Gen dan Kromosom
Pada saat Mendel mempublikasikan hasil penelitiannya, konsep sel sebagai
unit dasar hidup telah berumur kurang-lebih 30 tahun. Namun saat itu,
elemen-elemen struktural sel baru dalam proses penelitian intensif sejalan
dengan dikembangkannya mikroskop dan sistem pewarna sel. Rekaan pertama hasil
studi ini adalah bahwa sel terdiri dari dua domain yang terpisah dengan jelas:
bagian inti (nukleus) dan bagian pinggiran (sitoplasma). Keduanya dipisahkan
oleh selaput inti.
Ditemukan selanjutnya bahwa pada bagian inti ada dua bagian yang secara
morfologi dapat dibedakan, yaitu daerah butiran (kromatin) yang berwarna lebih
kuat jika di warnai dengan pewarna tertentu, dan bagian inti nukleus (nucleolus)
yang warnanya tidak serupa dengan kromatin. Sitoplasma sendiri terdiri dari beberapa
organela seperti sentriola dan vakuola.
Studi-studi embriologi menunjukan bahwa sel-sel penyusun tubuh organisme
tingkat tinggi berasal dari suatu seri pembelahan sel yang diawali oleh sel
telur yang dibuahi (diktum Rudolf Virchow, tahun 1850-an). Dari studi-studi
sitologi sel kelamin jantan dan sel kelamin betina, ditemukan bahwa walaupun
ukuran sel telur sangat besar, namun baik sel kelamin jantan dan sel kelamin
betina memiliki inti sel dengan ukuran yang sama, dan kedua-duanya memberi
sumbangan hereditas yang sama.
Dikarenakan kesamaan sumbangan sel kelamin jantan dan sel kelamin betina kepada
pewarisan sifat, dan ketidakseimbangan kontribusi daerah sitoplasma, maka
diduga inti sel dan bukan sitoplasma sebagai tempat bersemayannya pewarisan
sifat seluler.
Pada saat Mendel meninggal tahun 1884, telah diketahui bahwa kromatin inti sel
terdiri dari partikel-partikel yang membentuk benang-benang dengan jumlah
tertentu, atau kromosom, dan yang sangat penting adalah bahwa inti sel jantan
dan inti sel betina menyumbangkan kromosom dalam jumlah yang sama kepada telur
yang dibuahi. Setelah pembelahan sel telur, setiap anggota dari satuan ganda
kromosom ini nampak terbelah secara longitudinal dan dipilah ke dalam dua sel
turunan (daughter cells) melalui suatu proses yang dinamakan mitosis.
Melalui proses ini, setiap sel memperoleh kedua set ganda kromosom dari sel
telur yang dibuahi.
Analisis mikroskopik sel-sel ovarium dan testis binatang dewasa yang aktif
membela tersingkap bahwa ada proses lain dari pemilahan kromosom. Pada sel-sel
ini, jumlah kromosom per tubuh sel menjadi setengah, sehingga inti sel dari sel
telur dan sel sperma mengandung satu set tunggal kromosom yang dimiliki oleh
telur dan sperma dari bapak dan ibu. Proses-proses tersebut disebut meiosis.
Wilhelm Roux (1880-an) berpendapat bahwa sangat sulit membayangkan jika mitosis
dan meiosis hadir tanpa maksud yang baik. Proses meiosis dan mitosis ada karena kromosom adalah penyusun bahan
hereditas, demikian argumentasinya. Tanpa sadar atas penemuan Mendel, ia
mengajukan postulat bahwa unit-unit hereditas diatur secara linier dalam
benang-benang kromosom.
Pemikiran Roux’s langsung di sambar oleh August Weismann dan mengembangkannya
ke dalam teori yang lebih sempurna mengenai hereditas dan perkembangan. Ia
mengemukakan bahwa pada organisme multiseluler yang berbiak secara seksual,
jumlah satuan-satuan hereditas diparuh pada saat pembentukan sel telur betina
dan sperma atau tepungsari (sel-sel germ). Jumlah awal satuan-satuan
hereditas kemudian dipulihkan saat penggabungan inti sel telur betina dan
jantan dalam proses pembuahan yang menghasilkan individu baru. Bahan hereditas
individu baru ini setengahnya berasal dari sang ibu dan setengahnya lagi dari
sang ayah.
Sayangnya Weissmann gegabah dengan mengatakan bahwa setiap kromosom dalam inti
sel membawa semua informasi untuk memproduksi satu individu tunggal. Hal ini
tidak sesuai kenyataan bahwa tanaman kapri memiliki 14 kromosom, dan tidak
cocok dengan inferensi Mendel (yang saat itu belum diketahui) bahwa tanaman
kapri memiliki dua, dan bukan empat belas, kopy dari setiap satuan
hereditasnya. Teori Weissman menjadi sangat dikenal saat itu, dan mendorong
studi-studi pemuliaan kuantitatif seperti yang telah dibuat Mendel 35 tahun
sebelumnya.
