Sabtu, 4 Februari 2012
- Orang dapat mengembangkan teknologi baru dan hewan dapat bermigrasi
ke daerah lain. Sementara tanaman terikat dengan lokasinya.
Untuk
menemukan variasi barisan seluruh genom, 1001 Genomes Project
diluncurkan tahun 2008, dengan sebelas lembaga penelitian berpartisipasi
dari penjuru dunia. Dengan menyelidiki bahan genetik dari sekitar
seratus strain tanaman ini dari berbagai daerah geografi, para peneliti
menemukan sejumlah besar variasi: selain jutaan perbedaan kecil yang
membawa pada keanekaragaman produk gen molekuler, mereka menemukan
ratusan gen yang hilang dalam beberapa strain atau salinan tambahan
dalam strain lainnya. Mungkin fleksibilitas besar dalam bahan genetik
ini yang membuat tanaman ini sangat mampu beradaptasi. Dalam jangka
menengah, katalog lengkap genom dan variasi produk gen dari sebuah
spesies dapat diterapkan pada pertanian dan perkebunan modern.
Gen
dan varian gen mana yang memungkinkan berbagai individu dari satu
spesies berkembang dalam berbagai kondisi lingkungan yang sangat
berbeda? Tanaman model untuk genetika, thale cress, Arabidopsis thaliana,
sangat sesuai untuk penyelidikan pertanyaan ini. Ia dapat berhadapan
dengan panas dan kekeringan di Afrika utara dan juga iklim dingin di
dataran tinggi Asia tengah dan zona sedang di Eropa. Tergantung pada
daerah mana ia dapat menunjukkan dedaunan yang kecil dan rapuh ataupun
lebat dan kuat, tapi spesiesnya tetap sama. Jawabannya ada pada
keanekaragaman bahan genetiknya. Detlef Weigel dan Karsten Borgwardt
dari Max Planck Institute for Developmental Biology, Gunnar Rätsch dari
Friedrich Miescher Laboratory di Tübingen, dan Karl Schmid dari
University of Hohenheim bersama dengan tim internasional, membariskan
dan menganalisis genom dari berbagai strain Arabidopsis dari
penjuru Eropa dan Asia. Untuk mengungkapkan pengaruh jarak geografis
pada gen mereka memilih tanaman dari strain yang tumbuh lokal – di
lembah Swabian Neckar – serta tanaman yang tumbuh pada ujung-ujung
daerah distribusi tanaman, seperti Afrika Utara atau Asia Tengah.
Dengan membariskan hampir 100 genom berbagai strain, para ilmuan berharap memperoleh pemahaman ilmiah mendasar tentang evolusi.
Informasi yang dihasilkan harus memberi jalan baru genetika dimana
alel-alel dibalik keanekaragaman fenotipe di seluruh genom dan seluruh
spesies dapat ditemukan. Para ilmuan telah menemukan kalau ribuan
protein berbeda dalam struktur dan fungsi mereka dalam berbagai strain Arabidopsis. Selain
itu, mereka menemukan beberapa ribu salinan gen ekstra, hilangnya gen,
serta beberapa gen baru yang sebelumnya hanya ditemukan dalam spesies
tanaman lain. “Hasil kami menunjukkan sangat mengesankan bagaimana
keanekaragaman genetika itu,” kata Jun Cao dari Max Planck Institute for
Developmental Biology dan pengarang perdana salah satu proyek. Karl
Schmid dari University of Hohenheim menambahkan: “Adaptasi lewat mutasi
baru itu sangat langka. Lebih penting adalah rekombinasi dari varian
yang telah ada. Dengan informasi dari lebih seratus genom, bukan hanya
kita dapat menyatakan tentang ratusan individu ini, namun memberikan
pula landasan untuk meramalkan potensi genetik yang dapat direalisasikan
dengan menyilangkan individu-individu tertentu.”
