KEGIATAN PEMBELAJARAN 1
PEWARISAN SIFAT MAKHLUK HIDUP
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan dapat menemukan perbandingan hukum Mendel dengan menggunakan probabilitas pada persilangan monohibrida dan dihibrida.
B. Uraian Materi
Prinsip Pewarisan Sifat Makhluk Hidup Berdasarkan Hukum Mendel 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.
Gambar 3 : Gregor Johan Mendel
Sumber: Campbell, et al.2009
Memang sebelum maupun sesudah Mendel, banyak tokoh-tokoh yang berbicara tentang teori hukum-hukum pewarisan sifat menurun, antara lain sebagai berikut :
- Teori Darah; mengatakan bahwa sifat keturunan dibawa oleh darah. Teori ini gugur setelah ditemukannya peristiwa transfusi darah, sebab orang yang menerima tambahan darah ternyata sifatnya tidak berubah seperti sifat donornya.
- Teori Preformasi; menyatakan adanya makhluk hidup kecil di dalam gamet sebagai calon individu baru.
- Teori Epigenesis; (teori ini mengkritik teori preformasi) menyatakan bahwa sel telur yang telah dibuahi oleh sperma akan mengadakan pertumbuhan sedikit demi sedikit.
- Teori Pangenesis; menyatakan bahwa setelah ovum dibuahi oleh sperma maka dalam sel kelamin terdapat tunas-tunas yang tumbuh menjadi makhluk hidup baru.
- Teori Haeckel; menyatakan bahwa yang bertanggung jawab atas sifat keturunan adalah substansi inti dari sperma.
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 mencolok, seperti terlihat pada gambar.
Gambar 4 : 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 bunga 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 varietas tersebut.
Mendel juga memastikan dia memulai percobaannya dengan varietas galur murni, yang berarti ketika tanaman melakukan penyerbukan sendiri semua keturunannya akan mempunyai varians 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 buahnya kecil dan rasanya manis, akan kita peroleh jenis mangga hibrida (hasil) pembastaran dengan sifat buah yang besar dan rasanya manis, dengan syarat 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 huruf P (capital). Hasil persilangan parental atau keturunannya disebut anak (filial) dan diberi simbol 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 bergenotipe homozigot dan disimbolkan dengan dengan huruf yang sama, huruf kapital semua atau huruf kecil semua, misalnya AA untuk sifat dominan atau aa untuk sifat resesif.
Genotipe 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 (genotip) disebut dengan fenotif. Menurut Stern, genotip dan faktor lingkungan dapat mempengaruhi fenotip. Dengan demikian, dua genotip yang sama dapat menunjukkan fenotip yang berbeda apabila lingkungan bagi kedua genotip tersebut berbeda. Genotif BB dan RR pada contoh di atas kita sebut genotip 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 adalah 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 genotip heterozigot (hetero: lain; zigot: hasil perleburan gamet jantan dan gamet betina). Sedangkan jika genotip terdiri dari pasangan alel yang sama disebut homozigot.
Perlu dipahami bahwa symbol-simbol huruf BB, bb, RR, rr dan sebagainya yang kita sebut genotif dengan 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 Monohibrid
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 5: Persilangan Monohibrid
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 genotip 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 mencari 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 faktor 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 faktor 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 fenotip seperti induknya yang dominan.
8. Jika dominansi tampak sepenuhnya, maka perkawinan monohibrid ( Pp X Pp) menghasilkan keturunan yang memperlihatkan perbandingan fenotip 3 : 1 , yaitu ¾ berbunga ungu dan ¼ berbunga putih dan memperlihatkan perbandingan genotip 1 : 2 : 1, yaitu ¼ TT : 2/4 Tt : ¼ tt
b. Persilangan Intermediet
Jika sifat gen dominan tidak penuh (intermediet), maka fenotip individu F1 tidak seperti salah satu fenotif induk galur murni, melainkan mempunyai sifat fenotif diantara kedua induknya. Demikian pula perbandingan fenotip F2 nya tidak 3 : 1, melainkan 1 : 2 : 1, sama dengan perbandingan fenotip F2 nya. Coba perhatikan diagram persilangan monohibrid diantara Mirabillis jalapa merah galur murni dengan genotip MM dengan tanaman Mirabilis jalapa berbunga putih galur murni dengan genotip mm berikut ini!
Gambar 6: 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
Fenotip pada F2 :
▪ Biji bulat, endosperm berwarna kuning nomor 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10, 13 ▪ Biji bulat, endosperm berwarna 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 dihibrid 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 dihibrid 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
Angka-angka perbandingan fenotip F2 monohibrid =3:1; sedangkan perbandingan fenotip F2 pada dihibrid =9:3:3:1, akan tetapi dalam kenyataannya perbandingan yang diperoleh tidak persis seperti angka perbandingan tersebut, melainkan mendekati perbandingan 3:1 atau 9:3:3:1.
