Poliploidisasi

POLIPLOIDISASI

 

Pendahuluan

Saat ini banyak tanaman pertanian seperti, padi, jagung, kapas memiliki jumlah kromosom lebih dari 2 (dua). Tanaman yang seperti ini disebut tanaman yang bersifat polyploid. Banyak hal-hal yang dapat membuat hal ini bisa terjadi pada tanaman, bisa secara alami yaitu karena kehidupan tanaman banyak dipengaruhi oleh kejadian-kejadian alam. Kejadian-kejadian alam tersebut bisa saja seperti, suhu yang amat rendah, suhu yang amat tinggi, banjir, petir. Selain terjadi secara alami, penggandaan kromosom ini dapat juga dilakukan dengan cara buatan yang mana salah satunya dengan menggunakan cairan colchisine.

Sel-sel somatik pada suatu tanaman biasanya bersifat diploid (2n) dimana masing-masing memiliki genom dan jumlah kromosom yang tertentu. Dengan demikian sel-sel somatik tiap spesies tanaman itu sudah memiliki jumlah kromosom tertentu (Allard, 1966). Ada makhluk yang mempunyai kromosom banyak sekali ada juga yang memiliki sedikit. Makin dekat hubungan kekebaratan (kedudukan sistematik) makhluk, makin dekat persamaan jumlah kromosomnya.  Namun tidak ada hubungan linear antara hubungan sistematik dengan banyaknya kromosom.  Meski jumlah kromosom mungkin sama pada dua organisme yang berbeda spesies, tapi tentunya tidak mungkin sama bentuk kromosomnya (Yatim, 1972). Perubahan jumlah kromosom menyediakan sumber tambahan keragaman genetik. Perubahan jumlah ini terjadi dengan penambahan atau pengurangan kromosom-kromosomnya, baik utuh atau satu set kromosom lengkap (genom).  Perbedaan-perbedaan ini bisa dilihat dalam ragam fenotipnya (Crowder, 1993).

Poliploidisasi secara alami dapat disebabkan oleh faktor lingkungan seperti suhu, tekanan, ketinggian tempat dan sebagainya. Menurut Ayala, dkk (1984 dalam Corebima 2000) menyatakan bahwa poliploidisasi secara alami di alam ditemukan pada tumbuhan dan jarang ditemukan pada hewan. Hewan bertulang belakang (vertebrata) bereaksi negatif terhadap poliploidi. Poliploidi pada mamalia biasanya yang terjadi adalah berakhir dengan kematian pralahir. Organisme poliploid terbentuk melalui proses yang disebut induksi poliploidisasi. Pada umummnya hampir semua spesies pada setiap individunya mempunyai dua perangkat kromosom (diploid) dan sebagian ada yang mengalami perubahan jumlah perangkat kromosomnya.

 

Pengertian

Polipliodisasi adalah Proses pergantian kromosom dimana individu yang dihasilkan mempunyai lebih dari dua set kromosom. Poliploidisasi adalah usaha, proses atau kejadian yang menyebabkan individu berkromosom lebih dari satu set (Rieger et al., 1976). Poliploidisasi merupakan salah satu metode manipulasi kromosom untuk perbaikan dan peningkatan kualitas genetik ikan guna menghasilkan benih-benih ikan yang mempunyai keunggulan, antara lain: pertumbuhan cepat, toleransi terhadap lingkungan dan resisten terhadap penyakit.

Poliploidi adalah organisme yang mengalami perubahan jumlah perangkat kromosom menjadi lebih dari dua perangkat kromosom, sedangkan organisme yang mengalami perubahan perangkat kromosom menjadi satu perangkat kromosom saja disebut dengan monoploid atau haploid (Firdaus, 2002). Menurut Ayala dkk., (1984) dalam Firdaus (2002) organisme poliploidi adalah suatu organisme yang memiliki tiga atau lebih perangkat kromosom.

