biji resisten untuk penggunaan perkebunan

umum dengan cepat. Beberapa pembudidaya lebih menyukai perkiraan 20-

30% hasil panen yang gagal dari pada resiko tinggi kegagalan yang lebih

banyak dari pertumbuhan hybrid yang rentan (Gardner, 1984).

Pada tahun 1971 produksi biji disempurnakan tanpa penggunaan

sterlitas jantan dan sitoplasma T. Wabah dari ras T dari H. maydis tidak

serius pada 1972. Masih ras yang lain dari H. maydis dapat muncul,

penyakit jagung satu dari lainnya dapat menjadi ancaman pada bentukan

jagung hybrid yang lebih tinggi dengan sitoplasma jantan steril T.

beberapa varietas dari jagung yang resisten pada adanya ras T dari H.

maydis sekarang telah diidentifikasi dan tersedia untuk produksi biji

(Gardner, 1984).

Contoh ilustrasi bahaya dari keseragaman dari germplasma untuk

pertumbuhan hasil pertanian pada skala besar. Hal tersebut juga

mengindikasikan bahwa pendukung program penelitian penting dalam

menjaga suplai makanan dari kegagalan potensial yang merupakan

bencana besar (Gardner, 1984).

B. Maternal EffectEfek maternal merupakan pengaruh gen ibu terhadap sifat dari

keturunan yang dihasilkan. Embrio dan telur dalam perkembangannya sangat

dipengaruhi oleh lingkungan maternal. Sebelum keluar dari tubuh induk maka

embrio dan telur akan mendaptkan suplai sitoplasma dan nutrisi dari tubuh

induk. Dalam hal ini maka akan mengakibatkan berpengaruhnya gen ibu

terhadap keturunannya. Namun efek maternal ini masih belum sepenuhnya

dibenarkan. Jika efek maternal itu terjadi, maka hasil dari persilangan

resiprokal akan selalu berbeda satu sama lain dengan sifat yang diekspresikan

oleh ibu (Gardner, 1984).

1. Maternal Effect pada Perputaran Cangkang

Contoh klasik dari pewarisan maternal adalah terjadi pada siput

atau bekicot Limnea peregra yang merupakan pewarisan sifat dalam

bentuk putaran cangkang yaitu sinistrall atau putaran kanan dan dekstral

atau putaran kiri. Arah ulir cangkang akan berganrtung pada orientasi

pembelahan sel pertama dari perkembangan embrio sitoplasma. Efek

maternal berpengaruh pada individu turunannya dan berlaku hanya satu

generasi saja. Arah lingkaran rumah siput ini ditentukan oleh sepasang gen

tunggal, yaitu oleh gen D untuk melingkar ke kanan, sedang alelnya d

untuk melingkar ke kiri. D adalah dominan terhadap d (Gardner, 1984).

Pola penggulungan siput ditentukan oleh genotip parental yang

memproduksi telur, daripada hanya fenotip parental saja. Induk maternal

yang bergenotip DD atau Dd hanya memproduksi anakan yang

menggulung dekstral. Investigasi yang dilakukan pada pola penggulungan

siput ini menerangkan bahwa orientasi benang spindel pada pembelahan

pertama setelah fertilisasi menentukan pola penggulungan siput. Orientasi

spindel ini dikontrol oleh gen maternal yang beraksi pada pematangan

telur di ovarium (Gardner, 1984).

Gambar 1.2 Pewarisan sifat dari perputaran cangkang pada Limnea

peregra (Klug et al., 2012).

2. Maternal Efek pada Drosophila

Di University of Texas terdapat Drosophila melanogaster yang

mengalami pertumbuhan tak normal pada daerah kepala yang muncul pada

sampel populasi yang diambil di Acahuizotla, Mexico. Lalat tersebut

dibawa dan dipilih yang mengalami abnormal pada kepalanya selama

beberapa tahun. Proporsi lalat yang mengekspresikan “trait” ini meningkat

kira-kira 76% pada suhu 22°C ketika lalat dibesarkan pada media jagung

dan molase. Ketika dilakukan penyilangan resiprokal maka efek maternal

terlihat (Gardner, 1984).

Tu-H betina dikawinkan secara terpisah dengan 3 jantan liar, dan

11 laki-laki dari laboratorium, dihasilkan 14-52% dari lalat abnormal pada

generasi I. Dari persilangan resiprokal antara jantan Tu-H dan 3 type liar

serta 11 betina dari laboratorium, didapatkan 0-1% yang mengalami

abnormal. Penelitian lebih lanjut menunjukkan efek maternal. Gen dari ibu

yang membawa pengaruh ke arah pertumbuhan abnormal pada kepala

keturunan selama 22 jam pertama dari pertumbuhan. Dua gen utama yang

ditemukan mengendalikan sifat tumor pada kepala yaitu : 1. Gen yang

terpaut seks di 64,5 map unit pada kromosom X mengendalikan efek

maternal. 2. gen struktural pada 58 map unit pada kromosom ketiga

mengendalikan fenotip tumor pada kepala (Gardner, 1984).

Daftar Pustaka

Klug, William S., Michael R. Cummings, Charlotte A. Spencer, dan Michael A. Palladino. 2012. Concepts of Genetics. California: Pearson Education Inc. (ebook).

Gardner, E.J., dan Snustad, D.P. 1984. Principle of Genetics 6th edition. NewYork: John Wiley and Sons.Inc.

Pertanyaan

1. Imroatun Hasana

Mengapa pada era sebelum terjadi bencana tersebut mandul jantan di

kembangkan dengan begitu pesatnya? Apakah alasan mereka

membudidayakan tanaman jagung dengan jantan steril?

Jawab:

Mereka mengembangkan jantan steril karena mandul jantan dapat

meningkatkan terjadinya persilangan secara alami sehingga mengakibatkan

perubahan gen secara cepat, meningkatkan keragaman, dan vigor hibrida.

Mekanisme tersebut memiliki manfaat yang sangat besar pada pemuliaan

heterosis sejumlah tanaman, terutama pada tanaman penyerbuk sendiri seperti

padi, tomat, dan kapas. Karena itu adanya sistem mandul jantan sangat

berperan dalam produksi padi hibrida secara komersial.

2. Didik Dwi P.

Mengapa transmisi yang terjadi umumnya melalui induk betina?

Jawab:

Transmisi yang terjadi umumnya melalui induk betina, karena gametnya

mengandung produk gen maternal sehingga mempengaruhi perkembangan

atau sumber tunggal kloroplas dan mitokondria yang mempengaruhi fenotip

anakannya. Sel reproduksi betina biasanya membawa banyak sitoplasma dan

organel sitoplasmik daripada sel jantan, hal ini akan mempengaruhi sifat

organel dan simbion di dalam sitoplasma.