Mengenal Biji Padi

Hampir dapat dipastikan kalo di belahan dunia mana pun, setiap orang mengenal beras/padi (rice). Terutama di Asia, beras adalah makanan pokok. Meskipun hampir 3 kali sehari kita menyantap nasi, namun pasti di benak kita tidak pernah terbayangkan bagaimana biji padi tersebut mengalami proses dari awal (pembuahan) sampai akhir (biji matang). Meskipun berbeda dalam hal ukuran, biji tanaman pangan (serealia) memiliki bagian-bagian dan proses perkembangan yang mirip.

My Journals

Salah satu kewajiban kita sebagai manusia adalah mewariskan ilmu yang dimiliki agar bermanfaat untuk orang lain. Berbagai cara bisa dilakukan untuk menyampaikan sebuah ilmu agar sampai kepada orang lain. Bisa dengan cara mengajar langsung, bisa melalui rekaman video, suara, atau melalui sebuah tulisan. Ada pepatah yang mengatakan bahwa coretan pena (tulisan) lebih hebat dari tajamnya pedang. Pepatah tersebut tidaklah berlebihan, karena memang benar adanya, bahwa tulisan memang bisa merubah peradaban.

Berkaitan dengan hal ini, penulis memperkenalkan kolom MY JOURNALS yang terletak di sebelah kanan blog ini. Kolom tersebut merupakan link-link jurnal international dimana hasil karya penulis termuat, baik sebagai major author (first author) maupun sebagai co-authors. Sampai saat ini, ada 5 SCI journals yang telah memuat karya penulis dkk, yaitu: New Phytologist, Plant Molecular Biology, Planta, Plant Physiology and Biochemistry, dan Molecules and Cells. Sedangkan publikasi di jurnal SCIE, yaitu: Cell Stress and Chaperones, Journal of Life Science, dan Journal of Applied Biological Chemistry.

Penulis berharap karya-karya tersebut bermanfaat bagi para pembaca Biotek Tanaman, para peneliti bidang Bioteknologi, dan masyarakat pada umumnya. Mari kita bersama-sama bertekad untuk selalu merekam semua ide, pemikiran, dan hasil karya kita untuk selalu dibukukan (dipublikasikan) agar bisa dibaca oleh semua orang. Akhirnya, semoga kita selalu bersemangat untuk berkarya, menulis, serta publikasi sebagai bentuk akhir hasil pemikiran kita.

Reorganized Journals

Dalam perkembangan terkini, setiap jurnal memiliki karakter-nya tersendiri. Salah satu yang paling sering diperhatikan oleh peneliti dalam dunia sains adalah Impact Factor (IF). Semakin tinggi IF dari sebuah jurnal, maka semakin bergengsilah jurnal tersebut. Hal itulah yang memberi inspirasi penulis untuk mengkategorikan jurnal-jurnal dalam dunia bioteknologi tanaman berdasarkan IF, sebagaimana yang terlihat pada bagian kanan halaman blog ini. Setidaknya ada 6 kategori yaitu: Highest impact journals (>15.00), Higher impact journals (8.00-15.00), High impact journals (4.00-7.99), Middle impact journals (2.00-3.99), Small impact journals (0.10-1.99), dan Jurnal Indonesia.

Namun seiring dengan pengamatan penulis terhadap betapa fluktuasinya perkembangan IF setiap jurnal yang terjadi setiap tahunnya, maka penggolongan jurnal berdasarkan IF menjadi kurang efektif. Selain itu, munculnya istilah SCIE yang kadang menjadi rancu dengan SCI menjadi pertimbangan penulis untuk mengkategorikan jurnal tidak berdasarkan IF. Sehingga dalam beberapa hari mendatang, penggolongan jurnal-jurnal biotek tanaman pada halaman kanan blog ini akan diganti dengan format baru.

