GEN MENGENDALIKAN SIFAT - TIAP SIFAT DIKENDALIKAN OLEH BEBERAPA GEN

Dalam bukunya Goodenough (1978), membahas beberapa kajian, antara lain seperti “traits controlled by single gene, Izosymes specified isoloci, Clustered genes specifying one trait” termasuk sedikit kajian tentang pleiotropy , dan sebagainya. Topik-topik kajian itu memperlihatkan bahwa yang dibahas adalah:
sifat-sifat yang dikendalikan oleh suatu gen (tunggal);
sesuatu sifat yang dikendalikan oleh gen-gen yang berkelompok;
sesuatu sifat yang dikendalikan gen-gen yang yang letaknya tersebar;
gen-gen tertentu mengendalikan lebih dari satu sifat.

Dalam kajian Ayala dkk. (1984), juga tersirat terlihat pula makna kajian-kajian yang setara, begitu pula pada buku-buku lainnya. Memperhatikan kajian-kajian seperti yang telah dikemukakan, dengan demikian, apakah memang buku-buku tersebut bermaksud menunjukkan adanya sifat-sifat tertentu yang dikendalikan oleh:
satu gen (tunggal),
gen-gen yang berkelompok,
gen-gen yang letaknya tersebar.

KONSEP YANG TERBENTUK DARI TEMUAN MENDEL
Percobaan persilangan yang dilakukan oleh Gregor Mendel pada Pisum sativum lengkap dengan hasil-hasilnya yang telah dilaporkan, secara tidak langsung menunjukkan kepada kita sifat-sifat yang dikendalikan oleh sepasang alela (suatu gen pada makhluk hidup diploid). Kerja persilangan memperlihatkan bahwa induk-induk yang dipersilangkan adalah yang memiliki sifat suatu tertentu yang sangat mudah dibedakan satu sama lain, misalnya yang berbunga merah dan putih, ataupun yang berpostur tinggi dan rendah. Hasil dari persilangan itu menunjukkan ratio fenotip yang menunjukkan tiap sifat tersebut dikendalikan oleh sepasang alela dari satu gen. Sara (1985), Gardner (1984), dan Pai (1985) kurang lebih juga mengemukakan pendapat yang sama, yaitu bahwa sifat-sifat tertentu pada keanekaragaman makhluk hidup hanya dikendalikan oleh satu gen.
SIFAT-SIFAT MAKHLUK HIDUP YANG DITUNJUKKAN SEBAGAI CONTOH YANG DIKENDALIKAN OLEH SATU GEN
Berkenaan dengan suatu sifat yang hanya dikendalikan oleh satu gen, Googenough (1978) menunjukkan beberapa contoh kelainan pada manusia yang dalam sejarahnya dipandang sebagai bukti tentang adanya sifat-sifat yang dikendalikan oleh satu gen. Contoh kelainan itu adalah Alkaptonuria, Phenylketonuria, Lesch-Nyhan Syndrome, dan Tay Saches Disease.
Pada penderita alkaptonuria, warna urine akan segera berubah menjadi hitam jika terkena udara, dan di usia tua dapat mengalami gangguan arthritis. Penderita phenylketonuria tidak mampu memproduksi tyrosin dari phenylalanine, sehingga jumlah phenylalanine berlebih dan dikonversikan menjadi derivat-derivat phenyl, kelainan ini dapat menyebabkan keterbelakangan mental. Pada penderita Lesch-Nyhan Syndrome mempunyai intelegensi rendah (subnormal), lumpuh, mempunyai sifat bawaan merusak, bahkan terhadap drinya sendiri dengan kegemaran khusus menggigit jari serta bibirnya. Pada penderita Tay-Saches Disease, tidak terdapat enzim lysosomal yang berfungsi untuk memecahkan beberapa macam makromolekul yang kompleks, seperti polisakarida, lipida, protein, ataupun asam nukleat. Gangguan ini dapat mengakibatkan penimbunan lipida ganggliosida GM yang berakibat terjadinya degenerasi otak. Keempat contoh tersebut hanyalah sebagian kecil dari kelainan yang tergolong Inborn Errors of Metabolism.

