Genome adalah blue-print, kode
genetik makhluk hidup. Hal
Ini mengajak kita
untuk mengetahui lebih
jauh tentang Genomics atau ilmu genomik yang baru berkembang di dekade
90-an. Terlebih lagi setelah proyek Genome
pada manusia (Human Genome
Project) diluncurkan dan diikuti oleh proyek Genome pada
tanaman dengan obyek tanaman sejenis rumput-rumputan bernama Arabidopsis thaliana yang
dimulai tahun 1996 dan Oryza sativae (padi) tahun 1998, istilah Genome
semakin populer di masyarakat. Berikut dibahas secara ringkas bagaimana
proyek genomik diawali dan khususnya proyek Genome pada tanaman yang
terdiri
dari jutaan jenis (species) yang berbeda, dan manfaat proyek
Genome tanaman yang menghabiskan biaya sangat besar tersebut, bagi
pertanian dan perkebunan.
Revolusi Pertanian.
Tanaman merupakan bahan dasar konsumsi makan manusia. Selain
itu, tanaman menyediakan materi untuk kebutuhan industri seperti
minyak, tekstil, bahan-bakar, dan obat-obatan. Sifat unggul dari
satu tanaman liar digabungkan ke tanaman lain sehingga terbentuk tanaman
baru dengan beberapa karakter yang lebih bagus. Proses panjang ini
telah memungkinkan lahirnya revolusi hijau pada tahun 60 dan 70-an
dimana produk pertanian teroptimalkan sampai menyamai pertambahan
jumlah penduduk dunia. Meskipun demikian ledakan penduduk dunia
terutama di negara-negara berkembang yang diikuti oleh berkurangnya
lahan-lahan pertanian untuk pemukiman, menyebabkan produksi pertanian
tidak seimbang lagi. Sehingga usaha persilangan yang memakan waktu
lama, dengan sendirinya tidak akan mampu meningkatkan hasil produksi
untuk mencukupi kebutuhan pangan di masa mendatang. Untuk itu
diperlukanlah satu teknologi baru untuk meningkatkan produksi pangan
secara lebih cepat. Dengan kemajuan ilmu genetika molekur pada tahun
1970-an, dimungkinkanlah usaha mencari gen yang diduga bertanggung
jawab terhadap karakter unggul satu tanaman. Saat ini, secara umum ada
dua cara untuk mencari gen tanaman itu, yaitu isolasi gen dalam skala
kecil dengan mentargetkan satu gen saja, strategi ini disebut map-based
cloning, dan dalam skala besar dengan menggunakan proyek Genome yaitu
dengan membaca (dalam istilah khususnya, men-sekuen) semua urutan DNA
suatu organisme untuk mendapatkan semua gen yang ada. Dengan demikian,
bisa dikatakan ada dua tahap revolusi pertanian. Yang pertama dicapai
dengan persilangan tanaman secara tradisional yang memakan waktu dan
yang kedua adalah melalui aplikasi ilmu genetika molekuler. Sekilas
mengenai Genome. Pada tahun 1920 istilah Genome telah lahir, dipakai
untuk menunjukkan keseluruhan kode genetik pada kromosom dalam inti
sel. Baru pada tahun 1944, materi daripada kode genetik itu adalah DNA
yang ada pada setiap organisme. Sekarang istilah Genome diartikan
sebagai semua rangkaian DNA yang dimiliki oleh suatu makhluk. Tidak
semua rangkaian DNA itu meng-kode satu gen, kebanyakan justru bagian
yang tak bermakna. Gen-gen tersebut mengandung informasi untuk semua
protein yang diperlukan dalam kehidupan suatu organisme.