Ahli
genetika yang bekerja dengan Detlef Weigel, Karsten Borgwardt dan Karl
Schmid juga menemukan kalau tingkat variasi genetika berbeda luas antar
daerah berbeda. Para peneliti menemukan keanekaragaman genetik terbesar
di Semenanjung Iberia, dimana tanaman telah ada selama waktu yang lama.
Di Asia Tengah, yang hanya dikoloni setelah zaman es terakhir, tanaman Arabidopsis
memiliki genom yang relatif seragam. Lebih lanjut, populasi ini
memiliki jumlah mutasi di atas rata-rata yang menyebabkan kerugian bagi
tanaman, karena fungsi protein berubah. Secara normal, seleksi alam
membuang mutasi ini seiring waktu, namun pada populasi emigran muda
mereka diperkaya lewat kasus evolusi acak. “Membayangkan bagaimana
tanaman dan genom mereka beradaptasi dengan lingkungan mereka seperti
teka-teki,” kata Jun Cao. “Kit perlu mengumpulkan semua potongan,
sebelum dapat dipasang semua.” Para ilmuan telah mencoba menciptakan
katalog yang hampir lengkap dari variasi genom sebuah spesies.
Namun
bagaimana variasi ini berinteraksi pada aras molekuler dan perubahan
apa yang mereka sebabkan dalam produk gen? Biologiwan komputasi Gunnar
Rätsch dari Friedrich Miescher Laboratory memeriksa pertanyaan ini
secara detail dalam studi kedua bersama dengan rekan internasionalnya.
Mereka menganalisis 19 strain Arabidopsis dengan keanekaragaman
genetika yang besar. 19 individu ini membentuk basis dari sebuah
populasi buatan dari beberapa ratus strain, dibuat lewat penyilangan
ganda sehingga berbagai segmen genom dikocok secara sistematis. Individu
yang diperoleh sesuai dengan ideal untuk memeriksa interaksi gen.
Para
ilmuan mempelajari potongan genom menggunakan metode analisis baru dan
menemukan secara detail bagaimana DNA dibaca dengan teliti dan bagaimana
tahap perantara produksi protein, RNA, dihasilkan. Para peneliti
memperoleh gambaran rinci mengenai produk gen yang diubah yang muncul
dari berbagai varian genomik. Tergantung pada konteks genomikny,
sebagian potongan gen tertutup atau di aktivasi ulang. “Kami dapat
menemukan jumlah perubahan yang mengejutkan yang mempengaruhi satu gen.
Walau begitu, mereka sering dikompensasi dan karenanya sering tidak
memiliki dampak nyata pada produk gen,” kata Gunnar Rätsch tentang hasil
terbaru ini. Konsep, metode, dan platform yang dikembangkan berdasarkan
variasi genomik Arabidopsis thaliana dapat pula digunakan
untuk mempelajari tanaman pertanian dan untuk memetakan dengan cepat dan
akurat karakteristik yang diinginkan. Selain itu, para peneliti dapat
mentransfer pemahaman ini mengenai pengaruh variasi pada produk gen dan
interaksinya untuk mempelajari genom manusia.
Proyek-proyek
baru ini harus dilihat dalam konteks 1001 Genomes Project, yang
diluncurkan tahun 2008 di Max Planck Institute for Developmental Biology
dan diimplementasikan lewat banyak proyek individual bekerjasama dengan
puluhan lembaga di penjuru dunia. Tujuannya adalah menganalisis dan
membandingkan gen dari 1001 strain Arabidopsis. Tujuan dari
proyek skala besar ini adalah mendapatkan pemahaman mendasar mengenai
evolusi, genetika, dan mekanisme molekuler. Hampir 500 genom berbeda
telah dibariskan dan dianalisis di berbagai lembaga. Data diberikan pada
database publik, yang dapat diakses bukan hanya oleh partisipan proyek,
namun juga oleh semua ilmuan yang tertarik.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar