KROMOSOM TUMBUHAN SEBAGAI MARKA GENETIK

## Isna Rasdianah Aziz
Jurusan Biologi UIN Alauddin Makassar E-mail: isna-rasdianah@uin-alauddin.ac.id
Abstrak: Kromosom  bertindak  sebagai  pembawa  materi  genetik  yang memiliki  peran  penting  dalam  proses  peningkatan  kualitas  produk pemuliaan. Kromosom sebagai marka genetik digunakan untuk menganalisis  keragaman  genetik  untuk  memperoleh  hasil  paling  tinggi, waktu proses lebih singkat serta tahan terhadap berbagai cekaman biotik dan abiotik.  Metode  yang  digunakan  antara  lain  adalah  preparasi  kromosom, penyusunan  peta  karyotype  dan  karakterisasi  kromosom.  Perbedaan  pada struktur,  bentuk  dan  ukuran  kromosom  dapat  mempengaruhi  perbedaan karakter fenotipe antar spesies tumbuhan yang diamati, meskipun tergolong dalam spesies yang sama.
Kata  Kunci: Karakterisasi  kromosom,  Kromosom  tumbuhan, Karyotype , Struktur kromosom

## PENDAHULUAN
tudi kromosom telah dimulai sejak era 1600, sesaat setelah mikroskop ditemukan. Penemuan mikroskop memberikan kontribusi yang besar terhadap kemajuan ilmu kromosom.  Struktur  kromosom  pertama  kali  diamati  oleh  Karl  Wilhelm  von Nägeli  pada  tahun  1842,  sebagai  objek  yang  muncul  pada  saat  pembelahan  sel. Tahun 1844, perilaku kromosom pada saat pembelahan sel berhasil dideskripsikan oleh Nägeli  dan  dinyatakan  sebagai  deskripsi  pertama  tentang  mitosis.  Walther  Flemming, 38  tahun  kemudian  (1882),  menciptakan  istilah  kromatin  pada  saat  pembuatan  sketsa proses  mitosis  pada  laporannya.  Pada  tahun  1888,  seorang  ahli  anatomi,  patologi  dan embriologi, Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz, dikenal dengan  Wilhelm Waldeyer  berkebangsaan  Jerman  memberikan  istilah  kromosom  ( Chromosomen ) sebagai  benda  berwarna ( stainable bodies )  berdasarkan konsep  morfologi  anatomi dan susunan  benang kromatin  yang dijelaskan oleh Flemming. Benda berwarna  ini  mampu menyerap  zat  warna  dengan  baik  sehingga  terlihat  kontras  dengan  bagian  sel  lain. Penemuan  struktur  molekul  DNA  oleh  Watson  dan  Crick  (1953),  kemajuan  teknik pencitraan kromosom oleh Barbara (1938) dan prosedur sekuensing DNA oleh Sanger dan  Coulson  (1975),  telah  memberikan  kontribusi  yang  signifikan  dan  penemuan- penemuan  baru  dalam  bidang  sitogenetika,  meliputi  ilmu  tentang  struktur,  fungsi, perilaku dan efek kromosom, baik pada tingkat konvensional  sampai tingkat pemetaan molekuler  modern  (Figueroa  &  Bass,  2010;  Fukui  &  Nakayama,  2000;  Gill,  Hans,  & Jackson, 2008; Paweletz, 2001; Scheuerlein, Henschke, & Köckerling, 2017).
