User:Raifedora

Rekayasa Genetik Pada Tanaman Padi

Pendahuluan

Padi (beras) adalah tanaman serealia yang merupakan makanan pokok, terutama bagi orang-orang Asia. Beberapa tahun ini konsumsi padi semakin meningkat, bahkan untuk orang di luar Asia. Padi menyediakan sumber karbohidrat utama dan biasanya mendapat porsi paling besar dalam komposisi makanan yang dikonsumsi. Yang menyebabkan padi banyak dikonsumsi adalah selain merupakan sumber karbohidrat, rasa nasi (padi yang telah dimasak) juga membuatnya cocok untuk dikombinasikan dengan berbagai lauk (Rohman 2014).

Tanaman padi membutuhkan banyak air untuk pertumbuhannya. Namun seiring pemanasan global, terjadi perubahan iklim yang ditandai dengan naiknya suhu dan kekeringan yang semakin panjang. Kekeringan memiliki pengaruh yang sangat buruk bagi pertumbuhan padi, dan masalah kekeringan yang semakin meluas belakangan ini menyebabkan produksi padi menurun di beberapa daerah (Hussain et al. 2014).

Untuk menjawab permasalahan ini, padi transgenik yang tahan kekeringan dapat menjadi salah satu solusinya. Penelitian tentang gen-gen yang dapat dimodifikasi serta modifikasi genetik untuk meningkatkan toleransi kekeringan serta dari padi telah banyak dilakukan oleh para ilmuwan, terutama sejak tahun 2005 sampai dengan saat ini. Ekspresi gen-gen yang terlibat dalam proses respon stress dapat tergantung ABA (asam absisat) ataupun tidak tergantung ABA. Beberapa gen yang dimodifikasi adalah kelompok gen NAC, faktor transkripsi MYB, faktor transkripsi Zinc finger, faktor transkripsi Basic leucine zipper, dan faktor yang responsif terhadap etilen (Sahoo 2013). Salah satu contoh metode pembuatan padi transgenik yang akan dibahas selanjutnya adalah metode transformasi gen DREB1A (faktor responsif terhadap etilen) dengan menggunakan Agrobacterium (Hussain et al. 2014).

Selain padi tahan kekeringan, terdapat padi transgenik lainnya, yaitu seperti sifat resisten herbisida, resisten hama, toleran terhadap stress (contohnya tahan kekeringan), peningkatan produksi, dan sifat-sifat lainnya (Lu & Snow 2005).

Padi

Sejarah Perkembangan

Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman serealia yang paling banyak ditanam di dunia di samping gandum (Triticum spp.) dan jagung (Zea mays L.). Sebanyak 30% dari tanaman serealia yang diproduksi di dunia adalah padi. Tanaman ini umumnya digunakan untuk pakan ternak dan sumber makanan bagi manusia (Shewry 2005). Padi termasuk dalam famili rumput Poaceae dan merupakan tanaman monokotil. Tanaman ini banyak ditemukan di Asia dan Afrika yang beriklim tropis. Domestikasi padi menghasilkan O. sativa dan O. glaberrima yang umum digunakan sebagai bahan makanan. O. sativa banyak terdapat di Asia, sedangkan O. glaberrima banyak terdapat di Afrika. Kultivasi tanaman padi diperkirakan sudah dilakukan sejak 6.500 tahun yang lalu. Cina merupakan negara yang diperkirakan melakukan kultivasi padi pertama kali. Kultivasi padi ini kemudian menyebar ke Jepang, Korea, Indonesia, dan negara Asia lainnya (Gnanamanickam 2009). Selain itu padi juga ditanam di Eropa dan Amerika. Penanaman padi di berbagai tempat ini menghasilkan diversitas genetik untuk menyesuaikan dengan ekosistem setempat (Fageria 2014).

Keunggulan

Tanaman padi memiliki kandungan karbohidrat yang tinggi (sekitar 90%) sehingga digunakan sebagai sumber energi di beberapa negara. Padi juga mengandung protein, lemak, dan serat dalam jumlah rendah. Selain itu, padi memiliki kandungan vitamin B6, asam pantotenat, kalsium, zink, besi, magnesium, mangan, fosforus dan potasium (Gnanamanickam 2009).

