Word DOC | Diposting 31 Jul 2022 | 3 thn lalu
Authentication
digital resources
225x Tipe DOC Ukuran file 0.14 MB Source: repository.ipb.ac.id
Bul. Agron. (33) (2) 49 – 56 (2005)
REVIEW
Rekayasa Genetika untuk Mengatasi Masalah-masalah Pascapanen
Genetic Engineering to Control Postharvest Problems
Darda Efendi1)
Diterima 2 Februari 2005 / Disetujui 6 Juli 2005
ABSTRACT
Flavr Savr tomato is a transgenic tomato which is transformed using Polyglacturonase gene in antisense
orientation. This is the first whole food product of biotechnology that reachs the market, but unfortunately it does not
succeed. Ethylene is thought to act as a natural triggering mechanism for fruit ripening and senescence. Lowering the
production of endogenous ethylene from fruit should delay fruit ripening and senescence. Several ways to control
ethylene biosynthesis are: inactivation of the gene encoding ACC synthase, ACC oxidase, metabolism of SAM so that
ACC is not produced, or metabolism of ACC before it can be converted to ethylene. Effect of ethylene can also be
blocked by blocking the perception of ethylene by specific tissues.
Key words: Ethylene, ACC synthase, ACC oxidase, SAM hydrolase, genetic transformation.
PENDAHULUAN Bioteknologi, salah satunya adalah rekayasa
genetika, merupakan alat yang sangat potensial untuk
Buah-buahan, sayur-sayuran dan bunga potong pemuliaan tanaman. Dua keuntungan utamanya adalah
mempunyai umur simpan pascapanen yang pendek. 1) dapat menghilangkan barrier antar spesies sehingga
Proses pemasakan pada buah-buahan dan senesen pada transgen dapat berasal dari spesies bahkan kingdom
sayuran dan bunga potong berperan besar terhadap yang berbeda, 2) dalam banyak kasus, produk
kehilangan hasil yang tinggi. Di negara maju bioteknologi adalah produk akhir yang tidak
kehilangan pascapanen dapat mencapai 5 - 25%, memerlukan teknologi lain untuk mendukungnya
sedangkan di negara berkembang dapat mencapai 50% (Botella, 2000).
(Kader et al., 1985), atau bahkan bisa mencapai 100% Sejauh ini sebagian besar pendekatan rekayasa
(Salunkhe dan Desai, 1984; Kays, 1997). Sampai genetika untuk masalah-masalah pascapanen difokuskan
sekarang, tingkat kehilangan pascapanen belum pada penggunaan gen-gen yang mengatur pelunakan
menurun secara signifikan. Kehilangan ini akan buah (membran dan dinding sel) dan kecepatan
menyebabkan meruginya petani dan pedagang, pemasakan (produksi atau persepsi etilen) (Botella,
berkurangnya ketersediaan pangan, rendahnya kualitas 2000). Pendekatan yang digunakan adalah penurunan
komoditi yang diterima konsumen, dan secara umum aktifitas gen dengan ’gene silencing’ melalui teknik
dapat disebut sebagai pemborosan sumberdaya alam. ’antisense’ dan ’gene co-supression’, introduksi
Berbagai metoda untuk perpanjangan masa simpan transgen untuk mengubah arah metabolisme etilen atau
dan pencegahan senesen telah diteliti dan dimanfaatkan mengubah sensitifitas jaringan terhadap etilen.
secara komersial termasuk penyimpanan pada atmosfir
terkendali, atmosfir termodifikasi, penyimpanan pada
suhu rendah, penggunaan berbagai bahan kimia dan PEMBAHASAN
penggunaan radiasi. Tetapi implementasi dari teknologi
ini kadang-kadang sangat sulit karena ketiadaan Penundaan Pelunakan Buah
prasarana yang memadai. Diperlukan teknologi lain Pelunakan buah banyak dipelajari karena sangat
yang hasilnya bisa diterapkan tanpa memerlukan banyak berperan dalam kehilangan pasca panen selama
sarana dan masukan lain pada tingkat petani. penanganan dan transpor buah-buahan. Kekerasan buah
1) Staf Pengajar Departemen Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian IPB
Jl. Meranti Kampus IPB Darmaga, Bogor . Telp./Fax (0251) 629353
Email: dardaefendi@yahoo.com
Rekayasa Genetika untuk Mengatasi Masalah .... 49
Bul. Agron. (33) (2) 49 – 56 (2005)
merupakan fungsi dari dinding sel yang merupakan hormon tumbuhan pengendali utama pemasakan buah
komponen struktural yang mengelilingi setiap sel dan senesen (senescence) pada sayur-sayuran dan bunga
tanaman. Selama pematangan buah, berbagai enzim yang paling potensial dan banyak diteliti.
