Konsep Dasar Biodiversitas

Biodiversitas Tingkat Ekosistem

            Ekosistem adalah suatu satuan lingkungan yang melibatkan unsur-unsur biotic dan faktor-faktor fisik yang saling berinteraksi satu dan lainnya. Biodiversitas tingkat ekosistem membentuk tingkatan jenis dan genetik dan merupakan satu kesatuan lingkungan yang terdiri dari unsur-unsur biotik (mahluk hidup) dan factor-faktor fisik (iklim, air, tanah) dan kimia (kemasaman, salinitas, dll) yang saling berinteraksi dan membentuk suatu ekosistem.

            Ekosistem terdiri dari perpaduan berbagai jenis dengan beragam kombinasi lingkungan fisik dan kimia yang beranekargam, maka jika susunan komponen jenis dan susunan factor fisik serta kimianya berbeda, ekosistem yang dihasilkannya pun akan berbeda pula. Dengan adanya perbedaan tersebut, maka interaksi antara mahluk hidup dengan factor-faktor lain dalam suatu wilayah akan menyusun suatu ekosistem tersendiri. Ekosistem secara alami akan berubah, yang secara proses dapat terjadi secara alami (proses penuaan alam) atau secara sengaja (perusakan oleh manusia).

Biodiversitas Tingkat Jenis

            Pada ekosistem terddapat organism-organisme yang merupakan satuan-satuan tertentu yang masing-masing mempunyai batasan pasti yang disebut Jenis. Jenis merupakan suatu satuan yang dapat dikenal dari bentuk atau penampilan dan terdiri atas pengelompokan populasi-populasi atau gabungan individu yang mampu saling kawin sesamanya secara bebas ttetapi tidak mampu dengan jenis lain untuk menghasilkan keturunan.

            Untuk kelompok yang tidak berkembang biak secara generative, misalnya mikroorganisme, batasan jenis ditentukan oleh wilayah tempat hidup yang sama. Jenis terbentuk berdasarkan kesesuaian kandungan genetik yang mengatur sifat-sifat kebakaan dari lingkungan tempat tumbuhnya.

            Faktor kebakaan/susunan genetic suatu jenis diturunkan dari generasi ke generasi berikutnya. Kerangka dasar komponen genetic suatu jenis berbeda dengan jenis yang lainnya, juga gen-gen berkembang menyesuaikan dengan lingkungan hidupnya. Jenis akan mengalami penyesuaian dan perkembangan dalam jangka waktu yang lama menjadi jenis baru atau mungkin menjadi punah karena tidak bisa menyesuaikan diri.

Biodiversitas Tingkatan Genetika

            Biodiversitas tingkat genetika meliput keanekaragaman didalam spesies dan tergantung pada keanekaragaman susunan gen dalam kromosom. Dalam konteks keanekaragaman hayati, sumberdaya genetic adalah material genetic potensial atau riil yang mengandung unit-unit fungsional pewarisan sifat.

            Variabilitas mempunyai arti yang sangat penting dalam merakit varietas baru. Sebagai sumber gen untuk karakter tertentu variasi genetic yang ada dalam spesies sangat penting, yang meliputi:

·         Persentasi loci polimorfism,

·         Jumlah alil,

·         Heterosigositas,

·         Jumlah rata-rata perbedaan nukleotida,

·         Susunan suatu alil.

Pada taraf lain, dalam suatu jemis mempunyai susuna genetika yang mirip atau kisaran yang sama walawpun tempat tumbuhnya terpencar akan membentuk satuan tertentu, misalnya varietas, strain, galur, dan lain-lain. Masing-masing satuan ini merupakan suatu taraf penggolongan individu yang didalam suatu tarafnya adalh konstan.

Biodiversitas genetik

Biodiversitas dapat diartikan sebagai kekayaan dan keragaman kehidupan yang ada di Bumi. Biodiversitas juga dapat diartikan sebagai suatu area penelitian ilmiah, termasuk deskripsi dan pengukuran keragaman (diversitas), serta penjelasan bagaimana diversitas ini bisa terjadi. Pengetahuan mengenai biodiversitas sangat penting karena pengetahuan ini dibutuhkan untuk menjaga kestabilan dan ketahanan ekosistem. Biodiversitas jika dimanfaatkan dengan baik dapat berpotensi untuk meningkatkan penyerbukan, mencegah erosi tanah, mencegah pencemaran air, dll. (Gambar 1).

