Pewarisan sifat pada makhluk hidup atau disebut juga sebagai herediti adalah pewarisan sifat-sifat berupa informasi genetik dari orang tua kepada keturunannya. Perlu digarisbawahi bahwa “sifat” di sini juga mengacu pada rupa, kualitas, atau keadaan yang tampak, dan bukan hanya watak atau perilaku dari seseorang atau suatu organisme.
Bukti dari pewarisan sifat pada makhluk hidup ini dapat dilihat pada perbedaan wajah dari setiap orang yang ada di sekeliling kita. Ada yang memiliki postur tinggi, ada yang pendek, ada yang memiliki rambut lurus, rambut keriting, atau bergelombang. Beberapa orang lainnya ada yang memiliki kulit putih, kuning langsat, dan ada yang sawo matang atau kecokelatan. Ada juga yang memiliki wajah bulat dan ada pula yang lonjong.
Perbedaan-perbedaan yang terjadi itu dikontrol oleh sesuatu yang disebut sebagai gen, yang diwarisi dari orang tua kita (inherited). Dengan peran gen ini pula ciri-ciri tubuh kita mirip dengan orang tua kita. Sehingga wajar saja jika sifat atau ciri fisik kita akan mirip dengan orang tua kita sendiri. Gen berperan sangat besar pada proses pewarisan sifat pada makhluk hidup. Bahkan, kekurangan satu gen saja dapat menyebabkan kelainan pada ciri tubuh kita.
Lalu sebetulnya apa itu gen? di manakah letak gen? Bagaimana proses pewarisan gen-gen dari orang tua kepada keturunannya? Kemudian, dari segi aplikasi ilmu pengetahuan, dapatkah kita mengubah gen-gen suatu makhluk hidup, misalnya padi, sehingga dapat meningkatkan hasil produksinya? Berikut adalah berbagai pemaparan mengenai herediti atau pewarisan sifat pada makhluk hidup yang akan menjawab berbagai pertanyaan tersebut.
Contohnya, pada reproduksi seksual manusia, ayah akan mewariskan materi genetiknya melalui sel sperma, sedangkan ibu akan mewariskan materi genetik melalui sel ovum. Materi genetik dari ayah dan ibu akan bergabung melalui proses fertilisasi. Oleh karena adanya penggabungan materi genetik inilah, pada anak keturunan muncul beberapa ciri yang mirip dengan ayah dan beberapa ciri yang mirip dengan ibunya.
Struktur DNA dan RNA
Penemuan struktur DNA sangat bergantung pad penelitian dari Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin yang menggunakan teknik kristalografi (difraksi) sinar-X untuk mempelajari struktur DNA pada tahun 1950 hingga 1953. Berdasarkan penelitian Rosalind Franklin, pada tahun 1953 (dalam Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 123), Frances Crick dan James Watson mengemukakan bahwa DNA memiliki struktur seperti suatu untai ganda yang membentuk heliks atau bentuk ulir.
- Pada DNA, gulanya berupa gula deoksiribosa,
- sedangkan pada RNA gulanya adalah gula ribosa.
Nukleotida ini dapat dibagi menjadi struktur yang lebih kecil disebut nukleosida. Satu unit nukleosida tersusun atas gula dan basa nitrogen (tanpa gugus fosfat).
Ada empat senyawa basa nitrogen yang menyusun DNA yaitu adenin (A) yang selalu berpasangan dengan timin (T), serta guanin (G) yang selalu berpasangan dengan sitosin (C). Basa nitrogen adenin dan guanin dikelompokkan dalam basa purin, sedangkan timin dan sitosin dikelompokkan dalam basa pirimidin.
Pada RNA tidak terdapat basa nitrogen timin (T). Basa nitrogen timin ini pada RNA digantikan oleh basa nitrogen urasil (U). Struktur heliks DNA terbentuk karena adanya beberapa jenis ikatan kimia. Antara untai DNA diikat oleh ikatan hidrogen. Antara basa nitrogen dan gula diikat oleh ikatan glikosida, sedangkan antar nukleotida dihubungkan dengan ikatan fosfodiester.
Peranan Materi Genetik dalam Penentuan Sifat
Jika orang tua memiliki jenis cuping telinga yang melekat, maka semua anaknya juga memiliki jenis cuping telinga yang melekat. Jika salah satu dari orang tua memiliki jenis cuping telinga yang terpisah, maka semua anaknya memiliki jenis cuping telinga yang terpisah, tetapi ada juga kejadian salah satu anaknya memiliki jenis cuping telinga yang melekat. Ketika ada ciri jenis cuping terpisah, maka hampir semua anaknya memiliki jenis cuping yang terpisah, sedangkan yang memiliki sifat cuping melekat hanya sedikit. Dalam pewarisan sifat, fenomena tersebut dikenal dengan istilah sifat dominan dan sifat resesif.
