Q & A : Apa yang Dimaksud Dengan Ekspresi Gen Dalam Rekayasa Genetika Tanaman?

Tahapan ekspresi gen

Yang dimaksud dengan ekspresi gen adalah terjadinya proses (1) transkripsi DNA (gen) sehingga menghasilkan hnRNA, (2) RNA Processing sehingga menghasilkan mRNA, (3) Transfer mRNA dari inti ke sitoplasma, dan (4) Translasi mRNA sehingga menghasilkan polipeptida. Pada sejumlah gen tertentu, setelah translasi masih harus melalui proses "Protein Targetting" menuju ke organel, membran, atau bahkan keluar sel.

Karena kegiatan kuliah AGH634. Rekayasa Genetika Tanaman sedang berjalan, ada baiknya diulas (review) pertanyaan-pertanyaan dan diskusi yang berkembang di dalam kelas. Salah satunya adalah “Apa yang Dimaksud dengan Ekspresi Gen dalam Rekayasa Genetika Tanaman?

Dalam konteks kuliah AGH634. Rekayasa Genetika Tanaman – secara sederhana, yang dimaksud dengan ekspresi gen biasanya diasosiasikan dengan proses terjadinya transkripsi yang menghasilkan heteronuclear RNA (hnRNA) atau juga dikenal sebagai transkrip primer,  RNA processing yang menghasilkan mRNA, transfer mRNA dari nukleoplasma menuju ke sitoplasma, dan translasi mRNA sehingga menghasilkan polipeptida sesuai dengan runutan DNA pada coding region mRNA-nya (lihat Gambar 1). Untuk sejumlah polipeptida tertentu, yang gen-nya ada di inti (bagian dari nuclear genome) tetapi proteinnya berfungsi dalam organel (kloroplas atau mitokondria) atau menjadi bagian integral membran sel atau yang dikeluarkan dari sel ke inter-cellular space, maka setelah translasi masih harus melalui satu proses lagi yaitu yang disebut sebagai “protein targetting.” Untuk bisa terekspresi, struktur minimal suatu gen fungsional harus dipenuhi.

Transkripsi adalah proses pertama dalam ekspresi gen. Inisiasi proses transkripsi dilakukan oleh bagian gen yang dikenal sebagai promoter. Proses inisiasi transkripsi merupakan proses yang kompleks, yang melibatkan sejumlah protein dengan fungsi-fungsi tertentu, antara lain: sebagai faktor transkripsi umum (general transcription factor) dan RNA polimerase. Produk yang dihasilkan dari proses transkripsi adalah heteronuclear RNA (hnRNA) atau juga dikenal sebagai transkrip primer. Transkrip primer umumnya merupakan produk antara (intermediate products) yang ada di dalam nukleoplasma dan tidak diakumulasikan di dalam sel tanaman.

Molekul hnRNA (RNA primer) akan mengalami RNA processing di bagian 5′-non coding region (NCR), bagian ekson dan intron, serta bagian 3′-NCR. Di bagian 5′-NCR, akan terjadi penambahan gugus 7-metil G-cap (proses capping), yang fungsinya melindungi ujung 5′ mRNA dari proses degradasi oleh aktivitas ensim RNase (nuclease). Pada bagian ekson dan intron, akan terjadi proses intro splicing dan penggabungan ekson  (exon joining), dan pada bagian 3′ dari RNA akan mengalami proses pemotongan kelebihan runutan nukleotida (RNA trimming) dan penambahan ekor poli-(A) atau poly-A tail. Setelah semua tahapan RNA processing terselesaikan, hasilnya merupakan mature messenger RNA (mRNA).

Mature mRNA yang dihasilkan selanjutnya akan dikeluarkan dari nukleus menuju ke sitoplasma. Keluarnya mRNA ke sitoplasma dilakukan melalui nuclear pore menuju ke sitoplasma untuk sebagian besar mRNA atau ke endoplasmic reticulum (ER) untuk sebagian mRNA yang lain (umumnya yang polipeptidanya perlu mengalami modifikasi, misalnya dengan penambahan gugus senyawa tertentu).

Mature mRNA pada umumnya ditranslasi di sitoplasma. Bagian 5′-NCR merupakan bagian yang berinteraksi dengan ribosom untuk proses inisiasi translasi. Dalam proses inisiasi translasi, satu sub-unit dari ribosom (large sub-unit) akan melakukan scanning dan mencari codon triplet ATG (start codon). Jika ribosom menemukan codon ATG yang sesuai, maka sub-unit ribosom yang lain (small sub-unit) dan t-RNA yang membawa asam amino metionin akan bergabung dan memulai proses translasi. Satu-per-satu codon triplet pada coding region dari mRNA akan diterjemahkan menjadi asam amino tertentu sehingga terbentuk polipeptida lengkap. Ketika ribosom membaca codon triplet UAG, UGA, atau UAA yang merupakan stop codon, maka proses translasi akan berhenti (selesai).

Untuk sejumlah polipeptida tertentu, yang gen-nya ada di inti (bagian dari nuclear genome) tetapi proteinnya berfungsi dalam organel (kloroplas atau mitokondria) atau menjadi bagian integral membran sel atau yang dikeluarkan dari sel ke inter-cellular space, maka setelah translasi masih harus melalui satu proses lagi yaitu yang disebut sebagai “protein targetting.” Melalui protein targetting, polipeptida akan dikirim ke lokasi yang sesuai menggunakan informasi yang tersimpan dalam signal peptide atau transit peptide. ignal peptide atau transit peptide merupakan atau berfungsi sebagai alamat kemana polipeptida harus dikirimkan.

Kesimpulannya, yang dimaksud dengan ekspresi gen dalam Rekayasa Genetika adalah dihasilkannya polipeptida tertentu sesuai dengan informasi genetik yang tersipan dalam gen penyandinya melalui tahapan transkripsi yang menghasilkan hnRNA, RNA prosesing yang menghasilkan mRNA, transportasi mRNA dari nukleoplasma ke sitoplasma, translasi mRNA yang menghasilkan polipeptida, dan jika diperlukan – protein targetting ke target organel. Terbentuknya polipeptida dan berakhirnya polipeptida di lokasi yang sesuai dengan fungsinya merupakan hasil akhir dari proses ekspresi gen.

Demikianlah sedikit penjelasan tentang ekspresi gen dalam rekayasa genetika tanaman. Semoga sedikit penjelasan yang diuraikan diatas dapat membantu menambah pemahaman bagi kolega yang membacanya. Semoga juga dapat menjadi sepotong kecil ‘gading atau belang yang dapat ditinggalkan bagi rekan sejawat sekalian. Feedback dan masukan dari teman-teman sangat diharapkan untuk meningkatkan pemahaman bersama, silakan berikan feedback dan masukan di kolom komentar.

Related articles

About PMB Lab: Prof. Sudarsono

This blog is dedicated as a communication media among alumni associated with PMB Lab, Dept. of Agronomy and Horticulture, Fac. of Agriculture, IPB, Bogor – Indonesia. It contains various information related to alumni activities, PMB Lab’s on going activities and other related matters.
This entry was posted in Kuliah (Courses), Q & A, Serbaneka Info and tagged , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s