Rekombinasi

Selain mutasi, mekanisme lain yang dapat menyebabkan terjadinya variasi genetik adalah rekombinasi. Jasad hidup yang diturunkan dari suatu induk tidak selalu mempunyai sifat-sifat genetik yang sama dengan induknya karena umumnya jasad turunan (progeny) telah mengalami komposisi genetik yang berbeda.

Rekombinasi genetik adalah proses pertukaran elemen genetik yang dapat terjadi antara untaian DNA yang berlainan (interstrand), atau antara bagian-bagian gen yang terletak dalam satu untaian DNA (intrastrand). Dalam pengertian yan lebih sederhana, rekombinasi genetik didefinisikan menjadi penggabungan gen dari satu atau lebih sel ke sel target. Sel yang disisipi atau dimasuki gen dari luar atau dari sel lain disebut biakan rekombinan.
Fungsi dari rekombinasi genetik bervariasi tergantung mekanismenya. Beberapa fungsi rekombinasi genetik adalah memelihara perbedaan genetik, sistem perbaikan DNA khusus, regulasi ekspresi gen tertentu, dan penyusunan kembali genetik yang diprogram selama perkembangan. Secara garis besar ada tiga tipe rekombinasi genetik yang sudah banyak diketahui, yaitu (1) rekombinasi homolog/ umum, (2) rekombinasi khusus (site-specific rekombination), dan (3) rekombinasi transposisi/ replikatif.

Rekombinasi Homolog
Rekombinasi homolog menyebabkan terjadinya pertukaran antarmolekul DNA yang merupakan homologi urutan nukleotida cukup besar. Ciri khusus rekombinasi homolog adalah bahwa proses tersebut dapat terjadi setiap titik di daerah homologi. Rekombinasi terjadi melalui tahap pemotongan untaian DNA yang kemudian diikuti dengan proses penggabungan kembali. Rekombinasi antarkromosom melibatkan proses pertukaran sekara fisik antara bagian-bagian kromosom. Proses rekombinasi terjadi sekara akurat sehingga tidak ada satupun pasangan basa nukleotida yang hilang atau ditambahkan ke dalam kromosom rekombinan. Proses pertukaran tersebut menyebabkan terbentuknya struktur yang dapat terlihat sebagai kiasma (chiasma) pada waktu meiosis. Kiasma merupakan tempat pemotongan dan penggabungan kembali untai DNA, yaitu ketika dua kromatid yang berbeda (non-sister chromatids) terpotong dan tergabungkan satu sama lain. Rekombinasi homolog dimulai ketika dua kromosom homolog terletak berdekatan satu sama lain sehingga urutan nukleotida yang homolog dapat dipertukarkan. Kontak antara dua pasang kromosom tersebut, disebut sebagai proses sinapsis, terjadi pada awal meiosis yaitu pada profase.

Rekombinasi Khusus
Berbeda dari proses rekombinasi homolog, rekombinasi khusus hanya terjadi pada tempat khusus di dalam segmen molekul DNA. Pertukaran materi genetik dilakukan oleh protein khusus yang mengkatalisis pemotongan dan penggabungan molekul DNA sekara tepat pada tempat terjadinya rekombinasi. Proses rekombinasi semakam ini tidak tergantung pada protein recA. Rekombinasi khusus mempunyai beberapa kirri, yaitu: (i) proses rekombinasi terjadi di tempat khusus pada kedua fragmen DNA, (ii) rekombinasi berlangsung timbal balik (reciprocal), artinya kedua hasil pertukaran genetik tersebut dapat diperoleh kembali, (iii) rekombinasi terjadi sekara konservatif, artinya proses pertukaran genetik tersebut dilakukan melalui pemotongan dan penyambungan kembali bagian DNA yang berekombinasi tanpa ada sintesis nukleotida baru, dan (iv) bagian yang mengalami rekombinasi tersebut mempunyai homologi dalam hal urutan nukleotida. Proses rekombinasi khusus dimulai dengan terjadinya pemotongan bagian DNA yang akan berekombinasi pada daerah yang mempunyai homologi sehingga dihasilkan ujung lekat (sticky end). Kedua ujung lekat pada kedua fragmen DNA yang berekombinasi tersebut kemudian mengalami pertukaran untai DNA sehingga akan terbentuk konfigurasi rekombinan.

Rekombinasi Meiotik
Rekombinasi meiotik adalah proses rekombinasi yang terjadi pada jasad eukaryotik pada saat terjadi proses meiosis. Dalam beberapa hal mekanisme rekombinasi meiotik menunjukkan kemiripan dengan proses rekombinasi homolog pada bakteri meskipun beberapa tahapan awalnya berbeda. Proses rekombinasi meiotik pada eukariot dimulai dengan adanya pemotongan dua untai DNA (double-strand break) yang ada pada salah satu kromosom.

