Dalam dunia biologi, aneuploidi dan poliploidi menjadi sorotan karena perbedaan struktur kromosom yang terjadi pada organisme. Aneuploidi terjadi ketika satu atau beberapa kromosom lengkap hilang atau ditambahkan dari keadaan diploid yang biasanya. Sementara poliploidi terjadi ketika satu atau lebih set kromosom lengkap ditambahkan dari keadaan biasa (umumnya diploid), seperti pada triploid dan tetraploid.
Setiap spesies tanaman dan hewan memiliki jumlah dasar kromosom inti yang disebut sebagai jumlah haploid, ditulis sebagai n. Mayoritas individu dari spesies tersebut bersifat diploid, memiliki dua kali lipat jumlah haploid kromosom (2n) dalam setiap sel somatiknya. Organisme aneuploid dan poliploid memiliki jumlah kromosom yang tidak normal.
Aneuploidi
Secara ketat, aneuploidi merujuk pada jumlah kromosom dalam sel atau organisme yang bukan merupakan kelipatan tepat dari jumlah haploid. Namun, dalam praktik umum, istilah ini digunakan khususnya untuk merujuk pada situasi di mana suatu organisme atau sel hanya memiliki satu atau beberapa kromosom yang ditambahkan atau hilang.
Pada hewan, aneuploidi biasanya bersifat mematikan sehingga jarang terjadi. Di dalam kerajaan tumbuhan, sebaliknya, penambahan atau penghilangan sedikit kromosom individu mungkin lebih dapat ditoleransi.
Nullisomi adalah kondisi aneuploid di mana dua kromosom homolog hilang, sehingga organisme memiliki 2n – 2 kromosom. Monosomi merujuk pada ketiadaan satu kromosom tunggal, memberikan total 2n – 1 kromosom.
Dalam trisomi, satu kromosom tambahan hadir (2n + 1). Contoh aneuploidi pada manusia adalah kasus sindrom Down, trisomi-21, di mana individu memiliki satu salinan tambahan dari kromosom kedua puluh satu (dengan demikian, tiga salinan total).
Penyebab dan Dampak Aneuploidi
Aneuploidi disebabkan oleh nondisjungsi, yang terjadi ketika sepasang kromosom homolog gagal untuk terpisah selama pembelahan sel. Jika nondisjungsi terjadi pada tahap pertama meiosis, keempat gamet yang dihasilkan akan tidak normal.
Dua di antaranya tidak akan memiliki salinan dari kromosom yang diberikan, dan dua lainnya, secara proporsional, akan memiliki satu salinan tambahan masing-masing. Jika nondisjungsi terjadi pada tahap kedua meiosis, salah satu dari empat gamet yang dihasilkan akan tidak memiliki salinan dari kromosom yang diberikan, yang lain akan memiliki salinan tambahan, dan dua akan normal.
Poliploidi
Poliploidi disebabkan oleh penambahan satu atau lebih set kromosom lengkap ke dalam komplemen diploid normal. Di dalam kerajaan hewan, poliploidi mematikan dalam hampir setiap kasus, tetapi relatif umum pada tumbuhan. Diperkirakan antara 30 hingga 70 persen dari angiosperma yang ada adalah poliploid.
Proses penentuan jenis kelamin lebih sensitif terhadap poliploidi pada hewan daripada pada tumbuhan, dan karena banyak tumbuhan mengalami pembuahan sendiri, yang memiliki jumlah set kromosom genap (seperti tetraploid) masih dapat menghasilkan gamet yang subur.
Faktor krusial yang menentukan apakah suatu tanaman poliploid dapat menjadi subur adalah apakah memiliki jumlah set kromosom genap atau ganjil. Tanaman dengan jumlah set kromosom ganjil hampir selalu steril. Karena mereka selalu memiliki satu kromosom yang tidak berpasangan dari setiap jenis, sangat tidak mungkin bagi mereka untuk menghasilkan gamet yang seimbang secara viabel.
Di sisi lain, terdapat potensi bagi tanaman poliploid dengan jumlah set kromosom genap untuk menghasilkan gamet yang seimbang jika beberapa set kromosom konspektif berpasangan selama meiosis.
Autopoliploidi dan Allopoliploidi
Tanaman poliploid ada dalam dua kategori. Autopoliploid memiliki genom yang terdiri dari beberapa set kromosom yang semuanya berasal dari satu spesies. Pada allopoliploid, beberapa set kromosom berasal dari beberapa (biasanya terkait) spesies.
Autopoliploidi dapat muncul dari situasi di mana cacat dalam meiosis menciptakan gamet diploid atau triploid. Jika gamet tersebut menyatu dengan gamet haploid tipikal dari spesies yang sama, persatuan tersebut menghasilkan zigot poliploid.
Penggabungan paling umum, antara gamet diploid dan haploid, menghasilkan autotriploid. Seperti yang disarankan oleh bagian sebelumnya, mereka biasanya steril.
Namun, beberapa autotriploid steril yang dapat dibudidayakan melalui perbanyakan vegetatif (dengan menanam potongan tanaman) adalah tanaman pangan yang menarik karena tidak memiliki biji subur yang kuat. Sebagai contoh, pisang yang dibudidayakan adalah autotriploid yang efektif tanpa biji (dan karena itu steril); ia tidak dapat berkembang biak tanpa campur tangan manusia.
