Evolusi Genom

BAB I PENDAHULUAN

Teori evolusi pada masa sekarang ini sudah sangat berkembang seiring dengan kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan. Pembahasan dan pengkajian bidang evolusi yang pada masa sebelumnya di dasarkan pada pendekatan sistematik dan paleontologi (macroevolution) pada saat ini sudah dilengkapi dengan pendekatan yang berbasis kepada biologi molekular, salah satunya adalah pendekatan evolusi molekular. Meskipun Darwin mengembangkan teori evolusi tanpa pengetahuan tentang molekul yang membentuk sistem kehidupan, ternyata proses evolusi yang terjadi melibatkan banyak proses molekuler yang terjadi pada informasi genetik. Khususnya variasi yang memulai setiap langkah dalam proses evolusi, terjadi didalam materi genetik sendiri (Hartwell, et al. 2011).

Evolusi molelular merupakan suatu pendekatan dalam pengkajian evolusi pada masa sekarang ini, yang berbasis pada biologi molekular dimana pengkajiannya didasarkan pada perubahan materi genetik baik urutan RNA maupun DNA serta produknya yaitu protein, serta sejarah evolusi organismenya. Pada pendekatan evolusi berbasis biologi molekuler ini juga menghaji hal-hal yang terkait dengan peristiwa mutasi yang dihubungkan sebagai penyebab perubahan-perubahan dalam tingkat gen, dimana perubahan ini menjadi agen terjadinya evolusi pada tingkat molekular salah  satunya adalah pembahasan evolusi berdasarkan evolusi genom. Dikarenakan gen merupakan bagian dari DNA, maka suatu organisme yang lebih kompleks akan memerlukan lebih banyak gen dalam arti juga memiliki lebih banyak DNA. Bahkan organisme yang tampaknya sederhana ternyata bisa memiliki DNA seribu kali lebih banyak dari organisme multiselular yang mungkin lebih kompleks. Contohnya seperti Amoeba yang memiliki DNA 200 kali lebih banyak dari manusia atau bunga Lilies yang memiliki DNA 200 kali lebih banyak dari pada padi (Petrov, D. 2001).

Pemahaman tentang struktur dan evolusi genom dari masa ke masa sudah mengalami   perubahan   yang   sangat   signifikan   sesuai   dengan   perkembangan  ilmu pengetahuan. Tetapi sekarang, ilmu pengetahuan sudah memiliki kemampuan untuk menentukan urutan seluruh genom pada suatu organisme dalam waktu yang singkat (Walsh, J., 2001). Dari sekuensing genom yang didapat, sekarang dapat dibandingkan keseluruhan genome dari banyak organisme yang berbeda-beda, termasuk manusia sendiri. Dari hasil sekuensing genom dari banyak spesies, para ilmuwan dapat mempelajari seluruh perangkat gen beserta interaksinya (Campbell, et al, 2008). Selanjutnya, studi pada bidang biologi molekuler telah memberikan pengetahuan yang cukup baik dalam menentukan filogeni dalam kehidupan, dimana diketahui bahwa setiap individu saling memiliki keterkaitan antara satu dengan yang lain, sehingga merangsang para peneliti untuk mengamati evolusi genom pada setiap organisme (Walsh, J., 2001). Lebih dari itu, perbandingan genom antara bakteri, arkaea, fungi, protista, dan tumbuhan akan memberi pencerahan tentang sejarah evolusi yang panjang dari gen-gen purba  beserta produksi-produksinya (Campbell, et al, 2008).

Pada makalah ini akan dibahas mengenai evolusi genom sebagai mekanisme evolusi dimana terjadi proses perubahan genom dalam hal struktur, urutan, atau ukuran dari waktu ke waktu. Studi evolusi genom melibatkan beberapa bidang ilmu untuk menganalisis struktur dari genom, penelitian genom parasit, gen dan duplikasi genom, poliploidi dan studi genomik komparatif. Evolusi genom merupakan bidang yang selalu berubah dan berkembang karena teknologi dan ilmu pengetahuan, serta jumlah hasil sekuensing genom baik prokariotaik dan eukariotaik yang semakin bertambah untuk masyarakat ilmiah dan masyarakat umum. Dan terakhir, akan dibahas mengenai gagasan- gagasan terbaru tentang bagaimana genom berevolusi dan bagaimana evolusi dari mekanisme perkembangan yang telah menghasilkan keanekaragaman luar biasa dari makhluk hidup di Bumi saat ini.

