Laporan Praktikum Kromosom Raksasa.docx

LAPORAN PRAKTIKUM KROMOSOM RAKSASA PADA KELENJAR SALIVA Drosophila melanogaster

DISUSUN UNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAH Genetika 1 Yang dibimbing oleh Prof. Dr. A Duran Corebima, M.Pd

Disusun oleh : Kelompok 15 / Offering A 1. Novela Memiasih

(160341606093)

2. Yanang Surya Putra H

(160341606061)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI APRIL 2018

A. JUDUL Kromosom Raksasa pada Kelenjar Saliva Drosophila melanogaster.

B. RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana bentuk kromosom raksasa Drosophila melanogaster? 2. Bagaimana bagian-bagian kromosom raksasa Drosophila melanogaster?

C. TUJUAN 1. Mengetahui dan memahami bentuk kromosom raksasa Drosophila melanogaster. 2. Mengetahui dan memahami bagian-bagian kromosom raksasa Drosophila melanogaster.

D. DASAR TEORI Kromosom adalah struktur pembawa materi genetik yang tersusun atas kromatinyang memendek dan menebal (Rittner & McCabe 2004: 65). Kromosom terkondensasi disuatu bagian dan tidak terkondensasi di bagian lainnya. Bagian yang terkondensasi memiliki banyak salinan sekuen DNA, namun karena berada dalam kondisi terpadatkan, salinan sekuen DNA ini tidak ikut bertanggung jawab untuk mengekspresikan informasi genetik, bagian ini disebut dengan heterokromatin. Heterokromatin tidakmengandung gen-gen yang aktif sehingga tidak melakukan transkripsi (Klug & Cummings 1994: 321). Bagian yang tidak terkondensasi dan berwarna terang akibat tidak mengalami pemadatan disebut dengan eukromatin. Eukromatin mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi, sehingga bagian tersebut menjadi bagian yang aktif melakukan replikasi (Passarge 2007: 280). Kromosom secara umum terdiri dari dua bagian utama yaitu sentromer dan lengan kromosom. Sentromer merupakan bagian yang berfungsi untuk menghubungkan lengan-lengan kromosom (Fairbanks & Andersen 1999: 309). Drosophila melanogaster adalah organisme yang memiliki jumlah kromosom sedikit, yaitu hanya empat pasang kromosom. Kromosom-kromosom tersebut terdiri dari tiga pasang kromosomautosom dan satu pasang kromosom gonosom (kromosom seks). Kromosom politen adalah kromosom raksasa yang ukurannya mencapai 100 kali kromosom biasa pada tubuh Drosophila melanogaster atau sekitar 200-600 mikron. Panjang kromosom politen bisa mencapai 2000 mikron, karena ukurannya yang besar kromosom politen dapat langsung diamati di bawah mikroskop cahaya

(Wolfe 1993: 727). Kromosom polytene raksasa ditemukan pada berbagai jaringan (ludah, midgut, rektum, dan tubulus ekskretoris Malphigi) di larva beberapa lalat, serta di beberapa spesies protozoa dan tanaman. Kromosom polytene pertama kali diamati oleh E. G. Balbiani pada tahun 1881 (Klug, 2012). Beberapa lalat dewasa juga memiliki kromosom politen pada sel-sel di telapak kakinya. Dua kelompok serangga seperti Collembola dan jangkrik memiliki sel yang mengandung kromosom dengan ukuran besar seperti kromosom politen. Kromosom dengan penampilan serupa juga terjadi pada tahap pengembangan makronukleus protozoa dan di embrio tangkai pada tanaman berbunga (Wolfe 1993).Pada kelenjar ludah dari lalat buah, kromosom homolog bersinaps dan kemudian mereplikasi membuat sekitar seribu eksemplar, membentuk struktur yang sangat tebal dengan pola yang khas dari bands yang disebut chromomeres.

