BIOTEKNOLOGI PERTANIAN

BIOTEKNOLOGI PERTANIAN

Diajukan sebagai salah satu tugas mata kuliah Dinamika Unsur Hara

Kelas G

Ahmad yasin	150510140047

PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2016

1.     What is biotechnology? What are the achievements of biotechnology?

Secara Umum, Pengertian Bioteknologi adalah aplikasi organisme atau bagian tubuh organisme ke dalam teknologi untuk menghasilkan sesuatu yang bermanfaat.  Pemanfaatan organisme atau komponen sbuselulernya dilakukan denga terarah dan terkontrol untuk melibatkan multidisiplin serta aplikasi yang terpadu dengan mikrobiologi, biokimia, biologi sel, fisiologi, genetika molekuler, dan teknik kimia.

2.     Write a short note on the global impact of biotechnology.

Dampak Negatif Bioteknologi

Bioteknologi, seprti juga lain, mengandung resiko akan dampak negatif. Timbulnya dampak yang merugikan terhadap keanekaragaman hayati disebabkan oleh potensi terjadinya aliran gen ketanaman sekarabat atau kerabat dekat.

Dampak lain yang dapat ditimbulkan oleh bioteknologi adalah persaingan internasional dalam perdagangan dan pemasaran produk bioteknologi. Persaingan tersebut dapat menimbulkan ketidakadilan bagi negara berkembang karena belum memiliki teknologi yang maju, Kesenjangan teknologi yang sangat jauh tersebut disebabkan karena bioteknologi modern sangat mahal sehingga sulit dikembangkan oleh negara berkembang.

Dampak Positif Bioteknologi

Keanekaragaman hayati merupakan modal utama sumber gen untuk keperluan rekayasa genetik dalam perkembangan dan perkembangan industri bioteknologi. Baik donor maupun penerima (resipien) gen dapat terdiri atas virus, bakteri, jamur, lumut, tumbuhan, hewan, juga manusia. Pemilihan donor / resipien gen bergantung pada jenis produk yang dikehendaki dan nilai ekonomis suatu produk yang dapat dikembangkan menjadi komoditis bisnis.

3.     What is the difference between the traditional biotechnology and modern biotechnology?

Bioteknologi Tradisional :

Pengertian bioteknologi tradisional adalah bioteknologi yang sifatnya sederhana dengan menggunakan jasad renik (mikroba) alami di awal penggunaannya dengan bersifat kemungkinan tanpa berdasar ilmiah. 

Bioteknologi Modern :

Pengertian bioteknologi modern adalah bioteknologi organismedengan hasil rekayasa genetika melalui perlakukan yang mengubah landasan penetu kemampuan hidup, dengan mengubah tatanan gen yang menentukan sifat spesifik dai suatu organisme, sehingga berlangsung dengan efisien dan efektif.

4.     Mention and explain define the term in: a) tissue culture; b) transgenic; c) molecular marker.

Kutur Jaringan

Kultur jaringan merupakan salah satu cara perbanyakan tanaman secara vegetatif. Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi bagian tanaman seperti daun, mata tunas, serta menumbuhkan bagian-bagian tersebut dalam media buatan secara aseptik yang kaya nutrisi dan zat pengatur tumbuh dalam wadah tertutup yang tembus cahaya sehingga bagian tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap. Prinsip utama dari teknik kultur jaringan adalah perbayakan tanaman dengan menggunakan bagian vegetatif tanaman menggunakan media buatan yang dilakukan di tempat steril. Tahapan yang dilakukan dalam perbanyakan tanaman dengan teknik kultur jaringan adalah:

·         Pembuatan media

·         Inisiasi

·         Sterilisasi

·         Multiplikasi

·         Pengakaran

·         Aklimatisasi

Transgenik

Transgenik adalah proses pemindahan gen (disebut transgen) ke organisme hidup sehingga organisme memiliki sifat dan ciri-ciri baru yang akan diteruskan ke keturunannya. Transgenik biasanya dilakukan kepada tumbuhan untuk mendapatkan bibit unggul. Tumbuhan akan disisipi gen asing dari spesies tumbuhan yang berbeda atau gen dari bakteri/virus lain. Tumbuhan transgenik biasanya tahan terhadap suhu ekstrem, tidak cepat membusuk, memiliki warna atau bentuk berbeda, tahan terhadap hama, dan kuantitas dan kualitas yang lebih tinggi.