Return…

Assalamu’alaikum,

Pembaca Biotek Tanaman yang setia, tidak terasa sudah setahun ini, blog yang kita cintai ini vakum. Bukan tanpa alasan memang, karena kesibukan yang tidak bisa ditinggalkan. Mulai dari riset design, analisis data, konfirmasi hasil, sampai penulisan jurnal yang memang banyak sekali memakan waktu. Namun segala kerja keras, biasanya menghasilkan sesuatu yang bermanfaat, baik untuk diri sendiri maupun untuk orang lain. Terlebih untuk anak cucu kita besok. Beberapa karya selama setahun terakhir bisa dilihat di halaman Penelitian dan Publikasi. InsyaAllah mulai hari ini, blog Biotek Tanaman akan aktif kembali. Semoga kita tetap semangat menjalani hari-hari kita.

Wassalam,

Golden Rice: Dulu, Kini, dan Nanti*

Dunia sempat dikejutkan dengan padi hasil rekayasa genetik “Golden Rice” (padi emas) pada tahun 2000 [1]. Padi varitas baru yang berhasil didapatkan ini adalah sebuah temuan mutakhir dalam bidang bioteknologi tanaman pangan. Varitas baru tersebut tidak bisa dihasilkan dengan persilangan biasa (breeding), tetapi melalui teknik DNA rekombinan atau rekayasa genetik. Ide rekayasa padi yang mengandung beta-karoten pada awalnya muncul ketika para ahli biotek menemukan sebuah fenomena dimana terdapat banyak anak-anak yang mengalami kekurangan vitamin A terutama di benua Asia dan Afrika.

Kekurangan vitamin A bisa menyebabkan kebutaan dan bisa memperburuk penderita diare, sakit pernafasan dan penyakit cacar air. Selain itu, pemberian vitamin A secara oral menjadi hal yang problematik karena kurangnya infrastruktur yang menunjang. Maka sebuah alternatif sangat dibutuhkan untuk memeratakan konsumsi vitamin A khususnya pada anak-anak. Salah satu terobosan yang bisa dilakukan adalah merekayasa padi agar bisa menghasilkan beta-karoten (provitamin A) pada biji (endosperma)-nya. Padi menjadi pilihan karena merupakan bahan pangan utama bagi hampir seluruh penduduk dunia. Bagaimana rekayasa golden rice dilakukan sehingga bijinya bisa mengandung beta karoten dan berwarna orange kekuningan?

Rekayasa Padi Golden Rice

Rekayasa padi golden rice memang baru terdengar saat keberhasilan tersebut termuat dalam jurnal Science pada tahun 2000. Namun sebenarnya sekitar sepuluh tahun sebelumnya, ilmuwan Jepang telah mengawali mengisolasi gen yang menyandi jalur biosintesa karotenoid dari bakteri fitopatogenik Erwinia uredovora [2]. Dari penelitian tersebut ditemukan bahwa gen CrtI mengkode enzim phytoene desaturase yang bertanggung jawab untuk mengubah phytoene menjadi lycopene.

Beberapa tahun berselang, ilmuwan Eropa melaporkan bahwa di dalam biji padi terdapat bahan dasar (prekusor) untuk biosintesa karotenoid, termasuk beta-karoten, yaitu geranyl geranyl diphosphate (GGDP) [3]. Namun secara alami biji padi tidak menghasilkan phytoene karena terjadi penghambatan fungsi dari enzim phytoene synthase (PHY) dalam mengubah GGDP menjadi phytoene.

Meskipun demikian, penghambatan fungsi enzim tersebut bisa dihilangkan dengan cara mengintroduksi gen phy dari tanaman daffodil (bunga narsis/ bakung) dengan menggunakan promoter spesifik untuk endosperma [3]. Selain phy dan CrtI, masih ada satu enzim lagi yang diperlukan untuk mengubah lycopene menjadi beta-karoten yaitu lycopene cyclase (LYC) yang juga berasal dari tanaman daffodil. Secara ringkas, rekayasa jalur biosintesa beta-karoten pada golden rice bisa dilihat pada skema berikut:

Transformasi dengan menggunakan Agrobacterium menunjukkan bahwa modifikasi jalur biosintesa beta karoten berhasil dilakukan. Hal ini terbukti berdasarkan hasil analisa fotometrik dengan menggunakan HPLC (high-performance liquid chromatography) yang menunjukkan adanya karotenoid, termasuk beta-karoten, pada golden rice yaitu 1.6 mikrog/g [1]. Keberhasilan ini dilanjutkan dengan uji coba pada varietas yang berbeda seperti indica (IR 64) dan japonica (Taipei 309). IR 64 dan Taipei 309 dipilih karena kedua varitas tersebut paling banyak digemari di kawasan Asia, terutama Asia Tenggara dan China. Namun demikian, hasil yang dicapai masih kurang memuaskan karena kandungan karotenoid pada varitas IR 64 dan Taipei 309 tersebut masih tergolong rendah yaitu berturut-turut 0.4 mikrog/g dan 1.2 mikrog/g [4].