Gambar 1. Bagian kromosom politen. Sumber : B.P Kaufman, 1939

Siklus sel yang normal berlangsung melalui fase G1, S, G2, dan fase mitosis. Fase G1 merupakan fase pertumbuhan. Fase S merupakan fase replikasi DNA. Fase G2 merupakan fase persiapan menuju fase mitotic (Reece et al, 2010). Pada sel kelenjar saliva terjadi pengecualian pada yaitu fase mitotisnya tidak dilalui setelah fase S, sehingga menyebabkan terjadinya replikasi DNA secara terus menerus. Hal tersebut menyebabkan penggandaan rantai untai kromosom homolog yang saling bersinapsis dan membentuk kromosom politen dengan ukuran yang sangat besar disertai lengan kromosom yang banyak (Wilkins et al. 1993).

Drosophila melanogaster memiliki kromosom politen untuk memenuhi kebutuhan sel pada larva yang membutuhkan banyak protein (Fairbanks & Andersen 1999). Protein tersebut digunakan untuk melanjutkan pertumbuhan Drosophila melanogaster menjadi lalat dewasa (Suryo 1995: 78). Kromosom politen mengandung banyak sekali salinan molekul DNA yang telah direplikasi beberapa kali sehingga memberikan salinan tambahan DNA untuk transkripsi dan produksi protein semakin banyak (Fairbanks & Andersen 1999: 308). Kromosom politen digunakan sebagai model dalam berbagai penelitian kromosom. Kromosom politen juga dapat diaplikasikan untuk mengidentifikasi perubahan struktur kromosom, mengetahui perbedaan evolusi antar spesies, mengetahui peristiwa transkripsi akibat adanya ekspresi gen, dan mengetahui perubahan lingkungan terhadap kromosom (Klug & Cummings 1994: 41).

E. ALAT DAN BAHAN 1. Alat: a. Mikroskop cahaya b. Mikroskop stereo c. Jarum pentul d. Kaca benda e. Kaca penutup f. Pipet 2. Bahan: a. Larva Drosophila melanogaster instar 3 b. Larutan fisiologis c. Larutan HCl 1 N d. Larutan FAA e. Acetokarmin

F. LANGKAH KERJA

Larva Drosophila melanogaster instar 3 diambil, kemudian diletakkan di atas kaca benda, setelah itu menetesinya dengan larutan fisiologis.

Kepala dan badan Drosophila melanogaster dipisahkan menggunakan dua jarum pentul.

Apabila badan dan kepala Drosophila melanogaster sudah terpisah dilanjutkan dengan mencari kelenjar ludah pada bagian kepala, kelenjar ludah ini berbentuk seperti ginjal transparan, sedangkan bagian badannya dibuang.

Memisahkan kelenjar ludah dengan lemak-lemak disekitarnya, kemudian menetesinya dengan larutan fiktatif, sampai kelenjar ludah tadi berwarna putih, setelah itu menetesinya dengan acetokarmin lalu menutup dengan kaca penutup dan mengamati di bawah mikroskop untuk menemukan kromosom raksasa.

G. DATA HASIL PENGAMATAN

Gambar. Skematik kromosom raksasa pada kelenjar ludah Drosophila melanogaster instar III. (Sumber : Tyler.2012).

H. ANALISIS DATA Pada praktikum kali ini digunakan kelenjar saliva yang berwarna bening dengan bentuk seperti ginjal sebagai bahan utama pengamatan kromosom raksasa dari larva Drosophila melanogaster instar III. Pengambilan kelenjar ludah dilakukan dengan cara membedah larva instar III menggunakan 2 jarum pentul yang ditancapkan pada bagian kepala dan badan larva. Kelenjar ludah tersebut kemudian di tetesi dengan larutan fiksatif sehingga berwarna putih dan ditetesi asetokarmin dan ditunggu selama 1 menit lalu diamati dibawah mikroskop cahaya. Namun, pada praktikum ini kami tidak menemukan adanya kromosom raksasa seperti literatur, yang menjelaskan bahwa kromosom polytene memiliki lima lengan panjang dan satu lengan pendek. Lengan tersebut terdiri atas lengan terpanjang yaitu kromosom X, sepasang lengan 2, sepasang lengan 3, dan satu lengan 4. Lengan 2 diberi notasi 2R (right arm) dan 2L (left arm). Lengan 3 diberi notasi 3R (right arm) dan 3L (left arm).