Marka Molekuler

Marka molekuler merupakan metode penunjuk keberadaan rangkaian nukleotida atau lebih umum dikenal pasangan basa (DNA). Marka dapat menyandikan suatu sifat atau memberikan informasi tentang keberadaan posisi suatu sekuen konservasi di dalam genom atau non fungsional.

5.     What is a plant tissue culture? What is a basic theory in applying tissue culture?

Kultur Jaringan Tanaman

dikenal juga dengan sebutan tissue culture.

- Kultur = budidaya

- Jaringan = sekelompok sel yg mempunyai bentuk dan fungsi yang sama

Jadi, Kultur Jaringan adalah membudidayakan jaringan tanaman menjadi tanaman baru yang mempunyai sifat sama dengan induknya. Kultur Jaringan diartikan pula dengan memelihara & menumbuhkan organ tanaman (embrio, tunas, bunga dsb) atau jaringan tanaman (sel, kalus, protoplast) pada kondisi aseptik.

Prinsip Dasar Kultur Jaringan Tanaman

Prinsip dasar kultur jaringan berpegangan pada teori sel dari Schwan dan Schleiden pada tahun 1834. Teori sel atau yang lebih dikenal dengan teori totipotensi menyatakan bahwa setiap sel tanaman hidup mempunyai informasi genetik dan perangkat fisiologis yang lengkap untuk dapat tumbuh dan berkembang menjadi tanaman utuh jika kondisinya sesuai. Sel-sel tersebut merupakan kesatuan biologis terkecil yang mempunyai kemampuan untuk mengadakan berbagai aktivitas hidup, seperti: metabolisme, reproduksi, pertumbuhan dan beregenerasi.

6.     What is micropropagation? How is it different from vegetative propagation?

Teknik perbanyakan mikro (mikropropagasi) merupakan salah satu contoh menarik dan klasik dari penerapan teknik kultur jaringan. Teknik ini dilakukan dengan cara menanam eksplan berupa pucuk beserta jaringan meristemnya yang dikenal sebagai teknik kultur pucuk (shoot tip culture) atau menanam tunas lateral dengan satu atau lebih buku (single node and multiple node culture). Teknik terakhir juga dikenal dengan istilah invitro layering. Perbanyakan mikro secara umum dapat diartikan sebagai usaha menumbuhkan bagian tanaman dalam media aseptis kemudian memperbanyak bagian tanaman tersebut sehingga dihasilkan tanaman sempurna dalam jumlah banyak. Tujuan utamanya adalah memproduksi tanaman dalam jumlah besar dan waktu yang singkat.

7.     What are somaclonal variations? What is it’s significance in plant tissue culture?

Variasi somaklonal didefinisikan sebagai keragaman genetik dari tanaman yang dihasilkan melalui kultur sel, baik sel somatik seperti sel daun, akar, dan batang, maupun sel gamet. Variasi somaklonal yang terjadi dalam kultur jaringan merupakan hasil kumulatif dari mutasi genetik pada eksplan dan yang diinduksi pada kondisi in vitro. Variasi somaklonal merupakan perubahan genetik yang bukan disebabkan oleh segregasi atau rekombinasi gen, seperti yang biasa terjadi akibat proses persilangan.

Variasi somaklonal dapat dikelompokkan menjadi keragaman yang diwariskan (heritable), yaitu yang dikendalikan secara genetik, dan keragaman yang tidak diwariskan, yakni yang dikendalikan secara epigenetik. Keragaman somaklonal yang dikendalikan secara genetik biasanya bersifat stabil dan dapat diturunkan secara seksual ke generasi selanjutnya. Keragaman epigenetik biasanya akan hilang bila diturunkan secara seksual (Skirvin et al. 1993).

