Dasar Fisologis Pewarisan Sifat

Dasar Fisologis Pewarisan Sifat

Oleh: Dr. A. Rusfidra
(Geneticists, Alumnus S3 IPB)


"Dan sesungguhnya pada binatang ternak itu terdapat pelajaran bagi kamu. Kami memberi minum kamu dari apa yang ada di dalam perutnya (berupa) susu yang bersih antara tahi dan darah , yang mudah ditelan bagi orang-orang yang meminumnya" (QS. Surat An Nahl : 66)

Sejak nenek moyang kita mulai menjinakkan dan memelihara hewan liar serta mengubahnya menjadi ternak, secara tidak sadar mereka telah melaksanakan program pemuliaan. Bila dipandang dari sudut genetika kuantitatif, nenek moyang kita itu telah melaksanakan peningkatan mutu genetik ternak yang dipeliharanya, meskipun masih dalam bentuk yang sederhana, yaitu dengan memilih hewan-hewan tertentu yang dianggapnya lebih sesuai dengan kebutuhannya atau hewan yang disenanginya. Hewan-hewan pilihan tersebut kemudiaan dipelihara lebih lama dari hewan-hewan lain dan dikawinkan untuk memperoleh keturunan. Setelah berlangsung beberapa generasi, terbentuklah sekelompok ternak yang makin memenuhi kebutuhan pemeliharanya.

Berdasarkan pengamatan secara sederhana, pada masa itu telah disimpulkan bahwa terdapat kesamaan dalam sifat tertentu yang dimiliki tetua dengan sifat pada anaknya atau sesama saudara kandung dan atau sesama saudara tiri. Demikian pula ternak yang berkerabat dekat terdapat beberapa kesamaan sifat-sifat di antara mereka. Disimpulkan pula bahwa terdapat sifat-sifat yang pewarisannya lebih mantap dari sifat yang lain. Sejak itu, manusia diduga telah mencoba mencari hukum-hukum yang mengatur pewarisan sifat.

Hal inilah yang kemudiaan membuahkan ilmu genetika moderen. Manusia diperkirakan telah berusaha mengembangkan cara-cara pemuliaan sederhana yang efektif. Namun baru setelah hukum-hukum Mendel ditemukan kembali pada awal abad ini, Ilmu Pemuliaan Ternak Moderen mulai berkembang dengan pesat.

Ilmu Genetika merupakan salah satu cabang ilmu yang mempelajari seluk beluk gen sebagai unit dasar biologis yang mengontrol pewarisan sifat. Karena gen memegang peran utama dalam kehidupan, menyebabkan ilmu genetika memiliki banyak kaitan dengan cabang ilmu lain dalam bidang biologi. Pada dasarnya genetika mempelajari dua aspek yang saling kontradiksi, yaitu kemiripan anak dengan tetuanya dan perbedaan antara anak dengan tetuanya serta perbedaan sesama anak. Jadi genetika mempelajari tentang pewarisan dari kesamaan dan variasi sifat antar individu.

Genetika merupakan salah satu cabang ilmu yang penting dalam biologi. Ilmu ini mempelajari pewarisan sifat yang dimiliki suatu individu ke individu lainnya. Istilah lain untuk ilmu ini adalah hereditas atau ilmu pewarisan. Secara umum genetika berusaha menjelaskan material apa saja yang membawa informasi untuk diwariskan (bahan genetik), bagaimana informasi itu diekspresikan (ekspresi genetik), dan bagaimana informasi ditransmisikan dari suatu individu ke individu lainnya (pewarisan genetik).

Ilmu Genetika dimulai dengan adanya konsep-konsep yang dikemukakan oleh Gregor Mendel (1822-1884) dalam tahun 1865. Mendel merupakan orang yang pertama kali dapat menerangkan bahwa persamaan dan perbedaan antara anak dengan tetuanya dapat diterangkan dengan teori pewarisan gen. Mendel adalah seorang biarawan dari Brno, Austria.