yang terlibat dalam degradasi dinding sel disintesis
dalam buah, diantaranya selulase untuk memecah Penghambatan Biosintesis Etilen
selulosa, poligalakturonase (PG) dan pektin Etilen adalah zat yang secara alami berperan
metilesterase (PME) yang mendegradasi pektin. sangat penting pada proses fisiologi pascapanen, baik
Salah satu gen yang mengontrol pelunakan yang yang bersifat menguntungkan maupun yang merugikan,
paling banyak dipelajari adalah gen yang mengkode diantaranya mempercepat senesen dan menurunkan
enzim poligalakturonase (PG), yang mengkatalis umur simpan, memicu respirasi klimakterik, memper-
hidrolisis rantai asam poligalakturonat pada dinding sel cepat dan menyeragamkan pemasakan (Kader, 1985;
(Grierson et al., 1986). Penurunan ekspresi gen PG ini Kays, 1997). Etilen mengatur pemasakan buah dengan
diharapkan akan memperlambat proses pelunakan buah. mengkoordinasikan ekspresi gen-gen yang bertanggung
Sheehy et al. (1988) telah berhasil menurunkan level jawab dalam berbagai proses, termasuk peningkatan laju
gen pengkode PG dan aktifitas enzim PG dengan teknik respirasi, autokatalitik produksi etilen, degradasi
sense dan antisense, dan merupakan contoh sukses klorofil, sintesis karotenoid, konversi pati menjadi gula,
pertama penggunaan teknologi antisense. Perusahaan dan peningkatan aktivitas enzim-enzim pemecah
Calgene dari USA menggunakan teknologi antisen ini dinding sel (Gray et al., 1992).
untuk menghasilkan tomat transgenik yang dinamai Berbagai usaha telah dilakukan untuk mengurangi
’Flavr Savr’. Tomat transgenik rendah PG ini menandai efek etilen secara kimiawi pada proses pemasakan dan
era baru dalam bioteknologi sebagai produk rekayasa senesen ini termasuk aplikasi aminoethoxyvinylglycine
genetika pertama yang dipasarkan. Tomat Flavr Savr (AVG) sebagai penghambat sintensis etilen; ion perak
dipasarkan oleh Calgene di USA tahun 1994 dengan (Ag+), 2,5-norbornadiene (NBD), diazocyclopentadiene
nama dagang ”MacGregor’s” (Webber, 1994). (DACP) dan 1-methylcyclopropene (1-MCP) sebagai
Pada buah tomat transgenik ini terjadi penurunan penghambat aksi etilen dengan menonaktifkan penerima
tingkat mRNA poligalakturonase 90- 94%, sedangkan (receptor) etilen (Sisler dan Serek, 1999a). Perlakuan
aktivitas enzim poligalakturonase menurun 69 – 93% lingkungan penyimpanan dengan atmosfir terkendali
(Sheehy et al., 1988; Smith et al., 1988). Tomat dan penyimpanan pada suhu rendah digunakan karena
transgenik yang membawa gen antisense PG ini tidak dapat menunda kemasakan dan menghambat ekspresi
menunjukkan perubahan kecepatan pelunakan (Smith et mRNA untuk enzim-enzim selulase, poligalakturonase,
al., 1988), walaupun demikian tomat ini lebih tahan dan enzim-enzim dalam sintesis etilen yang sangat
pecah, dan lebih sedikit terjadi kerusakan selama proses berhubungan erat dengan kehidupan buah pasca panen
pascapanen dibanding tomat bukan-transgenik (Schuch (Dopico et al., 1993). Penyimpanan pada suhu rendah
et al., 1991). masih merupakan masalah pada komoditi tropika karena
Karena merupakan produk transgenik komersial rentan terhadap ’chilling injury’ (Morton, 1987; Kays,
pertama, maka tomat Flavr Savr ini juga merupakan 1997).
produk yang paling banyak dipelajari. Ternyata tomat Skema biosintesis etilen dapat dilihat pada Gambar
ini gagal di pasar karena berbagai hal dan ditarik dari 1. Selama biosintesis etilen, ATP-metionin-S-
peredaran kurang dari setahun sejak dari pelepasannya. adenosiltransferase mengubah metionin menjadi SAM
Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa walaupun (S-adenosilmetionin). ACC sintase (S-adenosil-L-
PG memainkan peranan yang penting dalam perubahan metionin metiltioadenosine-liase) mengubah SAM
tekstur buah selama pemasakan, tetapi bukanlah faktor menjadi ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)
primer dalam mengontrol pelunakan buah (Botella, (Alexander dan Grierson, 2002; Tarun et al., 1998).