8.     What is an explant? How will you induce callus from it?

Explant adalah unit dasar teknik mikropropagasi yang disamakan dengan unit dasar perbanyakan vegetatif konvensional yaitu: setek, cangkok dan okulasi. Bagian tanaman yang dijadikan sumber explant tergantung pada tipe/jenis kultur, maksud, dan tujuan pengkulturan serta spesies yang digunakan. Dengan demikian explant boleh berasal dari berbagai organ atau bagian tanaman seperti: kotiledon, hipokotil, batang, daun, pucuk batang, kuncup bunga, akar, bunga, petal, petiola, embrio, antera atau serbuk sari. Namun dari seluruh contoh yang diatas, bagian yang paling baik untuk mikropropogasi adalah bagian yang masih muda, dimana sel masih aktif membelah.

Dalam teknik kultur jaringan (in vitro), kalus dapat diinduksi dengan menambahkan zat pengatur tumbuh yang sesuai pada media kultur, misalnya auksin dan sitokinin yang disesuaikan. Jika konsentrasi auksin lebih besar daripada sitokinin maka kalus akan terbentuk, sedangkan jika konsentrasi sitokinin yang lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi auksin maka yang terbentuk bukanlah kalus, melainkan tunas. Selain zat pengatur tumbuh atau hormon pertumbuhan, penambahan vitamin dan protein juga diperlukan untuk pertumbuhan kalus. Induksi kalus dalam teknik kultur jaringan tanaman diperlukan untuk memunculkan keragaman sel somatik di dalam kultur in vitro dan meregenerasikan sel tersebut menjadi embrio somatik

9.     What are the requirements for establishing a tissue culture laboratory?

Di setiap laboratorium dimana teknik kultur jaringan digunakan harus mempunyai sejumlah fasilitas yang mencakup :

- Ruang pencucian

- Ruang persiapan media, sterilisasi dan penyimpanan

- Ruang transfer aseptik

- Ruang kultur atau inkubator yang lingkungannya terkontrol

- Ruang pengamatan dan koleksi data Diagram laboratorium kultur jaringan

10.  What are the advantages of using molecular markers in plant breeding selections over morphological and biochemical markers?

Penanda Morphologi

Penanda ini mudah dilihat oleh mata dan telah banyak digunakan sejak masa awal genetika. Contohnya adalah warna, ukuran, atau bentuk organ tertentu. Walaupun mudah dan masih dipakai (biasanya digunakan untuk mengontrol berhasilnya suatu persilangan), penanda morfologi dapat termodifikasi oleh pengaruh lingkungan sehingga dianggap tidak stabil. Selain itu, penanda morfologi jumlahnya sangat terbatas dan untuk mengamatinya orang harus menunggu hingga sifat penanda itu muncul.

Penanda biokimiawi

biasanya memerlukan alat atau metode khusus untuk mengamatinya. Kajian genetik hewan dan kedokteran pada masa lalu banyak menggunakan penanda ini, misalnya untuk menentukan golongan darah atau kehadiran suatu penyakit dengan uji serologi). Kalangan genetika tumbuhan banyak menggunakan penanda biokimia sejak tahun 1960-an dengan menggunakan isoenzim (isozim). Penanda isoenzim bersifat kodominan sehingga dapat dipakai pada populasi segregasi dengan individu heterozigot.

11.  Discuss in detail different types of molecular markers used in genome mapping

Terdapat bermacam-macam penanda genetik, yang masing-masing memiliki kelebihan dan kelemahan yaitu :

·         Penanda morfologi

Penanda ini mudah dilihat oleh mata dan telah banyak digunakan sejak masa awal genetika.

Contohnya adalah warna, ukuran, atau bentuk organ tertentu. Walaupun mudah dan masih dipakai (biasanya digunakan untuk mengontrol berhasilnya suatu persilangan), penanda morfologi dapat termodifikasi oleh pengaruh lingkungan sehingga dianggap tidak stabil. Selain itu, penanda morfologi jumlahnya sangat terbatas dan untuk mengamatinya orang harus menunggu hingga sifat penanda itu muncul.