Misalnya :
▪ Pada monohibrid 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 Dihibrid Intermediet
Pada hibridisasi intermediet (dominansi tidak penuh), perbandingan fenotip tidak sama dengan salah satu induknya melainkan mempunyai sifat di antara kedua gen dominan 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 Dihibrid 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 faktor menurun (gen). Setiap individu yang berkembang dari zigot merupakan hasil dari peleburan gamet-gamet, yaitu gamet jantan (sperma) 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), gen gen dari gamet jantan maupun gen-gen dari gamet betina akan berpasangan secara bebas.
4. Prinsip dominansi penuh atau tidak penuh (intermediet); fenotif (pengaruh) gen dominan 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.
Tabel tersebut menunjukkan hubungan antara banyaknya sifat beda dengan perbandingan fenotip F2 dan macam fenotipe dengan metode segitiga pascal.
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 7 : Persilangan resiprok
f. Backcross dan Testcross
Backcross (silang balik) adalah perkawinan antara individu F1 dengan salah satu induknya yang dominan, 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:
Testcross (uji silang) adalah persilangan antara suatu individu yang tidak diketahui genotipnya dengan induk yang homozigot resesif dan dapat dilakukan dengan individu yang bukan induknya dengan syarat individu tersebut genotipnya homozigot resesif. Perhatikan persilangan testcross di bawah ini!
C. Rangkuman
- 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.
- 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 :
- a. mudah melakukan penyerbukan silang
- b. mudah didapat
- c. mudah hidup dan dipelihara
- d. cepat berbuah atau berumur pendek
- e. terdapat jenis-jenis dengan sifat beda yang mencolok
- Persilangan Monohibrid atau monohibridisasi adalah suatu persilangan/ pembastaran dengan satu sifat beda.
- Persilangan Intermediet, merupakan 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.
- Dihibrida atau dihibridisasi ialah suatu persilangan (pembastaran) dengan dua sifat beda.
- Dihibridisasi intermediate (dominansi tidak penuh) merupakan perbandingan fenotif tidak sama dengan salah satu induknya melainkan mempunyai sifat di antara kedua gen dominan dan gen resesif.
D. Penugasan Mandiri
Perhatikan dan identifikasi anggota keluarga masing-masing berdasarkan ciri yang disajikan pada tabel berikut.
E. Latihan Soal
1. Alasan Mendel menggunakan tanaman ercis sebagai bahan penelitian adalah….
A. Keturunan sedikit
B. Memiliki perbedaan sifat yang mencolok
C. Sulit disilangkan
D. Memiliki viabilitas yang rendah
E. Memiliki vitalitas yang rendah
2. Bunga merah muda disilangkan dengan bunga putih semua fenotip anaknya merah muda, jika bunga merah muda heterozigot disilangkan sesamanya. Kemungkinan akan diperoleh keturunan ....
A. 100% fenotipnya merah muda
B. Merah : Putih = 3 : 1
C. Merah Muda : Putih = 3 : 1
D. Merah Muda : putih = 2 : 2
E. Merah : merah Muda : putih = 1 :2 : 1
3. Ada tanaman kacang gen B (biji bulat) dominan terhadap b (biji kisut). Agar didapatkan fenotip kacang biji bulat : biji kisut = 3:1 pada keturunan berikutnya, maka genotip parentalnya adalah ...
A. Bb x BB
B. Bb x bb
C. Bb x Bb
D. BB x bb
E. BB x BB
4. Individu dengan genotip AABBCcDd jika melakukan melakukan pembelahan meiosis macam kombinasi gamet yang terbentuk adalah ....
A. 2
B. 4
C. 6
D. 8
E. 16
5. Kucing berambut hitam disilangkan dengan kucing berambut putih semua keturunannya berambut kelabu, jika kucing kelabu disilangkan sesamanya prosentase kemungkinan keturunannya yang berambut hitam adalah ....
A. 12,5%
B. 25%
C. 50%
D. 75%
E. 100%
Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.
Nilai = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 x 100 %
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑀𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚
Konversi tingkat penguasaan:
90 - 100% = baik sekali
80 - 89% = baik
70 - 79% = cukup
< 70% = kurang
Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar 2. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum dikuasai.
Kunci jawaban, pembahasan, dan pedoman penilaian
F. Penilaian Diri
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jujur dan bertanggung jawab!
Bila ada jawaban "Tidak", maka segera lakukan review pembelajaran, terutama pada bagian yang masih "Tidak".
Bila semua jawaban "Ya", maka Anda dapat melanjutkan ke pembelajaran berikutnya.