- Sifat dominan adalah Karakter yang mampu mengalahkan atau menutupi karakter yang lain disebut sifat dominan.
- Sifat resesif merupakan karakteristik yang kalah dan tertutupi oleh karakter lain lebih dominan.
Gen bertanggung jawab atas sifat suatu organisme, dan biasa dilambangkan dengan huruf tertentu. Gen dominan dapat ditulis dengan huruf kapital, sedangkan gen resesif ditulis dengan huruf biasa (kecil). Karakter cuping yang terpisah dikode oleh gen G (dominan) sedangkan karakter cuping yang melekat dikode oleh gen g (resesif). Variasi atau bentuk alternatif dari suatu gen (dalam hal ini yaitu gen G dan gen g) disebut alela.
Fenotiope & Genotipe
Sifat atau ciri dari pewarisan sifat pada makhluk hidup yang dapat diamati seperti bentuk rambut, warna kulit, dan jenis cuping telinga disebut fenotipe. Fenotipe adalah perwujudan ”ekspresi” dari gen yang berupa sifat-sifat atau karakter yang dapat terlihat seperti bentuk rambut, warna kulit, dan jenis cuping telinga, dan tidak hanya wujud fisik saja, fisiologi dan tingkah laku juga termasuk pada fenotipe (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 129).
Setiap fenotipe dikendalikan oleh genotipe. Genotipe adalah keseluruhan informasi genetik dari suatu individu.
Kariotipe
Kromosom-kromosom yang menyusun sel-sel tubuh (sel somatik) manusia dan kromosom pada sel kelamin (sel gamet). Susunan kromosom pada sel-sel yang sudah diurutkan berdasarkan ukuran dan bentuknya tersebut disebut dengan kariotipe (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 129).
Tentu kita semua telah tahu bahwa berdasarkan jenis kelaminnya, manusia dibedakan menjadi jenis kelamin laki-laki dan perempuan. Melalui karotis kita dapat mengidentifikasi kromosom laki-laki dan perempuan. Perhatikan gambar di bawah ini.
Susunan kromosom pada sel penyusun tubuh berbeda dengan susunan kromosom pada sel kelamin (sel telur atau ovum dan sel sperma). Kromosom pada sel tubuh susunannya berpasangan (Gambar 3.8a dan 3.8b). Keadaan kromosom yang berpasangan disebut dengan diploid (di = dua), sedangkan susunan kromosom pada sel kelamin tidak berpasangan dan disebut dalam keadaan haploid (Gambar 3.8c dan 3.8d). Keadaan diploid ditulis dengan simbol 2n dan keadaan haploid ditulis dengan simbol n, sehingga kromosom sel kelamin jumlahnya setengah dari kromosom sel tubuh.
Penulisan kromosom kelamin atau gonosom laki-laki ditulis dengan pasangan huruf XY dan untuk perempuan ditulis dengan pasangan huruf XX. Kariotipe atau susunan kromosom laki-laki dapat ditulis dengan rumus 22AA + XY dan untuk perempuan ditulis dengan rumus 22AA + XX. Pada sel kelamin, kromosom tidak dalam keadaan berpasangan (haploid), sehingga kariotipe sel kelamin jantan (sel sperma) adalah 22A + X atau 22A + Y, sedangkan kariotipe sel kelamin betina (sel ovum) yaitu 22A + X.
Diagram Kromosom Perkawinan Laki-Laki dengan Perempuan
Gen-gen pada kromosom kelamin Y memiliki peranan penting dalam menentukan jenis kelamin pada manusia. Pada sel ovum hanya terdapat autosom dan kromosom kelamin X saja. Jadi, ketika sel telur yang mengandung kromosom kelamin X bertemu dengan sel sperma yang mengandung kromosom kelamin X maka akan menghasilkan anak (keturunan) dengan jenis kelamin perempuan (XX). Jika sel telur yang mengandung kromosom kelamin X bertemu dengan sel sperma yang mengandung kromosom kelamin Y maka akan menghasilkan anak (keturunan) dengan jenis kelamin laki-laki (XY). Keturunan dalam proses pewarisan sifat dapat disebut dengan filial (F), sedangkan orang tua atau induk disebut dengan parental (P).