S

## STRUKTUR MOLEKULER KROMOSOM TUMBUHAN
Kromosom  merupakan  struktur  nukleoprotein,  membawa  materi  genetik  berupa DNA sebagai unit hereditas serta membawa informasi untuk aktivitas regulasi sel (Crow & Crow, 2002; Francis, 2007). Genom pada tumbuhan terbagi menjadi kromosom yang terdiri dari jutaan basa DNA. Jumlah kromosom pada tanaman berbunga cukup banyak jika diamati di bawah mikroskop. Berbeda dengan kromosom pada manusia, kromosom pada tumbuhan memiliki variasi sebanyak jumlah spesies yang ada, dapat berbeda dari satu  spesies  dengan  spesies  lainnya  dan  dapat  berbeda  antara  tipe wild (liar)  dan kultivar.  Hal  ini  menyebabkan  beberapa  bagian  kromosom  tumbuhan  sulit  dibedakan, sehingga menjadi barrier genetik terhadap aliran genetik antara spesies tersebut (Gur & Zamir,  2004;  Heslop ‐ Harrison  &  Schwarzacher,  2011;  Husband,  2004).  Akan  tetapi, dalam  penelitian  sitologi,  beberapa  di  antaranya  telah  digunakan  sebagai  penanda genetik  dalam  mengidentifikasi  kromosom  dan  memvisualisasikan  perubahan  struktur kromosom.  Perbedaan  jumlah  dan  morfologi  kromosom  dapat  digunakan  sebagai  data klasifikasi dan hubungan kekerabatan dalam tingkat familia (Aristya et al ., 2015). Fungsi utama kromosom adalah bertanggung jawab pada pemisahan DNA dalam jumlah  yang sama dan  memastikan  bahwa keturunan  membawa  sifat dari kedua orang tua  pada  setiap  pembelahan  sel  (Bass  &  Birchler,  2011).  Di  samping  itu,  kromosom juga  menjaga  integritas  dan  ketepatan  replikasi  genom  pada  setiap  siklus  sel. Kromosom  memiliki  tiga  elemen  struktur  utama  yang  diperlukan  untuk  replikasi  dan pemeliharaan:  sentromer,  telomer  dan  unit  replikasi.  Struktur  kromosom  membantu memastikan DNA tetap melilit pada protein.
Sentomer  merupakan  daerah  kontriksi  (lekukan)  primer  di  bagian  tengah kromosom  yang  bersifat  khusus  dan  tetap,  berfungsi  sebagai  titik  perlekatan  spindel mikrotubul yang bertanggung jawab dalam pergerakan kromosom saat pembelahan sel. Sentromer  juga  digunakan  sebagai  tempat  melekatnya sister kromatid.  Peranan sentromer  merupakan  komponen  kunci  dalam  proses  segregasi  kromosom.  Sentromer ditandai  oleh  adanya  DNA  repetitif  (sekuen  nukleotida  yang  berulang-ulang).  Dalam pembelahan sel, DNA repetitif pada sentromer berperan memisahkan kohesi antar sister kromatid  dan  mengatur  kromatin  pada  nukleus  saat  interfase  (LPidoux  &  CAllshire, 2000).  Nonomura  &  Kurata  (2001)  dalam  penelitiannya  menyatakan  bahwa  sentromer pada  padi  terdiri  dari  beberapa  sekuens  repetitif  dengan  klaster  tandem  RCS2  yang kemungkinan  berperan  sebagai  inti  dari  fungsi  sentromer  dengan  panjang  mencapai ratusan megabase.
Telomer  memiliki  peranan  penting  dalam  melindungi  ujung  pada  kedua  lengan kromosom,  yang  ditandai  dengan  adanya  urutan  nukleotida  yang  khas  (Gambar  1). Urutan  nukleotida  tersebut  berulang  dan  bersifat  spesifik  pada  tiap  spesies  yang berperan sebagai struktur healing dan pelindung nucleoproteinaceous pada kebanyakan telomer tumbuhan. Sama halnya dengan sentromer, pada telomer juga ditemukan DNA repetitif.  DNA  repetitif  pada  telomere  mengikat  protein  yang  melindungi  ujung kromosom dari degradasi serta mencegah gen hilang pada saat DNA memendek setelah satu putaran replikasi (Gill et al., 2008; Shapiro & Sternberg, 2005).
Unit  replikasi  terdapat  pada  lekukan  kedua  kromosom  yang  berada  di  sepanjang lengan  disebut  dengan  NOR  ( Nucleolar  Organizing  Regions ).  NOR  terdiri  dari  gen rRNA  5.8S,  18S  dan  28S  yang  terbentuk  selama  interfase.  Gen-gen  ini  membawa ekspresi yang berbeda.
