Polyploidisasi Tanaman, Manipulasi Selular untuk Pertanian Berkelanjutan

Posted on
  • Tuesday, July 1, 2025
  • by
  • in
  • Label: , ,
  • Polyploidy adalah fenomena genetik pada tanaman di mana tanaman tersebut memiliki lebih dari dua set kromosom lengkap dalam inti selnya. Fenomena ini telah menjadi kekuatan pendorong dalam proses evolusi tanaman, menciptakan keanekaragaman genetik dan meningkatkan kemampuan adaptasi terhadap perubahan lingkungan. Dalam konteks pertanian modern, induksi polyploidy, terutama melalui teknik kultur jaringan (in vitro), menawarkan peluang besar untuk menghasilkan varietas tanaman unggul yang bersifat toleran terhadap stres abiotik, ketahanan terhadap penyakit, dan produktivitas yang meningkat.

    Klasifikasi dan Signifikansi Polyploidy

    Polyploidy dibagi menjadi autopolyploid (semua set kromosom identik) dan allopolyploid (gabungan dari dua spesies yang berbeda). Autopolyploid sering digunakan untuk menghasilkan buah tanpa biji (misalnya semangka dan pisang), sedangkan allopolyploid banyak ditemukan pada tanaman serealia seperti gandum dan kapas. Polyploidy mempercepat isolasi masa reproduktif tanaman dan pembentukan spesies baru, meningkatkan ukuran organ tanaman, produksi biomassa, dan sintesis metabolit sekunder.

    Metode Induksi Polyploidy In Vitro

    Metode Fisik
    • Peningkatan suhu: Perubahan suhu ekstrem dapat mengganggu pembelahan mitosis sel sehingga terjadi penggandaan kromosom, seperti pada Zea mays dan Pisum sativum.
    • Radiasi: Paparan sinar gamma atau X menciptakan ketidakstabilan kromosom yang memicu polyploidy, sekaligus menghasilkan variasi genetik baru.
    • Stres mekanis: metode polyploidy ini dapat memperkuat jaringan tanaman terhadap tekanan mekanis dan kondisi lingkungan yang ekstrem.
    Metode Kimia
    • Colchicine: Agen pengganda kromosom dengan cara menghambat pembentukan spindle (benang gelendong), sehingga menghasilkan duplikasi kromosom. Aplikasi ini banyak diterapkan pada semangka, wortel, dan bawang putih.
    • Oryzalin & Trifluralin: Agen mutasi yang dianggap lebih aman dibanding colchicine, cukup efektif digunakan pada beberapa spesies hortikultura.
    • Amiprofos-methyl: Pilihan alternatif agen mutasi untuk tanaman yang sulit diduplikasi kromosomnya secara spontan.
    Inovasi Bioteknologi
    • CRISPR-Cas9: Memungkinkan modifikasi genetik lebih presisi pada genom polyploid, mengatasi keterbatasan dengan pendekatan pemuliaan konvensional.
    • RNA interference (RNAi): Mengontrol ekspresi gen secara selektif, mengatasi efek jumlah ekspresi gen pada tanaman polyploid.
    • Protoplast fusion: Menghasilkan hibrida somatik antar spesies untuk menciptakan allopolyploid dengan sifat yang lebih unggul.
    Aplikasi dalam Perbaikan Tanaman

    Polyploidy telah banyak diaplikasikan untuk meningkatkan produktivitas pada tanaman gandum, kualitas serat kapas, ukuran buah pisang, serta rasa dan umur simpan pada stroberi. Teknik kultur jaringan secara in vitro sangat berperan dalam menghasilkan tanaman polyploid baru, mempercepat proses seleksi dan regenerasi dibanding metode konvensional. Seperti pada induksi polyploidy pada bawang putih yang mampu menghasilkan varietas dengan hasil yang lebih tinggi dan kualitas umbi yang lebih baik, sedangkan pada kapas meningkatkan kekuatan serat dan ketahanan penyakit.

    Perbandingan Metode Induksi Polyploidy

    Metode

    Kelebihan

    Kekurangan

    Contoh aplikasi tanaman

    Colchicine

    Efektif, mudah diaplikasikan, dan banyak referensi & data pendukung

    Toksik bagi manusia dan hewan, risiko mixoploidy tinggi

    Semangka, wortel, kapas

    Oryzalin/Trifluralin

    Lebih aman dari colchicine, efektif pada berbagai spesies hortikultura

    Dosis harus tepat, biaya lebih tinggi

    Bawang putih, bawang merah, hop

    Radiasi (gamma, X-ray)

    Memicu keragaman genetik tinggi

    Hasil tidak selalu stabil, potensi mutasi acak dengan sifat yang tak diinginkan

    Pisang, Cocona, Plukenetia volubilis

    CRISPR-Cas9

    Presisi sangat tinggi, bisa modifikasi gen spesifik

    Perlu fasilitas Lab. yang canggih & modern, regulasi GMO

    Gandum, kapas, kentang

    Protoplast fusion

    Bisa menggabungkan kromosom dari spesies berbeda (allopolyploid)

    Regenerasi tanaman dari protoplast kadang sulit dilakukan

    Kentang, tomat, tembakau

    Somatic doubling (thermal shock)

    Non-kimia, cocok untuk tanaman organik

    Efisiensi rendah, rentan mixoploidy

    Poplar, jagung, gandum


    Tantangan dan Prospek

    Meskipun polyploidy menawarkan banyak keuntungan, terdapat beberapa kendala seperti ketidakstabilan kromosom saat pembelahan meiosis, akumulasi mutasi yang bersifat merugikan, dan pertumbuhan yang lambat akibat ukuran sel yang lebih besar. Namun, dengan integrasi dengan teknik bioteknologi modern (CRISPR, RNAi, dan GBS), peluang untuk mengatasi kendala tersebut semakin terbuka.

    Polyploidy berpotensi besar dalam mendukung ketahanan pangan secara global, khususnya dalam menghadapi perubahan iklim. Oleh karena itu, penelitian dan pengembangan teknologi polyploidy perlu terus dioptimalkan untuk mendukung pertanian berkelanjutan.

    Referensi:

    Soomro, S.R., Soomro, S.N., Altaf, M.T. et al. Development of tetraploids in tissue culture: modern techniques and biotechnological innovations. Plant Cell Tiss Organ Cult 160, 51 (2025). https://doi.org/10.1007/s11240-025-02994-8
     
    Copyright (c) 2025 |Dr. Rudiyanto, SP., M.Si.|Associate Researcher at Research Center for Applied Botany BRIN, Indonesia