Evolusi adalah proses perubahan sifat makhluk hidup dari generasi ke generasi melalui mekanisme seleksi alam, mutasi genetik, rekombinasi, dan faktor lingkungan lainnya. Salah satu bagian sel yang mengalami perubahan cepat adalah sentromer, yaitu bagian sempit dari kromosom yang membaginya menjadi lengan panjang dan pendek. Sentromer memiliki peran penting dalam pembelahan sel dan pewarisan informasi genetik. Meskipun perannya sangat vital, struktur dan urutan DNA dalam sentromer sangat bervariasi antar spesies maupun dalam spesies yang sama, fenomena yang dikenal sebagai “paradoks sentromer”.
Para peneliti dari University of Tokyo yang dipimpin oleh Sayuri Tsukahara dan Tetsuji Kakutani telah menemukan mekanisme utama yang menyebabkan perubahan cepat dalam sentromer. Studi mereka, yang diterbitkan dalam jurnal Nature, mengungkap bagaimana elemen genetik bernama retrotransposon dapat berpindah di dalam kromosom dan secara spesifik tertanam di dalam sentromer, mempercepat evolusinya.
Apa Itu Sentromer?
Sentromer adalah bagian kromosom yang berfungsi sebagai titik pengikatan bagi protein yang mengatur pembelahan sel. Sentromer mengandung urutan DNA spesifik dan protein histon khusus bernama CENH3 yang memastikan bahwa setiap sel anak menerima kromosom yang benar selama pembelahan sel. Sentromer berperan sebagai pusat organisasi kinetokor, yaitu struktur protein yang membantu kromosom melekat pada mikrotubulus selama mitosis dan meiosis.
Baca juga: Mitosis dan Meiosis : Pengertian, Langkah-Langkah, dan Perbedaan [Lengkap + Contoh Soal]
Meskipun peran sentromer sangat konservatif di antara eukariota (organisme dengan sel yang memiliki inti), urutan DNA di dalam sentromer dapat sangat berbeda antar spesies. Variasi yang tinggi ini menjadi teka-teki dalam biologi, karena seharusnya struktur yang penting seperti sentromer bersifat lebih stabil dalam evolusi.
Apa Itu Retrotransposon?
Retrotransposon adalah elemen genetik yang mampu berpindah dalam genom dengan cara menyalin dirinya sendiri ke dalam RNA dan kemudian kembali ke DNA sebelum dimasukkan ke lokasi baru dalam kromosom. Retrotransposon sering kali disebut sebagai “gen melompat” karena kemampuannya untuk berpindah-pindah di dalam genom. Mereka dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis utama:
- Retrotransposon dengan LTR (Long Terminal Repeat): Memiliki urutan terminal berulang yang membantu dalam penyisipan DNA.
- Retrotransposon tanpa LTR: Tidak memiliki urutan terminal yang berulang dan lebih mirip dengan elemen LINE (Long Interspersed Nuclear Elements).
Ada beberapa jenis retrotransposon, dan dalam studi ini, para peneliti berfokus pada dua jenis yang ditemukan pada tanaman Arabidopsis lyrata, yaitu Tal1 dan EVD.
Penemuan Utama dalam Penelitian
Para peneliti menemukan bahwa retrotransposon Tal1 cenderung hanya masuk ke dalam sentromer, sedangkan EVD lebih sering masuk ke bagian lain dari kromosom yang mengandung banyak gen. Dengan menggunakan metode canggih bernama TEd-seq (Transposable Element Display Sequencing), mereka mampu memetakan lokasi penyisipan retrotransposon ini dengan akurasi tinggi.
Lebih mengejutkan lagi, ketika para ilmuwan menukar sebagian dari struktur protein Tal1 dan EVD, mereka menemukan bahwa kecenderungan lokasi penyisipannya juga berubah. Artinya, terdapat bagian spesifik dalam retrotransposon yang menentukan apakah mereka akan menyisipkan diri ke sentromer atau ke bagian lain dari kromosom.
Studi ini menunjukkan bahwa sentromer bukanlah bagian genom yang statis, melainkan mengalami perubahan yang sangat dinamis. Retrotransposon memainkan peran besar dalam membentuk struktur dan fungsi sentromer dari waktu ke waktu.
Implikasi Temuan Ini
Penelitian ini memiliki implikasi luas dalam pemahaman kita tentang genetika dan evolusi. Berikut beberapa poin penting:
- Evolusi Genom Eukariota:
- Studi ini membantu menjelaskan mengapa sentromer berevolusi begitu cepat dibandingkan bagian lain dari genom.
- Interaksi antara retrotransposon dan protein spesifik dalam sentromer mungkin menjadi pendorong utama evolusi genom.
- Pemahaman tentang Penyakit Genetik:
- Banyak gangguan genetik yang terkait dengan kelainan dalam fungsi sentromer, seperti sindrom Down dan beberapa jenis kanker. Memahami mekanisme penyisipan retrotransposon di sentromer dapat membantu penelitian medis di bidang ini.
- Aplikasi dalam Rekayasa Genetika:
- Dengan memahami bagaimana retrotransposon dapat diarahkan ke lokasi tertentu dalam genom, ilmuwan dapat mengembangkan teknologi untuk mengedit gen dengan lebih presisi.
- Perbaikan Tanaman:
- Dalam bioteknologi tanaman, pemahaman tentang retrotransposon dapat digunakan untuk mengembangkan varietas tanaman yang lebih unggul dan tahan terhadap stres lingkungan.
- Peran dalam Adaptasi Organisme:
- Retrotransposon dapat membantu organisme beradaptasi dengan lingkungan baru dengan mempercepat perubahan dalam genom.
Kesimpulan
Penelitian ini memberikan wawasan baru tentang bagaimana sentromer berevolusi dengan cepat melalui penyisipan retrotransposon. Temuan ini memperkuat pemahaman kita tentang dinamika genom eukariota dan membuka peluang baru dalam penelitian genetika dan bioteknologi.
Dengan semakin berkembangnya teknologi genomik, kita dapat berharap lebih banyak lagi penemuan serupa yang akan membantu kita memahami lebih dalam tentang mekanisme kompleks dalam DNA yang menentukan kehidupan di planet ini. Pemahaman lebih lanjut tentang retrotransposon dan interaksinya dengan sentromer dapat membawa kita pada terobosan ilmiah yang signifikan, baik dalam dunia medis, pertanian, maupun bioteknologi secara umum.
Referensi:
[1] https://www.s.u-tokyo.ac.jp/en/press/10591/, diakses pada 6 Februari 2025.
[2] Sayuri Tsukahara, Alexandros Bousios, Estela Perez-Roman, Sota Yamaguchi, Basile Leduque, Aimi Nakano, Matthew Naish, Akihisa Osakabe, Atsushi Toyoda, Hidetaka Ito, Alejandro Edera, Sayaka Tominaga, Juliarni, Kae Kato, Shoko Oda, Soichi Inagaki, Zdravko Lorković, Kiyotaka Nagaki, Frédéric Berger, Akira Kawabe, Leandro Quadrana, Ian Henderson, Tetsuji Kakutani. Centrophilic retrotransposon integration via CENH3 chromatin in Arabidopsis. Nature, 2025; DOI: 10.1038/s41586-024-08319-7
