Pewarisan Sifat Mahluk Hidup

Penurunan sifat dari induk kepada keturunannya dikenal sebagai hereditas. Pewarisan sifat induk kepada keturunannya melalui gamet dengan mengikuti aturan-aturan tertentu. Orang pertama yang meneliti tentang penurunan sifat yaitu Gregor Johann Mendel. Mendel adalah tokoh genetika yang diakui sebagai penemu hukum-hukum hereditas atau pewarisan sifat menurun. Untuk membuktikan kebenaran teorinya, Gregor Johan Mendel telah melakukan eksperimen dengan membastarkan tanaman-tanaman yang memiliki sifat beda. Tanaman yang dipilih adalah tanaman kacang ercis (Pisum sativum), karena memiliki kelebihan-kelebihan sebagai berikut : 

1. mudah melakukan penyerbukan silang
2.    mudah didapat
3.    mudah hidup dan dipelihara
4.    cepat berbuah atau berumur pendek
5.    terdapat jenis-jenis dengan sifat beda yang menyolok, seperti terlihat pada gambar.

Gambar 1 : Tanaman Kapri dengan perbedaan sifat yang mencolok
Sumber : Campbell, et al.2009

Penggunaan kacang ercis juga membuat Mendel dapat melakukan control yang ketat berkenaan dengan tanaman mana yang saja yang akan disilangkan. Organ kelamin dari tanaman kacang ercis terdapat pada bunganya dan setiap bungan kacang ercis mempunyai sekaligus organ kelamin jantan (benang sari) dan organ kelamin betina (putik). Biasanya tanaman ini melakukan fertilisasi sendiri (serbuk sari jatuh pada putik bunga yang sama). Untuk penelitian ini Mendel melakukan penyerbukan silang dengan karakter-karakter yang bervariasi dengan pendekatan apakah karakter itu “ada atau tidak ada” dan bukan dengan apakah karakter itu “lebih banyak atau lebih sedikit”. Sebagai contoh tanaman Mendel mempunyai bunga ungu saja atau putih saja, tidak ada karakter antara kedua variaetas tersebut.

Mendel juga memastikan dia memulai percobaannya denga varietas galur murni, yang berarti ketika tanaman melakukan penyerbukan sendiri semua keurunannya akan mempunyai varias yang sama. Contohnya tanaman yang berbunga ungu akan menghasilkan keturunan yang semuanya berbunga ungu. Dan untuk selanjutnya Mendel melakukan percobaan dengan melakukan penyerbukan silang terhadap dua varietas ercis bergalur murni yang sifatnya kontras, contoh tanaman berbunga ungu dengan tanaman yang berbunga putih. Perkawinan atau persilangan dua varietas ini disebut hibridisasi.

Berdasarkan teori Mendel, jika kita membastarkan jenis mangga bergalur murni yang sifat buahnya besar dan rasanya masam dengan jenis mangga lain bergalur murni yang sifat buahnyan kecil dan rasanya manis, akan kita peroleh jenis mangga hibrida (hasil) pembastaran dengan sifat buah yang besar dan rasanya manis, dengan sarat sifat besar dominan terhadap kecil dan sifat manis dominant terhadap masam. Untuk mengetahui bahwa suatu tanaman bergalur murni atau tidak dapat dilakukan dengan penyerbukan sendiri. Bila bergalur murni akan selalu menurunkan keturunan yang sifatnya sama dengan sifat induknya, meski dilakukan penyerbukan berulang kali dalam beberapa generasi.

Pada perkawinan induk jantan dengan induk betina disebut parental dan disimbolkan dengan hurup P (capital). Hasil persilangan parental atau keturunannya disebut anak (filial) dan diberi symbol dengan huruf F (capital). Persilangan induk galur murni dengan galur murni disebut P1 dan filialnya disebut F1. Persilangan induk jantan F1 dengan induk betina F1 secara acak disebut P2 dan filialnya disebut F2 dan seterusnya. Galur murni selalu bergenotif homozigot dan disimbolkan dengan dengan huruf yang sama, huruf capital semua atau huruf kecil semua, misalnya AA untuk sifat dominant atau aa untuk sifat resesif.