Allopoliploidi muncul melalui persilangan spesies yang berbeda. Allodiploid yang terbentuk dari persatuan dua gamet haploid dari spesies terpisah akan steril karena tidak ada kromosom yang cocok untuk berpasangan pada meiosis.
Namun, jika kedua set kromosom tersebut menjadi berlipat ganda dalam sebuah sel, hasilnya akan menjadi allotetraploid yang potensial subur.
Organisme dalam kondisi ini pada dasarnya adalah ganda-diploid, di mana pasangan homolog dari kromosom konspektif dapat bergabung pada meiosis untuk menghasilkan gamet yang viable. Jenis poliploidi ini telah memainkan peran penting dalam sejarah alami banyak tanaman, termasuk gandum, sereal yang paling banyak dibudidayakan di dunia.
Allopoliploidi dan Spesiasi
Spesies gandum domestik kontemporer dapat diidentifikasi sebagai salah satu dari tiga kelompok berdasarkan jumlah kromosomnya. Satu kelompok memiliki empat belas kromosom, kelompok lain dua puluh delapan, dan kelompok ketiga memiliki empat puluh dua kromosom.
Kelompok-kelompok ini membentuk serangkaian poliploid berdasarkan jumlah haploid, n, yang sama dengan tujuh kromosom. Dipercayai bahwa kelompok-kelompok gandum domestik ini berevolusi dalam dua tahap utama.
Pertama, anggota genus diploid Triticum (2n = empat belas kromosom) mungkin telah berhibridisasi dengan salah satu rumput kambing diploid Aegilops (2n = empat belas kromosom) untuk membentuk spesies allotetraploid dari gandum emmer dan gandum durum (4n = dua puluh delapan kromosom).
Kemudian, diyakini bahwa spesies ini mengalami putaran kedua hibridisasi dengan spesies rumput kambing yang terpisah untuk membentuk spesies allohexaploid (6n = empat puluh dua kromosom) yang sekarang dikenal sebagai gandum roti, atau Triticum aestivum.
Gandum roti, yang mungkin muncul sekitar delapan ribu tahun yang lalu, menggabungkan sifat-sifat yang diinginkan dari ketiga saudaranya yang diploid, termasuk biji yang tidak hancur, kandungan protein tinggi di endosperm, dan toleransi yang baik terhadap berbagai kondisi lingkungan.
Gandum alloheksaploid dapat berkembang biak, berkat meiosis normal, di mana kromosom homolog berpasangan untuk membentuk gamet triploid dengan dua puluh satu kromosom.
Implikasi Poliploidi dalam Pertanian
Seperti halnya gandum, banyak tanaman budidaya saat ini adalah poliploid. Dengan menciptakan garis poliploid, perakit tanaman dapat memperkenalkan sifat-sifat yang diinginkan secara kumulatif.
Di antara tanaman-tanaman poliploid yang penting adalah tanaman pangan, seperti kentang putih (4n = empat puluh delapan kromosom), gandum (6n = empat puluh dua kromosom), kacang tanah (4n = empat puluh kromosom), tanaman yang menghasilkan tekstil seperti kapas (4n = lima puluh dua kromosom), dan tanaman-tanaman komersial tembakau (4n = empat puluh delapan kromosom) dan kopi, yang spesies-spesiesnya yang ada bervariasi dari diploid hingga oktoploid (8n = delapan puluh delapan kromosom).
Selain pisang yang dibudidayakan yang telah disebutkan sebelumnya, yang merupakan autotriploid dan karena itu steril dan tanpa biji, beberapa varietas apel yang dibudidayakan adalah spesies triploid.
Selain menggabungkan sifat-sifat tertentu, alasan lain mengapa menguntungkan untuk membudidayakan spesies poliploid adalah karena sel-sel tanaman poliploid biasanya lebih besar dari sel-sel diploid yang sesuai.
Akibatnya, tanaman poliploid itu sendiri biasanya lebih besar. Beberapa spesies semangka, bunga marigold, dan snapdragon yang sangat besar telah diciptakan melalui budidaya garis poliploid.
Poliploidi tanaman diinduksi di laboratorium dengan memperlakukan sel-sel yang sedang membelah dengan obat colchicine. Obat ini mencegah pembentukan spindle selama mitosis dengan mengganggu mikrotubulus, menyebabkan kromosom yang diduplikasi gagal untuk terpisah.
Metode aplikasi yang paling umum adalah dengan meletakkan akar tanaman dalam larutan colchicine. Karena colchicine menghambat pembelahan sel sebenarnya tanpa memengaruhi duplikasi kromosom, ketika putaran penuh mitosis dimulai setelah mengeluarkan akar dari colchicine, sel-sel yang dihasilkan mengandung satu set kromosom tambahan.
Penggunaan dan Penelitian Masa Depan
Penerapan pengetahuan tentang aneuploidi dan poliploidi dalam pertanian telah membuka pintu bagi penelitian yang lebih dalam dalam mengubah sifat-sifat tanaman yang diinginkan dan memahami evolusi spesies. Pengembangan lebih lanjut di bidang ini dapat memberikan kemajuan dalam produksi pangan yang lebih efisien, keberlanjutan pertanian, dan keberhasilan penyesuaian tanaman terhadap perubahan lingkungan.
Pemahaman yang lebih baik tentang interaksi genetika, kontrol mekanisme seluler, dan respons tanaman terhadap lingkungan dapat memberikan wawasan yang lebih dalam dalam menghadapi tantangan masa depan dalam pertanian.