Isna Rasdianah Aziz , Kromosom Tumbuhan Sebagai Marka Genetik… _ 127
Pada  prometafase  mitosis,  sifat  kromosom  secara  morfologi  lebih  stabil dibandingkan  meiosis.  Struktur  kromosom  seperti  sentromer,  telomere,  satelit  dan lainnya  akan  terlihat  lebih  jelas,  sehingga  kromosom  pada  fase  ini  digunakan  sebagai marka  genetika,  khususnya  pada  tumbuhan  yang  dapat  dianalisis  dengan  berbagai macam metode.

## Gambar 1. Representasi struktur kromosom tumbuhan

## KROMOSOM SEBAGAI MARKA GENETIK
Program  pemuliaan  tanaman  saat  ini  terus  mengalami  kemajuan.  Rekuisisi  bibit unggul  dengan  kapasitas  hasil  paling  tinggi,  proses  lebih  singkat  serta  tahan  terhadap berbagai  cekaman  biotik  dan  abiotik  menjadi  rebutan  pangsa  pasar.  Perakitan  bibit unggul  untuk  membentuk  varietas  baru  mutlak  dilakukan.  Keberhasilan  program tersebut  tidak  terlepas  dari  pembentukan  dan  peningkatan  keragaman  genetik  untuk seleksi  dan  bahan  persilangan  dan  proses  uji  individu  unggul  sebelum  varietas  baru dilepas  (Pardal,  2014).  Keragaman  genetik  dapat  dianalisis  dan  dihasilkan  melalui proses  introduksi,  poliploidisasi,  hibridisasi,  seleksi,  bioteknologi  dan  mutasi  (mutasi alami dan induksi).
Kemajuan teknik marka genetik memberikan kemudahan dalam berbagai kegiatan pemuliaan.  Pemetaan  kromosom  yang  mampu  mengendalikan  karakter  kualitatif  dan kuantitatif  menjadi  perhatian  pemulia.  Kromosom  sebagai  marka  genetik  dapat digunakan  untuk  menganalisis  keragaman  genetik  berdasarkan  susunan  kromosom. Metode  yang  digunakan  dalam  analisis  ini  di  antaranya  adalah  metode  preparasi kromosom, peta karyotype dan karakterisasi kromosom.

## PREPARASI KROMOSOM TUMBUHAN
Proses  preparasi  kromosom  merupakan  kegiatan  pembuatan  preparat  kromosom tumbuhan  yang  sedang  aktif  membelah.  Kromosom  dapat  terlihat  jelas  pada  fase-fase
128 _ Jurnal Teknosains, Volume 13, Nomor 2, Juli-Desember 2019 , hlm. 125 – 131
tertentu seperti  metafase dan prometafase pada saat pembelahan  inti  (Muhlisyah  et al., 2014).  Prinsip  preparasi  kromosom  adalah  memperoleh  sel  pada  berbagai  fase  dengan cara menghentikan aktivitas pembelahan sel dengan metode tertentu  (Pack & Stratakis, 2002).  Metode  preparasi  untuk  melihat  aktivitas  sel  pada  mitosis  berbeda  dengan meiosis,  baik  pada  sel,  tahapan  dan  reagen  yang  digunakan  pada  saat  preparasi  (G.  R Aristya et al., 2015). Metode yang umum digunakan adalah metode squash (pemencetan ujung akar).
Prinsip metode squash adalah mempertahankan sel tetap berada pada prometafase mitosis  dengan  pemencetan  yang  tepat  dengan  menggunakan  jaringan  somatis  dan reagen tertentu. Tahapan squash dimulai dengan:
1. Tahap  perkecambahan  dan  pemotongan  ujung  akar.  Proses  perkecambahan  benih dapat  menggunakan  medium  tanah  dan  aquadest.  Setelah  tumbuh  akar  dengan panjang  sekitar  0,5  cm,  maka  dilakukan  pemotongan  ujung  akar  dimulai  pukul 08.00-12.00 untuk mengetahui waktu mitosis tumbuhan yang diamati.