Genotif adalah sifat yang tidak tampak yang ditentukan oleh pasangan gen atau susunan gen dalam individu yang menentukan sifat yang tampak. Sifat yang tampak dari luar atau sifat keturunan yang dapat kita amati sebagai ekspresi dari susunan gen (genotif) disebut dengan fenotif. Menurut Stern, genotif dan faktor lingkungan dapat mempengaruhi fenotif. Dengan demikian, dua genotif yang sama dapat menunjukkan fenotif yang berbeda apabila lingkungan bagi kedua genotif tersebut berbeda. Genotif BB dan RR pada contoh di atas kita sebut genotif homozigot dominant, sedangkan bb dan rr adalah homozigot resesif. Huruf B (huruf kapital) dengan b (huruf kecil) atau R dengan r merupakan pasangan gen atau alel. Menurut letaknya, alel adalah gen-gen yang terletak pada lokus yang bersesuaian dari kromosom homolog. Sedangkan jika dilihat dari pengaruh fenotif, alel ialah anggota dari sepasang gen yang memiliki pengaruh yang berlawanan. Jadi , B dan R bukan alelnya demikian pula b dan r juga bukan alelnya.

Jika genotif suatu individu suatu individu terdiri dari pasangan alel yang tidak sama, disebut genotif heterozigot (hetero: lain; zigot: hasil perleburan gamet jantan dan gamet betina). Sedangkan jika genotif terdiri dari pasangan alel yang sama disebut homozigot.

Perlu dipahami bahwa symbol-simbol huruf BB, bb, RR, rr dan sebagainya yang kita sebut genotif denga fenotif bulat dan kisut, lurus dan tidak lurus ini adalah merupakan suatu perjanjian yang kita sepakati bersama (konvensi bersama). Beberapa konvensi lain yang perlu kita kenal dan ketahui antara lain adalah :

§  Sifat gen-gen dominan ( yang bersifat kuat sehingga menutupi ekspresi / pengaruh gen alelnya ) disimbolkan huruf besar, sedangkan pengaruh gen yang tertutup (alelnya) disebut resesif dan disimbolkan dengan huruf kecil dari huruf yang sama untuk gen dominannya.

§  Sifat dominan dari dua genotif yang berbeda dapat mempunyai fenotif yang sama.

Akan tetapi untuk genotif kisut selalu bb, demikian juga untuk rambut tidak lurus selalu rr. Jadi fenotif sifat resesif selalu bergenotif homozigot; berarti pula selalu bergalur murni

a. Persilangan Monohibrida

Monohibrid atau monohibridisasi adalah suatu persilangan / pembastaran dengan satu sifat beda. Monohibrid pada percobaan Mendel adalah persilangan antara ercis berbunga ungu dengan ercis berbunga putih. Untuk mengetahui bahwa suatu gen bersifat dominan maka harus dilakukan monohibridisasi antara individu yang memiliki sifat gen tersebut dengan sifat kontrasnya (alelnya) yang sama-sama bergalur murni. Jika fenotif F1 sama dengan sifat gen yang diuji tadi, berarti sifat itulah yang dominan. Perhatikan diagram persilangan monohibrid antara ercis berbunga ungu dengan ercis berbunga putih berikut ini :

Gambar 2: Persilangan Monohibrida

Sumber : Campbell, et al.2009

Jika kita amati pada pembentukan gamet dari tanaman heterozigot (F1) ternyata ada pemisahan alel, sehingga ada gamet dengan alel P dan ada gamet dengan alel p. Prinsip pembentukan gamet pada genotif induk yang heterozigot dengan pemisahan alel tersebut dikenal dengan Hukum Mendel I yang disebut Hukum Segregasi (pemisahan) secara bebas (The Law of Segregation of Allelic Genes).

Cara mencari macam dan jumlah gamet, dapat diperhatikan pada tabel di bawah ini!