Cakupan biodiversitas sangat luas, meliputi lingkungan, ekosistem, spesies, hingga ke tingkat genetik. Oleh karena itu, para peneliti membagi biodiversitas ke dalam tiga tingkatan untuk mempermudah pemahamannya. Tiga tingkatan biodiversitas tersebut adalah variasi di tingkat genetik, variasi tingkat spesies, variasi di tingkat ekosistem. Ketiga tingkatan ini saling berhubungan dan membentuk keragaman kehidupan di Bumi. Pada blog ini akan dibahas mengenai biodiversitas dalam tingkat genetik, atau biasa disebut diversitas genetik (genetic diversity).

Gambar 1. Diagram tipe diversitas dan fungsi masing-masing tipe.

 Diversitas genetik adalah frekuensi dan keragaman gen di dalam atau di antara populasi pada spesies yang sama. Diversitas genetik juga diartikan sebagai suatu tingkatan biodiversitas yang menunjukkan jumlah seluruh karakteristik genetik yang membentuk suatu spesies. Ilmu yang dipelajari dalam diversitas genetik meliputi proses-proses, seperti perubahan, pertukaran gen, dan pergerakan gen yang terjadi pada tingkat nukleotida termasuk juga evolusinya. Diversitas genetik dibedakan berdasarkan variabilitas genetik, yang menjelaskan variasi atau keragaman dalam karakteristik gen.

Diversitas genetik ditentukan berdasarkan gen, yang mengontrol ekspresi dan perkembangan penampilan dari makhluk hidup, dan variasi dari setiap gen tersebut disebut alel. Pengetahuan mengenai diversitas genetik khususnya dibutuhkan untuk mempertahankan keragaman pada  tanaman dan mencegah kehilangan genetik (genetic drift) pada populasi makhluk hidup. Selain itu, diversitas genetik juga digunakan untuk mempelajari karakteristik kehidupan terkait waktu, evolusi, dan taksonomi.

Diversitas genetik menunjukkan cara suatu populasi untuk mampu beradaptasi mengikuti perubahan lingkungan. Dengan banyaknya variasi, beberapa individu pada suatu populasi akan memiliki variasi alel yang cocok dengan lingkungan, sehingga individu ini akan bertahan dan menghasilkan keturunan yang membawa alel tersebut. Populasi akan mampu bertahan dan berlanjut selama beberapa generasi karena keberhasilan individu ini. Hal ini menunjukkan bahwa diversitas genetik merupakan mesin evolusi yang menunjukkan informasi perubahan dan perbedaan fungsi biologi pada organisme. Informasi genetik yang diperoleh kemudian digunakan oleh manusia sebagai dasar untuk seleksi pada organisme, misalnya tanaman, sehingga kualitas dan kuantitas tanaman bisa ditingkatkan.

Keragaman genetik yang ada pada saat ini merupakan hasil dari jutaan tahun evolusi, dan informasi yang terkumpul menjadi sumber yang tak tergantikan. Teknologi pemuliaan modern mungkin bisa memperoleh keragaman genetik yang menakjubkan seperti saat ini, tapi keragaman tersebut hanya sebagian kecil dari keseluruhan genetika yang ada di Bumi. Berdasarkan hal tersebut maka diketahui bahwa pada umumnya kehilangan atau penurunan yang terjadi pada diversitas genetik bersifat permanen. Pemuliaan tanaman, sebagai salah satu cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari diversitas genetik pada tanaman, bertanggungjawab untuk dapat menjaga ataupun meningkatkan diversitas genetik yang ada di Bumi.

METODE ESTIMASI DIVERSITAS GENETIK TANAMAN

Diversitas genetik dapat diestimasi berdasarkan data fenotipik dan genetik tanaman. Secara umum suatu varietas tertentu dapat diidentifikasi berdasarkan sifat-sifat morfologi dan agronomis tanaman. Akan tetapi, terdapat beberapa kekurangan dalam penggunaan metode ini. Varietas-varietas yang berasal dari galur-galur berkerabat dekat seringkali memperlihatkan karakteristik yang sama, bahkan pada kondisi yang spesifik pun kadang-kadang penampilannya sama. Masalah lainnya yaitu sering dijumpai varietas-varietas lain dengan nama yang sama tetapi mungkin berbeda dan bahkan tidak berkerabat tetapi secara fenotipik sukar untuk dibedakan. Oleh karena itu, dikembangkan metode berdasarkan marka molekular untuk mengatasi kekurangan metode fenotipik.

