Polyploidisasi Tanaman, Manipulasi Selular untuk Pertanian Berkelanjutan

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

Artikel Selengkapnya...

Pemagangan Riset MBKM BRIN untuk Mahasiswa S1 dengan tema Riset Kultur Jaringan Tanaman

Bagi Anda Mahasiswa S1 Program Studi Biologi, Bioteknologi, Pertanian, Agroteknologi, Pemuliaan Tanaman, Agronomi, dan Budidaya Pertanian di seluruh Indonesia

Bersama ini kami sampaikan bahwa Kelompok Penelitian Manipulasi Selular Cekaman Abiotik, Laboratorium Kultur Jaringan Tanaman, Kawasan Sains dan Teknologi Soekarno, Cibinong, Bogor, membuka kesempatan bagi mahasiswa S1 untuk mengikuti Program Pemagangan Riset dengan skema Merdeka Belajar Kampus Merdeka (MBKM) yang diselenggarakan oleh Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN).

Program pemagangan riset ini ditujukan bagi mahasiswa dari program studi Biologi, Bioteknologi, Pertanian, Agroteknologi, Pemuliaan Tanaman, Agronomi, dan Budidaya Pertanian, serta dapat dilanjutkan ke skema riset Tugas Akhir (Skripsi) sesuai bidang keilmuan yang relevan.

Bagi mahasiswa yang berminat mengikuti program ini, silakan melengkapi formulir pendaftaran pada tautan berikut:

https://elsa.brin.go.id/layanan/index/Riset%20-%20Manipulasi%20Selular%20Cekaman%20Abiotik%20-%20Cibinong%20/9208

Demikian informasi ini kami sampaikan. Kami sangat berharap talenta-talenta muda dari berbagai perguruan tinggi terbaik di Indonesia dapat berpartisipasi dan memanfaatkan kesempatan ini dengan sebaik-baiknya.

Atas perhatian dan kerja samanya, kami ucapkan terima kasih.

Hormat kami,

Dr. Rudiyanto, S.P., M.Si.

Peneliti Pusat Riset Botani Terapan Organisasi Riset Hayati dan Lingkungan (ORHL)

Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN)

Artikel Selengkapnya...

Menelusuri Perkembangan Bidang “Kultur Jaringan Tanaman” Sebuah Tinjauan Bibliometrik Secara Global

Kultur jaringan tanaman (KJT) merupakan teknik budidaya tanaman secara in vitro yang memanfaatkan kemampuan totipotensi sel tanaman untuk tumbuh dan berdiferensiasi dalam kondisi laboratorium yang aseptik atau suci hama. Teknologi ini memainkan peran vital dalam hal konservasi tumbuhan langka, produksi metabolit sekunder, dan perbanyakan massal tanaman atau “mass propagation” yang bernilai ekonomi tinggi dan perbanyakan tanaman yang berpotensi sebagai biofarmaka. Dengan terus meningkatnya “erosi genetik” terhadap sumber daya hayati akibat eksploitasi lahan yang berlebihan, degradasi habitat, dan perubahan iklim, KJT dapat menjadi alternatif untuk perbanyakan tanaman yang sustainable dan sangat berpotensi dalam menunjang kemajuan bioteknologi tanaman saat ini.

Somatic Embryo Germination of Jatropha curcas L in Presence of Sucrose and Poly Ethylene Glycol (PEG)

Studi review yang dilakukan oleh Shivani Negi dan koleganya ini menggunakan analisis bibliometrik berbasis data Scopus untuk menganalisis perkembangan literatur KJT secara global (internasional) mulai dari tahun 1933 hingga 2023. Data dianalisis menggunakan software VOSviewer dengan pendekatan pemetaan ilmiah dan analisis kinerja. Fokus utama adalah mengevaluasi jumlah publikasi, negara dan penulis paling produktif, tren kata kunci, serta kolaborasi internasional dalam bidang KJT.