Tabel 1. Cara mencarai macam dan jumlah gamet

Dari data yang diperoleh dalam percobaan-percobaannya, Mendel menyusun hipotesis dalam menerangkan hukum-hukum hereditas sebagai berikut :

1.    Tiap karakter /sifat dari organisme hidup dikendalikan oleh sepasang factor keturunan, satu dari induk betina dan lainnya dari induk jantan

2.    Tiap pasangan faktor keturunan menunjukkan bentuk alternatif sesamanya, misalnya ungu atau putih, bulat atau kisut dan lainnya. Kedua bentuk alternatif disebut dengan alel

3.    Satu dari pasangan alel bersifat dominan atau menutupi alel yang resesif bila keduanya bersama-sama.

4.    Pada pembentukan sel kelamin (gamet), terjadi peristiwa meiosis, pasangan factor keturunan kemudian memisah. Setiap gamet menerima salah satu faktor dari pasangan itu. Kemudian pada proses fertilisasi, factor-faktor ini akan berpasang-pasangan secara bebas.

5.    Individu dengan galur murni mempunyai dua alel yang sama, dominan semua atau resesif semua.

6.    Semua individu pada F1 adalah sama / seragam

7.    Jika dominasi tampak sepenuhnya, maka individu F1 memiliki fenotif seperti induknya yang domina.

8.    Jika dominansi tampak sepenuhnya, maka perkawinan monohibrid ( Pp X Pp) menghasilkan keturunan yang memperlihatkan perbandingan fenotif 3 : 1 , yaitu ¾ berbunga ungu dan ¼ berbunga putih dan memperlihatkan

perbandingan genotif 1 : 2 : 1, yaitu ¼ TT : 2/4 Tt : ¼ tt

b. Persilangan  Intermediet

Jika sifat gen dominan tidak penuh (intermediet), maka fenotif individu F1 tidak seperti salah satu fenotif induk galur murni, melainkan mempunyai sifat fenotif diantara kedua induknya. Demikian pula perbandingan fenotif F2 nya tidak 3 : 1, melainkkan 1 : 2 : 1, sama dengan perbandingan genotif F2 nya. Coba perhatikan diagram persilangan monohybrid diantara Mirabillis jalapa merah galur murni dengan genotif MM dengan tanaman Mirabillis jalapa berbunga putih galur murni dengan genotif mm berikut ini!

Gambar 3. Persilangan Intermediet

Sumber : Campbell, et al.2009

c. Persilangan Dihibrida:

Dihibrida atau dihibridisasi ialah suatu persilangan (pembastaran) dengan dua sifat beda. Untuk membuktikan Hukum Mendel II dengan prinsip berpasangan secara bebas, Mendel melakukan eksperimen dengan membastarkaan tanaman Pisum sativum bergalur murni dengan dua sifat beda yang diamati, yaitu biji bulat berwarna kuning dengan galur murni biji kisut berwarna hijau. Gen R (bulat) dominan terhadap gen r (kisut) dan Y (kuning) dominant terhadap y (hijau). Untuk jelasnya coba perhatikan skema persilangan di bawah ini!

                      P             :       RRYY                 x             rryy

                  (bulat kuning)              (kisut hijau)

Gamet :         RY                                      ry

                      F₁           :                         RrYy

                                   (bulat kuning)

                      F2                  :          RrYy         x     RrYy

Tabel 2. Persilangan RrYy x RrYy

Fenotif pada F2 :

§  Biji bulat, endosperm berwarna kuning nomor 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10, 13

§  Biji bulat, endosperm berwana hijau nomor 6, 8, 14

§  Biji kisut, endosperm berwarna kuning nomor 11, 12, 15

§  Biji kisut, endosperm berwarna hijau nomor 1

Rasio genotif :

“RRYY : RrYY : RRYy : RrYy : RRyy : Rryy : rrYY : rrYy : rryy (9 genotif) 

       1   :     2   :      2   :     4   :     1   :     2   :     1  :      2  :     1  

Rasio fenotif :

“Bulat Kuning  : Bulat Hijau     : Kisut Kuning  : Kisut Hijau (4 genotif)

                       9            :               3             :               3             :               1

Tabel 3. Perbandingan genotif dan fenotif pada dihibrida F2

 Dalam membuat perhitungan itu Mendel menganggap bahwa gen-gen pembawa kedua sifat itu berpisah secara bebas terhadap sesamanya sewaktu terjadi pembentukan gamet. Hukum Mendel II ini disebut juga Hukum Pengelompokan Gen Secara Bebas (The Law Independent Assortment of Genes). Jadi pada dihibrida BbKk, misalnya :