Polyploidi adalah organisme yang mempunyai lebih dari dua set kromosom atau genom dalam sel stomatisnya. Untuk organisme yang mempunyai jumlah kromosom dari kelipatan jumlah kromosom dasar (n) disebut haploid. Bila jumlah kromosom individu bukan merupakan kelipatan n disebut aneuploid, misalnya 2n+1 atau 2n-1. Jumlah yang lebih kecil daripada kelipatan n disebut hyperploid, sedang yang lebih besar disebut hypoploid ( Poespodarsono, 1998 ). Poliploidi adalah kondisi pada suatu organisme yang memiliki set kromosom (genom) lebih dari sepasang. Organisme yang memiliki keadaan demikian disebut sebagai organisme poliploid. Usaha-usaha yang dilakukan orang untuk menghasilkan organisme poliploid disebut sebagai poliploidisasi. Organisme hidup pada umumnya memiliki sepasang set kromosom pada sebagian besar tahap hidupnya. Organisme ini disebut diploid (disingkat 2n). Tipe poliploid dinamakan tergantung banyaknya set kromosom. Jadi, triploid (3n), tetraploid (4n), pentaploid (5n), heksaploid (6n), oktoploid, dan seterusnya. Dalam kenyataan, organisme dengan satu set kromosom (haploid, n) juga ditemukan hidup normal di alam. Autopoliploid terjadi apabila suatu spesies, karena salah satu sebab di atas, menggandakan set kromosomnya dan kemudian saling kawin dengan autopoliploid lain. Pola pembelahan sel autopoliploid rumit karena melibatkan perpasangan empat, enam, atau delapan set kromosom. Triploid karena autopoliploid dapat bersifat fertil. Allopoliploid terjadi karena persilangan antarspesies dengan genom yang berbeda tanpa diikuti reduksi jumlah sel dalam meiosis. Amfidiploid adalah allotetraploid yang perilaku pembelahan selnya serupa dengan diploid. Allopoliploidi segmental terjadi apabila sebagian kromosom berasal dari genom yang berbeda (tidak semuanya berasal dari set kromosom yang lengkap). Suatu spesies dapat bersifat diploid, meskipun dalam sejarah perkembangan evolusinya berasal dari poliploid. Spesies demikian dikenal sebagai paleopoliploid.

 

Pembahasan

Poliploidisasi pada ikan dapat dilakukan melalui perlakuan secara fisik maupun kimia. Cara fisik ini dilakukan antara lain dengan cara kejutan (shocking) suhu baik panas maupun dingin, tekanan, pressure (hydrostatic pressure), kejutan listrik dan radiasi. Sedangkan cara kimia dilakukan dengan zat-zat anti pembelahan sperti kolkisin, sitokalasin dan vncristine. Dengan  kedua cara ini maka dapat mencegah peloncatan polar bodi II atau pembelahan sel pertama pada telur terfertilisasi (Thogaar,1983; Yamazaki, 1983; Carman, dkk1992; Chepped dan Bromage, 1996).Kejutan panas merupakan teknik perlakuan fisik yang paling umum digunakan untuk menghasilkan poliploidi pada ikan (Don dan Avtalion, 1986). Perlakuan untuk menghasilkan poliploidisasi pada ikan juga mempengaruhi laju penetasan, abnormalitas, kelangsungan hidup dan laju pertumbuhan ikan. Tiga hal yang perlu diperhatikan dalam perlakuan kejutan suhu pada telur, yaitu waktu awal kejutan, suhu kejutan dan lama kejutan (Don dan Avtalion, 1986). Nilai parameter tersebut berbeda untuk setiap spesies (Pandian dan Varadaraj, 1988).

Di alam, poliploid dapat terjadi karena kejutan listrik (petir), keadaan lingkungan ekstrem, atau persilangan yang diikuti dengan gangguan pembelahan sel. Perilaku reproduksi tertentu mendukung poliploidi terjadi, misalnya perbanyakan vegetatif atau partenogenesis, dan menyebar luas.