Kromosom X, 2R, 2L, 3R, dan 3L mengalami duplikasi sebanyak 20 kali. Kromosom 4 sulit dibedakan karena ukurannya sangat kecil.

I. PEMBAHASAN Pada praktikum pengamatan kromosom politen Drosophila melonogaster digunakan kelenjar ludah larva instar III. Kromosom politen sebenarnya tidak hanya ditemukan pada kelenjar ludah Drosophila melanogaster, menurut Tyler (2000) pada tahap larva, sel-sel Drosophila melanogaster tidak bertumbuh dengan mitosis melainkan dengan penggandaan kromatin dan peningkatan ukuran sel, hanya beberapa bagian organ yang melakukan mitosis yakni: imaginal disc, histoblast, dan gonad. Pemilihan bagian kelenjar ludah menurut Tyler (2012) dikarenakan bagian ini lembut dan mudah dihancurkan serta mengandung sel yang lebar dengan kromosom politen yang besar. Menurut Zhimulev dan Koryakov (2009) pada kelenjar ludah larva Drosophila melanogaster, derajat kromosom politen (C) sebesar 1024-2048 (bereplikasi minimal 10 kali), sedangkan pada midgut 512-1024 (bereplikasi minimal 9 kali), dan pada kelenjar protoraks sebesar 64-512 (bereplikasi minimal 8 kali). Tyler (2012) menambahkan pertumbuhan organ tubuh yang lebih pesat pada larva instar 3 dan tubuh larva instar 3 transparan, memudahkan proses isolasi kromosom politen pada kelenjar ludah. Kelenjar ludah larva instar 3 berjumlah sepasang berbentuk seperti ginjal bening dan berada di bagian anterior tubuh larva seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini. Pada praktikum, proses pertama adalah pemisahan kelenjar ludah, larva instar III Drosophila melanogaster ditetesi dengan cairan fisiologis yang bersifat isotonis pada sel-sel larva. Selanjutnya dilakukan fiksasi menggunakan larutan fiktatif yaitu HCL 1 N dan kelenjar ludah mengalami perubahan warna dari transparan menjadi putih yang menurut Elgin (1991), tujuan fiksasi adalah mengakomodasi peregangan kromosom sehingga terdapat resolusi yang tinggi dari banding structure yang merupakan bagian kromosom politen. Selanjutnya diberi setetes Asetocarmin yang merupakan pewarna kromosom (Tonzetich, 2004) lalu memencet sediaan kelenjar ludah yang ditutup oleh kaca benda. Saat dilakukan pengamatan menggunakan mikroskop pada preparat tersebut tidak ditemukan kromosom politen pada jaringan kelenjar ludah Drosophila melanogaster, hal ini bertentangan dengan pendapat Kimball (1990), yang menyatakan kromosom raksasa merupakan kromosom interfase yang memiliki ukuran