§  gen R mengelompok dengan Y = gamet RY

§  gen R mengelompok dengan y = gamet Ry

§  gen r mengelompok dengan Y = gamet rY

§  gen r mengelompok dengan y = gamet ry

Misalnya :

§  Pada monohibrida diperoleh perbandingan

-       berbunga ungu : 787 = 2,84 = 3

-       berbunga putih : 277 = 1 =1

Angka tersebut menunjukkan perbandingan 3 : 1

§  Pada dihibrida diperoleh perbandingan

-       bulat kuning :  315 tanaman

-       bulat hijau     : 101 tanaman

-       kisut kuning :  108 tanaman

-       kisut hijau     :  32 tanaman

Angka-angka tersebut menunjukkan perbandingan yang mendekati 9 : 3 : 3 : 1

d. Persilangan Dihibrida Intermediet

Pada dihibridisasi intermediet (dominansi tidak penuh), perbandingan fenotif tidak sama dengan salah satu induknya melainkan mempunyai sifat di antara kedua gen dominant dan gen resesif, seperti persilangan tanaman bunga kelopak lebar warna merah (LLMM) dengan bunga kelopak sempit warna putih (llmm) pada diagram di bawah ini !

Tabel 4.  Perbandingan Genotif dan Fenotif F2  pada Persilangan Dihibrida Dominansi Tidak Penuh.

Jika prinsip-prinsip Mendel tersebut kita jadikan 4 prinsip, maka dapat kita simpulkan sebagai berikut :

1.    Prinsip hereditas ; menyatakan bahwa pewarisan sifat-sifat organisme dikendalikan oleh factor menurun (gen). Setiap individu yang berkembang dari zigot merupakan hasil dari peleburan gamet-gamet, yaitu gamet jantan (spermma) dengan gamet betina (ovum). Melalui gamet-gamet inilah informasi genetik dari kedua orang tua (induk) diturunkan kepada keturunannya. Informasi genetic ini merupakan struktur nyata, yaitu gen yang terkandung dalam kromosom. 

2.   Prinsip segregasi bebas ; pada pembentukan gamet, pasangan gen memisah secara bebas sehingga tiap gamet mendapatkan salah satu gen dari pasangan gen (alel) yang memisah. 

3.  Prinsip berpasangan secara bebas ; pada proses pembuahan (fertilisasi), gengen dari gamet jantan maupun gen-gen dari gamet betina akkan berpasangan secara bebas. 

4.  Prinsip dominansi penuh atau tidak penuh (intermediet); fenotif (pengaruh) gen dominant akan terlihat menutupi pengaruh gen resesif. Sedangkan pada prinsip dominansi tidak penuh, fenotif gen pada individu heterozigot berada diantara pengaruh kedua alel gen yang menyusunnya.

Tabel 5.  Hubungan Antara Banyaknya Sifat Beda, 

Jumlah Gamet, Kombinasi Genotif dan Fenotif pada F2-nya.

e. Persilangan Resiprok (Persilangan Tukar Kelamin)

Prinsip-prinsip Mendel tersebut mudah dibuktikan bila diadakan perkawinan (persilangan resiprok). Persilangan resiprok adalah persilangan ulang dimana gamet jantan dan gamet betina dipertukarkan, sehingga menghasilkan keturunan yang sama.

Gambar 4 : Persilangan resiprok

f. Backcross dan Testcross

Backcross (silang balik) adalah perkawinan antara individu F1 dengan salah satu induknya yang dominant, dan gamet dari parental kemungkinannya hanya satu macam. Sehingga analisa sifat genetis dari suatu karakter yang sedang diamati menjadi lebih mudah. Perhatikan skema persilangan backcross berikut:

Testcroos (uji silang) adalah persilangan antara suatu individu yang tidak diketahui genotifnya dengan induk yang homozigot resesif dan dapat dilakukan dengan individu yang bukan induknya dengan syarat individu tersebut genotifnya homozigot resesif. Perhatikan persilangan testcross di bawah ini!

 D.    Penugasan Mandiri