KAPAS TRANSGENIK TAHAN KEKERINGAN

KAPAS TRANSGENIK TAHAN KEKERINGAN

A.    Morfologi Kapas

Kapas (dari bahasa Hindi kapas, sendirinya dari bahasa Sanskerta karpas) adalah serat halus yang menyelubungi biji beberapa jenis Gossypium (biasa disebut "pohon"/tanaman kapas), tumbuhan 'semak' yang berasal dari daerah tropika dan subtropika. Kapas memiliki klasifikasi sebagai berikut:

Kerajaan : Plantae
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Kelas : Dicotylledoneae
Ordo : Malvaceae
Genus : Gossypium
Spesies : Gossypium hirsutum. Sp

Akar tanaman kapas umumnya dikembangbiakkan dari biji. Pada waktu  berkecambah calon akar tunggang tumbuh lebih dahulu masuk ke dalam tanah, diikuti oleh keping biji. Kapas mempunyai akar tunggang yang panjang dan dalam tergantung pada umur, besarnya tanaman, aerasi, dan stuktur tanah. Akar tunggang sering lebih panjang daripada tanamannya sendiri. Dari kar tunggang akan tumbuh akar-akar cabang. Akar cabang akan bercabang-cabang lagi, dan membentuk akar-akar rambut, (Vinolia, 2012).

Buah pada tanaman pas terbentuk setelah terjadi penyerbukan oleh benang sari ke putik. Buah yang masak akan retak dan terbuka. Kebanyakan buah terdiri dari 3 ruang dan kadang-kadang 4-5 ruang. Bentuk dan besar serta warna buah berbeda-beda ada yang bulat telur,bulat, dan ada yang segi tiga. Warna buah ada hijau muda, hijau gelap berbintik-bintik yang mengandung kelenjar minyak, (Anonim, 2012).

Biji dan Serat yang terdapat di dalam kotak buah secara teratur.Tiap ruang  buah terdapat dua baris biji dan rata-rata setiap ruang biji terdiri dari 9  biji.Bentuk biji bulat telur, berwama cokelat kehitaman. Kulit luar biji ada yang  berserat dan ada yang tidak. Serat ini melapis ikulit biji sangat pendek, ada yang tebal dan halus, atau tebal dan kasar, tipisserta halus. Serat melekat erat pada  biji, berwama putih atau krem ada pulayang berwama keabu-abuan.  Serat disebut "fuzz" (kabu-kabu). Biji kapas tidak hanya dilapisi kabu-kabu, tetapi di luarnya terdapat lapisan serabut yang disebut serat kapas (kapas). Kulit biji menebal membentuk lapisan serat berderet pada kulit bagian dalam. Pemanjangan serat berlangsung sekitar 13-15 hari. Pada waktu buah masak kulit buah retak dankapasnya atau seratnya menjadi kering dan siap dipungut. Bagian serat terpanjang terdapat pada puncak biji, (Taufik, 2011).

Serat kapas menjadi bahan penting dalam industri tekstil. Serat itu dapat dipintal menjadi benang dan ditenun menjadi kain. Produk tekstil dari serat kapas biasa disebut sebagai katun (benang maupun kainnya), (Anonim, 2014)..

Serat kapas merupakan produk yang berharga karena hanya sekitar 10% dari berat kotor (bruto) produk hilang dalam pemrosesan. Apabila lemak, protein, malam (lilin), dan lain-lain residu disingkirkan, sisanya adalah polimer selulosa murni dan alami. Selulosa ini tersusun sedemikian rupa sehingga memberikan kapas kekuatan, daya tahan (durabilitas), dan daya serap yang unik namun disukai orang. Tekstil yang terbuat dari kapas (katun) bersifat menghangatkan di kala dingin dan menyejukkan di kala panas (menyerap keringat), (Anonim, 2014).

B.     Perkembangan Tanaman Transgenik

Tanaman transgenik adalah tanaman yang telah disisipi atau memiliki gen asing dari spesies tanaman yang berbeda atau makhluk hidup lainnya. Penggabungan gen asing ini bertujuan untuk mendapatkan tanaman dengan sifat-sifat yang diinginkan, misalnya pembuatan tanaman yang tahan suhu tinggi, suhu rendah, kekeringan, resisten terhadap organisme pengganggu tanaman, serta kuantitas dan kualitas yang lebih tinggi dari tanaman alami. Sebagian besar rekayasa atau modifikasi sifat tanaman dilakukan untuk mengatasi kebutuhan pangan penduduk dunia yang semakin meningkat dan juga permasalahan kekurangan gizi manusia, sehingga pembuatan tanaman transgenik juga menjadi bagian dari pemuliaan tanaman, (Anonim, 2015).