2000). ACC kemudian dikonversi menjadi etilen oleh ACC
Selama proses pemasakan buah, tiap spesies yang oksidase (Alexander dan Grierson, 2003; Kende, 1989;
berbeda ternyata mempunyai aktifitas enzim-enzim McKeon et al., 1995; Kende dan Zeevaart, 1997).
dinding sel yang berbeda, karenanya tidak ada satu Biosintesis etilen dengan demikian dapat diturunkan
strategi umum yang berlaku untuk semua komoditi dengan memblok atau menonaktifkan gen pengkode
dalam hal mengontrol pelunakan buah (Botella, 2000). metionin-S-adenosyltransferase, ACC sintase, ACC
Untuk itu perlu dicari alternatif lain yang berlaku lebih oksidase, atau mengintroduksikan gen pengkonde SAM
umum pada rentang komoditi yang luas. Etilen adalah hydrolase atau ACC deaminase (Gambar 1).
50 Darda Efendi
Bul. Agron. (33) (2) 49 – 56 (2005)
Krebs- Cycle
Methionine
MACC
Malonyl transferase
ACC- synthase ACC- oxidase
SAM ACC Ethylene
SAM- Hydrolase ACC- deaminase
Gambar 1. Skema biosintesis etilen dan beberapa gen yang bertanggung jawab dalam reaksi. SAM adalah S-
adenosylmetionine; ACC = 1-ami-nocyclopropane-1-carboxylic acid; MACC = N-Malonyl-ACC. Enzim
dengan panah = Tidak secara alamiah ada pada tanaman.
Menonaktifkan Gen Pengkode ACC Sintase. terbentuknya akar adventif (Clark et al., 1999) dan
ACC sintase telah diklon oleh berbagai grup meningkatnya kerentanan tanaman transgenik ini
peneliti (Sato dan Theologis, 1989; Nakajima et al., terhadap serangan patogen (Knoester et al., 1998).
1990; Van der Straeten et al., 1990; Itai et al., 1999). Lund et al. (1998), dipihak lain, melaporkan bahwa
Oeller et al. (1991) telah menggunakan antisense RNA mutan tomat yang tidak sempurna responnya terhadap
dari ACC sintase untuk menghambat pemasakan buah etilen memperlihatkan penurunan kerentanannya
tomat. Klee et al. (1991), dan Kende dan Zeevaart terhadap patogen. Untuk menghindari efek negatif dari
(1997) menyatakan bahwa tomat dengan transformasi ekspresi transgen ini, maka transgen harus terekspresi
dengan antisense ACC sintase menurun sintesis hanya pada waktu tertentu dan pada tingkat
etilennya hingga 99 persen (hanya memproduksi etilen perkembangan tanaman tertentu dengan menggunakan
1 persen dibanding tomat bukan-trnsgenik). Walaupun promoter khusus (Klee, 2003).
lebih lambat masak tetapi tanaman transgenik ini dapat Metabolisme ACC sebelum Diubah Menjadi Etilen
masak dengan tekstur, warna, aroma dan kekerasan
seperti tanaman normal jika diberi perlakuan etilen Sebuah gen dari bakteri yang mengkodekan ACC
eksogen (Theologis et al., 1992). deaminase telah diintroduksi pada genom tomat (Klee et
al., 1991; Klee, 1993) menyebabkan biosintesis etilen
Menonaktifkan Gen Pengkode ACC Oksidase berkurang 90-97% dan menyebabkan pemasakannya
ACC oksidase yang dulu dikenal sebagai enzim tertunda dan tetap keras 6 minggu lebih lama dari buah
pembentuk-etilen telah diklon dari tomat (Hamilton et tanaman kontrol. Klee et al. (1991) menyatakan bahwa
al., 1991), pear (Castellano dan Vioque, 2000), dan degradasi dari ACC tidak mempengaruhi kemampuan
pepaya (Chen et al., 2003). Pengintegrasian gen buah untuk responsif terhadap etilen, dicirikan dengan
pengkode ACC oksidase dengan orientasi antisense dari buah dapat masak normal jika diekspos pada etilen
tomat menurunkan biosintesis etilen sampai 87%-90% eksogen. Gen pengkode ACC deaminase ini diklon dan
(Hamilton et al., 1990; Picton et al. 1993), hal yang dipatenkan oleh perusahaan Monsanto.