Usaha poliploidisasi buatan dilakukan dengan alasan untuk memperoleh bentuk-bentuk baru yang memiliki sifat lebih baik.  Sifat-sifat baik yang diharapkan dari bentuk poliploid antara lain adalah (Danoesastro dan Haryono, 1991):

  1. Lebih unggul, mempunyai kualitas dan kuantitas yang lebih baik
  2. Mempertahankan sifat-sifat baik dari bentuk-bentuk heterozigot
  3. Menghilangkan sterilitas karena sebab genetik
  4. Menghilangkan incompatibilitas
  5. Mendapatkan pasangan seimbang untuk spesies tetraploid yang telah ada

Mekanisme poliploidi pada makhluk hidup dibedakan berdasarkan penyebabnya dibagi menjadi dua yaitu poliploidisasi secara alamiah dan poliploidisasi secara buatan. Poliploidisasi secara ilmiah tidak melibatkan peran, kesengajaan atau campur tangan manusia, penyebab poliploidisasi ini adalah faktor-faktor lingkungan sekitar makhluk hidup yang meliputi faktor suhu, tekanan, ketinggian tempat dan sebagainya (Firdaus, 2002). Menurut Ayala dkk. (1984) dalam Firdaus (2002) menjelaskan bahwa poliploidi secara alamiah dialam sering ditemukan pada tumbuhan dan jarang sekali ditemukan pada kelompok hewan. Poliploidi buatan pada hewan pertama kali dilakukan pada kelompok ikan Polcillidae, dengan menggunakan teknik yang masih sederhana yaitu kejutan suhu (Gustianto, 1992 dalam Firdaus 2002).

Menurut Firdaus (2002) poliplodi dapat dilakukan dengan perlakuan fisik dan kimiawi, perlakuan fisik misalnya dengan cara pemberian kejuatan panas, kejutan dingin, tekanan hidrostatik dan radiasi, sedangakan perlakuan kimiawi dengan menggunakan zat-zat anti pembelahan misalnya kolkisin. Ikan poliploidi relatif mudah diproduksi melalui pencegahan peloncatan polar bodi II atau pada pembelahan mitosis zigot dengan mempergunakan kejuatan panas (Wilkins, 1983 dan Oshiro & Takashima, 1992 dalam Mukti, 2000 dalam Firdaus, 2002). Menurut Yamazaki (1983) dan Wilkins (1983) dalam Firdaus (2002) menjelaskan pencegahan polar bodi II atau pencegahan mitosis zigot dilakukan dengan merusak gelondong pembelahan (mikrotubula) menggunakan agen penginduksi poliploidisasi. Karena mikrotubula tidak berfungsi, kromosom tidak dapat memisah menuju kutub masing-masing selama anafase. Kegagalan anafase ini menyebabkan tidak terjadinya pembelahan sel, sehingga terbentuk sel dengan jumlah kromosom atau ploidi dua kali lipat dari jumlah kromosom sel sebelumnya (Firdaus, 2002).

Pembentukan Ikan Poliploidi

Pada umumnya untuk pembentukan oragnisme baru diawali dengan proses fertilisasi antara ovum dan sperma dari dua induk, ovum terbentuk dari proses oogenesis dan sperma terbentuk dari proses spermatogenesis. Pada pembentukan ikan poliploidi tidak dapat dipisahkan dari proses fertilisasi, oogenesis dan spermatogenesis. Ovum yang telah dibuahi pada fertilisasi akan melanjutkan pembelahan meiosis II dan terbentuklah sel polar bodi II, sehingga pada zigot terdapat pronukleus jantan (1n) dan pronukleus betina (1n) yang akhirnya membentuk zigot diploid, dan selanjutnya zigot akan melakukan pembelahan mitosis (Firdaus, 2002). Proses pembentukan ikan poliploid khususnya triploid dan tetraploid berbeda dengan pembentukan ikan normal (diploid).

Pembentukan Ikan Normal (Diploid)

Mustami (2002) menjelaskan bahwa proses pembentukan ikan normal adalah dengan terjadinya fertilisasi telur ikan normal yang mempunyai 2N kromosom oleh sperma 1N kromosom akan mempunyai 3N kromosom, kemudian telur akan mengalami peloncatan polar bodi II, yaitu 1N kromosom dari telur akan meloncat keluar sehingga di dalam telur tinggal 2N kromosom yang masing-masing berasal dari kedua induknya (jantan dan betina). Proses selanjutnya adalah terjadi pembelahan sel tubuh (mitosis) kemudian embrio berkembang dan menetas menjadi ikan normal yang hanya mempunyai 2N kromosom.