Protein-protein ini berfungsi diantaranya untuk memberi rupa dan bentuk
organisme, membantu tubuh memproses makanan, menentukan bagaimana
organisme bertingkah laku ataupun beradaptasi terhadap lingkungan
hidupnya. DNA terdiri dari empat struktur kimia yang hampir sama
susunannya, dinamakan nukleotida. Urutan (sekuen) DNA yang tersusun
dari empat nukleotida ini sangatlah penting karena sekuen ini melandasi
perbedaan dari setiap makhluk hidup, bahkan menentukan species suatu
organisme. Proyek GenomeTanaman. Proyek Genome adalah proyek men-sekuen
urutan DNA setiap kromosom dari ujung ke ujung. Proyek Genome pada
tanaman sangat menjanjikan untuk mendapatkan informasi terlengkap
tentang seluruh sifat biologis tanaman. Target umum proyek ini adalah
memahami bagaimana gen-gen menyebabkan tanaman mampu melaksanakan
segala aktivitasnya sebagai makhluk hidup. Sedangkan target khususnya
adalah untuk mengisolasi gen-gen yangmemberikan sifat-sifat unggul
seperti sifat tahan penyakit, sifat toleran pada tanah bergaram, serta
sifat alami lainnya, diantaranya gen yang mengatur pembentukan minyak
biji-bijian atau waktu berbunga yang kesemuanya berdampak pada hasil
panen. Usaha ini nantinya akan memungkinkan rekayasa genetika untuk
menghasilkan tanaman baru yang lebih berkualitas. Besarnya proyek
Genome serta teknologi yang mendukung untuk penyelesaiannya melahirkan
genomika sebagai ilmu baru.
Tanaman Model.
Ada permasalahan utama berkaitan dengan proyek Genome ini yaitu
banyaknya species tanaman dan mencoloknya perbedaan ukuran Genome satu
tanaman dengan yang lainnya, sehingga tidak memungkinkan untuk
melakukan proyek ini pada seluruh Genome masing-masing dalam rangka
memahaminya satu-persatu. Perbedaan ukuran Genome dari satu tanaman ke
tanaman lain mendasari perlunya memilih satu jenis tanaman untuk
menjadi model bagi proyek Genome tanaman. Arabidopsis merupakan model
yang cocok bagi kelompok tanaman dikot atau berbiji belah termasuk
didalamnya tomat, kentang, tambakau dan sayur-sayuran. Diantara
kelebihan model ini adalah ukuran Genome-nya yang kecil. Padi memiliki
nilai ekonomi tinggi karena menjadi makanan pokok lebih dari setengah
jumlah penduduk dunia. Padi merupakan tanaman monocot atau berbiji
tunggal, diploid dengan 12 kromosom dan mempunyai ukuran Genome yang
lumayan kecil yaitu 450 juta base. Latar belakang genetika padi sangat
kuat dengan adanya peta genetika yang terlengkap di antara tanaman
lain, yaitu adanya lebih dari 2.000 molecular marker DNA yang terbagi
merata sepanjang kromosomnya serta proses transformasi padi yang sudah
berkembang. Secara evolusi, padi mempunyai hubungan sangat erat dengan
tanaman pangan yang masuk dalam jenis rumput-rumputan.
Perbedaan mencolok ukuran Genome antara anggota rumput-rumputan
disebabkan karena sangat tingginya perbedaan kandungan repetetitive
sequences (sekuen pendek berulang-ulang yang tidak meng-kode protein)
serta adanya duplikasi dari gen-gen sendiri. Jadi sangatlah mungkin
kalau semua anggota rumput-rumputan memiliki jumlah gen yang hampir
sama. Untuk itu dengan men-sekuen Genome padi, semua gen dari tanaman
berbiji tunggal yang notabene adalah bahan pokok hidup manusia sedunia
bisa diketahui. Akhirnya harapan yang diinginkan dari terkumpulnya
informasi dan analisa sekuen Genome tanaman Arabidopsis dan padi
sebagai model akan memudahkan pemahaman kita terhadap organisasi Genome
tanaman secara keseluruhan. Informasi yang bermanfaat nantinya meliputi
fungsi dan lokasi masing-masing gen, sekuen sebagai marker molekuler
untuk gen bermutu, aspek mendasar fisiologi, biokimia dan patologi
tanaman yang kesemuanya akan mampu meningkatkan produksi pertanian atau
perkebunan dimasa mendatang.
Abstrak lain tentang Proyek Genome Tanaman