BAB II EVOLUSI GENOM

Pada tahun 2007, telah berhasil dilakukan sekuensing lebih dari 600 genom, sedangkan lebih dari 2.100 genom lain sedang dalam proses sekuensing. Dari kelompok yang telah disekuensing, sekitar 500 merupakan genom bakteri, 45 genom arkaea, 65 spesies eukariotaik yang dalam hal ini termasuk vertebrata, avertebrata, protista, fungi  dan tumbuhan (Campbell, et al, 2008). Genom mengandung sebagian kecil gen yang mengkodekan RNA struktural. Pada prokariota dan eukariota, ribosom dan RNA transfer (masing-masing tRNA dan rRNA) memiliki peranan penting dalam penerjemahan. Secara umum, semua gen pengkode protein dan pengkode RNA merupakan gen yang menjadi bagian dari DNA genom. Untuk prokariota, gen ini terdiri dari sebagian besar genomnya sedangkan pada eukariota, gen ini hanya merupakan sebagian kecil dari total genomnya (Walsh, J., 2001).

Evolusi molekuler dikaji pada tingkatan gen tunggal. Dengan ditentukannya  urutan genom, peneliti memiliki kesempatan untuk mempelajari evolusi pada tingkat  yang lebih tinggi agar lebih komprehensif. Kajian ini mengarah ke  pertanyaan  yang paling penting yaitu bagaimana informasi genomik dapat digunakan untuk memperoleh informasi yang berguna mengenai terjadinya evolusi genom. Genom pada prinsipnya mengandung semua informasi yang diperlukan untuk menjembatani kesenjangan antara genotipe dan fenotipe. Contohnya, dengan mengetahui fungsi dalam genom suatu spesies, maka seluruh metabolisme dari organisme tersebut dapat dikendalikan (Huynen, M. A., 1998).

Perubahan DNA Dasar dari Evolusi Genom

Dasar dari perubahan struktur pada tingkat genom adalah terjadinya mutasi.  Mutasi inilah yang mendasari terjadinya evolusi genom. Mutasi muncul disebabkan oleh beberapa cara. Salah satunya adalah penggantian nukleotida individu oleh nukletoda lainnya. Jika penggantian nukleotida tersebut terjadi pada daerah yang tidak dikode, atau pada daerah  yang identik, maka penggantian tersebut tidak akan memberikan    pengaruh pada asam amino yang di kode, tetapi sebaliknya, jika terjadi pada daerah yang dikode atau pada daerah yang tidak identik, maka dapat menentukan perubahan pada asam amino dengan membentuk kodon terminasi terlalu awal, sehingga produk gen akan terpotong. Mutasi gen lainnya timbul akibat kesalahan dalam replikasi dan rekombinasi (Harwell, et al. 2011). Mutasi pada wilayah promotor atau enhanser (faktor transkripsi spesifik dapat menyebabkan kerugian akibat adanya proses regulasi positif atau regulasi positif dalam transkripsi gen tersebut. Mutasi selalu terjadi dalam genom organisme dan dapat menyebabkan efek negatif, efek positif, atau sama sekali tidak berpengaruh.

Jika perubahan bentuk dasar dari genom diakibatkan oleh terjadinya mutasi, maka kemungkinan bentuk paling awal dari kehidupan memiliki gen dalam jumlah yang  sedikit. Jika benar demikian, maka salah satu aspek dari evolusi adalah peningkatan ukuran genom (Campbell, et al, 2008).

Evolusi Ukuran Genom

Berdasarkan ukuran genom, jika dibandingkan antara kelompok makhluk hidup bakteri, cyanobakteria, arkaea, fungi, tumbuhan, invertebrata, dan kordata, maka secara umum akan didapatkan berbedaan dalam hal ukuran genom antara organisme prokariota dan eukariota. Genom bakteri terdiri dari DNA kromosom dan ekstrakromosomal. Meskipun beberapa eukariota uniseluler memiliki genom yang berukuran kecil seperti pada Eubacteria dan Arkaea, ukuran genom eukariotaa umumnya lebih besar daripada prokariotaa. Peningkatan dalam ukuran genom pada eukariota ini berkaitan dengan fakta bahwa genom eukariotaik memiliki banyak daerah titik mula replikasi (Origins of Replication), sehingga organisme eukariota mampu mereplikasikan dalam jumlah yang jauh lebih besar dari DNA dalam waktu yang sama dibanding dengan organisme prokariota. Sebagai contoh adalah genom bakteri yang memiliki titik awal replikasi tunggal seperti E. Coli dengan 4,6 Mb. Sebagian besar genom arkaea memiliki ukuran yang tidak jauh berbeda dengan bakteri. Genom eukariotaik cenderung lebih besar. Sebagian besar genom hewan dan tumbuhan yang multiselular memiliki genom yang berukuran  setidaknya  100  Mb.  Ada  yang  sampai  180  Mb  pada  genom  lalat    buah, sedangkan  manusia  memiliki  3.200 Mb, sekitar      500  sampai  3.000  kali lebih banyak daripada bakteri pada umumnya (Campbell, et al, 2008).