Hukum Pewarisan Sifat
Penelitian pertama tentang penurunan sifat dilakukan oleh Gregor Mendel, seorang pendeta dan juga ahli botani dari Austria. Mendel mulai meneliti tentang pewarisan sifat pada tahun 1856 dan mencatat hasil temuannya pada Natural Science Society of Brunn, Austria pada tahun 1866. Gregor Mendel berhasil menemukan hukum pewarisan sifat melalui percobaan dengan menggunakan kacang kapri.
Mendel menggunakan kacang kapri sebagai objek penelitiannya karena kacang kapri memiliki ciri-ciri yang mudah dibedakan, dapat melakukan penyerbukan sendiri, mudah dilakukan penyerbukan silang, mempunyai daur hidup yang relatif pendek, dan menghasilkan keturunan dalam jumlah banyak.
Beberapa tahun kemudian, yaitu pada tahun 1900 para ahli botani lainnya meneliti kembali hasil penelitian Mendel dan mereka menemukan kesimpulan yang sama dengan penelitian yang telah dilakukan oleh Mendel sebelumnya.
Mendel juga orang yang dikenal pertama kali memperkenalkan teori penurunan sifat. Teorinya dikenal dengan Hukum Mendel. Atas jasanya dalam bidang pewarisan sifat beliau dijuluki sebagai Bapak Genetika.
Bagaimana Mendel dapat menghasilkan hukum pewarisan sifat yang hingga kini masih digunakan oleh para ahli? Mendel melakukan dua jenis persilangan. Persilangan pertama dilakukan dengan menyilangkan kapri dengan satu sifat beda yang dikenal dengan persilangan monohibrida dan kedua menyilangkan kapri dengan dua sifat beda yang dikenal dengan persilangan dihibrida.
Persilangan Monohibrida (Satu Sifat Beda)
Pada penelitian pertama, Mendel menyilangkan kapri berbunga ungu dengan kapri berbunga putih. Ternyata, seluruh keturunan pertama berbunga ungu. Namun, ketika keturunan tersebut disilangkan dengan sesamanya, keturunan kedua memiliki perbandingan 3 berbunga ungu dan 1 berbunga putih.
Berdasarkan hasil persilangan yang dilakukannya, Mendel mengemukakan rumusan yang disebut hukum I Mendel atau disebut juga Hukum Segregasi.
Hukum I Mendel (Segresi)
Hukum I Mendel atau Hukum Segregasi menyatakan bahwa pada waktu pembentukan gamet terjadi segregasi atau pemisahan alela (variasi gen) secara bebas, dari diploid menjadi haploid. Misalnya genotipe suatu tanaman Uu, maka gamet yang dibentuk akan membawa gen U dan gen u.
Persilangan Dihibrida (Dua Sifat Beda)
Setelah melakukan persilangan pada bunga kapri yang berwarna ungu dan putih, selanjutnya Mendel mengawinkan dua kacang kapri yang memiliki dua sifat berbeda. Salah satu kacang kapri berbiji bulat dan berwarna kuning, sedangkan pasangannya berbiji kisut dan berwarna hijau.
Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan sebelumnya, Mendel menetapkan genotipe untuk kacang kapri biji bulat dan berwarna kuning dengan genotipe BBKK (dominan) dan kacang kapri berbiji kisut dan berwarna hijau dengan genotipe bbkk (resesif).
Berdasarkan Hukum Segregasi, setiap variasi gen dapat berpisah secara bebas, dan menghasilkan gamet (sel sperma dan sel ovum). Dalam hal ini dari induk (parental) yang memiliki genotipe BBKK dan bbkk akan terbentuk gamet dengan pasangan gen BK dan bk. Keturunan pertama (filial 1) dari induk tersebut semua bergenotipe BbKk (berbiji bulat dan berwarna kuning). Selanjutnya Mendel melakukan persilangan kedua, yaitu antarsesama keturuan pertama (BbKk × BbKk).
Hukum II Mendel (Penggabungan Bebas)
Apakah persilangan kedua akan menghasilkan keturunan yang sama dengan persilangan pertama? Jika genotipe induk adalah BbKk, maka kemungkinan gamet yang terbentuk adalah BK, Bk, bK, dan bk. Sifat biji bulat dan berwarna kuning merupakan sifat dominan, sehingga setiap genotipe dengan bentuk BBKK, BBKk, BbKK, BbKk akan berbiji bulat dan berwarna kuning.