·         Penanda biokimia

Penanda biokimiawi biasanya memerlukan alat atau metode khusus untuk mengamatinya. Kalangan genetika tumbuhan banyak menggunakan penanda biokimia sejak tahun 1960-an dengan menggunakan isoenzim (isozim). Penanda isoenzim bersifat kodominan sehingga dapat dipakai pada populasi segregasi dengan individu heterozigot. Meskipun cukup diskriminatif dan tidak mudah terpengaruh lingkungan, penanda ini seringkali diekspresikan pada waktu dan organ tertentu saja. Jumlahnya tidak banyak dan analisisnya memakan waktu dan biaya. Semenjak ditemukannya enzim endonuklease restriksi, penanda biokimia mulai ditinggalkan penggunanya.

·         Penanda molekul

Penanda molekul adalah penanda yang mengandalkan sifat-sifat aplikatif DNA atau cDNA. Jadi, penanda biokimia tidak termasuk di dalamnya meskipun sebenarnya juga merupakan molekul. Penanda molekul bersifat stabil karena DNA bersifat baka dan tidak terpengaruh lingkungan.

12.  What is genome sequencing project? Name any two organisms whose genome have been sequenced completely

Sejalan dengan berkembangnya mesin-mesin sekuensing DNA automatis (automatic DNA sequencer), sejumlah organisasi telah memberikan perhatian dan dukungan dana bagi penentuan sekuens genom berbagai spesies organisme penting. Beberapa genom yang ukurannya sangat kecil seperti genom virus HIV dan fag λ telah disekuens seluruhnya. Genom sejumlah bakteri, misalnya E. coli (4,6 x 106 pb), dan khamir Saccharomyces cerevisiae (2,3 x 107 pb) juga telah selesai disekuens. Sementara itu, proyek sekuensing genom tanaman Arabidopsis thaliana (6,4 x 107 pb) dan nematoda  Caenorhabditis elegans saat ini masih berlangsung.

13.  What are quantitative trait loci (QTL)? Write their mapping by using molecular markers.

Lokus sifat kuantitatif, lebih dikenal luas sebagai QTL dari singkatan bahasa Inggrisnya: Quantitative Trait Locus (jamak Loci), dalam genetika mengacu pada suatu bagian kromosom atau peta genetik yang terkait secara statistik dengan suatu variasi yang ditunjukkan oleh suatu sifat kuantitatif. Penentuan QTL ditentukan melalui suatu studi asosiasi antara variasi genotipe yang ditunjukkan oleh sejumlah penanda pada peta genetik dan variasi fenotipe yang terukur. Kajian yang melibatkan QTL banyak ditemukan dalam bidang kedokteran untuk mencari gen penyebab penyakit, dalam bidang pertanian untuk membantu pekerjaan pemuliaan, serta dalam beberapa cabang biologi, terutama evolusi dan taksonomi.

14.  Write a note on ‘transgenic breeding strategies and molecular markers’.

strategi dasar pemuliaan tanaman antara lain:

·         Koleksi Plasma Nuftah

Plasma nutfah adalah bahan baku dasar pemuliaan karena di sini tersimpan berbagai keanekaragaman sifat yang dimiliki oleh masing-masing nomor koleksi (aksesi).

·         Peningkatan keragaman (variabilitas) genetik.

Apabila aksesi tidak ada satu pun yang memiliki suatu sifat yang diinginkan, pemulia tanaman melakukan beberapa cara untuk merakit individu yang memiliki sifat ini. Beberapa cara yang dapat dilakukan adalah introduksi bahan koleksi, persilangan, manipulasi kromosom, mutasi dengan paparan radioaktif atau bahan kimia tertentu, penggabungan (fusi) protoplas/inti sel, manipulasi urutan gen, transfer gen, dan manipulasi regulasi gen.

