CRISPR–Cas13d, Terobosan Baru dalam Bioteknologi Tanaman

CRISPR–Cas13d merupakan bagian dari sistem CRISPR kelas 2, dengan tipe lokus VI-D, yang menargetkan editing RNA, berbeda dengan Cas9 yang mentargetkan editing DNA. Sistem ini kini menjadi perhatian karena memberikan pendekatan baru dalam teknik genom editing pada tanaman, khususnya dalam manipulasi pascatranskripsi dengan tanpa mengubah genom tanaman secara permanen. Sistem ini pertama kali teridentifikasi dari bakteri anaerob seperti Ruminococcus dan Eubacterium. Keunggulan dari Cas13d karena ukuran enzimnya yang kecil (~930 asam amino) dan efisiensinya dalam memotong RNA target secara lebih spesifik.

Struktur dan Mekanisme Cas13d

Cas13d memiliki struktur bilobed dengan domain utama: Recognition (REC) dan Nuclease (NUC). Domain NUC memuat dua domain HEPN (Higher Eukaryotes and Prokaryotes Nucleotide-binding), yang berperan sebagai pusat katalitik pemotongan RNA. Cas13d bekerja dengan crRNA yang memandu ke RNA target, membentuk kompleks ternary (Cas13d-crRNA-ssRNA) untuk pemotongan yang spesifik. Keunikan Cas13d adalah kemampuannya memproses pre-crRNA tanpa memerlukan protospacer flanking sequence (PFS), sehingga fleksibel menarget RNA jenis apa pun.

Aplikasi CRISPR–Cas13d dalam Bioteknologi Tanaman

1. Resistensi terhadap Virus Tanaman
Cas13d telah digunakan untuk mengembangkan tanaman yang tahan terhadap berbagai virus RNA seperti potato virus Y (PVY), tobacco mosaic virus (TMV), dan rice stripe mosaic virus (RSMV). Studi menunjukkan Cas13d (CasRx) lebih efektif daripada Cas13a/b dalam menghambat replikasi virus di tanaman model seperti Nicotiana benthamiana. Cas13d mampu menarget virus tanpa aktivitas kolateral yang tidak diinginkan.

2. Pengendalian Hama
Cas13d juga diuji untuk mengganggu ekspresi gen esensial pada hama, contohnya pada planthopper mata putih (Sogatella furcifera). Sistem Cas13d-SPc (nanopartikel) berhasil menurunkan ekspresi gen SfTO, menyebabkan perubahan fenotip mata Sogatella furcifera menjadi merah sebagai indikator keberhasilan knockdown gen target.

3. Diagnostik Virus Secara Cepat
Cas13d dikombinasikan dengan teknologi tRNA-processing system (PTG) dapat digunakan untuk mendeteksi RNA virus tanpa amplifikasi, memungkinkan deteksi virus di tanaman dalam waktu <30 menit, berpotensi mendukung pengendalian penyakit di lapangan.

4. Regulasi Multi-gen
Cas13d memungkinkan knockdown simultan beberapa target RNA (misalnya miRNA, lncRNA, circRNA) dengan satu crRNA array, membuka peluang riset regulasi gen dan jalur metabolisme dalam tanaman.

Kelebihan dan Tantangan

Kelebihan:
  1. Ukuran kecil, mudah diintegrasikan ke dalam vektor ekspresi.
  2. Tidak memerlukan PFS → target RNA lebih fleksibel.
  3. Aktivitas tinggi, risiko off-target minimal dalam tanaman.
  4. Dapat diprogram untuk multi-target RNA editing.
Tantangan:
  1. Masih terbatasnya data preferensi guide RNA pada tanaman.
  2. Desain guide RNA untuk aplikasi high-throughput perlu dioptimalkan.
  3. Efektivitas Cas13d dalam berbagai spesies tanaman memerlukan validasi lebih lanjut.
Prospek Masa Depan

Dengan kemajuan riset, Cas13d diharapkan menjadi alat utama untuk: Perbaikan ketahanan tanaman terhadap patogen.Studi fungsi gen dalam skala transkriptom. Pengembangan varietas tanaman baru melalui regulasi ekspresi RNA spesifik. Diagnostik cepat untuk pemantauan kesehatan tanaman.

Upaya lebih lanjut dalam optimasi desain guide RNA dan integrasi dengan teknologi delivery (seperti nanomaterial) akan memperluas aplikasi Cas13d dalam bioteknologi tanaman modern.