Seleksi genetik untuk pemuliaan tanaman (perbaikan kualitas/sifat tanaman) telah dilakukan sejak tahun 8000 SM ketika praktik pertanian dimulai di Mesopotamia. Secara konvensional, pemuliaan tanaman dilakukan dengan memanfaatkan proses seleksi dan persilangan tanaman. Kedua proses tersebut memakan waktu yang cukup lama dan hasil yang didapat tidak menentu karena bergantung dari mutasi alamiah secara acak. Contoh hasil pemuliaan tanaman konvensional adalah durian montong yang memiliki perbedaan sifat dengan tetuanya, yaitu durian liar. Hal ini dikarenakan manusia telah menyilangkan atau mengawinkan durian liar dengan varietas lain untuk mendapatkan durian dengan sifat unggul seperti durian montong.

Sejarah penemuan tanaman transgenik dimulai pada tahun 1977 ketika bakteri Agrobacterium tumefaciens diketahui dapat mentransfer DNA atau gen yang dimilikinya ke dalam tanaman. Pada tahun 1983, tanaman transgenik pertama, yaitu bunga matahari yang disisipi gen dari buncis (Phaseolus vulgaris) telah berhasil dikembangkan oleh manusia. Sejak saat itu, pengembangan tanaman transgenik untuk kebutuhan komersial dan peningkatan tanaman terus dilakukan manusia. Tanaman transgenik pertama yang berhasil diproduksi dan dipasarkan adalah jagung dan kedelai. Keduanya diluncurkan pertama kali di Amerika Serikat pada tahun 1996. Pada tahun 2004, lebih dari 80 juta hektare tanah pertanian di dunia telah ditanami dengan tanaman transgenik dan 56% kedelai di dunia merupakan kedelai transgenic, (Anonim, 2015).

C.    Kapas Transgenik Tahan Kekeringan

“Trans” = pindah “Genic”= gen. Transgenik adalah individu yang mendapat pindahan gen dari donor dan gen itu berekspresi padanya. Prinsip teknologi transgenik adalah pemindahan satu atau beberapa gen, yaitu potongan DNA yang menyandikan sifat tertentu, dari satu makhluk hidup ke makhluk hidup lainnya. Dengan demikian, suatu tanaman yang tadinya tidak mempunyai sifat tertentu dapat direkayasa sehingga memiliki sifat tersebut. Salah satu bentuk hasil rekayasa genetis pada kapas transgenik adalah Kapas tahan kekeringan.

Kapas transgenik tahan kekeringan merupakan hasil rekayasa genetika dengan mengintroduksi gen TsVP yang diisolasi dari organisme Thellungiella halophila yang ditransformasikan ke dalam genom varietas Lumianyan 19 and Lumianyan. Ketahanan tanaman terhadap kekeringan secara umum dipengaruhi oleh hormon ABA yang berperanan dalam mediasi pengendalian aktivitas stomata.  Produksi hormon tersebut disandi oleh gen ERA1, sehingga penghambatan aksi gen tersebut menyebabkan tanaman menjadi sangat sensitif terhadap kekeringan.  Sebaliknya dengan menutup ekspresi gen tersebut, maka stomata akan tertutup sehingga kehilangan air tanaman dapat dikendalikan dan tanaman mampu tetap bertahan dalam kondisi kekeringan. Gen TsVP yang diisolassi dari organisme Thellungiella halophila yang mampu menutup ekspresi gen ERA1 sehingga hormon ABA  tidak dapat diproduksi yang mengakibatkan stomata akan tertutup sehingga kehilangan air tanaman dapat dikendalikan dan tanaman mampu tetap bertahan dalam kondisi kekeringan.