Metode estimasi diversitas genetik melalui teknik marka molekular dilakukan dengan cara mengidentifikasi tanaman atas dasar keberadaan sekuens DNA spesifik atau perbedaan kombinasi sekuens antar individu tanaman. Identifikasi ini tidak selalu memerlukan DNA sequencing, tetapi juga dapat menggunakan hibridisasi DNA atau PCR. Sampai saat ini telah dikembangkan berbagai macam teknik marka molekular, antara lain :

1. RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)
2. RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)
3. AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)
4. RAMP (Randomly Amplified Microsatellite Polymorphism)
5. DarT (Diversity Array Technology)
6. IRAP (Inter Retrotransposons Amplified polymorphism)
7. STMS (Sequenced Tagged Microsatellite Site)
8. SSAP (Sequence-Spesific Amplified Polymorphic)
9. VNTR (Variable Number of Tandem Repeat Loci)
10. EST (Expressed Sequence Tag)
11. SSR (Simple Sequence Repeat)
12. SNP (Single Nucleotide Polymorphism), dll.

Setiap metode mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Tidak ada metode yang paling baik untuk semua kasus. Selain itu, sifat dari sampel yang digunakan juga mempengaruhi teknik yang akan digunakan. Dari sekian banyak metode yang ada, terdapat beberapa metode yang popular digunakan, yaitu RFLP, RAPD, AFLP, SSR, dan SNP. Metode-metode ini telah banyak digunakan para peneliti di seluruh dunia untuk mengetahui keragaman genetik pada tanaman. 

PERAN PEMULIAAN TANAMAN DALAM DIVERSITAS GENETIK

Diversitas genetik merupakan sumber informasi penting dalam bidang pemuliaan tanaman. Informasi diversitas genetik diperlukan para pemulia untuk mengembangkan tanaman yang dapat memenuhi kebutuhan manusia. Selain itu diversitas genetik juga diperlukan untuk mempertahankan produksi pada tanaman dan perakitan tanaman tahan cekaman biotik dan abiotik. Peningkatan diversitas genetik merupakan hal yang penting untuk dilakukan karena dapat meningkatkan kesempatan untuk pengembangan spesies lebih lanjut. Faktor seperti urbanisasi dan pergantian pertanian tradisional dengan metode industri modern dapat  mengurangi diversitas biologi. Hal ini juga berarti keseluruhan diversitas genetik pada tanaman juga berkurang.

Sistem dan metode pemuliaan tanaman saat ini memegang peranan penting dalam pengaturan luasnya diversitas genetik tanaman. Pemuliaan tanaman dapat mempersempit diversitas genetik dalam penerapannya, misalnya jika dilakukan seleksi terus menerus tanpa memperhatikan sifat atau karekter penting lainnya yang terdapat pada tanaman. Selain itu, banyaknya penggunaan varietas baru oleh pertanian komersial menggantikan varietas tradisional mengakibatkan berkurangnya diversitas genetik varietas lokal, sehingga informasi penting seperti produksi hasil berbagai varietas juga menghilang. Oleh karena itu, dibutuhkan metode yang tepat agar tidak terjadi kehilangan maupun penurunan diversitas  genetik pada tanaman, salah satu cara yang ditempuh yaitu dengan melakukan pengumpulan plasma nutfah dan data koleksi.

Pemuliaan tanaman, baik classical ataupun modern breeding, diperlukan dalam pengumpulan informasi diversitas genetik tanaman. Informasi yang diperoleh ini nantinya dapat dipergunakan untuk pemetaan gen dan marker assisted selection dalam perakitan kultivar baru. Classical breeding  mengestimasi diversitas genetik berdasarkan penampilan fenotipik tanaman meliputi data penampilan morfologi, agronomi, dan biokimia. Data yang diperoleh kemudian dianalisis dengan berbagai metode statistika, seperti heritabilitas. Akan tetapi penggunaan metode berdasarkan penampilan fenotipik ini membutuhkan tenaga kerja yang banyak dan waktu yang lama untuk memperoleh kesimpulan. Berdasarkan pertimbangan tersebut, maka dikembangkan teknik marka molekular (modern breeding) untuk mengestimasi diversitas genetik berdasarkan perbedaan panjang basa atau ukuran fragmen DNA yang ditunjukkan oleh marka. Teknik marka molekular dapat menganalisis keragaman genetik pada individu tanaman dalam waktu yang lebih singkat.