Sifat totipotensi sel tumbuhan merupakan sifat sel yang mampu menjadi individu baru yang utuh jika berada pada lingkungan yang sesuai. Sifat totipotensi sel tumbuhan ini digunakan sebagai dasar untuk membiakkan tumbuhan dengan teknik kultur jaringan. Kultur jaringan adalah suatu metode untuk mengisolasi bagian-bagian tanaman seperti sel, jaringan, atau organ serta menumbuhkannya secara aseptis (bebas hama) di dalam atau di atas suatu medium budi daya sehingga bagian-bagian tanaman tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman lengkap kembali.
Sifat Totipotensi dan Kultur Jaringan
Totipotensi adalah kemampuan setiap sel tumbuhan untuk tumbuh menjadi individu baru yang sempurna. Sel-sel totipoten dari hewan sekarang digunakan untuk mengkloning mamalia, meskipun pertanyaan etika tetap menjadi perbebatan, apakah kloning manusia perlu dilakukan. Pada tahun 1969, F.C Steward mengadakan eksperimen dengan cara mengambil satu sel empulur wortel, kemudian ditumbuhkan menjadi individu baru. Teknik ini dikenal dengan kultur jaringan.
Kultur jaringan adalah teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi bagian tanaman (seperti jaringan akar, batang, daun dan mata tunas ), kemudian menumbuhkannya pada media buatan yang kaya nutrisi dan zat pengatur tumbuh hormon secara aseptik dalam wadah tertutup yang tembus cahaya (misalnya botol-botol kaca), pada suhu tertentu sehingga bagian tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap.
Stek tanaman dan teknik kultur jaringan telah membuktikan bahwa banyak sel tumbuhan bersifat totipotensi. Kultur jaringan, membantu untuk mengidentifikasi apa jenis sel tertentu adalah totipotensi, karena teknik ini menggunakan potongan kecil dari jaringan yang diketahui. Misalnya, jika jaringan inti dari tembakau (Nicotiana tobaccum), kedelai (Glycine max), dan batang dikotil lainnya dipotong dan dibudidayakan secara aseptik pada media agar dengan nutrisi dan hormon yang tepat, sekelompok sel yang tidak terspesialisasi dan diatur longgar, disebut kalus, terbentuk. Setiap sel dari kalus mulai membelah dan berdiferensiasi, membentuk embrio multiseluler. Satu tabung percobaan dapat menampung ribuan sel, dan setiap embrioid memiliki potensi untuk menjadi planlet lengkap. Planlet dapat ditransplantasikan ke dalam tanah untuk berkembang menjadi tanaman dewasa.
Jaringan floem dari akar wortel (spesies Daucus) juga menunjukkan totipotensi. Sel dalam serbuk sari tembakau adalah totipoten, dan mereka menghasilkan tanaman haploid. Menggunakan jaringan meristem dari ujung tunas dan akar, sel-sel itu meregenerasi tanaman baru yang bebas dari virus, bakteri, dan jamur. Penghapusan patogen dimungkinkan karena jaringan vaskular (xilem dan floem), di mana virus bergerak, tidak mencapai akar atau pucuk apeks. Protoplas (sel-sel tanpa dinding sel) dari sel-sel mesofil daun meregenerasi tanaman baru.
Keuntungan kultur jaringan:
- Pengadaan bibit tidak tergantung musim
- Bibit dapat diproduksi dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif lebih cepat (dari satu mata tunas yang sudah respon dalam 1 tahun dapat dihasilkan minimal 10.000 plantet/bibit)
- Bibit yang dihasilkan seragam
- Tidak membutuhkan ruang yang luas
- Bibit yang dihasilkan bebas penyakit (menggunakan organ tertentu)
- Biaya pengangkutan bibit relatif lebih murah dan mudah
- Dalam proses pembibitan bebas dari gangguan hama, penyakit, dan deraan lingkungan lainnya
- Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki
Diferensiasi sel
Diferensiasi sel adalah proses di mana sel-sel yang identik secara genetik menjadi berbeda atau terspesialisasi untuk fungsi-fungsi spesifik mereka. Selama diferensiasi, enzim dan polipeptida lainnya, termasuk molekul besar lainnya, disintesis. Ribosom dan struktur sel lainnya dirakit. Sel-sel yang berdiferensiasi hanya mengekspresikan beberapa gen mereka untuk membuat enzim dan protein lainnya.