Kapas tahan kekeringan ini dihasilkan untuk menghadapi fenomena pemanasan global yang akan menyebabkan terjadinya musim kering yang berkepanjangan. Varietas kapas transgenik yang diperoleh memberikan ketahanan terhadap kekeringan karena memiliki aktivitas V–H+-PPase yang lebih tinggi.  Selain itu kapas transgenik yang dihasilkan juga menunjukkan pertumbuhan tunas dan akar lebih baik, kandungan klorofil yang lebih tinggi, efiensi fotosintesa yang lebih tinggi, dan kerusakan membran sel yang lebih rendah.  Hal tersebut berakibat pada peningkatan produktivitas 40-51%. 

Genom tanaman kapas ini mengandung gen berasal dari organisme Thellungiella halophila. Kapas tahan kekeringan merupakan salah satu contoh organisme transgenik. Organisme transgenic adalah organism yang mengandung gen yang berasal dari jenis organisme lainnya. Oleh karena tanaman kapas ini mengandung gen yang asalnya dari organism lainnya, maka kapas ini disebut tanaman kapas transgenik, (Sulistyowati, 2009).

D.    Mekanisme Perakitan Kapas Transgenik

Respon tanaman terhadap kekeringan dimulai dengan diterimanya signal-signal atau stres yang mampu menginisiasi siklus-siklus transduksi dalam tanaman yang menyebabkan berbagai perubahan fisiologi. Mekanisme ketahanan tanaman terhadap kekeringan dibedakan menjadi tiga kategori, yaitu  ‘drought escape’ atau lolos dari kekeringan, ‘dehydration postponment’ atau penundaan terhadap proses dehidrasi, dan ‘dehydration tolerance’ atau toleransi terhadap proses dehidrasi.

Pada saat terjadi kekeringan, akan terjadi perubahan metabolisme dalam akar tanaman yang menghasilkan signal-signal biokimia pada tunas dan secara otomatis menyebabkan penurunan kecepatan tumbuh, konduksi stomata, fotosintesis, dan tekanan osmotik dalam jaringan sel tanaman. Salah satu mekanisme alami yang melindungi sel-sel tanaman dari ancaman kekeringan, salinitas, suhu reah dan faktor stres lainnya adalah akumulasi asam amino dan amida, serta gula yang berperan dalam meningkatkan tekanan osmotik sel. Akumulasi asam amino asparagin, prolin dan arginin dalam sel tanaman kapas meningkat sebagai reaksi terhadap suhu tinggi dan defisiensi air. Aspek-aspek tersebut merupakan indikator terjadinya perubahan metabolisme nitrogen.

Peningkatan prolin selain berkorelasi dengan defisiensi air, juga berkorelasi dengan salinitas. Berkaitan dengan ketahanan tanaman terhadap kekeringan, dengan mempertahankan potensial air dalam sel-selnya, genotipa-genotipa kapas toleran terhadap kekeringan mampu mempertahanan laju fotosintesa, tingkat konduksi stomata, dan kandungan air sel seperti pada kondisi tanpa cekaman. Berkaitan dengan tingkat konduksi stomata, seleksi aksesi kapas  untuk ketahanan kekeringan dapat dilakukan dengan mengobservasi tingkat konduksi stomata yang rendah yang berkaitan dengan potensi produksi yang rendah pula.

Ketahanan tanaman terhadap kekeringan secara umum dipengaruhi oleh hormon ABA yang berperanan dalam mediasi pengendalian aktivitas stomata. Produksi hormon tersebut disandi oleh gen ERA1, sehingga penghambatan aksi gen tersebut menyebabkan tanaman menjadi sangat sensitif terhadap kekeringan. Sebaliknya dengan menutup ekspresi gen tersebut, maka stomata akan tertutup sehingga kehilangan air tanaman dapat dikendalikan dan tanaman mampu tetap bertahan dalam kondisi kekeringan.

Selain faktor genetik dalam tanaman, respon tanaman terhadap kondisi kekeringan sangat dipengaruhi oleh tingkat cekaman dan lamanya periode cekaman. Oleh karena itu diperlukan tindakan-tindakan intervensi secara agronomis meliputi irigasi dan fertigasi, pengendalian terhadap pengompakan tanah, perbaikan kesuburan tanah secara organik, dan penggunaan model simulasi pertanaman untuk menentukan waktu tanam, jenis komoditas yang ditanam, varietas, dan dosis pupuk yang diaplikasikan.