2. Fiksasi.  Fiksasi  dilakukan  dengan  memotong  ujung  akar  yang  masih  muda  dan dimasukkan ke dalam botol flakon dan ditambahkan larutan asam asetat glasial 45% selama  15  menit  pada  suhu  4°C.  Fiksasi  dilakukan  dengan  tujuan  untuk mempertahankan  komponen  dari  sel-sel  tumbuhan  sehingga  tetap  dalam  keadaan hidup (lama proses dan suhu yang digunakan berbeda tiap spesies).
3. Tahap  maserasi.  Proses  maserasi  dilakukan  dengan  menggunakan  larutan  HCl  1N selama  15  menit  dengan  suhu  55°C  dalam  inkubator  (lama  proses  dan  suhu  yang digunakan berbeda tiap spesies). Maserasi bertujuan untuk melisiskan lamela tengah.
4. Tahap  pewarnaan.  Proses  pewarnaan  dilakukan  pada  bagian  ujung  akar  yang  telah dimaserasi dan dibersihkan. Tahap pewarnaan menggunakan larutan aceto-orcein 1% selama  20  menit  pada  suhu  kamar,  yang  bertujuan  memberikan  warna  lebih  gelap pada kromosom, sehingga memudahkan pengamatan.
5. Tahap  pemencetan  ( squash ).  Proses  pemencetan  dilakukan  setelah  potongan  ujung akar terwarnai  lebih gelap. Cuplikan dari ujung akar diletakkan pada gelas preparat dan  ditetesi  gliserin  sebelum  ditutup  dengan  gelas  penutup.  Pemencetan  dilakukan dengan  menggunakan  ujung  pensil/kuas  kayu  dan  diberi  kuteks  untuk  melekatkan tepi  gelas.  Preparat  disimpan  dalam  lemari  pendingin  suhu  4ºC. Squash bertujuan untuk menipiskan sel agar sel menyebar dengan baik.
Gambar 2. a) Prometafase pada akar markisa ungu ( Passiflora edulis ) 10x100; b) prometafase pada Indigofera tinctoria ((Muhlisyah et al., 2014)
Pada  beberapa  tumbuhan  dengan  ukuran  dan  kromosom  yang  kecil,  metode squash yang  menggunakan  aceto-orcein  membutuhkan  bantuan  mikroskop  resolusi  tinggi.
a b
Isna Rasdianah Aziz , Kromosom Tumbuhan Sebagai Marka Genetik… _ 129
Kromosom  yang  tidak  melekat  erat  pada  gelas  benda  dan  tidak  tersebar  akibat pemencetan  yang  tidak  tepat  mengakibatkan  sel  relatif  masih  berada  pada  bentuk aslinya, sehingga gambar menjadi tidak efektif (Etikawati & Setyawan, 2000).

## PETA KARYOTIPE DAN KARAKTERISASI KROMOSOM
Dalam  penataan  kromosom,  karyotype  mampu  mencakup  variasi  antar  spesies. Jika  terdapat  beberapa  genus  tumbuhan  yang  memiliki  banyak  spesies,  maka  data morfologi  dan  ekologi  tidak  cukup  merepresentasikan  hubungan  filogenetik  antar spesies  tersebut.  Akan  tetapi,  sitotaksonomi  mampu  menjadi  jembatan  yang  akurat untuk mempelajari hubungan filogenetik tersebut (Venora et al., 2008).
Jumlah,  bentuk,  ukuran  kromosom  dan  posisi  sentromer  pada  kromosom tumbuhan  bersifat  khas,  sehingga  memudahkan  proses  karakterisasi  kromosom  pada spesies.  Karakterisasi  kromosom  tersebut  ditampilkan  dalam  bentuk karyotype atau karyogram sebagai  susunan  lengkap  pasangan  homolog  yang  disusun  dalam  seri kromosom  dari  yang  terbesar  hingga  terkecil.  Pasangan  kromosom  yang  digambar tunggal disebut ideogram. Parameter yang diamati dalam penyusunan karyotype antara lain: panjang kromosom, jumlah kromosom, posisi sentromer, ukuran dan posisi satelit, ukuran  dan  posisi  lekukan  sekunder,  derajat  dan  distribusi  heterokromatin, perbandingan pasangan kromosom terpanjang dan terpendek, serta perbandingan lengan panjang dan pendek.