Golden Rice 2

Munculnya golden rice pada tahun 2000 langsung mendapat reaksi keras dari para oposisi GMO (genetically modified organism). Reaksi ini muncul karena adanya kekhawatiran masyarakat akan tingkat keselamatan konsumsi golden rice. Namun polemik yang muncul tersebut tidak mematahkan semangat dua peneliti utama golden rice, yaitu Ingo Potrykus dan Peter Beyer, untuk terus berkarya dan melakukan penelitian dengan tujuan lebih meningkatkan kandungan beta-karoten pada biji padi.

Bahkan untuk menjawab polemik yang muncul tersebut, Ingo Potrykus menulis sebuah artikel dalam jurnal Plant Physiology dengan judul “Golden Rice and Beyond” yang merupakan penjelasan menyeluruh terhadap status golden rice dan bagaimana seharusnya masyarakat umum menyikapinya [5].

Penelitian peningkatan kandungan beta-karoten pada golden rice terus dilakukan selama kurang lebih lima tahun. Fokus riset masih bertumpu pada tingkat efisiensi ke-3 jenis gen yang telah diintroduksikan yaitu psy, crtI dan lyc. Sehingga pada akhirnya para ahli tersebut merumuskan hipotesa bahwa gen psy-lah yang paling berperan dalam jalur biosintesa karotenoid tersebut.
Untuk menguji kebenaran hipotesa, mereka mengisolasi dan menguji efisiensi gen psy dari berbagai tanaman seperti Arabidopsis, wortel, paprika, jagung, tomat, bahkan padi sendiri. Pengujian awal dilakukan dengan cara overeskpresi gen-gen psy pada callus jagung. Callus dipilih karena sifat integrasinya yang stabil terhadap gen yang ditransformasikan (transgene) [6].

Seleksi efisiensi dilakukan berdasar jumlah karotenoid yang diproduksi dan warna callus (intensitas warna) yang menunjukkan tingkat efisiensi transgene. Gen psy dari jagung menunjukkan tingkat efisiensi paling tinggi dibanding dengan psy dari tanaman lainnya. Berdasar pada hasil tersebut, maka transfromasi pada padi lakukan dengan menyisipkan gen psy dari jagung bersama dengan gen crtI. Hasil yang dicapai bisa dibilang memuaskan karena kandungan karotenoid pada biji “Golden rice 2″ mencapai 37 mikrog/g [7], yang berarti 23 kali lipat dibanding golden rice generasi pertama. Dari total karotenoid tersebut, 31 mikrog/g-nya adalah beta-karoten. Penampakan biji golden rice generasi pertama dan golden rice 2 bisa dilihat pada gambar berikut:

Gambar 1. Penampakan biji padi biasa (wilt type), golden rice 1 (Np Psy/crtI), dan golden rice 2 (Zm Psy/crtI)

Potensi Golden Rice 2
RDA (recommended daily allowance) dari vitamin A untuk anak-anak berumur 1 sampai 3 tahun adalah 300 mikrog. Sedangkan faktor konversi beta-karoten (provitamin A) dari total makanan adalah 12. Dengan menggunakan faktor konversi tersebut maka bisa dibuat semacam hitungan sederhana yaitu 24 mikrog/g provitamin A, sehingga 72 gram berat kering golden rice 2 mampu menyediakan 50% RDA untuk anak-anak. Hal ini menunjukkan bahwa golden rice 2 memiliki sebuah potensi yang besar untuk menyelamatkan anak-anak dari kekurangan vitamin A.