Pembentukan Ikan Triploid

Triploidisasi dalam usaha budidaya dilakukan karena dua alasan yaitu pertumbuhannya lebih cepat dibandingkan dengan ikan diploid dan kerena ikan triploid ini umumnya steril. Kesterilan ini dapat mencegah gametogenesis dan menghemat pemakaian energi dan materi (Huisman, 1976). Ikan triploid bersifat steril karena kromosom homolognya tidak dapat bersinapsis untuk gametogenesis.
Akibat kondisi steril ini makanan yang seharusnya digunakan untuk perkembangan gonad dan reproduksi akan digunakan untuk pertumbuhan badan dan akibatnya berpengaruh besar kepada laju konversi makanan dan kecepatan tumbuh. Karena itu budidayanya lebih menguntungkan dibandingkan dengan budidaya ikan diploid (Thorgaard dan Gall, 1979).

Ikan triploid dapat dihasilkan dengan beberapa teknik. Dalam Chao, dkk. (1986); Johnson (1985) dalam Mustami dalam Firdaus (2002) menjelaskan ikan triploid dapat dihasilkan dengan induksi poliploidisasi misalnya dengan kejutan panas, teknik pembentukan ikan triploid semacam ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya peloncatan polar bodi II selam pembelahan meiosis II setalah terjadi fertilisasi. Dengan demikian ovum tetap mempunyai dua perangkat kromosom yang ditambah satu perangkat kromosom dari pronukleus jantan sehingga terbentuklah zigot dengan tiga set kromosom (triploid) (Firdaus, 2002).

Dari beberapa hasil penelitian, terutama pada ikan mas (Cyprinus carpio L.) disebutkan terdapat kombinasi awal antara pemberian kejutan panas, lama waktu dan intensitas suhu kejutan panas yang optimal untuk menghasilkan ikan triploid, menurut Carman, dkk. (1992) dalam Mustami (1997) pembentukan ikan triploid dilakukan dengan cara memberikan kejutan panas pada waktu 3-7 menit setelah fertilisasi. Berdasarkan atas hasil penelitiannya, Mustami (1997) menyimpulkan bahwa pemberian kejutan panas 40°C pada waktu tiga menit setelah fertilisasi selam dua menit, mempunyai efektifitas yang tinggi menghasilkan ikan triploid. Sedangkan Mukti (2000) dalam penelitiannya menunjukkan bahwa kejutan panas 40°C pada waktu tiga menit setelah fertilisasi selama 1,5 menit menunjukkan hasil yang optimal untuk menghasilkan ikan triploid.

Selain dengan kejuatan panas, menurut Firdaus (2002) mengatakan bahwa ikan triploid dapat dibentuk dengan mengawinkan antara induk ikan tetraploid dengan induk ikan diploid, induk ikan tetraploid akan menghasilkan gamet diploid dan induk ikan diploid menghasilkan gamet haploid, apabila terlibat dalam proses fertilisasi maka akan dihasilakn zigot triploid.