Gambar 3. a) Karyotype kromosom paprika ( Capsicum annum var. Grossum L.) Red Star; b) karyotype kromosom terong putih  ( Solanum melongena L.) Pulus (Aristya et al., 2019)
Peta karyotype dapat  dibuat  dengan  cara  konvensional  dengan  membandingkan dua  foto/gambar  kromosom  prometafase  yang  sama  dengan  fokus  yang  berbeda.  Foto tersebut digambar ulang di atas kertas transparan (dijiplak), digunting dan diatur sesuai bentuknya.  Jumlah  kromosom  dan  panjang  kedua  lengan  kromosom  diukur  dan kromosom  dipasangkan  dengan  homolognya.  Dengan  sistem  komputasi,  gambar kromosom pada prometafase yang terbaik dipilih, diukur dan dipotong sesuai pada saat pengamatan, kemudian diolah dengan  menggunakan program Adobe Photoshop , Corel Draw dan Image  Raster dengan  cara  mengurutkan  kromosom  dengan  panjang  absolut terpanjang  sampai  terpendek. Karyotipe ini  menjadi  acuan  dalam  pembuatan idiogram (Aristya et al., 2019).
a
b
130 _ Jurnal Teknosains, Volume 13, Nomor 2, Juli-Desember 2019 , hlm. 125 – 131
Data  karyotype  digunakan  untuk  melakukan  karakterisasi  kromosom  dengan parameter  antara  lain:  jumlah  kromosom,  panjang  lengan  pendek  kromosom  (p), panjang lengan panjang kromosom (q), panjang lengan absolut kromosom (p+q), indeks sentromer  (IS),  rasio  panjang  lengan  panjang  dengan  lengan  pendek  (RLK)  dan  rasio panjang kromosom absolut terpanjang dan terpendek. Panjang p dan q dapat dilakukan dengan  pengukuran  menggunakan software AutoCAD  Map.  Kemudian  IS  dan  RLK dapat  dikalkulasi  melalui  Microsoft  excel.  Pengukuran  IS  dan  RLK  dilakukan  untuk mengklasifikasi bentuk kromosom berdasarkan letak sentromer.

## KESIMPULAN
Metode  preparasi  kromosom,  penyusunan  peta karyotype dan  karakterisasi kromosom  adalah  metode  yang  dapat  digunakan  untuk  mengetahui  struktur,  bentuk, jumlah  dan ukuran kromosom. Perbedaan pada struktur, bentuk dan ukuran kromosom dapat mempengaruhi perbedaan karakter fenotipe antar spesies tumbuhan yang diamati, meskipun tergolong dalam spesies yang sama.

## DAFTAR PUSTAKA
Aristya,  G.  R,  Daryono,  B.  S.,  Handayani,  N.  S.  N.,  &  Arisuryanti, T.  (2015). Karakterisasi  kromosom tumbuhan dan hewan . Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.
Aristya, Ganies Riza, Zuyyina, C., Febiansi, D., Ayuningsih, R., Prasiwi, K. D., Nurwijayanti, T. A., … Renaldy, B. (2019). Karakterisasi Kromosom Spesies Anggota Familia Solanaceae. BIOTROPIC , 3(1), 24–38.
Bass,  H.  W.,  &  Birchler,  J.  A.  (2011). Plant cytogenetics: Genome  structure  and  chromosome  function (Vol. 4). New York: Springer Science & Business Media.
Crow,  E.  W.,  &  Crow,  J.  F.  (2002).  100  Years  Ago:  Walter  Sutton  and  the  Chromosome  Theory  of Heredity. Genetics , 160(1), 1–4.