Strategi untuk menangani masalah kekeringan meliputi 1) meningkatkan kandungan air tanah pada saat pengolahan tanah, 2) peningkatan pemanfaatan air tanah, 3) reduksi kontribusi evaporasi tanah terhadap total penggunaan air, 4) optimalisasi model penggunaan air musiman sebelum dan sesudah pembungaan, 5) peningkatan toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan dan kemampuan recovery setelah cekaman kekeringan, dan 6) melakukan irigasi pada fase-fase yang paling sensitif bagi komoditas pertanian. Ke-6 strategi tersebut dapat dicapai dengan paket teknologi yang terdiri dari metoda pengolahan tanah, varietas tahan kekeringan, waktu tanam, kepadatan, populasi, pemupukan N, serta penjadwalan dan pengaturan volume air irigasi, (Sulistyowati, 2009).

Mekanisme dasar perakitan kapas transgenik tahan kekeringan, antara lain:

1.            Konstruksi gen TsVP yang diisolassi dari organisme Thellungiella halophila, gen inilah yang mampu menutup ekspresi gen ERA1 sehingga hormon ABA  tidak dapat diproduksi yang mengakibatkan stomata akan tertutup sehingga kehilangan air tanaman dapat dikendalikan dan tanaman mampu tetap bertahan dalam kondisi kekeringan.

2.            Pembuatan vektor cloning , dengan memanfaatkan plasmid , plasmid mengalami pembukaan dengan enzim restriksi (EcoR1)

Plasmid

3.            Penggabungan plasmid recombinan dengan Ti (tumor infection plasmid) yaitu plasmid bakteri Agrobacterium tumefaciens.

Gb. Penggabungan Plasmid Ti dengan Plasmid recombinan

4.            Sel TI (Agrobacterium tumefaciens)  ini kemudian di injeksikan pada sel tanaman kapas yang akan di transgenik, gen TsVP akan terekspresi seiring dengan pembelahan sel. Dan di hasilkan tanaman kapas transgenik tahan kekeringan.

E.     Keuntungan dan Kerugian Tanaman Kapas Transgenik

1.      Kelebihan dibandingkan dengan teknologi konvensional, yaitu:

a)      dapat memperluas pengadaan sumber gen resisten karena sumber gen tidak hanya dapat diperoleh dari tanaman dalam satu spesies tetapi juga dari tanaman lain spesies, genus atau famili, bahkan dari bakteri, fungi, dan mikroorganisme lainnya

b)      dapat memindahkan gen spesifik ke bagian yang spesifik pula pada tanaman

c)      dapat menelusuri stabilitas gen yang dipindahkan atau yang diintroduksikan ke tanaman dalam setiap generasi tanaman

d)     memungkinkan mengintroduksi beberapa gen tertentu dalam satu  event  transformasi sehingga dapat memperpendek waktu perakitan tanaman dengan resistensi ganda (multiple resistance)

e)      dapat menelusuri dan mempelajari perilaku  gen yang di introduksi dalam lingkungan tertentu, seperti kemampuan gen suatu tanaman untuk pindah ke tanaman lain spesies(outcrossing), dan dampak negatif darigen tersebut dalam tanaman tertentu terhadap lingkungan dan organisme bukan sasaran.

f)       Di hasilkan tanaman kapas yang tahan terhadap kekeringan, sehingga dapat menghasilkan kapas dengan varietas unggul dan produksi melimpah pada kondisi kering sekalipun.

2.      Bahaya penggunaan tekhnologi transgenic pada tanaman kapas tahan kekeringan, antara lain:

a)      Penggunaan benih kapas transgenik akan mengakibatkan ketergantungan petani pada perusahaan besar, karena kenyataan teknologi transgenik hanya bisa di lakukan oleh perusahaan perusahaan besar.

b)      Akan merusak keseimbangan ekosistem alam, dimana adanya insektisida alami dari protein kristal tersebut akan mengakibatkan banyak serangga mati. Dan keseimbangan ekosistem terganggu.

c)      Bahaya terhadap kesehatan, berupa alergi penggunaan kapas yang digunakan untuk tekstil karena kapas transgenic tahan kekeringan mengandung gen yang berasal dari organisme Thellungiella halophila, (Wulan Manuhara, 2006).