Sistem Penanaman

Berdasarkan klasifikasi International Rice Research Institute (IRRC) sistem penanaman padi dibagi menjadi 5 jenis, yaitu irrigated lowland, rainfed lowland, deep water, upland, dan tidal wetlands. Pada umumnya, padi ditanam pada tanah yang dibanjiri dengan air disebut juga Irrigated Lowland Rice. Padi yang ditanam pada sistem ini harus memiliki akar yang tahan pada kondisi anaerob. Selain itu padi yang ditanam di sistem irrigated rice juga memiliki akar serabut lateral untuk difusi oksigen. Sistem irrigated rice memerlukan saluran irigasi yang baik. Kelebihan sistem ini adalah rumput liar yang tumbuh tidak terlalu banyak. (Fageria 2014).

Metode

Induksi Kalus dan Regenerasi

Sterilisasi permukaan biji beras dilakukan dengan menggunakan klorox 50%, pada media N₆ dengan pH 5,8 yang mengandung 3 mg/L 2,4-D, 0,3 g/L kasein hidrolisat, 0,1 g/L mioinositol, 3% sukrosa, serta 0,3% gellan gum agar. Tabung kultur selanjutnya diinkubasi pada suhu 25±2º C selama 12 hari dengan paparan cahaya pada 3 jam awal inkubasi. Subkultur kalus kemudian dilakukan secara aseptis ke media regenerasi dan diinkubasi selama 4 minggu dengan paparan cahaya pada 3 jam awal inkubasi (Hussain et al. 2014).

Transformasi Termediasi Agrobacterium

Gen AtDREB1A diintroduksi ke dalam vektor ekspresi dan vektor rekombinan biner, pBIHCaMV35SDREB1A, dimasukkan dalam E. coli galur DH51α kemudian dimobilisasi ke dalam Agrobacterium tumefaciens galur EH105. Kontruksi plasmid dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1 Diagram struktur bagian T-DNA pada plasmid pBIHCaMV35SDREB1A (Hussain et al. 2014).

Koloni tunggal kemudian dipilih dari cawan rekombinan Agrobacterium EHA105 dan disuspensikan ke media cair Luria Broth yang mengandung 250 mg/L kenamisin sulfat. Kultur suspensi kemudian diinkubasi pada suhu 28°C dengan agitasi 150 rpm selama 2 hari. Kultur bakteri disentrifugasi pada 8000 rpm untuk pembentukan pelet dan kemudian disuspensikan kembali pada media pre-induksi sampai mencapai 0,4 OD600. Kalus beras dikeringkan setelah direndam pada medium infeksi selama 5 menit. Kalus kemudian dipindahkan pada cawan petri yang mengandung media ko-kultivasi pada suhu 25±2º C selama 2 hari dengan paparan cahaya pada 3 jam awal inkubasi. Setelah kokultivasi selesai, sisa Agrobacterium dibuang dengan mencuci kalus menggunakan 500 mg/L antibiotik cefotaxime (Hussain et al. 2014).

Kalus yang sudah kering dimasukkan ke media yang mengandung 500 mg/L cefotaxime dan 75 mg/ L higromisin. Petri dimasukkan ke dalam bilik pertumbuhan selama 1 bulan pada suhu 25±2º C. Persentase kalus yang resisten terhadap higromisin dihitung berikut jumlah kalus yang diinokulasi. Sel yang resisten terhadap higromisin berproliferasi menjadi kalus putih dan dipindahkan ke media regenerasi, sementara kalus putih yang belum mengalami transformasi dibuang. Kalus kemudian dimasukkan kembali pada bilik pertumbuhan selama 1 bulan pada suhu 25±2º C. Tajuk yang tumbuh dipindahkan ke media perakaran. Setelah akar bertumbuh dengan baik, kemudian planlet dipindahkan ke tabung uji yang mengandung air untuk aklimatisasi. Planlet transgenik dipindahkan ke pot pada rumah kaca dibawah kontrol untuk mengoptimalkan pertumbuhan (Hussain et al. 2014).

Hasil

Transformasi gen AtDREB1A (berasal dari Arabidopsis thaliana) yang dimediasi oleh Agrobacterium dengan menggunakan promotor 35s CaMV dan plasmid biner pBIH pada beras jenis Japonica dan Indica, terbukti menghasilkan padi yang tahan terhadap kekeringan. Hal ini terbukti dengan hasil amplifikasi PCR gen AtDREB1A pada tanaman padi yang menunjukan keberadaan pita yang berukuran 632bp. Menurut Hussain et al. (2014), tanaman non-transgenik hanya mampu bertahan dalam kondisi kekeringan selama 3 hari, setelah 3 hari tanaman akan menjadi layu dan mati. Pada tanaman transgenik dengan transformasi gen AtDREB1A, tanaman tidak mengalami sedikit kelayuan hingga hari ketujuh. Namun setelah diberi air, kondisi tanaman transgenik kembali normal (Hussain et al. 2014).