Mendel menemukan pertama kali bahwa pewarisan sifat pada tanaman (ia menggunakan tujuh sifat pada tanaman kapri) mengikuti sejumlah nisbah matematika sederhana. Dari percobaan tersebut, ia berhasil menjelaskan bagaimana nisbah-nisbah itu terjadi. Hal itu kemudian dikenal dengan “Hukum Pewarisan Mendel”. Karena itu Gregor Mendel dianggap sebagai Bapak Ilmu Genetika moderen.

Dalam perkembangan berikutnya, ilmu genetika semakin berkembang dan membentuk cabang ilmu tersendiri sesuai dengan objek pengamatannya. Cabang-cabang ilmu genetika yang dikenal antara lain: genetika molekuler, genetika sel (sito genetik), genetika tingkah laku, genetika populasi, genetika kuantitatif, dan genetika perkembangan.
[newpage]
Peningkatan Mutu Genetik Ternak

Peningkatan produktivitas ternak dapat dilakukan melalui perbaikan mutu pakan dan program pemuliaan melalui seleksi dan persilangan. Perbaikan mutu pakan dan manajemen dapat meningkatkan produktivitas, tapi tidak meningkatkan mutu genetik. Perbaikan produktivitas tersebut sering kali bersifat sementara dan tidak diwariskan pada turunannya. Perkawinan silang dapat meningkatkan produktivitas dan mutu genetik, namun membutuhkan biaya besar dan harus dilakukan secara bijak dan terarah, karena dapat mengancam kemurniaan ternak asli. Mencermati hal tersebut di atas maka upaya seleksi dipandang merupakan pilihan yang baik dan rasional. Perbaikan mutu genetik biasanya bersifat permanen dan dapat diwariskan dari generasi ke generasi berikutnya.

Tujuan dari seleksi pada ternak adalah mengubah frekuensi gen dari suatu populasi ternak. Akan tetapi kenyataan di lapang menunjukkan pemilihan ternak yang akan digunakan sebagai bibit atau yang akan disisihkan dari populasi hanya ditetapkan berdasarkan fenotipenya, bukan berdasarkan atas genotipenya. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat kuantitatif pada ternak hampir tak mungkin ditetapkan genotipenya secara pasti. Oleh karena itu pengukuran fenotipe seekor ternak harus dilakukan seakurat mungkin dan meminimalkan pengaruh lingkungan sehingga fenotipe yang terukur merupakan pencerminan potensi genetiknya.

Genotipe ditentukan sewaktu terjadi pembuahan (fertilisasi) dan akan tetap selama hidupnya, kecuali jika terjadi mutasi. Fenotipe merupakan kombinasi dari faktor genetik dan faktor lingkungan. Adanya keragaman fenotipe dari sifat-sifat dalam populasi disebabkan oleh faktor genetik (G), lingkungan (L) dan interaksi genetik dengan ligkungan (IGL).

Faktor genetik ditentukan oleh susunan gen dan kromosom yang dimiliki individu dari orang tuanya. Faktor lingkungan dapat dikatakan sebagai kesempatan yang dimiliki individu, yang meliputi faktor nongenetik antara lain pakan, suhu, penyakit, tatalaksana, kecelakaan dan lainnya. Interaksi faktor genetik dan lingkungan dapat diartikan ternak dengan genotipe tertentu lebih adaptif pada suatu lingkungan dibandingkan dengan lingkungan yang lain.
[newpage]
Seleksi dapat menyebabkan perubahan keragaman genetik, tergantung dari cara seleksi yang digunakan. Seleksi secara langsung mengakibatkan ragam genetik berkurang sampai tercapainya keadaan konstan pada suatu generasi tertentu Dengan seleksi terarah suatu sifat yang dikehendaki maka mutu genetik dapat ditingkatkan. Dalam memilih suatu sifat untuk dijadikan dasar seleksi perlu dipertimbangkan beberapa hal, yaitu tujuan program seleksi, nilai heritabilitas suatu sifat, nilai ekonomi dari adanya peningkatan sifat, korelasi antar sifat serta biaya dan waktu dari program seleksi. Beberapa sifat yang mempunyai nilai ekonomis tinggi meliputi fertilitas, daya hidup, nilai karkas, bobot lahir, bobot sapih, tipe dan konformasi tubuh, bobot dan kualitas bulu (Lasley, 1978).