serupa juga terjadi pada melon (Amor et al., 1998; Integrasi konstruksi antisen dari gen ACC oksidase
Flores et al., 2002). (CMe-ACO1) pada melon menyebabkan penurunan
Klee (2003) mencatat bahwa penghambatan biosintesis etilen sampai 99% dan menghambat
biosintesis etilen secara menyeluruh pada semua tingkat pemasakan (Ayub et al., 1996; Guis et al., 1999). Buah
perkembangan tanaman dengan menggunakan antisense dapat dipertahankan pada tanaman induknya untuk
ACC sintase atau ACC oksidase mengakibatkan mengakumulasi fotosintat sampai 48 hari setelah
pengaruh negatif pada perkembangan tanaman. Di penyerbukan tanpa menjadi terlalu masak dan tanpa
antara efek negatif tersebut adalah pencegahan perubahan kekerasan, sedangkan tanaman kontrol harus
Rekayasa Genetika untuk Mengatasi Masalah .... 51
Bul. Agron. (33) (2) 49 – 56 (2005)
dipanen pada 38 hari setelah penyerbukan (Guis et al., pada tomat transgenik pada tingkat yang dapat
1999). Perlakuan etilen eksogen dapat digunakan untuk mengubah proses pemasakan buah sudah bersifat
mempercepat kemasakan tanaman transgenik ini (Ayub merugikan terhadap pertumbuhan dan perkembangan
et al., 1996; Guis et al., 1999). tanaman (Good et al., 1994). Dalam rangka
mengekspresikan samK gen hanya pada proses
Metabolisme SAM Menjadi Produk Lain pematangan buah, perlu dilakukan pengendalian
Agritope, sebuah perusahaan bioteknologi, ekspresi dengan menggunakan promoter yang aktif
menggunakan SAM hidrolase (SAMase, samK) untuk khusus pada jaringan buah tomat (Good et al., 1994;
mengubah SAM menjadi senyawa tak berbahaya bagi Kramer et al., 1997), dan melon (Clendennen et al.,
tanaman, sehingga SAM tidak tersedia untuk dikonversi 1999) menjelang fase klimakterik.
menjadi ACC (Good et al., 1994; Kramer et al., 1997) Terekspresinya SAM hidrolase tidak mengubah
(Gambar 2). Teknik ini dikenal sebagai strategi ukuran dan bobot buah, kekerasan buah, warna internal
‘metabolic shunt’. SAM hidrolase ini berasal dari dan eksternal, dan total padatan terlarut. Penurunan
bacteriophage T3 dan mengkode S-adenosil-metionin biosintesis etilen juga terjadi pada turunan tanaman
hidrolase (Hughes et al., 1987; Bestwick et al., 1991) transgenik dan juga pada hibrida tananam transgenik
tetapi telah diubah kodon awalnya untuk mengkode dengan tanaman normal. Komposisi nilai gizi tomat ini
SAM hidrolase yang fungsional pada tanaman (Good et vitamin, kandungan protein total, asam amino dan asam
al., 1994; Kramer et al., 1997). total, tidak dipengaruhi ekspresi transgen sam-K
SAM tidak hanya sebagai prekursor dari (Kramer et al., 1997). Good et al. (1994) melaporkan
biosintesis etilen tetapi juga memainkan peranan sentral bahwa penurunan sintesis etilen pada tomat transgenik
dalam berbagai reaksi biosintesis termasuk biosintesis yang membawa gen sam-K adalah kira-kira 80%. Buah
poliamin, biosintesis fosfolipid dan metilasi DNA tomat transgenik ini memerlukan waktu dua kali lebih
(Good et al., 1994; Ravanel et al., 1998). Ekspresi dari banyak untuk mencapai kemasakan optimum dibanding
SAM-ase yang dikendalikan oleh promoter konstitutif buah tanaman control.
3Pi SAM ACC
Synthase
ACC
ATP
SAMase Ethylene
MET MTA
Homoserine
MTA
Nucleosidase Ade
NH
3
a-KMB MTR
MTR
Kinase
HCOOH MTR-1-P ATP
Pi ADP
Gambar 2. Gen SAMase (SAM hydrolase) dan siklus metionin pada tanaman (Good et al., 1994). Keterangan: SAM,
S-adenosylmetionin; SAMase, SAM hydrolase; MTA, 5’-methylthioadenosine; MTR, 5-methylribose;
KMB, α-ketomethylthiobutyric acid; MET, metionin; ACC,1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid.
Pengubahan Sensitifitas Jaringan terhadap Etilen persepsi terhadap etilen. Aplikasinya adalah dengan
Selama pemasakan, buah tidak hanya mensintesis mengekpresikan gen-gen yang menyebabkan jaringan
lebih banyak etilen tetapi juga lebih sensitif terhadap tertentu tidak sensitif terhadap etilen (Sisler dan Serek,
etilen (Blakenship and Sisler, 1993; Theologies, 1994), 1997; 1999b). Proses kerja etilen secara sederhana
sehingga pendekatan lain untuk memanipulasi adalah sebagai berikut:
pemasakan dan senesen adalah dengan penghambatan Etilen Terikat ke Reseptor Sinyal diteruskan
ke inti sel Perubahan ekspresi gen.
52 Darda Efendi
no reviews yet
Please Login to review.