Salah satu pendukung utama Teori Weissman adalah Hugo de Vries. Walaupun
de Vries menolak beberapa pandangan teori ini, ia melengkapinya dengan mengatakan
bahwa setiap satuan-satuan hereditas yang dipostulatkan mengendalikan karakter
tunggal, dan unit-unit ini dapat di kombinasikan dengan berbagai cara pada
turunannya. Untuk menguji dugaan ini, dia melakukan percobaan seperti yang
dilakukan oleh Mendel, dengan kesimpulan yang sama seperti yang diperoleh
Mendel. Percobaan dan kesimpulan yang sama pada waktu yang hampir bersamaan
(dua bulan dilaporkan lebih awal) juga dilakukan oleh Carl Correns (Januari
1900)
Ditemukannya kembali tulisan-tulisan Mendel melahirkan kegemparan yang luar
biasa di kalangan ilmuan karena hukum-hukum yang dideduksi dari
percobaan-percobaannya kemudian dapat dipahami dalam pengertian perilaku
kromosom dalam mitosis dan meiosis, yaitu bahwa setiap kromosom membawa hanya
sebagian dari semua satuan hereditas yang penting untuk memproduksi individu
sempurna, sehingga keseluruhan unit kromosom yang ada dalam sel germ mencakup
hanya satu jiplakan (copy) dari setiap unit. Sel yang membawa unit kromosom
tunggal ini disebut dalam keadaan haploid. Sehingga, individu yang
berasal dari telur yang dibuahi mengandung sepasang satuan hereditas homologi,
yaitu yang berasal dari bapak dan ibu. Sel yang membawa satuan kromosom ganda
dikatakan dalam keadaan diploid.
Di saat terjadi reduksi dalam meiosis dari dua kromosom dalam sel-sel diploid
menjadi masing-masing unit tunggal, maka individu memberikan satu jiplakan
tunggal dari setiap satuan hereditas ke sel-sel germ haploid yang
dengannya ia memperanakan turunannya.
Terjelaskannya faktor Mendel dalam perilaku mitosis dan meiosis melahirkan
dorongan yang luar biasa untuk melakukan studi-studi genetika. Istilah-istilah
baru kemudian muncul. Yang muncul pertama kali adalah disiplin itu sendiri
diberi nama genetika (genetics), dan unit bawaan dasar Mendel disebut
gen (gene). Dua gen homologi mewakili dua bentuk alternatif disebut
allelomorf (allelomorphs) yang kemudian disingkat allela (alleles).
Individu yang berkembang dari telur yang dibuahi disebut zigot (zygote),
individu homozigot (homozygote) yaitu individu yang membawa sepasang
allela identik, dan sebaliknya heterozigot (heterozygote) bagi individu
yang membawa sepasang allela yang berbeda dari gen tertentu. Jumlah keseluruhan
gen yang ada dalam satu individu, dengan kata lain seluruh kromosom disebut
genom (genome).
Di tahun 1901 de Vries mengajukan proposal bahwa alella-allela berbeda
dari gen yang sama muncul melalui perubahan tidak kontinu dan
sekonyong-konyong, suatu proses yang dinamainya mutasi (mutation).
Dengan ide mutasi, berkembang selanjutnya mutasi gen sebagai sumber keragaman
genetis. Konsep-konsep yang diturunkan dari hukum Mendel kemudian diperluas
pada berbagai organisme yang lain.
Impetus baru penelitian genetika diperoleh pada tahun 1910 sewaktu Thomas H.
Morgan dan kelompoknya di Universitas Columbia melakukan penelitian genetika
pada lalat buah anggur (vinegar fly; Drosophila) untuk menjawab satu
dari persoalan genetis dan filosofis saat itu yaitu “apa yang menentukan sel
telur yang telah dibuahi menjadi jantan atau betina?
Melalui studi morfologi kromosom, Morgan dan kawan-kawan membuktikan bahwa
terdapat perbedaan yang sangat nyata dalam perangkat kromosom jantan dan betina.
Pada sel diploid betina terdapat 4 pasang kromosom homologi; pada sel diploid
jantan hanya terdapat tiga pasang, dua kromosom sisanya nampaknya tidak
sepadan, yang satu berukuran besar dan yang lain berukuran kecil. Kedua
kromosom berbeda itu disebut X dan Y.
Membandingkan dengan pasangan-pasangan yang ada pada betina, disimpulkan bahwa
sang betina membawa dua kromosom X dan tidak memiliki kromosom Y. Dengan
demikian, jika individu membawa sepasang kromosom XX maka individunya adalah betina,
dan individu dengan kromosom XY adalah jantan. Baik kromosom X dan Y
kemudian dinamai Kromosom Seks. Hal ini kemudian menjadi jelas bahwa seks
diturunkan sesuai dengan gen-gen Mendelian yang sederhana dimana X/X homosigot
adalah betina, dan X/Y heterosigot adalah jantan.