15.  Describe the various techniques utilized for introducing foreign DNA into plant cells

Sebuah organisme antara atau virus dapat digunakan untuk “menginfeksi” DNA inang dengan bahan genetik yang diinginkan. Teknologi pengeboman mikropartikel juga banyak digunakan secara luas untuk menyalurkan asam nukleat eksogen (DNA dari spesies lain) ke dalam sel tanaman. Bahan genetik yang diinginkan diendapkan ke dalam partikel logam berukuran mikron dan ditempatkan dalam suatu perangkat yang dirancang untuk mempercepat (microcarrier) untuk mendapatkan kecepatan yang diperlukan untuk menembus dinding sel tumbuhan. Dengan cara ini, transgen dapat disalurkan ke genom sel. Sebuah DNA baru dapat juga disisipkan ke dalam sel inang menggunakan elektroporasi, di mana suatu sentakan listrik dite-rapkan pada sel-sel untuk menciptakan bukaan di membran plasma yang mengelilingi sel. Sebuah penanda gen (biasanya resisten terhadap antibiotik) termasuk dalam paket untuk memferifikasi tingkat efektifitas dalam memperkenalkan DNA asing.

16.  Write the procedure of gene cloning.

Secara teoritis prosedur dan mekanisme kloning terhadap makhluk hidup melalui empat (4) tahap yaitu :

·         isolasi fragmen DNA,

·         penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor,

·         transformasi,

·         seleksi hasil kloning.

17.  What does PCR stand for? What is PCR technology? What are the different steps involved in a PCR reaction?

Menurut Mahmudin ( 2010 ) Polymerase Chain Reaction (PCR) dapat digunakan untuk:

·         amplifikasi urutan nukleotida.

·         menentukan kondisi urutan nukleotida suatu DNA yang mengalami mutasi.

·         bidang kedokteran forensik.

·         melacak asal-usul sesorang dengan membandingkan “finger print”.

18.  What do you mean by bio safety? Discuss in detail the biosafety guidelines and regulations for release of genetically engineered microorganisms.

Biosafety adalah suatu disiplin dalam penanganan dan sistem kontainmen terhadap mikroorganisme menular dan bahan biologi berbahaya. Prinsip-prinsip biosafety yang diperkenalkan dalam pelatihan ini adalah sistem kontainmen laboratorium dan penilaian risiko yang meliputi dasar-dasar sistem kontainmen termasuk praktek dan teknik laboratorium yang benar, peralatan keselamatan, fasilitas yang melindungi pekerja laboratorium, lingkungan, dan masyarakat dari terpaparnya mikroorganisme menular. “Saat ini kita hidup di era ketidakpastian dan perubahan.

19.  Write a brief note on bioethics in plant genetic engineering. Discuss the ‘bioethics in plant genetic engineering’.

Etika adalah kajian yang membahas mengenai sudut pandang moral yang mengatur suatu perilaku yang sesuai dengan keadaan bagi perorangan maupun kelompok. Secara sederhana, etika dapat didefinisikan sebagai suatu keadaan perilaku, norma, atau perspektif yang membedakan antara baik dan buruk yang dapat diterima oleh suatu kelompok sosial. Sementara pengertian bioetika sendiri merupakan kajian etika yang berada pada level kajian biologi dan medis. Dalam pertanian, Bioetika dipandang sebagai penerapan yang lebih luas mengenai bioetika yang mencakup suatu penialaian etika terhadap semua tindakan yang bisa membantu atau membahayakan suatu organisme. (Fossey, 2007).

Dalam membahas bioetika, terdapat empat prinsip fundamental yang dirintis oleh Maulana Jalaluddin Rumi pada abad 13 yang meliputi:

·         Beneficence, yakni memberikan prioritas yang bermanfaat bagi kesejahteraan manusia serta mengacu pada perilaku yang baik.

·         Non-maleficence, menghindari perilaku yang dapat merugikan orang lain.

·         Autonomy, menghormati hak-hak pribadi orang lain

·         Justice, memberikan perilaku yang adil serta kesetaraan bagi manusia. (Aksoy&Tenik, 2002; Fossey, 2007).