Satu lagi pertanyaan yang timbul di benak para petani dan masyarakat pada umumnya yaitu bagaimana mendapatkan benih golden rice dan mahalkah harganya? Sebenarnya pertanyaan ini sudah lama menjadi topik diskusi para perakit (ilmuwan) dan penyuntik dana riset golden rice itu sendiri (Syngenta). Dan berdasarkan berita dari IRRI (International Rice Research Institute) yang dikutip kantor berita Reuters, pengujian penanaman golden rice di lahan di Asia (Philipina) telah dimulai awal April tahun ini. Sedangkan untuk para petani, benihnya baru bisa didapatkan pada tahun 2011. Dengan mudahnya para petani mendapat benih dan membudidayakan golden rice, maka secara tidak langsung akan dapat menekan harganya. Namun terlepas dari itu semua, keamanan konsumsi bagi anak-anak untuk kelengkapan kebutuhan vitamin A tetap menjadi prioritas utama.

Daftar bacaan:

1. Ye, X. et al. Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science 2000; 287: 303-305.

2. Misawa, N. et al. Elucidation of the Erwinia uredovora carotenoid biosynthetic pathway by functional analysis of gene products expressed in Escherichia coli. J. of Bacteriol 1990; 172: 6704-6712.

3. Burkhardt, P.K. et al. Transgenic rice (Oryza sativa) endosperm expressing daffodil (Narcissus pseudonarcissus) phytoene synthase accumulates phytoene, a key intermediate of provitamin A biosynthesis. The Plant J 1997; 11(5): 1071-1078.

4. Hoa, T.T.C. et al. Golden indica and japonica rice lines amenable to deregulation. Plant Physiol 2003; 133: 161-169.

5. Potrykus, I. Golden Rice and Beyond. Plant Physiol 2001; 125: 1157-1161.

6. Keappler, H.F. et al. Silicon carbide fiber-mediated stable transformation of plant cells. Theor. Appl. Genet 1992; 84: 560-566.

7. Paine, J.A. et al. Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content. Nature Biotech 2005; 24(4): 482-487.

*) Artikel ini saya publikasikan di Berita Iptek (www.beritaiptek.com) pada hari Senin 26 Mei 2008.

*) Artikel ini juga ditampilkan ulang atau dijadikan referensi di beberapa situs berita ilmiah dibawah ini:

http://www.biotek.lipi.go.id/index.php?option=com_content&view=article&id=455:Golden%20Rice:%20Dulu,%20Kini,%20dan%20Nanti&catid=8&Itemid=53

http://id.wikipedia.org/wiki/’Golden_Rice’

http://www.lintasberita.com/Teknologi/Software-Internet/Golden_Rice_Dulu_Kini_dan_Nanti

http://www.informasi-pertanian.co.cc/2009_01_01_archive.html

http://buzer-artikelpendidikan.blogspot.com/

Medium Dasar Untuk Tanaman

Yang dimaksud dengan medium dasar tanaman adalah media MS (Murashige & Skoog medium). Medium ini bisa dipakai untuk menumbuhkan biji Arabidopsis, atau biji tanaman lainnya seperti padi, jagung, tomat, dan lain-lain. Komposisi dasarnya (untuk 1 liter) adalah:

• MS powder : 4.4 gram
• MES : 0.5 gram
• Saccharose : 30 gram
• Agar : 0.5%, Jangan lupa atur pH-nya (5.7), lalu autoclave.

Setelah autoclave, MS media bisa dituang di cawan petri. Ada kalanya sebelum dituang, ditambahkan beberapa antibiotik (seperti hygromycin, kanamycin, dan lain-lain) untuk keperluan seleksi tanaman transgenik.

Selingan 8

Kenangan itu memang indah. Semoga semua pembaca blog ini pernah merasakan merantau di negeri orang, atau paling tidak tinggal di kota lain yang jauh dari rumah, jauh dari keluarga atau saudara. Tinggal di tempat kost, atau rumah kontrakan, atau bahkan tinggal di Masjid atau Mushola. Apalagi mahasiswa, terutama calon sarjana, yang tiap hari jarang sarapan, dan sering makan mie hanya untuk survive. Namun itu semua perlu disyukuri, karena boleh jadi jika sewaktu menjadi mahasiswa susah, maka di kemudian hari akan makmur dan kaya. Kenapa? Karena Allah SWT  sedang menahan rizki kita  saat itu, namun akan diakumulasikan di hari kemuadian pada saat yang super tepat. Jangan takut hidup susah, karena sebenarnya susah itu berasal dari hati yang kurang bersyukur. Mari nikmati hidup ini sekarang!!!, banyak bersyukur, banyak berdo’a dan tetap semangat!!!.