lebih panjang (100 kali) daripada kromosom metaphase sehingga dapat dilihat (pada fase interfase) dimana pada kondisi tersebut semua kromosom lain tidak terlihat. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain: (1) pemilihan larva instar 3 yang salah, menurut Tyler (2012), larva instar 3 tumbuh pad awaktu 3 hari setelah terjadinya fertilisasi (suhu 25ºC), dan memiliki ukuran tubuh paling besar dan merangkak naik pada bagian botol kultur. (2) Kurang kuatnya penekanan pada sediaan, menurut Tyler (2012), penekanan yang baik akan membuka membrane sel dan mampu melebarkan lengan-lengan kromosom. Kromosom politen merupakan kromosom berukuran raksasa relative terhadap ukuran kromosom pada umumnya saat waktu interfase. Struktur kromosom politen dibagi menjadi tiga bagian, yaitu band, interband, puff, dan chromocenter (Pierce 2004). Selain itu kromosom raksasa hanya mengalami 2 fase sel yakni fase S dan fase G (Wilkins et al., 1993). Pembentukan kromosom raksasa karena terjadi replikasi kromosom berulang hingga 10 kali tanpa pembelahan sel (endomitosis) dan menghasilkan seikat kromosom yang pararel. Sebelum pembentukan kromosom politen, sel Drosophila melanogaster yang bersifat diploid (mengandung 2 set kromosom yang masing-masing tersusun atas 4 kromosom), saat bereplikasi, 4 kromosom tersebut saling menyatu/agregasi membentuk satu kromosom politen dengan banyak lengan melalui endoreplikasi. Bagian tengah tempat kromosom beragregasi disebut chemocenter seperti yang terlihat pada gambar 2. Lengan kromosom raksasa terdiri atas satu kromosom X, sepasang lengan 2, sepasang lengan 3, dan satu lengan 4. Lengan 2 diberi notasi 2R (right arm) dan 2L (left arm). Lengan 3 diberi notasi 3R (right arm) dan 3L (left arm). Kromosom X dan lengan 4 tersusun secara telosentrik, sedangkan kromosom lengan 2 dan lengan tiga tersusun metasentrik (Tyagi, 2009). Menurut Kimball (1990), jumlah pita pada kromosom raksasa dapat digolongkan menjadi 537 pita untuk kromosom X, 1032 pita pada kromosom kedua, 1047 pita pada kromosom ketiga, dan 34 pita pada kromosom keempat. Sehingga total pita adalah 2650 untuk satu genome. Pada beberapa penelitian lain disebutkan bahwa jumlah pitanya adalah 3286.

Gambar 2. Kromosom Raksasa Drosophila melanogaster (Sumber: Alberts et al., 2002 {atas}, Klug,2012 {bawah}) Bagian band merupakan heterokromatin yang berwarna gelap karena berisi DNA yang terpadatkan, heterokromatin tidak aktif dalam melakukan transkripsi. Sementara bagian interband atau eukromatin adalah bagian yang tidak terkondensasi dan terlihat berwarna terang. Hal tersebut terjadi karena eukromatin tidak mengalami pemadatan. Eukromatin mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi sehingga menjadi bagian yang aktif dalam melakukan replikasi (Klug, 2012). Pada saat tertentu, misalnya, setelah diberi perlakuan kejut suhu, juga terdapat bagian yang terdifusi yang disebut puffs/balbioni ring

(Lihatgambar 3) yang merupakan daerah yang secara aktif melakukan transkripsi. Tahap spesifik dari bentuk puffs ini muncul pada kondisi perkembangan tertentu seperti saat molting. Hormon edikson yang disekresi kelenjar protoraks serangga bertambah bersamaan dengan perubahan pola puffs, molting bisa jadi berkaitan dengan sequencial transcription pada sekuens kromosom politen.

J. Gambar 3. Puffs pada kromosom politen Drosophila melanogaster (Sumber: Tamarin, 2001)

K. KESIMPULAN 1. Kelenjar ludah larva instar III Drosophila melanogaster berbentuk seperti ginjal dan berjumlah sepasang terletak diantara bagian anterior tubuh larva. 2. Struktur kromosom politen Drosophila melanogaster berbentuk seperti pita yang terdiri atas empat lengan (X, 4, 2R dan 2L, serta 3L dan 3R) dan beragregasi pada bagian cromocenter. 3. Bagian-bagian pada kromosom politen Drosophila melanogaste rterdiri atas band, interband, cromocenter dan puff. 4. Kromosom politen hanya mengalami fase G1, S dan G2 (endomitosis). Kromosom politen ukurannya besar, 100 kali dibandingkan kromosom biasa saat waktu interfase. Kromosom politen juga memiliki cromocenter sebagai daerah agregasi lengan-lengan kromosomnya.