Gambar 2 Hasil PCR gen AtDREB1A pada tanaman padi (Hussain et al. 2014).

Gen DREB pada umumnya mampu meningkatkan jumlah klorofil, stomata, meningkatkan laju fotosintesis dan laju transpirasi. Kemampuan tersebut dapat menunjang tanaman untuk lebih resisten terhadap kekeringan. Tidak hanya dapat digunakan pada tanaman padi saja, gen DREB dapat diekspresikan oleh berbagai jenis tanaman. Beberapa tanamanan memiliki gen DREB secara alami dan tiap tanaman memiliki jenis gen DREB berbeda. Contoh, pada tanaman jagung, gen DREB yang dimiliki adalah ZmDREB1A dan ZmDREB2A yang berperan untuk menghadapi stres abiotik (Liu et al. 2013). Contoh lain adalah gen wDREB2 yang berasal dari tanaman gandum (Yarizade et al. 2014).

Sampai saat ini gen DREB sering digunakan untuk menghasilkan tanaman yang resisten terhadap kekeringan. Namun beberapa jenis gen DREB diduga memiliki kemampuan tahan terhadap suasana dingin, contohnya adalah gen CBF3. Beberapa jenis gen DREB juga diduga mampu menghasilkan tanaman yang resisten terhadap kadar garam tinggi dan asam absisat (Yarizade et al. 2014).

Inisiasi gen DREB ke dalam tanaman tidak hanya dilakukan dengan metode transformasi saja. Gen DREB juga bisa diinisiasi ke dalam sel tanaman dengan menggunakan teknik partikel bombardment. Pada teknik ini, gen DREB yang melapisi partikel inert bisa langsung diinjeksikan ke dalam sel tanaman dengan menggunakan shot gun. Shot gun akan memberikan tekanan dengan gas helium kepada partikel inert yang mengandung gen DREB. Gen DREB akan menembus dinding sel dan masuk ke dalam nukleus. Di dalam nukleus gen DREB akan berintegrasi dengan DNA kromosom sel tanaman tersebut melalui proses rekombinasi homolog. Dibandingkan dengan teknik Agrobacterium, teknik partikel bombardment lebih cepat dan lebih mudah, namun biayanya lebih mahal (Homrich et al. 2012). Beberapa tanaman yang telah mengalami rekayasa genetik dengan menggunakan gen DREB ialah kacang kedelai, padi, selada, dan tomat. Dengan rekayasa genetik ini, lingkungan yang awalnya tidak kompatibel untuk pertumbuhan tanaman pangan, bisa digunakan dan pemanenan tanaman pangan bisa menjadi lebih banyak secara signifikan. Dengan begitu setiap negara mampu menghasilkan tanaman pangannya sendiri dan tidak perlu terlalu banyak mengimpor (Homrich et al. 2012).

Kontroversi

Tantangan terbesar dalam bioteknologi tanaman padi saat ini adalah bukan masalah teknologi lagi, namun pandangan masyarakat bahwa organisme yang termodifikasi secara genetika atau lebih dikenal sebagai GMO (Genetically Modified Organism) berbahaya. Pandangan ini membuahkan pro dan kontra di dalam masyarakat. Pro dan kontra yang terjadi dapat disebabkan oleh banyak hal. Kontra yang terjadi umumnya adalah karena pandangan bahwa produk GMO diasumsikan tidak aman, karena dinilai tidak alami dalam segi pembuatannya. Hal ini dapat terjadi karena kurangnya edukasi pada masyarakat mengenai pembuatan dan sifat alami dari GMO, sehingga menciptakan banyak kesalahpahaman pada masyarakat umum. Berkebalikan dengan kontra, tidak sedikit juga masyarakat yang mendukung produk GMO, hal ini diakibatkan karena banyaknya manfaat dari produk GMO, diantaranya tanaman GMO dapat bertahan pada kondisi ekstrim seperti tahan pada kekeringan dan bencana alam lainnya (Sun et al. 2013).

Pada beberapa penelitian, GMO juga diketahui dapat memperbaiki kualitas pangan. Hal ini disebabkan karena pangan dapat dimodifikasi untuk mempunyai rasa dan nutrisi yang lebih tinggi, bahkan dapat mengurangi zat pemicu alergi dibandingkan tanaman tipe liar (McHughen & Smyth 2008). Manfaat lain yang bisa di dapatkan dari produksi GMO adalah dari segi ekonomis dan ramah lingkungan. Berdasarkan penelitian, pada tahun 1996-2007, Amerika Serikat berhasil mengurangi penggunaan pestisida hingga mencapai 17% (Sebesar 359.000 ton bahan kimia tidak digunakan pada tanah di Amerika). Pengurangan penggunaan pestisida ini berdampak pada berkurangnya juga pengeluaran yang digunakan bagi para petani hingga mencapai 19 juta dolar (Park et al. 2011).