Pada organisme eukariot, rekombinasi genetik terjadi melalui penggabungan seksual sel telur dan sel sperma. Di dalam proses ini, kromosom sel sperma dan sel telur mengalami pemotongan pada titik homolog, dari potongan-potongan kromosom dari kedua sel induk lagi bertukar dan bergabung bersama-sama, menghasilkan gen kombinasi baru menghasilkan progeny yang mengandung berbagai sifat fenotip yang diturunkan dari kedua induk. Pemotongan, penyusunan kembali, dan bersatunya gen dan serangkaian gen selama konjugasi seksual pada eukariot terjadi dengan ketepatan yang tinggi tanpa mengganggu kerangka pembacaan atau isyarat pada urutan DNA. Pada bakteri yang tidak menjalani meiosis, rekombinasi genetik terjadi pada seperti konjugasi antara dua kromosom homologous yang terjadi selama atau segera setelah replikasi. Rekombinasi genetik yang terjadi pada bakteri dan kapang dapat terjadi melalui proses berikut.

Rekombinasi pada bakteri
Transformasi, yaitu pemutusan fragmen kromosom maupun plasmid dari sel donor dan bergabung dengan fragmen kromosom maupun plasmid dari sel penerima.
Transduksi, yaitu pemindahan DNA dari satu bakteri ke bakteri lain melalui pertolongan virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofage) dan DNAnya terintegrasi dengan kromosom bakteri (fage temperate).
Lisogeni, yaitu bergabungnya DNA (pada jenis fage tertentu) ke dalam kromosom melingkar sel inang secara kovalen.
Konjugasi, yaitu pemindahan episoma (molekul DNA mirip plasmid) melalui factor F (fertilitas) dari sel donor (F+) ke sel penerima (F-).

Rekombinasi pada kapang
Siklus seksual, yaitu penggabungan nukleus yang terjadi setelah penggabungan hifa membentuk heterokariotik, kemudian pada proses meiosis selanjutnya terjadi rekombinasi.
Siklus paraseksual yang terjadi pada kapang yang tidak mempunyai siklus seksual. Penggabungan hifa akan menghasilkan heterokartion; kadang-kadang terjadi interaksi antar nukleus membentuk satu nukleus diploid, lalu terjadi penyilangan mitosis antara kromatid pada kromosom homolog sehingga terjadilah rekombinasi genetik.
Rekombinasi penggabungan protoplasma. Dengan bantuan senyawa propilenglikol (PEG) protoplas akan membentuk agregat, diikuti penggabungan dan pertukaran DNA antar protoplas.
Selain mengalami rekombinasi alamiah, serangkaian gen juga dapat direkombinasikan di dalam tabung reaksi untuk menghasilkan kombinasi baru yang tidak terdapat secara biologis. Misalnya, kita dapat mengisolasi gen yang menentukan dua jenis protein yang berbeda dari dua jenis spesies organisme dan mempersatukannya membentuk rekombinasi baru. Pengembangbiakan gen-gen rekombinan dan ekspresinya secara buatan kini telah banyak dikembangkan, diantaranya adalah insulin, hormon pertumbuhan, interferon yang dihasilkan oleh bakteri dengan menyisipkan gen penyandi yang sesuai dengan produk yang diinginkan. Bermacam-macam protein yang berguna dalam bidang pertanian juga dapat diproduksi dalam jumlah besar di dalam sel-sel inang pembawa gen-gen rekombinan yang sesuai, misalnya dengan menghasilkan tanaman tomat yang tahan hama dan lain sebagainya.
Untuk lebih jelasnya, tahap-tahap rekombinasi alami dan buatan dapat dilihat pada gambar berikut.
Rekombinasi alami
Pada gambar di atas, terlihat bahwa pada fase profase pada meiosis I, kromosom homolog bersaudara mengalami rekombinasi pada titik homolog. Daerah terjadinya rekombinasi disebut kiasma. Pada tahap ini terjadi crossing over sehingga terbentuk kromosom rekombinan.
Rekombinasi buatanRekombinasi buatan dapat dilakukan dengan mnggabungkan gen dari suatu organisme ke DNA vektor (biasanya plasmid). Rekombinasi buatan ini melibatkan pemotongan gen yang dinginkan dan menyambungkannya ke DNA plasmid (Gambar berikut). Proses pemotongan DNA plasmid dan gen yang diinginkan melibatkan enzim yang spesifik (contoh enzim EcoR1, enzim yang digunakan sama). selanjutnya gen tersebut disambungkan ke DNA plasmid dengan menggunakan enzim ligase.