Referensi:
Sarkar, J., Jyoti, T.P., Sahana, S. et al. CRISPR–Cas13d in plant biology: an insight. Plant Biotechnol Rep 18, 301–311 (2024). https://doi.org/10.1007/s11816-024-00893-6
Artikel Selengkapnya...

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.
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.
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...

Proses Perubahan Warna Pada Daun

   

    Daun merupakan salah satu organ penting yang berperan dalam proses fotosintesis. Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung manakala tidak adanya zat hijau daun dalam proses perombakan CO2 dan H2O menjadi asimilat.
   Warna hijau pada daun ini berasal dari pigment warna daun yang disebut chlorophyll. Namun, di daerah beriklim sedang, daun beberapa jenis tanaman kerap berubah warna pada musim gugur. Pada beberapa jenis tanaman hias misalnya, warna hijau daun berubah menjadi kuning sedang pada jenis tanaman lainnya daun tanaman berubah warna menjadi orange atau merah.


Umumnya sejumlah tanaman yang daunnya berubah warna ini juga akan diikuti dengan kerontokkan daun di musim gugur. Tanaman jenis ini sering disebut dengan tanaman deciduous. Pada tanaman lainnya -semisal pohon pinus- daun tanaman tidak berubah warna dan tidak menggugurkan daunnya pada musim gugur. Tanaman jenis ini disebut dengan tanaman evergreens.
   Di Dalam sel tumbuhan terdapat bintik-bintik pigment pembawa zat warna yang disebut dengan chromatophore. Selain mengandung chlorophyll, sel daun juga terdiri dari beberapa jenis pigment lainnya. Pigmen ini umumnya menyebabkan perubahan warna daun tanaman pada musim gugur. Sejumlah pigmen penyusun warna daun diantaranya xanthophylls (memberi pigmen warna kuning), carotenes (penyusun pigmen warna kuning orange), serta anthocyanins (penyusun warna merah dan violet). Selain  itu, daun juga mengandung tannins yang memberikan warna kuning keemasan.
   Seperti halnya chlorophyll, xanthophylls, carotenes dan juga anthocyanins tidaklah tersusun dari butiran halus yang ada di permukaan daun melainkan terlarut dalam cairan sel daun. Pada beberapa tanaman, -seperti coleus (tanaman yang daunnya berwarna-warni) dan kubis merah- anthocyanins selalu muncul memberikan warna merah ke unguan. Sedang untuk beberapa tanaman lainnya, anthocyanins tidak selalu terbentuk dan melewati siklus hidup daun tetapi anthocyanins hanya dihasilkan pada kondisi tertentu. Pada daun pohon oak dan maple misalnya, gula terakumulasi pada musim gugur. Akumulasi ini diyakini sebagai hasil dari pembentukan anthocyanins dan produksi warna cerah pada daun.


Bagaimana Perubahan Warna Daun Bisa Terjadi?
Pengaruh Cuaca
Di daerah beriklim sedang, kondisi udara yang hangat (15-20 C) di siang hari saat musim gugur sangat mendukung bagi tanaman untuk melakukan aktifitas fotosintesis secara optimal. Timbunan gula asimilat yang dihasilkan pada siang hari tidak semuanya dapat ditransport ke jaringan tanaman pada malam harinya karena dinginnya cuaca di malam hari menyebabkan jaringan floem (jaringan pendukung transportasi asimilat) menutup secara perlahan sehingga timbunan gula di dalam jaringan daun meningkat sehingga memacu pula pembentukan anthocyanins.
Lama Panjang penyinaran
Setiap hari tanaman menggunakan klorofil dalam proses fotosintesis secara berkesinambungan dengan memanfaatkan energy matahari. Klorofil ini diproduksi dan diuraikan secara terus menerus dalam proses teresebut. Ketika panjang hari penyinaran menyusut dan malam hari bertambah panjang di musim gugur, produksi klorofil melambat sebagai konsekuensi dari menyusutnya reaksi terang dalam proses fotosintesis tersebut. Dengan berkurangnya produksi klorofil ini sejumlah pigment daun lainnya seperti xanthophylls, carotenes dan juga anthocyanins mulai terbentuk sehingga merubah warna daun yang sebelumnya berwarna hijau menjadi berwarna-warni.


Artikel Selengkapnya...
Subscribe to: Posts (Atom)
 
Copyright (c) 2025 |Dr. Rudiyanto, SP., M.Si.|Associate Researcher at Research Center for Applied Botany BRIN, Indonesia