BERBAGAI MACAM MUTASI

a. Mutasi Genom (Genome Mutation)
Poliploidi pada tanaman mencerminkan bahwa satu atau lebih set kromosom ditambahkan pada kromosom diploid misalnya triploid disimbolkan 2x+x=3x, tetraploid 2x+2x=4x (dimana x adalah jumlah kromosom dasar). Haploidi (dari diploidi) atau polihaploidi (dari poliploidi) mencerminkan status tanaman yang memiliki separuh dari jumlah kromosom normal misalnya 2x-->x, 4x-->2x dan seterusnya. Aneuploidi mencerminkan status tanaman yang memiliki penambahan atau pengurangan kromosom dari pasangan normalnya, misalnya 2x+1, 2x–1, 3x+1, 4x–1, 4x+2 dan sebagainya. Pengaruh beberapa mutagen kimia, seperti colchicine atau nitrous oxide dapat merubah tingkat ploidi pada genom tanaman.
Sebagai contoh mutasi genom, beberapa mutan tanaman sorghum yang diinduksi dengan colchicine telah dilaporkan sebagai hasil mutasi genom dengan pengurangan jumlah kromosom (haploidi) yang kemudian diikuti dengan diploidisasi. Sedangkan pengaruh mutagen fisika (radiasi sinar Gamma) pada mutasi genom telah dilaporkan pada mutan tanaman barley, dimana terjadi perubahan genom tanaman menjadi aneuploidi.

b. Mutasi Kromosom (Chromosome Mutation)
Pengaruh bahan mutagen, khususnya radiasi, yang paling banyak terjadi pada kromosom tanaman adalah pecahnya benang kromosom (chromosome breakage atau chromosome aberation). Pecahnya benang kromosom dibagi dalam 4 kelompok yaitu translokasi (translocations), inversi (inversions), duplikasi (duplications), dan defisiensi ( deficiencies ).
Translokasi terjadi apabila dua benang kromosom patah setelah terkena energi radiasi, kemudian patahan benang kromosom bergabung kembali dengan cara baru. Patahan kromosom yang satu berpindah atau bertukar pada kromosom yang lain sehingga terbentuk kromosom baru yang berbeda dengan kromosom aslinya. Translokasi dapat terjadi baik di dalam satu kromosom (intrachromosome) maupun antar kromosom (interchromosome). Translokasi sering mengarah pada ketidakseimbangan gamet sehingga dapat menyebabkan kemandulan (sterility) karena terbentuknya chromatids dengan duplikasi dan penghapusan. Alhasil, pemasangan dan pemisahan gamet jadi tidak teratur sehingga kondisi ini menyebabkan terbentuknya tanaman aneuploidi. Translokasi dilaporkan telah terjadi pada tanaman Aegilops umbellulata dan Triticum aestivum yang menghasilkan mutan tanaman tahan penyakit.
Inversi terjadi karena kromosom patah dua kali secara simultan setelah terkena energi radiasi dan segmen yang patah tersebut berotasi 180 o dan menyatu kembali. Kejadian bila centromere berada pada bagian kromosom yang terinversi disebut pericentric , sedangkan bila centromere berada di luar kromosom yang terinversi disebut paracentric . Inversi pericentric berhubungan dengan duplikasi atau penghapusan chromatid yang dapat menyebabkan aborsi gamet atau pengurangan frequensi rekombinasi gamet. Perubahan ini akan ditandai dengan adanya aborsi tepung sari atau biji tanaman, seperti dilaporkan terjadi pada tanaman jagung dan barley. Inversi dapat terjadi secara spontan atau diinduksi dengan bahan mutagen, dan dilaporkan bahwa sterilitas biji tanaman heterosigot dijumpai lebih rendah pada kejadian inversi daripada translokasi.
Duplikasi menampilkan cara peningkatan jumlah gen pada kondisi diploid. Dulikasi dapat terjadi melalui beberapa cara seperti: pematahan kromosom yang kemudian diikuti dengan transposisi segmen yang patah, penyimpangan dari mekanisme crossing-over pada meiosis (fase pembelahan sel), rekombinasi kromosom saat terjadi translokasi, sebagai konsekuensi dari inversi heterosigot, dan sebagai konsekuensi dari perlakuan bahan mutagen. Beberapa kejadian duplikasi telah dilaporkan dapat miningkatkan viabilitas tanaman. Pengaruh radiasi terhadap duplikasi kromosom telah banyak dipelajari pada bermacam jenis tanaman seperti jagung, kapas, dan barley.
Defisiensi adalah penghilangan satu atau lebih segmen gen pada kromosom. Penghilangan dapat terjadi pada segmen panjang lengan kromosom seperti yang dilaporkan pada tanaman gandum. Tergantung pada gen dan tingkat ploidi, defisiensi dapat menyebabkan kematian, separuh kematian, atau menurunkan viabilitas. Pada tanaman defisiensi yang ditimbulkan oleh perlakuan bahan mutagen (radiasi) sering ditunjukkan dengan munculnya mutasi klorofil. Kejadian mutasi klorofil biasanya dapat diamati pada stadia muda ( seedling stage ), yaitu dengan adanya perubahan warna pada daun tanaman.