Perkawinan silang atau persilangan merupakan jalan pintas untuk memperoleh individu-individu yang memiliki sejumlah sifat unggul yang dipunyai oleh kedua bangsa tetuanya.

Di negara berkembang, ternak tidak diseleksi secara intensif untuk sifat tertentu seperti pertambahan bobot badan, akan tetapi bangsa ternak asli sering mempunyai resistensi yang tinggi terhadap parasit, toleransi tinggi terhadap keadaan cuaca yang kurang menguntungkan serta dapat tumbuh baik pada kondisi pakan yang berkualitas jelek. Bila disilangkan dengan bangsa ternak produktif dari negara lain, maka turunan pertamanya sering lebih baik hasilnya dibanding dengan ternak asli. Turunan ini ternyata menggabungkan gen-gen untuk produktivitas dengan daya adaptasi dari kedua bangsa tetua dan meningkatkan heterosis effect. Tetapi perlu diperhatikan bahwa kelemahan grading up adalah bila persilangan dilakukan secara terus menerus ke arah ternak impor, maka sifat heterosis dan kualitas adaptasi dapat hilang serta produksi menjadi turun dan bahkan jauh lebih rendah dari bangsa ternak asli. Karena itu sebelum melaksanakan program grading up, harus direncanakan sampai generasi keberapa persilangan dilakukan dan untuk tujuan apa turunan persilangan tersebut digunakan.

Seperti diketahui, apa yang diharapkan dari persilangan adalah adanya efek heterosis dalam beberapa sifat produksi sehingga melebihi rataan kedua bangsa tetuanya. Pada ternak kambing yang diharapkan adalah kecepatan pertumbuhan yang tinggi sehingga mencapai bobot potong muda yang cukup tinggi, kualitas karkas yang baik dan penggunaan pakan yang efisien serta daya adaptasi dengan lingkungan yang cukup baik. Metoda kawin silang digunakan untuk memperoleh individu yang memiliki sifat produksi unggul dalam waktu singkat.
[newpage]
Sebagai contoh, perbaikan mutu genetik kambing Kacang melalui persilangannya dengan kambing Ettawah. Kambing kacang memiliki sifat unggul seperti sifat resistensi tinggi terhadap parasit, daya tahan tinggi terhadap perubahan cuaca, kemampuan bertahan hidup pada kondisi pakan berkualitas rendah serta tingkat reproduktivitas yang cukup tinggi. Sifat unggul yang diharapkan dari kambing Ettawah adalah sifat pertumbuhannya yang cepat, kualitas karkas yang cukup baik serta adaptasi terhadap lingkungan yang cukup baik pula. Dari kambing persilangan kita kehendaki adanya heterosis dalam performa produksinya. Heterosis merupakan fungsi dari perbedaan keturunan persilangan dari rataan keturunan murni.

Dasar Fisiologis Pewarisan Sifat

Unit fungsional materi genetik ialah gen, berasal dari kata genos, artinya asal-usul. Sedangkan unit struktural atau unit kimiawi gen ialah DNA (deoxyribo nucleic acid). Gen atau DNA itu berderet secara linier pada kromatin atau kromosom. Satu benang kromatin terdiri atas nukleoprotein, yaitu gabungan asam nukleat (DNA) dan protein. DNA membentuk super lilitan sepanjang kromatin, sedangkan protein bertindak sebagai tempat melilit. Protein tempat melilit DNA disebut histon. Protein lain dalam kromatin ada yang bertindak sebagai penyekat, penyalut, unsur regulator, atau sebagai enzim bagi aktivitas DNA, mereka disebut protein nonhiston.