Etikawati, N., & Setyawan, A. D. (2000). Studi Sitotaksonomi pada Genus Zingiber. Biodiversitas , 1(1), 8–13. https://doi.org/10.13057/biodiv/d01002
Figueroa,  D.  M.,  &  Bass,  H.  W.  (2010).  A  historical  and  modern  perspective  on  plant  cytogenetics.
Briefings in Functional Genomics , 9(2), 95–102. https://doi.org/https://doi.org/10.1093/bfgp/elp058
Francis,  D.  (2007).  The  plant  cell  cycle  −  15  years  on. New  Phytologist ,  174(2),  261–278. https://doi.org/https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02038.x
Fukui, K., & Nakayama, S. (2000). Plant Chromosomes: Laboratory Methods . London: CRC Press.
Gill,  N.,  Hans,  C.  S.,  &  Jackson,  S.  (2008).  An  overview  of  plant  chromosome  structure. Cytogenet Genome Res , 120, 194–201. https://doi.org/10.1159/000121067
Gur, A., & Zamir, D. (2004). Unused Natural Variation Can Lift Yield Barriers in Plant Breeding. PLoS Biology , 2(10), e245. https://doi.org/https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0020245
Heslop ‐ Harrison,  J.  S.  (Pat),  &  Schwarzacher,  T.  (2011).  Organisation  of  the  plant  genome  in chromosomes. The  Plant  Genome: An Evolutionary  View  on  Structure  and  Function , 66(1),  18– 33. https://doi.org/https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2011.04544.x
Husband,  B.  C.  (2004).  Chromosomal  variation  in  plant  evolution. American  Journal  of  Botany ,  91(4), 621–625.
Isna Rasdianah Aziz , Kromosom Tumbuhan Sebagai Marka Genetik… _ 131
LPidoux,  A.,  &  CAllshire,  R.  (2000).  Centromeres:  getting a grip  of  chromosomes. Current  Opinion in Biology Cell , 12(1), 308–319. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0955-0674(00)00094-6
Muhlisyah, N., Muthiadin, C., Wahidah, B. F., & Aziz, I. R. (2014). Preparasi Kromosom Fase Mitosis Markisa  Ungu  ( Passiflora  edulis )  Varietas  Edulis  Sulawesi  Selatan. Biogenesis:  Jurnal  Ilmiah Biologi , 2(1), 48–55. https://doi.org/https://doi.org/10.24252/bio.v2i1.467
Nonomura, K.-I., & Kurata, N. (2001). The centromere composition of multiple repetitive sequences on rice chromosome 5. Chromosoma , 110(4), 284–291. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s004120100148
Pack,  S.  D.,  &  Stratakis, C.  A.  (2002).  Chromosomes:  Methods  for  Preparation.  In Encyclopedia  of life sciences (pp. 1–3). Maryland: Macmillan Publishers Ltd.
Pardal, S. J. (2014). Teknik Mutasi untuk Pemuliaan Tanaman . Balai Besar Penelitian Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian . Retrieved from http://biogen.litbang.pertanian.go.id
Paweletz,  N.  (2001).  Walther  Flemming:  pioneer  of  mitosis  research. Nature  Reviews  Molecular  Cell Biology , 2(1), 72–75. https://doi.org/10.1038/35048077
Scheuerlein,  H.,  Henschke,  F.,  &  Köckerling,  F.  (2017).  Wilhelm  von  Waldeyer-Hartz:  A  Great Forefather: His Contributions to Anatomy with Particular Attention to “His” Fascia. Front Surg , 4, 74. https://doi.org/10.3389/fsurg.2017.00074
Shapiro,  J.  A.,  &  Sternberg,  R.  von.  (2005).  Why  repetitive  DNA  is  essential  to  genome  function.
Cambridge University Press, 80(2), 227–250.
Venora, G., Ravalli, C., & Cremonini, R. (2008). The karyotype as a tool to identify plant species: Vicia species species belonging to Vicia subgenus. Caryologia , 61(3), 300–319. https://doi.org/https://doi.org/10.1080/00087114.2008.10589642