Pembentukan Ikan Tetraploid

Pada dasarnya pembentukan ikan tetraploid mempunyai prinsip yang sama dengan pembentukan ikan triploid dalam hal pemberian kejutan panas. Tetapi ada perbedaan yang pokok yaitu terletak pada waktu pemberian kejutan panas kepada telur yang telah difertilisasikan. Pada ikan triploid suhu diberikan sebelum terjadinya peloncatan polar bodi II, sedangkan ikan tetraploid kejutan panas diberikan setelah terjadinya peloncatan polar bodi II (Mustami, 1997). Lebih lanjut dijelaskan bahwa kejutan panas diberikan setelah kromosom mereplikasi dan nukleus zigot sedang terbagi dua. Kejutan panas diberikan pada zigot diploid saat atau sebelum mengalami mitosis (Penman, 1993; Rustidja, 1996 dalam Mustami, 1997). Kejutan suhu pada saat itu dimaksudkan untuk mencegah terjadinya pembelahan pada nukleus dan bagian sel dengan harapan kromosomnya saja yang membelah dengan kata lain mencegah pembelahan sel secara mitosis pada zigot diploid setelah terjadi penggandaan kromosom, oleh karena itu kromosom yang terbentuk setelah perlakuan kejutan panas ini menjadi 4N (tetraploid) (Mustami, 1997; Firdaus, 2002). Waktu terjadinya pembelahan zigot untuk pembentukan tetraploid ini berbeda dengan waktu peloncatan polar bodi II pada pembentukan triploid, disamping waktu yang perlu diperhatikan adalah lama pemberian kejutan panas dan besarnya suhu yang diberikan. Dari penelitian yang telah dilakukan Mustami (1997) waktu yang paling efektif yaitu pemberian kejutan panas sebesar 40°C pada menit ke 31 setelah fertilisasi selama dua menit. Sedangkan pada penelitian Mukti (2000) waktu yang digunakan untuk pemberian kejutan panas adalah 29 menit setelah fertilisasi selama 1,5 menit.

Analisis Poliploidisasi

Analisis poliploidisasi merupakan teknik penentuan tingkat ploidi untuk mengetahui ploidi dari suatu organisme. Penentuan tingkat ploidi pada ikan dapat dilakukan dengan berbagai metode, baik secara langsung maupun tidak langsung. Teknik langsung merupakan metode yang dapat digunakan pada semua makhluk hidup terutama eukariotik dan merupakan teknik yang paling tepat untuk menentukan ploidi atau jumlah perangkat kromosom dibandingkan dengan teknik tidak langsung (Firdaus, 2002). Lebih lanjut dijelaskan bahwa teknik tidak langsung, penentuan ploidi atau jumlah perangkat kromosom ditentukan atas dasar kuantitas materi genetik yang diukur secara tidak langsung, prinsip penggunaan teknik tidak langsung adalah bahwa kuantitas materi genetik berhubungan dengan kuantitas karakter yang diukur.

Metode langsung dapat dilakukan dengan perhitungan jumlah kromosom dan penentuan kandungan DNA, metode tidak langsung dapat dengan pengukuran volume inti atau sel, elektrrophoresis protein, pengamatan morfologi dan perhitungan jumlah nukleolus (Thorgaard, 1983 dalam Mustami, 1997). Menurut Carman dkk. (1992) dalam Mustami (1997) terdapat hubungan antara jumlah nukleolus dengan jumlah set kromosom pada tumbuhan dan hewan. Oleh karena itu, jumlah nukleolus dapat digunakan untuk menentukan tingkat ploidi pada ikan. Alasan lain penggunaan metode nukleolus ini adalah seperti diuraikan oleh Davidson (1995) dalam Firdaus (2002) bahwa jumlah maksimal nukleolus pada setiap spesies hewan atau tumbuhan adalah tertentu, dengan demikian jumlah nukleolus pada setiap sel dari suatu organisme mempunyai kemampuan membentuk nukleolus yang maksimal sesuai dengan jumlah materi genetiknya.

Menurut Philips dkk. (1986) dalam Mustami (1997) menjelaskan bahwa individu haploid mempunyai satu nukleolus, diploid mempunyai satu atau dua nukleolus per sel, dan triploid mempunyai satu, dua atau tiga per sel dan seterusnya. Keterangan lebih lanjut menjelaskan bahawa setiap satu set kromosom hanya mengandung satu kromosom dengan satu Nucleolar Organizer Region (NOR) dan inti diploid normal menngandung dua nukleolus. Pendapat yang senada diungkapkan Carman dkk. (1991) dalam Firdaus (2002) menjelaskan satu NOR mempunyai kemampuan untuk tidak membentuk lebih dari satu nukleolus, berdasar atas pernyataan tersebut diharapkan sel diploid yang mumpunyai sepasang NOR hanya mampu membentuk maksimal dua nukleolus, sel triploid hanya mampu membetuk tiga nukleolus demikian pula pada tetraploid hanya mampu membentuk empat nukleolus. Pengertian Nucleolus Organizer Region (NOR) adalah suatu daerah disekitar kromosom yang berfungsi membentuk nukleolus, disebut juga nucleolar organizer, daerah yang berisi beberapa tempat gen pengkode ribosom RNA (RNA-r). Dalam Klug dan Cummings (1994) dalam Corebima (2000) menjelaskan Nucleolar Organizer Region (NOR) atau mikronukleus merupakan bagian kromosom tempat gen pengkode RNA-r.