Gen merupakan unit pewaris sifat yang keberadaannya dapat diketahui terhadap sifat fenotipenya. Gen adalah substansi hereditas yang terletak di dalam kromosom. Gen disusun oleh suatu substansi yang disebut dengan deoxyribo nucleat acid (DNA). DNA terdiri dari dua untaian panjang terpilin yang membentuk double helix (seperti tangga terpilin).
[newpage]
Molekul DNA ditemukan pada tahun 1951 oleh Francis Crick, James Watson dan Maurice Wilkins dengan menggunakan difraksi sinar-X. Namun struktur molekul DNA seperti tangga berpilin berhasil digambarkan oleh ahli biokimia Amerika James Watson dan ahli biofisika Inggris Francis Crick pada tahun 1953. Atas keberhasilan tersebut, Crick, Watson dan Wilkins mendapat hadiah Nobel pada tahun 1962 untuk penemuan struktur molekul DNA. Penemuan struktur molekul DNA menjadi tonggak terpenting perkembangan biologi molekuler. Model temuan mereka memiliki arti penting dalam memahami sintesis protein, replikasi DNA dan mutasi gen.

Watson dan Crick mempublikasikan analisa mereka mengenai struktur DNA berdasarkan batasan informasi yang telah dipaparkan oleh Chargaff dan Rosalind Franklin. Model heliks ganda yang diusulkan memiliki karakteristik sebagai berikut (Suwanto, 1993):
1.Dua rantai polinukleotida putar kanan dililitkan di sekitar sumbu tengah. Lilitan ini bersifat plektonik, yang berarti bahwa kedua lilitan hanya dapat dipisahkan sempurna dengan cara menguraikan lilitannya.
2.Kedua utas DNA bersifat antiparalel, artinya kedua utas DNA mempunyai orientasi C5 ke C3 yang berlawanan.
3.Basa-basa pada kedua utas memiliki struktur datar yang terletak tegak lurus pada sumbu. Basa-basa tersebut ditumpuk satu di atas yang lain dengan jarak 3,4 A, dan ditempatkan di bagian dalam struktur molekul DNA.
4.Basa-basa nitrogen dari utas yang berlawanan berpasangan satu dengan yang lain sebagai akibat dari pembentukan ikatan hidrogen (pasangan A-T dan G-C).
5.Satu putaran heliks memiliki panjang 3,4 A, sehingga ada 10 basa untuk tiap putaran.
6.Adanya periodisitas antara major grooves dan minor grooves.
7.Diameter heliks ganda adalah 20 A ( setara dengan 2,0 nm).

Setiap dua untaian DNA disusun oleh ribuan unit nukleotida. Setiap nukleotida disusun oleh basa nitrogen, gula deoksiribosa dan asam posfat. Kedua untaian DNA dihubungkan oleh ikatan lemah hidrogen. Ada empat macam basa nitrogen yang ditemukan pada DNA, yaitu adenin (A), timin (T), sitosin (C) dan guanin (G). Adenin selalu berpasangan dengan timin (A-T), sedangkan sitosin selalu berpasangan dengan guanin (G-C).
[newpage]
Materi genetik gen ialah DNA. Asam ini disebut juga asam nukleat, berasal dari kata asam yang terdapat dalam nukleus, karena sebagian besar (99,9 persen) asam ini terdapat dalam inti sel. Sisanya yang 0,1 persen terdapat dalam organel. Organel yang mengandung DNA ialah mitokondria dan kloroplas. Asam nukleat merupakan bahan dasar kehidupan. DNA bertanggungjawab atas pewarisan informasi genetik dari suatu generasi ke generasi berikutnya. DNA merupakan molekul yang mengkode informasi genetik.

DNA adalah bahan organik yang memiliki BM (berat molekul) yang terbesar dalam sel, yaitu dalam ukuran juta. Monomer DNA ialah nukleotida. Satu gen dibina oleh satu molekul DNA, dan satu molekul DNA dibina oleh ribuan sampai puluhan ribu nukleotida. Satu nukleotida terdiri dari tiga gugus senyawa: 1) gula deoksiribosa; 2) fosfat; 3) basa nitrogen. Gula yang menyusun DNA tergolong gula pentosa, yaitu gula yang atom karbonnya lima. Glukosa merupakan sebagian besar bentuk gula dalam tubuh manusia dan yang menjadi sumber energi utama. Basa nitrogen terdiri dari dua kelompok yaitu basa: 1) purin; adenin (A) dan guanin (G); 2) pirimidin: timin (T) dan citosin (C).

Molekul DNA merupakan cetak biru genetik untuk setiap sel dan faktor penentu setiap karakteristik tertentu pada organisme hidup.

