Pemuliaan Presisi Menggunakan Metode Genome Editing

(Riry Prihatini, S.Si, M.Sc)

Pemuliaan presisi adalah suatu teknik modifikasi DNA dengan tujuan meningkatkan sifat-sifat suatu tanaman. Salah satu metode terbaru pemuliaan presisi yang dikembangkan adalah metode genome editing, yaitu metode perakitan genetik dimana sebuah sekuens DNA disisipkan, digantikan, atau dipindahkan dari genom suatu organisme dengan suatu enzim nuklease buatan yang berperan sebagai “gunting molekular”. Tujuan dari metode ini adalah untuk mengedit susunan sekuens DNA pada genom sehingga merubah asam amino yang dikode dan pada akhirnya merubah sifat organisme.

Aplikasi genome editing pada perbaikan tanaman antara lain adalah:

1. Gene targeting, yaitu introduksi substitusi nukleotida spesifik sehingga mengubah susunan asam amino pada protein yang terbentuk.
2. Targeted mutagenesis, yaitu mentidak aktifkan atau menghapus suatu gen atau segmen kromosom.
3. Trait stacking, yaitu menyisipkan DNA asing ke lokasi genom yang tepat.

Genome editing melibatkan metode yang secara tepat memanipulasi asam nukleat pada sel hidup. Hal tersebut bergantung pada dua aspek penting, yaitu:

1. Perakitan enzim endonuklease spesifik sekuens yang berfungsi untuk mengenai sekuens DNA target (biasanya berukuran 20 nukleotida) dan memotong sekuens DNA target tersebut sehingga menghasilkan potongan rantai ganda DNA. Beberapa enzim endonuklese yang banyak digunakan:

• Zinc finger nuclease, adalah enzim nuklease rakitan pertama yang dibuat, dapat mengenali target DNA yang spesifik.

Keterangan:

ZFP: Zinc finger

DBS: Double strands break

NHEJ: Non homolog end joining

HDR: Homolog directed pair

• Transcription activator-like effector nucleases (TALENs), adalah enzim transcription activator-like tipe III yang diisolasi dari bakteri Xanthomonas campetris, lebih efektif daripada ZFN karena dapat bekerja secara indipenden, namun proses perakitannya merupakan hal yang sangat menantang karena sekuens berulangnya yang sangat mirip.

• Clustered regularly interspace short palindromic repeats / CRISPR-associated system (cas9), merupakan CRISPR yang diisolasi dari bakteri Streptococcus thermophylus, yaitu enzim DNA endonuklease yang terpandu RNA. cas9 relatif lebih murah dan mudah diimplementasikan dibanding dua enzim sebelumnya.

2. Mekanisme perbaikan DNA selular, yaitu mekanisme untuk memperbaiki potongan rantai ganda DNA.

Studi kasus implementasi genom editing pada tanaman kentang

Umumnya kentang disimpan dalam cold storage untuk memperlambat perkecambahan sekaligus memperpanjang daya simpan. Namun demikian, penyimpanan dalam cold storagemengakibatkan akumulasi gula, glukosa, dan fruktosa. Pada tahap pemrosesan, kentang tersebut akan menjadi berwarna coklat serta mengandung akrilamid yang bersifat karsinogenik. Untuk meminimalkan gula pereduksi, maka strategi yang dilakukan adalah mentidak aktifkan gen vocuolar invertase gene (Vinv) menggunakan metode TALENs.

Clasen et al. 2015

Protoplas tanaman kentang ditransformasi dengan DNA plasmid yang mengkode TALENs. Hal ini berhasil menghasilkan tanaman dengan kandungan gula yang lebih rendah, sehingga ketika kentang diproses menjadi kentang goreng warnanya tetap menjadi kuning.

Tanaman yang dihasilkan melalui metode genome editing bukanlah GMO (Genetically Modified Organisms), sehingga kontroversi seputar GMO tidak berlaku pada tanaman ini, karena:

-          Tidak ada DNA asing yang disisipkan

-          Tidak menggunakan bakteri Agrobacterium yang bersifat pathogen dalam perakitannya

Dengan demikian, peluang pengembangan varietas baru melalui genome editing adalah evolusi di bidang pemuliaan tanaman.

sumber