L. DISKUSI 1. Bagaimana kenampakan kromosom raksasa? Kromosom raksasa berukuran besar, memiliki lengan kromosom berjumlah 4 yang bentuknya linear dan berkumpul dalam cromocenter, pada tiap lengan kromosom terlihat struktur garis-garis yang membentuk pita terangdan pita gelap, selain itu, terdapat struktur yang tidak kompak dan melebar atau menggelembung yang disebut dengan puff. 2. Apa makna pita gelap dan pita terang pada kromosom raksasa? Menurut strukturnya, pita gelap berisi DNA yang terpadatkan, dan pita terang adalah bagian yang tidak terkondensasi dan terlihat berwarna terang karena tidak mengalami pemadatan. Ditinjau dari fungsinya, bagian pita gelap aktif dalam melakukan transkripsi, sementara pita terang mengandung gen-gen yang aktif dan hampir mengandung semua gen yang ditranskripsi sehingga menjadi bagian pita terang yang aktif dalam melakukan replikasi. 3. Bagaimana ukuran kromosom raksasa? Ukuran kromosom raksasa 100 kali lebih besar dibanding kromosom biasa saat tahap interfase, hal ini karena, terjadi endomitosis (replikasi kromosom tanpa diikuti pembelahan sel) dan pembesaran sel. Sedangkan ukuran total pita adalah 2650 untuk satu genome. Pada beberapa penelitian lain disebutkan bahwa jumlah pitanya adalah 3286. 4. Apa fungsi kromosom raksasa? 5. Kromosom politen mengandung banyak sekali salinan molekul DNA yang telah direplikasi beberapa kali sehingga memberikan salinan tambahan DNA untuk transkripsi sehingga banyak protein yang dihasilkan. Kromosom politen sangat penting untuk proses perkembangan seperti molting. 6. Selain pada Drosophila melanogaster kromosom raksasa dapat ditemukan pada apa saja? Kromosom polytene raksasa ditemukan pada berbagai makhluk hidupyakni: di larva beberapa lalat, protozoa dan tanaman, sel telapak kaki lalat dewasa,serta insecta seperti Collembola dan jangkrik.

DAFTAR RUJUKAN Alberts, Bruce: Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. 2012. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. USA: Garland Sciences. A.P.

Kaufman,

1939

“Induced

Chromosome

Rearrangements

in

Drosophila

melanogaster,” Journalof Heredity, 30:178–90. Elgin, S. C. 1991.Functional Organization of The Nucleus : A Laboratory Guide.SanDieogo : Academic Press Inc. Fairbanks, D.J. & W.R. Andersen. 1999. Genetics: The Continuity of Life. California : Brooks/Cole Publishing Company. Kimball, John W. 1990. Biologi. Edisi kelima. Jakarta: Erlangga. Klug, W.S et al. 2012 . Concepts of geneticsTenth Edition.California: Pearson Education, Inc. Klug, W.S. & M.R. Cummings. 1994. Concepts of Genetics. 4th ed. Prentice Hall Inc., Engelwood Cliffs: xvi + 779 hlm. Passarge, E. 2007. Color Atlas of Genetics. Appl Aprinta Inc., Germany: x + 497 hlm. Pierce, B.A. 2004.Genetics: a Conceptual Approach 2nd.New York: W.H Freeman Publishing. Reeceet al. 2010.Campbell Biology Tenth Edition. USA : Pearson Education, Inc. Rittner, D. & McCabe, T. L. 2004.Encyclopedia of Biology. Facts On File, Inc., New York: xiv + 400 hlm. Tamarin. 2001. Principles of Genetics, Seventh Edition.USA : The McGraw−Hill Companies. Tonzetich,

J.

2004.

Orcein

Staining

and

The

Identification

of

PolyteneChromosome. Methods Mol Biol. 47 (24) : 9-16.[10] Manhattan. 2007. Aceto Orcein Staining . Tyagi, Rajiv. 2009. Understanding Genetics. New Delhi: Discovery Publishing House. Tyler, Mary S. 2012 . Developmental Biology,A Guide for Experimental Study. Sunderland : Sinauer Associates. Wilkins, Adam. 1993. Genetic Analysis of Animal Development, 2nd ed. New York : Willey-Liss, Inc.

Wolfe, S.L. 1993. Molecular and Cellular Biology. California: Wadsworth, Inc Zhimulev and Koryakov. 2009. Polytene Chromosomes. ELS: Genetics and Molecular Biology. DOI: 10.1002/9780470015902.a0001183.pub2. (diakses 21 Maret 2017).

LAMPIRAN