Hasil dan Temuan Utama

Pertumbuhan Eksponensial Publikasi

Jumlah publikasi dalam bidang KJT menunjukkan peningkatan yang signifikan, khususnya sejak tahun 1975. Tahun 2022 menjadi puncak produktivitas dengan 165 publikasi, mengindikasikan meningkatnya ketertarikan terhadap teknologi ini seiring dengan kebutuhan konservasi dan peningkatan perkembangan bioteknologi tanaman.

Kontribusi Negara dan Kolaborasi Internasional

India menjadi negara dengan kontribusi terbanyak (462 publikasi), diikuti oleh Amerika Serikat (367), Tiongkok, Brasil, dan Jepang. Namun, AS mencatat rata-rata sitasi tertinggi per artikel (80,55), mencerminkan kualitas dan dampak yang tinggi dari penelitian mereka. Kolaborasi internasional paling banyak terjadi antara AS dan 38 negara lain, termasuk India dan Tiongkok. Semoga saja Peneliti Indonesia bisa segera menyusul dari ketertinggalan ini

Jurnal dan Artikel Paling Berpengaruh

Plant Cell, Tissue and Organ Culture menjadi jurnal dengan publikasi terbanyak, sedangkan artikel "Floral Dip" oleh Clough dan Bent (1998) menjadi yang paling banyak disitasi (22.049 sitasi). Tokoh sentral seperti Murashige dan Skoog juga menempati posisi teratas dalam analisa co-citation.

Tren Kata Kunci dan Fokus Penelitian

Enam klaster tematik diidentifikasi berdasarkan kata kunci yang sering muncul, seperti “plant tissue culture”, “micropropagation”, “somatic embryogenesis”, hingga integrasi teknologi seperti kecerdasan buatan atau AI dan juga penggunaan bioreaktor. Fokus utama meliputi:

• Produksi metabolit sekunder (klaster 1)
• Regenerasi dan konservasi spesies tanaman langka (klaster 2)
• Embriogenesis somatik dan organogenesis (klaster 3)
• Mikropropagasi dan variasi somaklonal (klaster 4)
• Senyawa bioaktif dan aktivitas antioksidan (klaster 5)
• Regulasi hormon tanaman dan aplikasi AI (klaster 6)

Induction and Proliferation of Moringa oleifera Somatic Embryo Callus using Solid Liquid and Temporary Immersion System

Hasil Studi literatur ini menunjukkan bahwa bahwa KJT telah berevolusi menjadi tools dalam perkembangan bioteknologi tanaman modern yang sangat esensial di bidang pertanian, hortikultura, dan konservasi tanaman. Peningkatan publikasi rata-rata sebesar 5,44% per tahun menunjukkan dinamika riset yang aktif dan relevan. Peran penting KJT juga terlihat dalam dunia riset dalam skup peningkatan kualitas genetik tanaman, produksi tanaman bebas penyakit, dan pengembangan varietas unggul.

Ditemukannya penulis dan jurnal yang paling berpengaruh memberikan acuan penting bagi peneliti baru dalam memilih referensi dan mitra kolaborasi. Selain itu, potensi pemanfaatan AI menandai fase baru dalam efisiensi dan otomatisasi proses kultur jaringan tanaman.

Dalam rentang hampir satu abad atau 90 tahun, riset KJT telah berkembang pesat secara kuantitatif dan kualitatif, dan mengakar kuat dalam ekosistem sains secara global. Hasil penelitian ini bukan hanya memberikan wawasan historis, tetapi juga peta jalan bagi penelitian masa depan dalam bidang Kultur Jaringan Tanaman. Dengan terus meningkatnya tantangan di bidang pertanian dan lingkungan, kultur jaringan tanaman diperkirakan akan memainkan peran yang semakin sentral dalam inovasi bioteknologi yang berkelanjutan.

Referensi Review Jurnal:

Artikel Selengkapnya...