Suatu gen diberi simbol menurut urutan pasangan basa nukleotiodanya: A-T, G-C. Alasannya ialah: 1) P (Posfat) semua nukleotida tetap; 2) S (sugar, gula) semua nukleotida bersifat tetap, yaitu deoksiribosa; 3) variasi antara nukleotida hanya pada basa yang empat macam; 4) mutasi yang terjadi pada suatu gen dapat menyebabkan kelainan atau penyakit, selalu terjadi pada basa nukleotida saja.
Urutan basa yang berpasangan di atas dapat disederhanakan dengan hanya menulis urutan basa dari satu utas DNA yang double helix, yaitu utas 5'-3'. Bila diketahui rumus A-T, G-C, maka pasangan ATAGATCGGTA adalah TATCTAGCCAT.
[newpage]
Jumlah urutan pasangan basa yang menyusun satu gen menunjukkan banyaknya jumlah pasang nukleotida yang menyusun gen itu. Jumlah pasangan basa ini disebut sebagai satuan ukuran besar molekul atau panjang DNA pada kromatin, diberi singkatan dengan bp (base pair: pasangan basa). Satuan yang lebih besar disebut Kb (kilo basa) dan Mb (mega basa). 1 bp = 10 -3 Kb = 10 -6 Mb.

Satu gen rata-rata terdiri dari 10-15 Kb. Ada juga gen yang luar biasa besar, terdiri dari beberapa Mb. Besar materi genetik suatu makhluk hidup disebut genom. Genom bisa ditulis pada jumlah kromosom, bisa pula pada jumlah gen. Manusia memiliki 23 pasang kromosom, maka genomnya adalah 23 kromosom, atau 23 x 2.000-3.000 = lebih kurang 50.000 gen.

Gen mengatur kehidupan sel dan individu suatu makhluk. Gen bekerja mengatur kehidupan lewat dua proses: 1) replikasi; dan 2) transkripsi.

Replikasi atau mengganda, ialah menggandanya sepasang DNA yang double-helix anti-paralel menjadi dua pasang yang susunan basanya persis sama. Replikasi bertujuan untuk pembelahan sel. Pembelahan sel bertujuan untuk: perbiakan, pertumbuhan sejak embrio, lahir dan sampai dewasa, regenerasi bagian tubuh yang lepas dan untuk menyembuhkan bagian tubuh yang rusak.

Transkripsi ialah mencetak RNA, bertujuan untuk sintesa (menghasilkan) protein. Jika gen aktif bereplikasi atau transkripsi, ikatan hidrogen menjadi lepas dan tiap utas menjadi terentang lurus.
[newpage]
DNA terbagi dalam segmen-segmen (bagian–bagian memanjang) yang merupakan gen-gen. Protein berfungsi mengatur bentuk dan struktur koromosom, sehingga dapat memendek dan memanjang diameternya dan sebaliknya seperti yang terjadi dalam proses pembelahan sel. Karena kromosom terdapat dalam pasangan-pasangan homologous maka gen-gen juga berpasangan (disebut alel). Dalam kromosom gen-gen secara linier seperti manik-manik yang terangkai dalam seuntai kalung. Letak atau tempat gen dalam rangkaian linier tersebut dinamakan lokus. Pasangan gen tersebut mempengaruhi satu sifat (atau lebih dari satu sifat) yang sama. Bila pasangan gen (alel) tersebut terdiri dari gen yang sama (AA atau aa) maka pasangan tersebut disebut genotipe homozigous, sedangkan bila pasangan gen berbeda (Aa) disebut genotipe heterozigous.

Gugus atau himpunan gen yang lengkap dari suatu organisme disebut genom. Genom dapat mengendalikan keseluruhan metabolisme sehingga organisme tersebut dapat hidup dengan sempurna. Banyaknya gen yang terdapat dalam suatu genom berbeda antara satu organisme dengan organisme yang lain. Semakin rumit suatu organisme semakin banyak gen-gen yang dikandung oleh genomnya.


"Ikatlah ilmu dengan menuliskannya"

Dr. A. Rusfidra