c. Mutasi Gen (Gene or Point Mutation)
Sesuai dengan konsep genetika, informasi genetik tersimpan dalam rangkaian polinukliotida yang membentuk struktur pilitan ganda ( double helix ) disebut DNA (RNA dalam kasus beberapa virus). Empat nukliotida yang berbeda terdiri dari basa purine (adenine dan gaunine) dan pyrimidine (thymine dan cytosine), dihubungkan bersama melalui ikatan fosfat dan gula (deoxyribose). Bahan mutagen tertentu dapat menginduksi perubahan spesifik susunan pasangan basa dalam struktur DNA. Perubahan yang terjadi disebut mutasi gen yang digolongkan menjadi dua katagori yaitu microlesions dan macrolesions . Microlesions adalah mutasi dimana terjadi substitusi pasangan basa, transisi atau transversi pasangan basa, dan penyisipan baru pasangan basa. Macrolesions adalah mutasi dimana terjadi penghapusan, duplikasi atau penyusunan kembali pasangan basa. Mutasi microlesions sering juga disebut mutasi titik ( point mutation ).
Mutagen kimia biasanya erat berhubungan dengan mutasi microlesions sedangkan mutagen kimia (radiasi) dengan mutasi macrolesions. Mutasi gen sering berasosiasi dengan fenomena sterilitas dan kematian, seperti misalnya dalam pengaruhnya mencegah terbentuknya bivalensi dalam meiosis. Pada mutan homosigot hal ini sangat berpengaruh terhadap penurunan produktivitas dan daya saing mutan sehingga dapat merugikan. Namun pada heterosigot mutan, mutasi gen dapat mengarah pada peningkatan viabilitas dan daya saing mutan, seperti yang telah diteliti dan dilaporkan pada tanaman jagung, barley, padi, tanaman bunga dan sebagainya.

d. Mutasi diluar Inti Sel (Extranuclear Mutation)
Pada kenyataannya tidak semua materi genetik (DNA) berada di dalam inti sel ( nucleus ). Hal tersebut terbukti setelah peneliti menjumpai bahwa beberapa sifat tanaman diturunkan dengan tidak menuruti pola hukum Mendel. Sampai pada akhirnya diketahui penurunan sifat lebih dikontrol oleh gen-gen yang berada di luar inti sel atau sitoplasma, dan penurunan sifat model ini dikenal dengan istilah extranuclear inheritance . Di dalam sitoplasma sel terdapat banyak organel diantaranya kloroplas ( chloroplast ) dan mitokondria (mitochondria) yang masing-masing berfungsi dalam proses fotosintesis dan sintesa adenosintriposfat (ATP).
Kloroplas dan mitokondria ternyata mengandung materi genetik (gen atau DNA) yang juga dapat termutasi. Mutasi gen kloroplas atau mitokondria sering disebut mutasi diluar inti atau extranuclear mutation . Mutasi pada gen kloroplas dapat menyebabkan kerusakan gen mutan (defective mutant genes) yang kemudian dapat mengganggu proses fotosintesis pada daun. Alhasil, dampak mutasi gen kloroplas sering diekspresikan dengan munculnya gejala warna belang pada daun tanaman, misalnya warna belang hijau-putih pada tanaman Pelargonium dan Mirabilis jalapa (bunga pukul empat). Warna belang pada daun sering memiliki nilai seni dan nilai ekonomis tersendiri bagi pemulia tanaman. Oleh karena itu, mutasi tipe ini sering sangat bermanfaat dalam pemuliaan tanaman hias (ornamental crops).
Seperti telah dilaporkan (Van Harten, 1998), mutasi di luar inti sel sering pula menimbulkan gejala pertumbuhan kerdil (dwarf growth), berubahan morfologi bunga dan penyimpangan morfologi lainnya, dan ketahanan terhadap herbisida, yang biasanya disandikan oleh gen mitokondria. Dalam beberapa studi, mutasi pada mitokondria gen telah menghasilkan tanaman jagung yang tahan penyakit bercak daun (Drechslera maydis) dan tanaman gandum yang tahan penyakit karat (Puccinia striiformis). Sementara itu, perhatian yang lebih besar telah diberikan untuk mutasi gen pada sitoplasma yang terkait dengan cytoplasmic male sterility (CMS) seperti pada tanaman jagung. Teknik CMS sangat bermanfaat dalam pemuliaan tanaman khususnya dalam produksi benih tanaman hibrida. Secara umum telah diketahui bahwa CMS adalah sifat yang disandikan oleh gen mitokondria (Lonsdale, 1987). Mutasi dan rekombinasi DNA mitokondria merupakan dasar kejadian CMS alami.