Media Dasar dalam Kultur Jaringan Tanaman

 

Secara kasat mata, orang awam melihat media dalam kultur jaringan hanya berupa agar yang dipadatkan di dalam botol. Namun agar tersebut tentu bukan sembarang agar, media tanam dalam kultur jariangan tersebut selain berisi agar juga berisi nutrisi yang diperlukan oleh tanaman agar dapat tumbuh dan berkembang dengan baik. Media dasar yang digunakan tersebut sebagai sumber nutrisi bagi sel atau jaringan tanaman yang akan dikulturkan secara in vitro (suci hama/pathogen). Media ini berisi nutrisi (hara makro dan mikro), sumber karbon (sukrosa), vitamin, bahan organik dan zat pengatur tumbuh yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan sel atau jaringan tanaman.

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

Beberapa komponen penting dari media dasar kultur jaringan meliputi:

1.      Unsur Hara Makro: Nitrogen, fosfor, kalium, kalsium, magnesium, dan sulfur (makroelemen)

2.      Unsur Hara Mikro: Besi, mangan, boron, tembaga, seng, dan molibdenum (mikroelemen). Komposisi hara makro dan mikro ini berbeda-beda antara jenis media dasar yang digunakan

3.      Karbohidrat: Biasanya ditambahkan sukrosa (gula) sebagai sumber energi bagi sel tanaman. Dalam kultur jaringan tanaman konsentrasi gula yang digunakan umumnya sebanyak 30 g/L media.

4.      Vitamin: Beberapa vitamin penting bagi tanaman seperti tiamin (vitamin B1), piridoksin (vitamin B6), dan asam nikotinat untuk mendukung metabolisme sel.

5.      Zat Pengatur Tumbuh: Zat pengatur tumbuh yang sering digunakan antara lain auksin dan sitokinin untuk menginduksi pertumbuhan dan diferensiasi sel atau jaringan.

6.      Pemadat: Yakni menggunakan agar untuk membuat media menjadi padat sehingga eksplan dapat ditancapkan di atas permukaan media.

7.      pH Media: pH media biasanya diatur antara 5.6 hingga 5.8 agar ketersediaan hara dalam media dapat diserap oleh tanaman.

Teknik Dasar Kultur Jaringan Tanaman, Pengertian, Keunggulan dan Aplikasinya

Jenis media dasar yang biasanya digunakan dalam kultur jaringan antara lain media MS: Murashige & Skoog (1962); WPM: McCown & Lloyd (1981); DKW: Driver & Kuniyuki (1984); NN: Nitsch & Nitsch (1969); B5: Gamborg et al. (1968) dsb.

Sumber: Rudiyanto et al., 2021

Pengaruh Modifikasi KH2PO4, NH4NO3 dan Sukrosa terhadap Pertumbuhan Tunas serta Pembentukan Umbi Mikro Taka (Tacca leontopetaloides) secara In vitro

Catatan: Setiap jenis tanaman memerlukan optimasi media dasar agar dapat tumbuh dan berkembang dengan optimal

 

Artikel Selengkapnya...

Teknik Dasar Kultur Jaringan Tanaman, Pengertian, Keunggulan dan Aplikasinya

 Pengertian Kultur Jaringan Tanaman

Apabila anda membaca beberapa literatur seperti teksbook atau karya tulis ilmiah lainnya anda akan mendapati berbagai definisi dan pengertian yang berbeda-beda tentang pengertian kultur jaringan tanaman. Namun secara harfiah kultur jaringan tanaman dapat didefinisakan sebagai suatu teknik untuk menumbuhkan bagian tanaman (bisa berupa sel, jaringan, maupun organ) di dalam media buatan (berisi media dasar yang mengandung nutrisi dengan atau tanpa zat pengatur tumbuh) dalam kondisi steril/ suci hama.