Dari penjelasan di atas terdapat variasi jumlah nukleolus untuk setiap jenis ploidi, variasi ini disebabkan oleh NOR yang tidak membentuk nukleolus saat sel tidak aktif mensintesis protein, selain itu, variasi jumlah nukleolus disebabkan adanya fusi dan fisi antar nukleolus (Carman dkk., 1992 dalam Mustami, 1997; Maillet dkk., 1999 dalam Firdaus, 2002). Variasi jumlah nukleolus ini dapat dipahami bahwa fungsi nukleolus adalah sebagai pembentuk ribosom dalam hal ini berhubungan dengan proses aktifitas fisiologis setiap sel, saat tahap embrional, sel-sel aktif melakukan metabolisme sehingga jumlah nukleolus akan dibentuk secara maksimal dan bahkan dalam satu sel dapat mencapai ratusan nucleolus.

Manipulasi kromosom memungkinkan untuk memproduksi ikan yang poliploid khususnya triploid dan tetraploid, gynogenetik dan androgenetik baik homozigot maupun heterozigot. Manipulasi kromosom pada ikan merupakan salah satu strategi yang diharapkan dapat digunakan untuk memproduksi keturunan dengan sifat unggul dan kualitas genetiknya baik, seperti memiliki pertumbuhan relatif cepat, tahan terhadap penyakit, kelangsungan hidup tinggi, toleran terhadap perubahan lingkungan (suhu, pH, oksigen terlarut, salinitas) dan mudah dibudidayakan (Mukti, 1999).

 

Berikut ini merupakan cara membuat ikan poliploid, yang pada akhirnya bisa didapatkan ikan diploid, triploid bahkan tetraploid :

  1. Memilih induk ikan mas
  2. Menyiapkan kolam untuk pemijahan dan menyiapkan kakaban (ijuk yang dijepit dengan dua bilah bambu)
  3. Melepaskan ikan kedalam kolam pemijahan, setelah terdapat tanda-tanda akan kawin, mengambil ikan dari kolam untuk diambil telur dan spermanya
  4. Telur ikan diambil dari induk betina dengan cara stripping, dan meletakkannya pada cawan plastic
  5. Mengambil sperma dari induk jantan dengan cara disped, kemudian melarutkannya dalam larutan fisiologis dalam tabung reaksi dengan perbandingan 9:1 (larutan fisiologis:sperma)
  6. Mengambil telur dengan menggunakan spatula (±300 butir telur) dan mengencerkannya dengan larutan ringer dan menambahkan 1 ml suspensi sperma dan mengaduknya menggunakan bulu ayam
  7. Telur yang telah difertilisasi ditebar pada kotak penetasan yang berada dalam bak penetasan
  8. Pembentukan ikan triploid adalah dengan memberi kejutan panas pada 3 menit setelah fertilisasi dengan suhu 400C selama 1,5 menit
  9. Pembentukan ikan tetraploid adalah dengan memberi kejutan panas pada 29 menit setelah fertilisasi dengan suhu 400C selama 1,5 menit
  10. Setelah ikan menetas ikan dipelihara dalam bak penetasan dan memberinya makan dengan kuning telur ayam yang direbus.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Mukti. A. T. dkk. 2001. Poliploidisasi Ikan Mas (Cyprinus carpio L.). BIOSAIN, Vol. 1 No. 1. Universitas Brawijaya. Malang

Arsianingtyas. H. 2009. Pengaruh Suhu Panas dan Lama Waktu Setelah Pembuahan Terhadap Daya Tetas dan Abnormlitas Larva Ikan Nila (Oreochromis niloticus). Fakultas Perikanan dan Kelautan. Universitas Airlangga. Surabaya

 

 

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s