Mengapa PCR Tidak Menghasilkan Produk?

Dalam bidang biotek, hampir semua pekerjaan diawali dengan kloning. Untuk kloning pasti melakukan PCR. Namun demikian, kadang-kadang dalam melakukan PCR tidak selalu menghasilkan produk (band DNA) yang diinginkan. Kali ini akan dijelaskan beberapa hal yang menyebabkan gagalnya PCR. Untuk itu, silahkan dicek beberapa kemungkinan di bawah ini sebagai alternatif troubleshooting.

1. Primer problem. Yang dimaksud di sini adalah pasangan primer forward dan reverse memiliki perbedaan melting temperature (Tm) yang besar (di atas 5 derajat celcius). Meskipun secara umum kita bisa menerima bahwa pada umumnya annealing temperature yang digunakan untuk PCR adalah 5 derajat di bawah Tm primer yang terendah, namun perbedaan yang jauh dapat mengakibatkan tidak terjadinya annealing saat PCR berlangsung. Untuk itu, sebisa mungkin dalam mendesain primer agar pasangan primer memiliki Tm yang sama atau mirip.
2. Template Problem. Dalam PCR, tentunya kita menggunakan template (cetakan) yang bisa berupa RNA, cDNA, genomic DNA, atau klon. Kondisi template tersebut juga bisa mempengaruhi berhasil tidaknya suatu PCR. Template yang telah disimpan terlalu lama di freezer memiliki potensi degradasi yang besar. Maka dari itu, bisa dicek dulu apakah kondisi template masih bagus atau sudah rusak. Salah satu caranya adalah cek dengan menggunakan Actin primer.
3. Kondisi PCR. Selain berkaitan dengan Tm yang berhubungan dengan pengaturan annealing temperature, kondisi PCR lainnya yang penting adalah extension time. Hal ini berkaitan dengan besar kecilnya produk PCR. Pada umumnya, extension time 1 menit cukup untuk amplifikasi pasangan nukleotida sebesar 1 Kb. Namun demikian, tiap enzim polymerase memiliki spesifikasi tersendiri. Misalnya, Pfu polymerase yang membutuhkan waktu 2 kali lipat dibanding Taq polymerase.

Ayo Membangun Rumah Dalam Mesin PCR!!!

Sulit juga kalau kita menjelaskan kejadian dalam mesin PCR. Namun sebagai biotekers kita mesti bisa menjelaskan secara sederhana sehingga dapat dengan mudah ditangkap oleh semua orang dari berbagai lapisan masyarakat, bahkan mereka yang tidak sama bidang ilmunya dengan kita. Tentu kita masih ingat bahwa untuk melakukan PCR, kita harus mempersiapkan beberapa bahan/ larutan yaitu: Buffer, campuran dNTP (dNTPmix), pasangan Primer, cetakan (template), serta enzim Taq/ Pfu polymerase. Mari kita jelaskan satu demi satu sambil membayangkan kita akan membangun sebuah rumah.

Pertama adalah Buffer. Buffer bisa dimisalkan sebagai air. Air bisa digunakan untuk membuat adonan semen yang bagus untuk melekatkan batu bata untuk membuat dinding atau untuk bahan mengecor. Bisa dibayangkan, semen tanpa air tidak mungkin bermanfaat.

Yang kedua adalah dNTPmix. Inilah batu-bata atau batako yang dipakai untuk membangun rumah.

Yang ketiga adalah enzim Polymerase. Bisa diibaratkan sebagai semen, untuk melekatkan batu bata yang satu dengan yang lainnya sehingga bisa membentuk dinding atau pondasi seperti yang diinginkan.

Yang keempat adalah Template. Yang mengerti ilmu arsitek tentu tau apa itu sketsa rumah. Bisa dibayangkan, tanpa sebuah sketsa, rencana bangunan rumah akan berantakan dan tidak teratur.