Berdasarkan hasil persilangan, diperoleh kacang kapri berbiji bulat berwarna kuning (BBKK, BBKk, BbKK, BbKk) sebanyak 9 buah, berbiji bulat berwarna hijau (BBkk dan Bbkk) sebanyak 3 buah, berbiji keriput berwarna kuning (bbKK dan bbKk) sebanyak 3 buah, dan berbiji keriput berwarna hijau (bbkk) sebanyak 1 buah, dan diperoleh perbandingan fenotipe bulat kuning: keriput kuning: bulat hijau: keriput hijau sebesar 9 : 3 : 3 : 1.
Berdasarkan hasil yang tampak pada turunan kedua (F2) ini, Mendel menyimpulkan bahwa pada saat pembentukan gamet, alela atau variasi gen yang menentukan karakter-karakter berbeda dapat bergabung secara bebas satu sama lain. Misalnya suatu induk memiliki genotipe BbKk, maka gen B dan gen b serta gen K dan gen k akan memisah, kemudian kedua pasangan tersebut akan bergabung secara bebas sehingga kemungkinan gamet yang terbentuk akan memiliki susunan gen BK, Bk, bK, dan bk. Kesimpulan ini selanjutnya dikenal dengan hukum II Mendel atau disebut juga hukum Penggabungan Bebas.
Hukum II Mendel atau disebut juga sebagai Hukum Penggabungan Bebas menyatakan bahwa pada saat pembentukan gamet, alela (variasi gen) yang menentukan karakter-karakter berbeda dapat bergabung secara bebas satu sama lain.
Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup dan Kelainan Sifat yang Diturunkan
Mengapa warna kulit manusia berbeda-beda? Ternyata, warna kulit dikode oleh banyak gen. Misalnya, gen pengode warna kulit adalah gen A, B, C. Gen ini mengode pembentukan pigmen kulit yaitu pigmen melanin. Pigmen melanin menyebabkan kulit berwarna gelap. Variasi atau alternatif gen warna kulit (alela) yaitu gen a, b, c. Orang yang memiliki gen AABBCC memiliki kulit sangat gelap, sedangkan yang memiliki gen aabbcc memiliki kulit sangat terang. Orang yang memiliki gen AaBbCc memiliki warna kulit sawo matang (tengah-tengah antara sangat gelap dan sangat cerah). Selain akibat gen, faktor lingkungan seperti paparan sinar matahari juga berpengaruh pada fenotipe warna kulit.
Albino
Pernahkah kamu melihat seseorang yang seluruh tubuhnya putih, termasuk rambutnya pula? Orang seperti itu mengalami kelainan yang disebut albino. Albino adalah kelainan yang disebabkan tidak adanya zat warna (pigmen) yang disebut zat melanin. Orang yang mengalami kelainan ini pada umumnya mempunyai ciri fotofobia atau takut cahaya.
Pigmen melanin berfungsi untuk melindungi kulit dari sinar ultraviolet. Tidak adanya pigmen kulit membuat mereka lebih rentan terserang kanker kulit dan kulit mudah melepuh akibat terpapar sinar matahari. Gen penyebab albino bersifat resesif (gen a). Orang yang mengalami kelainan ini memiliki genotipe homozigot resesif (aa), orang yang normal memiliki genotipe homozigot dominan (AA) dan yang menjadi carrier atau pembawa memiliki genotipe heterozigot (Aa).
Pewarisan Tipe Perlekatan Cuping Telinga
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya tipe perlekatan cuping telinga ini juga dikontrol oleh gen, yaitu gen G untuk cuping telinga terpisah atau terlepas dan gen g untuk cuping telinga melekat. Jadi, seseorang yang memiliki gen G (baik bergenotipe GG atau Gg) akan memiliki tipe perlekatan cuping telinga terpisah, sedangkan yang memiliki tipe perlekatan cuping melekat memiliki gen gg.
Pewarisan Bentuk Rambut
Bentuk rambut juga dikode oleh gen. Ada dua macam gen yang mengendalikan bentuk rambut, gen C (dominan) mengode rambut keriting, dan gen s (resesif) mengode rambut lurus. Bentuk rambut merupakan kasus yang menarik yang dikenal dominansi tidak sempurna. Artinya, jika kamu memiliki salah satu dari kedua jenis gen tersebut (gen C dan gen s), kamu akan mendapat campuran dari keduanya yaitu rambutmu akan menjadi berombak (Cs).
Jadi, seseorang yang memiliki rambut keriting memiliki genotipe CC, orang yang memiliki rambut berombak memiliki genotipe Cs, dan yang memiliki rambut lurus memiliki genotipe ss.
