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...

Micropropagation of diploid and tetraploid Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng

 

Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng is commonly consumed by people in North Sumatra, Indonesia, as a vegetable, which is commonly called Torbangun. Plant tissue culture is an alternative method for the mass-production of transplants. Genetic improvement by somatic cell manipulation such as induction of polyploid plants is needed to improve biomass production as well as their secondary metabolite products. This research aimed to conduct in vitro micropropagation of diploid and tetraploid P. amboinicus on Murashige and Skoog (MS) medium containing BAP or Kinetin. Shoot tips were used as explants and cultured on MS medium containing BAP or Kinetin at 0, 0.5, 1 and 2 mg/l given as single concentration. The experiment used a completely randomized design with four replications. Each replication consisted of three explants. The results showed that height of shoots was affected by type of cytokinins. Kinetin at 0.5 mg/l gave the highest shoots of tetraploid plants significantly different with addition of BAP both to diploid and tetraploid plants. The number of multiple shoots and leaves varied in both diploid and tetraploid plants. Root formation was best on the medium without addition of cytokinins. Both diploid and tetraploid plantlets had a high survival rate after acclimatization in the greenhouse


Sari, L., Rudiyanto, Hafiizh, E. A., & Ermayanti, T. M. (2021, May). Micropropagation of diploid and tetraploid Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 762, No. 1, p. 012040). IOP Publishing.


 Link Download

 

Artikel Selengkapnya...

Induksi Poliploid Tacca leontopetaloides Linn Secara in vitro dengan Orizalin

Taka plant (Tacca leontopetaloides Linn.) which produces tubers useful for a source of carbohydrates. In Indonesia, this plant grows only at coastal areas. Tissue culture has been developed for conservation and mass propagation in many plant species. Increasing genetic diversity and plant productivity can be achieved by polyploidization. The aim of this research was to induce Taka polyploid plants in vitro culture using oryzalin. Experimental design was Completely Randomized Design with factors tested were 0, 7.5, 15, 30, 60 and 75 μM orizalyn. Every treatment has 20 replicates. The variables observed were: shoot height, number of leaves and number of roots which were observed weekly at 1-4 weeks after culture. Flowsitometer analysis was done to confirm of Taka ploidy. The results showed that shoot height and number of leaves on 0, 7.5, 15, 30, 60 and 75 μM of orizalyn were not significantly different. The highest number of roots was produced by control and 30 μM of oryzalin. Additional of 15 and 75 μM oryzalin produced highest tetraploid shoots. Mixoploid shoots were found with 75 μM oryzalin. Triploid shoots were only produced by 75 μM oryzalin, while hexaploid and octaploid shoots were produced by 7.5 and 15 μM oryzalin, respectively.


Martin, A. F., Rudiyanto, B. W. H., & Ermayanti, T. M. (2018). INDUKSI POLIPLOID TACCA LEONTOPETALOIDES LINN SECARA IN VITRO DENGAN ORIZALIN. Prosiding SemNas “Biodiversitas Untuk Kehidupan”; Jakarta.
Artikel Selengkapnya...
 
Copyright (c) 2025 |Dr. Rudiyanto, SP., M.Si.|Associate Researcher at Research Center for Applied Botany BRIN, Indonesia