Media Dasar dalam Kultur Jaringan Tanaman

Tahap-Tahap dalam Kultur Jaringan tanaman
Beberapa tahap yang harus dilalui dalam Teknik Teknik kultur jaringan, diantaranya:

1. Inisiasi: yakni proses pengambilan eksplan (bagian tanaman yang diambil untuk di kultur dalam  media: daun, batang, ataupun akar) yang berasal dari tanaman induk.

2. Sterilisasi: proses pencucian eksplan dengan menggunakan fungisida, bakterisida serta Alkohol 70% untuk mencegah adanya kontaminasi jamur maupun bakteri yang merugikan tanaman

3. Tahap Kultur Eksplan: proses penanaman eksplan pada media kultur jaringan tanaman di dalam Laminar Air Flow (LAF) Cabinet.

4. Multiplikasi: yakni proses perbanyakan/ subkultur eksplan baik itu melalui organogenesis maupun embrio genesis di dalam media kultur yang telah disiapkan.

5. Aklimatisasi: yakni proses planlet (tanaman kecil dalam botol) yang telah tumbuh yang kemudian dipindahkan ke lingkungan luar (rumah kaca) secara bertahap agar tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi lapang.

Comparison of the Reduction Effect of Sucrose and Table Sugar Concentration on Growth Characteristics of Red Ginger (Zingiber officinale Rocs.) Cultured in Liquid Medium

Kelebihan Kultur Jaringan Tanaman

Kultur jaringan tanaman memiliki beberapa keunggulan apabilla dibandingkan dengan Teknik perbanyakan lainnya diantaranya:

1. Perbanyakan Massal tanaman:
• Dengan kultur jaringan, memungkinkan dilakukannya perbanyakan tanaman dalam jumlah besar dan dalam waktu yang relatif singkat.
2. Tanaman Bebas Patogen/ Hama Penyakit:
• Dengan teknik kultur jaringan dapat menghasilkan tanaman yang bebas dari hama penyakit karena pada tahap awal inisiasi sudah dilakukan sterilisasi eksplan terlebih dahulu.
3. Tanaman yang dihasilkan memiliki sifat yang Identik dengan tanaman induk (True-to-Type):
• Tanaman yang dihasilkan dari teknik kultur jaringan memiliki sifat genetik yang sama dengan tanaman induk, sehingga karakter sifat unggul dari tanaman induk dapat dipertahankan pada tanaman baru yang dihasilkan.
4. Penggunaan Ruang yang lebih Efisien:
• Ruang kultur yang digunakan di laboratorium tidak memerlukan lahan yang terlalu luas. Tidak terpengaruh musim, dan prosesnya dapat dilakukan sepanjang tahun.
5. Konservasi Sumber Daya Genetik:
• Dengan teknik kultur jaringan dapat dilakukan konservasi beberapa spesies tanaman langka atau terancam punah dengan teknik kriopreservasi. Dengan teknik ini, memungkinkan penyimpanan material genetik dalam bentuk kultur sel atau jaringan untuk jangka waktu yang lama, yang berguna untuk penelitian dan pemuliaan tanaman di masa depan.
6. Pengembangan Varietas Tanaman Baru:
• Melalui kultur jaringan tanaman memungkinkan para pemulia untuk mengembangkan varietas tanaman baru dengan teknik manipulasi sel somatik, rekayasa genetika ataupun genom editing yang memiliki sifat unggul, seperti ketahanan terhadap hama, penyakit, atau toleran terhadap cekaman abiotik.

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

Aplikasi:

• Industri: Untuk produksi tanaman komoditas komersial seperti kelapa sawit, kakao, pisang, anggrek dsb.
• Penelitian: Sebagai tools dalam studi rekayasa genetika, genom editing, metabolomik serta penelitian tentang fisiologi tanaman.
• Konservasi: Untuk penyelamatan spesies tanaman langka atau terancam punah.

Artikel Selengkapnya...