Hal ini juga didukung dengan penelitian bahwa tanaman GMO tidak memiliki dampak buruk bagi keamanan pangan terhadap manusia serta kerusakan lingkungan (McHughen & Smyth 2008). Pro dan kontra yang terjadi pada masyarakat pada saat ini dapat ditekan dengan berbagai edukasi yang berkaitan dengan GMO, serta adanya informasi yang tersebar luas mengenai produk GMO.

Penutup

Simpulan

Padi merupakan sumber karbohidrat yang sering dikonsumsi terutama di Asia dan Afrika. Akan tetapi, tanaman padi rentan terhadap kekeringan. Oleh karena itu, dikembangkanlah padi transgenik yang tahan terhadap kekeringan dan hama. Padi transgenik merupakan padi yang telah dimodifikasi molekul DNA-nya sehingga mengekspresikan sifat tahan kekeringan dan tahan hama. Padi yang disisipkan dengan gen AtDREBIA memiliki sifat tahan kekeringan hingga 7 hari tanpa mengalami kelayuan. Dengan adanya padi transgenik, masalah kelaparan dapat teratasi.

Akan tetapi, padi transgenik mengalami banyak sekali perdebatan. Banyak orang menganggap bahwa padi transgenik merupakan padi yang berbahaya karena telah mengalami mutasi atau perubahan genetik. Dengan adanya perdebatan ini, para peneliti melakukan penelitian tentang padi transgenik apakah berbahaya atau tidak terhadap manusia. Sebagian besar dari hasil penelitian menyatakan bahwa padi transgenik tidak berbahaya, melainkan meningkatkan kualitas padi dan juga meningkatkan jumlah produksi padi.

Saran

Padi transgenik masih perlu dikembangkan lebih lanjut karena baru didapatkan metode transgenik yang memerlukan peralatan canggih dan juga biaya yang mahal. Selain itu, perlu diberikan penyuluhan kepada masyarakat tentang produk transgenik agar masyarakat umum tidak salah pemahaman tentang produk transgenik.

Daftar Pustaka

Fageria NK. 2014. Mineral Nutrition of Rice. Boca Raton: CRC.

Gnanamanickam SS. 2009. Biological Control of Rice Diseases. New York: Springer.

Homrich MS, Strohm BW, Weber RLM, Zanettini MHB. 2012. Soybean genetic transformation: a valuable tool for the functional study of genes and the production of agronomically improved plants. Genet Mol Biol 35(4): 998-1010.

Hussain Z et al. 2014. Agrobacterium mediated transformation of DREB1A gene for improved drought tolerance in rice cultivars (Oryza sativa L). AJCS 8(7):1114-1123.

Liu et al. 2013. Genome wide analysis of ZmDREB genes and their association with natural variation in drought tolerance at seedling stage of Zea mays L.. PLOS Genetic 9(9): 11-16.

Lu B, Snow AA. 2005. Gene flow from genetically modified rice and its environmental consequences. BioScience 55(8):669-678.

McHughen A, Smyth S. 2008. US regulatory system for genetically modified crop cultivate. Plant Biotech J 6(1): 2-12.

Park JR, McFarlane I, Phipps RH, Ceddia G. 2011. The role of transgenic crops in sustainable development. Plant Biotech J 9(1): 2-21.

Rohman A, Helmiyati S, Hapsari M, Setyaningrum DL. 2014. Rice in health and nutrition. Int Food Res J 21(1):13-24.

Sahoo KK, Tripathi AK, Pareek A, Singla-Pareek SL. 2013. Taming drought stress in rice through genetic engineering of transciption factors and protein kinases. Plant Stress 7(1):60-72.

Shewry PR. 2009. Wheat. Journal of Experimental Botany 60(6): 1537-1553.

Sun L, Hu R, Shen G, Zhang H. 2013. Genetic Engineering Peanut for Higher Drought- and Salt-Tolerance Food. Nutr Sci 4(1): 1-7.

Yarizade A, Niazi A, Sazegari S. 2014. Agrobacterium mediated transformation WDREB2 transcription factor to wheat for improvement of tolerance to abiotic stresses. Modern Genetic 8(35): 357-364.