Diferensiasi jaringan biasanya dipicu oleh mitosis, diikuti oleh sitokinesis. Kemudian diferensiasi terjadi pada sel anak. Seringkali kedua sel anak memiliki struktur dan fungsi yang berbeda, tetapi keduanya mempertahankan gen yang sama. Sebagai contoh, sel epidermis secara mitosis membelah untuk menghasilkan satu sel besar dan satu sel kecil di permukaan akar; yang besar mempertahankan peran sel epidermis sebagai tudung akar, sedangkan yang kecil menjadi rambut akar.
Pemanfaatan sifat totipotensi pada tumbuhan
Perbanyakan tanaman secara klonal menggunakan kultur jaringan digunakan secara komersial untuk memproduksi secara massal banyak tanaman hias, sayuran, dan pohon hutan. Penggunaan utama tumbuhan bebas-patogen adalah untuk penyimpanan plasma nutfah dan untuk mengangkut bahan tanaman ke berbagai negara. Hal ini juga memungkinkan untuk menghasilkan tanaman dengan sifat yang diinginkan, seperti ketahanan terhadap herbisida dan tekanan lingkungan atau toleransi salinitas tanah, keasaman tanah, dan toksisitas logam berat. Lebih mudah untuk memilih tanaman tahan atau toleran dari seribu sel daripada dari ribuan tanaman.
Totipotensi dan Hormon tumbuhan
Totipotensi sel tumbuhan dapat ditingkatkan oleh kehadiran hormon, seperti auksin dan sitokinin, dalam media kultur. Penambahan auksin mempengaruhi ekspresi gen dan menyebabkan perubahan fisiologis dan morfologi pada tumbuhan. Penambahan sitokinin meningkatkan pembelahan sel, sitokinesis, dan pembentukan organ. Jika ini hadir dalam rasio yang tepat, kalus dari banyak spesies tanaman dapat dibuat untuk berkembang menjadi seluruh tanaman baru. Jika rasio sitokinin-dengan-auksin tinggi, sel-sel di dalam kalus membagi dan menimbulkan perkembangan tunas, batang, dan daun. Jika rasio sitokinin-dengan-auksin rendah, pembentukan akar lebih disukai. Totipotensi dari beberapa sel tumbuhan didorong oleh penambahan air kelapa ke media kultur — suatu indikasi bahwa air kelapa memiliki proporsi sitokinin dan auksin yang tepat untuk meregenerasi seluruh tanaman.
Sel induk dan sifat totipotensi
Sel induk menunjukkan sifat totipotensi karena mereka dapat menghasilkan jenis jaringan baru. Beberapa sumber sel punca adalah blastokista (embrio yang belum matang), janin, plasenta, sumsum tulang, darah, otot skeletal, dan otak. Karena tidak ada bukti apakah sel induk embrio tunggal memiliki kemampuan untuk beregenerasi menjadi individu yang lengkap, sel induk umumnya hanya sebagian totipotensi. Sel punca yang tidak menonjol hanya dapat membentuk satu jaringan yang terdiferensiasi. Sel induk multipotensi dapat membentuk beberapa jaringan berbeda.
Misalnya, sel induk dari darah dapat membentuk trombosit, sel darah putih, atau sel darah merah. Sel-sel induk dari otot rangka dapat membentuk otot polos, otot jantung, tulang, atau tulang rawan. Sel induk berpotensi majemuk dari embrio, otak, atau sumsum tulang memiliki kemampuan untuk mengembangkan semua jenis jaringan tubuh yang berbeda. Misalnya, sel induk otak dapat diubah menjadi semua jenis jaringan, termasuk otak, otot, sel darah, dan saraf.
Sel Somatik dalam Kloning Hewan
Hewan lebih sulit untuk bereproduksi secara vegetatif daripada tumbuhan. Sel-sel somatik hewan menjadi totipotensi ketika digunakan sebagai sel donor dalam kloning. Hewan pertama yang berhasil dikloning adalah katak, Xenopus laevis. Kloning ini melibatkan penggunaan nukleus dari sel epitel usus berudu dan sel telur dari katak dewasa. Di laboratorium, nukleus dari sel telur telah dihapus (enukleasi) oleh mikropipet. Nukleus kecebong (sel donor) dimasukkan ke dalam sel telur katak yang dienukleasi. Sel telur yang diinjeksi nukleus mengalami serangkaian tahap perkembangan embrio, termasuk tahap blastula, berkembang menjadi berudu yang kemudian meninggal sebelum menjadi dewasa.
Sangat bermanfaat ijin copas