2. Fasilitas dan Prosedur Kerja
Untuk mendukung penelitian pemuliaan tanaman dengan teknik mutasi, di BATAN tersedia fasilitas penelitian berupa Gamma chamber, Gamma cell, Gamma room, laboratorium, laboratorium kultur jaringan, ruang tumbuh, rumah kaca, kebun percobaan dan sawah. Gamma chamber model 4000A memiliki sumber sinar gamma dari Cobalt-60 dengan aktivitas awal sebesar 3474.6632 Curie. Gamma cell model GC-220 memiliki sumber sinar Gamma dari Cobalt-60 dengan aktivitas awal sebesar 10.697 Curie. Pada umumnya Gamma chamber dan Gamma cell digunakan untuk penelitian yang memerlukan perlakuan radiasi akut ( accute irradiation ), yaitu radiasi dengan laju dosis tinggi seperti pada biji-bijian atau materi reproduktif tanaman lainnya yang berukuran kecil. Sedangkan untuk penelitian yang memerlukan perlakuan radiasi kronik ( chronic irradiation ), yaitu radiasi dengan laju dosis rendah seperti terhadap tanaman pot atau tanaman dalam media kultur jaringan, dapat digunakan Gamma room. Gamma room model Panoramic Batch Irradiator yang ada di BATAN memiliki sumber sinar gamma dari Cobalt-60 dengan aktivitas awal sebesar 75.000 Curie.
Setelah perlakuan radiasi dengan sinar gamma, materi reproduktif tanaman kemudian ditumbuhkembangkan di ruang tumbuh, rumah kaca, atau langsung di kebun percobaan. Analisa mutan tanaman dilakukan di laboratorium, biasanya dengan membandingkan sifat-sifat genetik, biologi dan agronominya terhadap tanaman kontrol. Analisa mutan dapat juga dilakukan baik secara visual fenotipa maupun secara biologi molekuler seperti dengan teknik RAPD atau bioteknologi lainnya. Secara ringkas prosedur kerja pemuliaan tanaman dengan teknik mutasi khusus untuk tanaman serealia berserbuk sendiri (termasuk gandum) disajikan dalam gambar di bawah ini.



3. Tanaman yang Diteliti

Tanaman yang diteliti dikelompokkan sebagai berikut:
(1) Tanaman pangan: padi, kedelai, kc. hijau, kc.tanah, sorghum, dan gandum
(2) Tanaman hortikultura: pisang, cabai, bawang merah, dan bawang putih
(3) Tanaman industri: kapas, sorghum, dan gandum
(4) Tanaman bunga: krisan dan anggrek, dan
(5) Tanaman pakan ternak: sorghum.

4. Hasil-hasil Yang Telah Dicapai
Salah satu kegiatan di bidang pertanian adalah penelitian pemuliaan tanaman dengan menggunakan teknik mutasi ( mutation breeding ). Kejadian mutasi direfleksikan dalam munculnya keragaman genetik tanaman, yang kemudian melalui proses seleksi dan pengujian lebih lanjut, memungkinkan diperolehnya suatu varietas unggul tanaman. Penelitian pemuliaan mutasi di BATAN sebetulnya telah dimulai sejak tahun 1970, yaitu dengan program perbaikan varietas tanaman padi. Sampai kini BATAN telah menghasilkan beberapa mutan tanaman pangan yang dilepas sebagai varietas unggul oleh Departemen Pertanian.