Revolusi Genom Editing dalam Bioteknologi Tanaman

Kebutuhan pangan global diprediksi akan meningkat dua kali lipat pada tahun 2050, sementara lahan subur terus menyusut akibat perubahan iklim, degradasi lingkungan serta adanya alih fungsi lahan subur. Dalam kondisi ini, teknologi pemuliaan tanaman konvensional tidak lagi mencukupi. Sebagai respons, bioteknologi tanaman telah mengalami revolusi besar melalui perkembangan teknologi genome editing, atau biasa dikenal dengan CRISPR/Cas9, yang memungkinkan dilakukannya modifikasi genetik yang sangat presisi dan efisien.

Detection of Somaclonal Variation in Jatropha curcas Linn. Plantlets Regenerated from Somatic Embryo using ISSR Markers

Dari Transgenik ke Editing Genom

Perkembangan awal dari bioteknologi tanaman dimulai dengan teknologi transgenik yakni dengan memasukkan gen asing ke dalam genom tanaman untuk memperoleh sifat baru. Meski berhasil meningkatkan produktivitas dan ketahanan terhadap cekaman biotik dan abiotik, produk tanaman transgenik menghadapi tantangan sosial dan lingkungan, terutama terkait dengan integrasi gen asing ke dalam genom tanaman dan penggunaan marka resistensi antibiotik. Peralihan teknologi transformasi genetik ke genom editing, terutama dengan CRISPR/Cas9, memungkinkan dilakukannya manipulasi gen tanaman tanpa harus memasukkan DNA asing, Hal ini menjadikan tanaman hasil genom editing lebih dapat diterima masyarakat.

Perkembangan Sistem CRISPR/Cas9

Teknologi CRISPR/Cas9 berasal dari sistem pertahanan bakteri terhadap virus. Keberadaan teknologi ini sejak ditemukan tahun 2012, telah berhasil merevolusi penelitian di bidang genetika tanaman. Teknologi ini menggunakan enzim Cas9 dan guide RNA (gRNA) mampu memotong sekuen DNA genom pada lokasi yang spesifik, lalu diperbaiki oleh mekanisme sel. Keunggulan utama CRISPR/Cas9 meliputi presisi, efisiensi, reproducible, dan kemampuan untuk melakukan multiplex editing (menyunting banyak gen sekaligus). Inovasi terkini seperti base editing dan prime editing telah meningkatkan presisi genom editing tanpa perlu memotong untai DNA genom tanaman.

Aplikasi dalam Menghasilkan Tanaman Unggul

Teknologi genom editing telah diaplikasikan pada beberapa komoditas tanaman pangan seperti padi, gandum, jagung, tomat, kentang, dll untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap kekeringan, salinitas, hama, serta memperbaiki kualitas dan hasil produksi. Misalnya, gen ARGOS8 pada jagung disunting untuk meningkatkan toleransi terhadap kekeringan dan hasil panen; gen OsERF922 pada padi diubah untuk menambah ketahanan terhadap penyakit blast. Sistem CRISPR juga telah diterapkan untuk memperpanjang masa simpan buah melon dan mengurangi pencoklatan pada pasca panen buah terung.

Tantangan dan Prospek Masa Depan

Meskipun telah menunjukkan banyak kemajuan, teknologi genom editing menghadapi beberapa tantangan, seperti rendahnya efisiensi transformasi pada tanaman yang sulit direkayasa, efek off-target, dan keterbatasan pada urutan PAM. Namun, pengembangan pada Cas varian baru yang toleran terhadap suhu, sistem integrasi berbasis transposon, serta pendekatan seperti OMEGA dan CAST telah sedikit demi sedikit mengurai permasalahan tersebut.

Growth and Proline Accumulation in Response to Osmotic Stress Induced by Polyethylene Glycol Treatment in Tacca leontopetaloides Cultured In Vitro

Dalam kurun waktu satu dekade ini, teknologi genome editing berbasis CRISPR/Cas9 telah merevolusi bioteknologi tanaman. Dengan presisi tinggi, kemampuan multiplexing, dan tanpa adanya penggunaan gen asing, teknologi ini menjanjikan solusi mutakhir untuk mengembangkan tanaman masa depan yang toleran terhadap perubahan iklim dan mampu menunjang ketahanan pangan global. Pengembangan penelitian lebih lanjut dan kolaborasi para periset dalam skala global akan menjadi kunci keberhasilan dalam penerapan teknologi ini dalam skala luas pada kegiatan pemuliaan tanaman.