Pewarisan Bentuk Pertumbuhan Rambut pada Dahi
Jika kita perhatikan, bentuk pertumbuhan rambut pada dahi setiap orang sebetulnya berbeda-beda. Ada rambut yang tumbuh melingkar biasa atau tumbuh seperti huruf ”V” atau yang dikenal dengan widow’s peak. Tumbuhnya rambut seperti huruf ”V” dikontrol oleh gen W (diambil dari istilah widow’s peak). Gen W ini bersifat dominan, orang yang memiliki pertumbuhan rambut pada dahi memiliki gen WW (homozigot dominan) atau gen Ww (heterozigot), sedangkan orang yang tidak memiliki pertumbuhan rambut seperti huruf ”V” memiliki genotipe homozigot resesif (ww).
Pewarisan Kelainan Buta Warna
Buta warna adalah kelainan seseorang yang tidak dapat membedakan beberapa warna dengan baik, biasanya antara merah, oranye, biru, dan hijau. lamin X. Seorang perempuan akan menderita buta warna jika kedua kromosom X mengandung gen buta warna (XcbXcb), namun jika hanya salah satu kromosom X yang mengandung gen buta warna (XcbX) maka perempuan tersebut akan menjadi pembawa (carrier) gen buta warna tanpa menjadi penderita. Pada laki-laki jika kromosom X mengandung gen buta warna maka akan langsung menderita buta warna (XcbY).
Pewarisan Kelainan Hemofilia
Hemofilia merupakan kelainan dengan ciri darah penderita sulit menggumpal ketika terjadi luka pada bagian tubuh tertentu, yang disebabkan tidak dihasilkannya faktor penggumpalan darah dalam tubuh seseorang. Saat penderita hemofilia mengalami luka disertai pecahnya pembuluh darah, maka darah akan terus mengalir keluar dan sukar membeku sehingga penderita dapat mengalami kekurangan darah dan dapat menyebabkan kematian.
Penerapan Pewarisan Sifat dalam Pemuliaan Makhluk Hidup
Genetika berperan penting dalam membantu manusia menyingkap masalah penyediaan bahan pangan. Penerapan genetika memungkinkan manusia untuk merakit bibit unggul pada bidang pertanian dan peternakan, sehingga dapat menghasilkan bahan pangan yang diperlukan manusia. Berikut adalah beberapa penerapan pewarisan sifat dalam pemuliaan makhluk hidup.
Pewarisan Sifat dalam Pemuliaan Tanaman
Sudah lama manusia memanfaatkan pengetahuannya terkait dengan genetika di bidang pertanian, salah satunya yaitu dalam penyiapan bibit unggul melalui pembuatan varietas hibrida. Varietas hibrida merupakan suatu jenis tanaman yang merupakan keturunan dari persilangan antara dua atau lebih jenis tanaman yang memiliki ciri-ciri genetik yang berbeda. Varietas hibrida ini dibuat untuk mengambil manfaat dari munculnya kombinasi yang baik dari induk-induk yang disilangkan.
Padi hibrida dapat menghasikan beras 30% lebih banyak daripada padi pada umumnya, lebih tahan terhadap lahan yang kering, lebih pulen, lebih wangi, dan lebih cepat dipanen. Contoh padi hibrida misalnya varietas Sembada, IR 64, Way Apo, Arize, Intani, PPH, Beras Prima, dan varietas IPB 4S.
Selain padi, juga ada jagung hibrida, misalnya Hibrida C 1, Hibrida CP 1 dan CPI 2, Hibrida IPB 4, Hibrida Pioneer 2, Malin, Metro, dan Varietas Bima. Jagung varietas Bima-14 Batara merupakan jagung hibrida unggul yang dihasilkan Balai Penelitian Tanaman Serealia melalui persilangan. Varietas hibrida Bima14 Batara ini dapat dipanen sekitar ± 95 hari setelah penanaman, memiliki tinggi ± 199 cm, dan perakaran yang kuat sehingga tidak mudah roboh.
Pewarisan Sifat dalam Pemuliaan Hewan
Pewarisan sifat berperan penting dalam pemuliaan hewan untuk menghasilkan hewan ternak berkualitas tinggi. Misalnya unggas yang mampu menghasilkan banyak telur atau sapi dengan kualitas susu dan daging yang baik.
Ayam broiler yang biasa dipasarkan sebagai daging potong adalah salah satu contohnya. Contohnya adalah ayam broiler dari Amerika misalnya jenis Playmouth Rock. Ayam broiler ini memiliki bulu butih keabuan, tubuh besar, daging yang lezat, dan mampu menghasilkan telur dengan baik. Ayam ini dihasilkan dari persilangan ayam Dominique dengan ayam jenis Black Cochin.
SUMBER :
- Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas IX. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.
- https://serupa.id/pewarisan-sifat-pada-makhluk-hidup/