Dengan demikian, semua telur haploid dari betina yang di hasilkan oleh meiosis
membawa satu kromosom X, sebaliknya sperma haploid yang dihasilkan meiosis
dalam testis jantan, setengahnya membawa kromosom X dan setengahnya lagi
membawa kromosom Y. Dengan demikian, pembuahan sel telur oleh sperma
pembawa kromosom X akan menghasilkan zigot betina, dan sebaliknya pembuahan sel
telur oleh sperma pembawa kromosom Y akan menghasilkan zigot jantan.
Impetus kedua berasal dari T.H Morgan dan kelompoknya. Mereka menemukan 85
bentuk mutan yang menyimpang dari tipe normal (wild type), seperti
bentuk sayap, warna tubuh, warna mata, bentuk bristel, dan ukuran
mata. Mutan-mutan tersebut disebabkan oleh mutasi spontan tunggal yang jarang.
Tersedianya mutan-mutan tersebut di laboratorium memungkinkan percobaan kawin
silang dirancang guna mendalami mekanisme pewarisan sifat. Hasil
persilangan antara lalat bermutan dua gen (yang letaknya di dua kromosom yang
berbeda) dengan lalat pembawa allela normal, meneguhkan temuan
Mendel bahwa karakter resesif menghilang pada generasi pertama dan muncul
kembali dalam rekombinasi acak di antara turunan kedua setelah kawin sendiri.
Apabilah kawin silang dilakukan untuk dua karakter yang berada pada kromosom
yang sama, maka kedua allela tersebut cenderung muncul di antara rekombinasi
turunan kedua dalam kombinasi yang sama. Temuan ini melahirkan pemahaman bahwa
gen-gen yang berpaut demikian (linked genes) membentuk satu kesatuan
struktur genetis, sehingga mereka harus bergerak bersama-sama dalam segregasi
kromosom diploid selama meiosis.
Namun demikian, walaupun kedua karakter itu terpaut dalam satu kromosom,
beberapa rekombinasi juga berlangsung antara gen dalam kromosom yang
sama. Dalam hal ini, pada turunan kedua terdapat lalat yang membawa pada
kromosom yang sama satu gen yang allela-nya disuplai oleh induk yang satu dan
gen yang lain allelanya disuplai oleh induk yang lain. Morgan menafsirkan hasil
ini dalam pengertian terjadinya pindah silang (crossing over)
kromosom-kromosom homologi.
Basis sitogetika pindah silang sebelumnya telah ditunjukkan oleh F.A. Janssens
dalam pembelahan sel meiosis. Pada tahapan tertentu dalam meiosis, setiap
pasang kromosom homologi dari sel diploid membentuk penjajaran titik-demi-titik
(point-by-point alignment) atau disebut juga sinapsis (synapsis).
Dalam sinapsis terjadi pelukaan ditempat-tempat persentuhan antar dua kromosom
homologi yang berpasangan, yang dilanjutkan dengan pertukaran potongan dari
masing-masing kromosom yang berpasangan. Jadilah dua kromosom rekombinan.
Dikarenakan probabilitas membuat suatu pelukaan dan penggabungan kembali
bersifat tetap untuk setiap satuan panjang kromosom yang bersinapsis maka
semakin dekat jarak antara dua gen pada kromosom yang sama semakin kecil
kemungkinan kejadian pindah-silang antara keduanya, sehingga semakin kecil
rekombinasi antara alela-alelanya. Hal ini memungkinkan dilakukannya pembuatan
peta posisi gen mutan pada kromosom lalat buah.
Dengan melakukan perhitungan frekuensi segregasi gen-gen yang berpaut di antara
turunannya (offspring) dari sejumlah besar mutan, Morgan dan kawan-kawan
dapat membangun peta genetika gen-gen mutan pada ke empat kromosom Drosophila.
Penemuan-penemuan T. H Morgan dan para ahli genetika lain memantapkan pemahaman
gen sebagi suatu faktor yang berlokasi dalam tempat tertentu dalam kromosom,
yang kemudian menjadi dasar-dasar penting dari apa yang disebut dengan genetika
klasik. Namun demikian, dalam genetika klasik, gen masih dipahami sebagai suatu
konsep yang abstrak dan tidak dapat dipecah-pecah menjadi serpihan-serpihan
material. Pemahaman gen sebagai sesuatu yang bersarang dalam struktur-struktur
materi dikenal kemudian setelah penelitian mengenai perilaku kromosom dan
penelitian mutasi dikembangkan.
Mengomentari pemahaman saat itu tentang teori genetika H. J. Muller, seorang
ahli genetika terkenal dan penerima hadial Nobel, dalam pesta mengenang 50
tahun ditemukannya kembali hasil kerja Mendel mengatakan: “Inti riil teori
genetika masih nampak berada pada ketidaktahuan yang dalam. Yaitu bahwa kita
masih belum memiliki pengetahuan yang aktual dari mekanisme dibalik sifat-sifat
unik yang membuat suatu gen adalah gen –yaitu kemampuannya menyebabkan sintesis
struktur yang lain seperti dirinya sendiri, dimana bentuk mutasinyapun ikut di-copy.
0 Response to "Gen dan Kromosom"
Posting Komentar