Referensi:

Ben-Amar, A. Potential of advanced genome editing tools in plant biotechnology and crop improvement: progress and challenges. Plant Cell Tiss Organ Cult 158, 16 (2024). https://doi.org/10.1007/s11240-024-02807-4

Artikel Selengkapnya...

Seberapa Panjang DNA Yang Dimiliki Seorang Manusia Dewasa?

"If you uncoiled all the DNA in Your body and placed it end-to-end, it would be about 67 billion miles long. That’s more than 14 Times the distance between earth and Pluto".

MasyaAllah, Is that amazing?

Mungkin reference di atas kelihatanya agak “Lebay” Yuk,..kita coba hitung-hitung sendiri! Whole Genome 1 set kromosom manusia (23 Pasang): 300 M bp, Jumlah sel seorang manusia dewasa: ± 10 T, Jarak antar Base pair: ~3,4 Angstroms; 1 Angstroms: 0.00000000010 meter. Jadi kalkulasinya= 10.000.000.000.000 x 300.000.000 x 3,4 x 0.00000000010 = 1.020.000.000.000 meter (CMIIW). Make sense, Nukleotida sebegitu panjang.....di zip zip zip zip zip zip zip dan jadilah anda.

“Apakah mereka diciptakan tanpa sesuatupun, atukah mereka yang menciptakan (diri mereka sendiri)? Ataukah mereka telah menciptakan langit dan bumi itu? Sebenarnya mereka tidak meyakini (apa yang mereka katakan). Ataukah di sisi mereka ada perbendaharaan Robbmu atau merekakah yang berkuasa? (QS: Ath Thuur: 35-37)

Dan yang menarik lagi dari whole genome yang 300 Mbp di atas, ternyata baru 2% saja yang berhasil diidentifikasi fungsinya, sedangkan yang 98% masih unknown sequence. Sebagian ilmuwan memang menganggap Repetitive sequence tersebut dengan istilah "Junk DNA" tetapi penulis sendiri lebih prefer dengan istilah "Unknown sequence". Apakah Repetitive Sequence itu dalam kondisi tertentu (pengaruh mutasi atau pemendekan telomer) kemudian nanti berubah menjadi housekeeping genes? Dan apakah repetitive sequence itu sebenarnya encrypted sequence? Belum ada yang tahu. Jadi.... tidak usah jauh-jauh, pengetahuan kita,….tentang diri kita sendiri,…..ternyata masih sangat-sangat minim. Lantas,..untuk apa kita bersikap Jumawa?

"The more you know, the more you realize how much you dont know. The less you know, the more you think you know"

"...Dan tidaklah diberikan kepada mereka ilmu melainkan hanya sedikit" (Qs. Al-Israa': 85)

Artikel Selengkapnya...

Detection of Somaclonal Variation in Jatropha curcas Linn. Plantlets Regenerated from Somatic Embryo using ISSR Markers

Physic nut (Jatropha curcas Linn.) has the potential as a source of sustainable biofuels. Somatic embryo proliferation of J. curcas may cause somaclonal variations. This research aimed to investigate somaclonal variations of J. curcas somatic embryo derived-plantlet using ISSR markers. Somatic embryos of J. curcas at the globular phase were cultured on liquid MS medium supplemented with 0, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0 mg L-1 of 2,4-D. Parameter observed were embryos weight, embryos volume, colour, and size of embryos. After proliferation, the embryos were cultured on a germination medium until the cotyledonary phase. The plantlet’s leaves were used for DNA samples for ISSR analysis. The results showed that proliferation of J. curcas somatic embryos was optimal at MS medium supplemented with 1 mg L-1 2,4-D and produced the highest weight and volume of embryos. The furthest genetic distance occurred between the control and J. curcas plantlet which was regenerated from MS + 1 mg L-1 2,4-D which had 0.60 of similarity coefficient.

Rudiyanto, Efendi, D., Al-Hafiizh, E., & Ermayanti, T. M. (2021). DETEKSI VARIASI SOMAKLONAL PLANLET Jatropha curcas Linn. HASIL REGENERASI EMBRIO SOMATIK DENGAN MARKA MOLEKULAR ISSR. Jurnal Bioteknologi & Biosains Indonesia (JBBI), 8(1), 14-24.

Link Download

Artikel Selengkapnya...