Yang terakhir adalah pasangan Primer. Itulah pekerja, orang-orang yang membangun rumah. Ada mandor, ada tukang. Begitu pun pasangan primer, ada forward, ada reverse. Dalam mendesain primer, biasanya dipilih melting temperatur yang sama atau se-mirip mungkin untuk memudahkan pada saat penempelan template (annealing). Begitu juga saat membangun rumah, harus ada keseimbangan antara mandor dan tukang. Tanpa keseimbangan dan keselarasan antara keduanya, bisa jadi meskipun sketsa rumah sudah ada, namun hasilnya tidak akan bagus.

Kesimpulannya: buffer=air, dNTPmix=batu-bata, polymerase=semen, template=rancangan rumah, dan primer=pekerja. Kalau sudah lengkap semua komponen di atas, kita bisa membangun rumah yang ideal tentunya. Selamat membayangkan, terutama yang belum punya rumah…..he he he…(just kidding).

Transformasi Gen ke Tanaman Arabidopsis

Transformasi gen ke tanaman memiliki arti memasukkan gen (gene of interest) yang telah diisolasi ke tanaman tertentu melalui bantuan Agrobakterium. Jadi tahapannya jelas, yaitu setelah tahapan kloning selesai dan klon telah ditransformasi ke Agrobakterium. Kali ini akan dijelaskan bagaimana caranya melakukan transformasi pada tanaman Arabidopsis.

Untuk Arabidopsis, ada dua cara yang sampai saat ini masih terus dipakai di sebagian besar laboratorium bioteknologi tanaman, yaitu: floral dip (1,2) dan spray (3). Meskipun masing-masing metode memiliki kelebihan dan kelemahan, namun keduanya memiliki efisiensi yang sama. Floral dip biasanya dipakai jika pada saat transformasi hanya menggunakan tidak lebih dari lima macam konstruk yang berbeda. Sedangkan untuk transformasi dengan konstruk yang berjumlah puluhan pada saat yang bersamaan, maka pilihan terbaik adalah menggunakan metode spray. Satu hal yang perlu dicatat adalah, meskipun metode spray mudah, namun perlu waspada dengan cross contamination pada saat melakukan transformasi.

Berikut tahapan bagaimana melakukan transformasi pada tanaman Arabidopsis:

1. Inokulasikan Agrobakterium (biasanya strain GV3101) yang telah mengandung konstruk tertentu pada 5 mL media YEP atau LB (dengan antibiotik yang sesuai, misal: Gentamycin, Rifampicin, Kanamycin) selama semalam (overnight) pada suhu 28 atau 30 derajat celcius.
2. Transfer overnight culture pada 500 mL YEP atau LB media dengan antibiotik yang sesuai, lalu inkubasikan pada suhu 28 atau 30 derajat celcius selama 8 atau 9 jam.
3. Sentrifuse sel dengan kecepatan 6000 rpm, selama 10 menit pada suhu 4 derajat celcius.
4. Buang supernatan dan resuspend dengan media MS (tanpa diautoclave), tentukan OD600 = 0.7-0.8.
5. Tambahkan Helper (Vac-IN-STUFF, atau Silwett) sebanyak 20 microliter per 100 mL volume culture. Mix.
6. Lanjutkan dengan transformasi (floral dip).
7. Caranya dengan cara dipping (menenggelamkan) bunga selama 10 sampai 20 detik.
8. Ulangi dipping sampai 3 atau 4 kali.
9. Rebahkan tanaman selama 2 hari dalam kondisi gelap.
10. Tegakkan lagi, dan tumbuhkan seperti biasa sampai menghasilkan biji.
11. Panen biji dan lanjutkan dengan seleksi biji yang mengandung gen yang telah dimasukkan.
12. Catatan: persiapan untuk metode spray sama, cuman nomor 6 digantikan spray.

References:

1. Clough SJ and Bent AF. (1998) Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J 16(6): 735-743.

2. Zhang et al. (2006) Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana using the floral dip method. Nat Protoc 1(2): 641-646.

3. Chung et al. (2000) Floral spray transformation can efficiently generate Arabidopsis transgenic plants. Transgenic Res 9(6): 471-476.