INFORMASI TENTANG SIFAT MAKHLUK HIDUP YANG DIKENDALIKAN OLEH SATU GEN
Pada bagian ini akan dikemukakan berbagi temuan, khususnya yang berkenaan dengan jumlah gen yang mengendalikan sifat individu makhluk hidup.
Sifat-sifat Makhluk Hidup yang Ditunjuk sebagai Contoh yang Dikendalikan oleh Kelompok Gen

Contoh sifat yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar
Contoh pada Bakteri
Di lingkungan bakteri, contoh sifat yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar (berdekatan), dijumpai pada sifat yang rangkaian reaksi biokimianya dikatalisator oleh enzim-enzim yang pembentukan proteinnya berada dalam koordinasi satu model operon, misalnya pada S. typhimurium ditemukan operon tryptophan.
Macam-macam operon lain dapat pula ditunjukka misalnya operon leucine (leu) pada S. typhimurium dan operon lactose (lac) pada E. coli. Informasi tentang sifat atau kemampuan yang rangkaian reaksi biokimiawinya dikatalis oleh enzim-enzim yang polipeptidanya dibentuk di bawah koordinasi gen-gen pada suatu model operon, secara jelas menunjukkan adanya sifat tertentu pada makhluk hidup yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar (berdekatan).

Contoh pada Jamur
Penelitian oleh Ger Fink, dkk. (Goodenough, 1978) menunjukkan bahwa sifat atau kemampuan ragi untuk melakukan proses biosintesis histidine, antara lain tergantung pada 3enzim yang proteinnya (polypeptida) dibentuk berdasarkan acuan kode-kode genetika pada ARN-d yang ditranskripsikan di bawah koordinasi gen pada lokus HIS 4. Pelacakan lanjutan membuktikan bahwa gen pada lokus HIS 4 itu terbagi menjadi 3 bagian, yaitu HIS 4A, HIS 4B, dan HIS 4C. Diketahui pula bahwa ketiga bagian HIS 4 tersebut ternyata berfungsi sebagi 3 gen yang berbeda, meskipun proses trnaskripsi atas gen HIS 4 terlihat sebagai satu unit transkripsi.

Contoh pada Drosophila
Pada D. melanogaster sudah diketahui ada pula sifat tertentu semacam yang telah dikemukakan pada ragi. Rangkaian reaksi biokimia yang mendukung sifat atau kemampuan D. melanogaster melakukan proses biosintesis pyrimidine, ternyata dikatalisir oleh enzim-enzim yang proteinnya (polipeptida) dibentuk mengikuti acuan kode-kode genetika locus rudimenter (r). Locus rudimenter (r) ini adalah contoh dari sejumlah locus yang dikenal sebagai complex loci pada D. melanogaster.
Analisis atas efek mutasi menunjukkan bahwa gen pada lokus rudimenter (r) terbagi menjadi 7 bagian (I-VII). Empat bagian (I, II, II, IV) sudah diketahui terlihat pada pembentukan protein (polipetida) enzim-enzim yang mengkatalisir tahap-tahap reaksi biokimia pada proses biosintesis pyrimidine.
Temuan pada D. melanogaster seperti yang telah dikemukakan memperlihatkan makna yang sama seperti yang telah dikemukakan berkenaan dengan temuan pada E.coli, S typhimurium, ragi. Jelas sekali terlihat adanya sifat atau kemampuan tertentu pada D.melanogaster yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar.

Contoh pada Makhluk Hidup Eukaryotik yang Lebih Tinggi
Pada makhluk hidup eukariotik yang lebih tinggipun terdapat sifat-sifat atau kemampuan-kemampuan semacam tertentu yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar. Contohnya pada sifat-sifat atau kemampuan-kemampuan yang dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya pada locus-locus histocompatibilitas maior dari tikus dan manusia. Sifat atau kemapuan tersebut berhubungan dengan sistem imunitas tubuh. Dalam hubungan ini, dikenal pula adanya gen-gen yang berada pada lokus-lokus histocompaibilitas maior.

Contoh Sifat yang Dikendalikan oleh Kelompok Gen yang Letaknya Tersebar
Keterlibatan beberapa gen yang letaknya tersebar atas sesuatu sifat, boleh jadi berupa keterlibatan atas pembentukan suatu protein (enzim), keterlibatan atas enzim-enzim pada suatu urut-urutan reaksi biokimia yang kompleks.

2.1 Contoh pada Chlamydomonas reinhardi
Sifat atau kemampuan C.reinhardi melakukan proses biosintesis thiamin, ternyata melibatkan enzim-enzim yang pembentukan protein (polipetida) dikendalikan oleh beberapa gen yang disebut gen thi (thi 1, thi 2, ….dst). Gen-gen thi tersebut ternyata tersebar pada beberapa kromosom yang berbeda.

2.2 contoh pada Neurospora crassa dan ragi
Pada N. crassa dan ragi Saccharomyces, letak gen-gen thi maupun gen-gen arg (arginin), dan sebagainya juga tersebar pada beberapa kromosom yang berbeda. Letak locus gen-gen thi maupun gen-gen lain pada N. crassa dan ragi Saccharomyces tersebar pada beberapa kromosom.

2.3 Contoh pada D. melanogaster
Pemetaan locus-locus gen pada D. melanogaster menunjukkan bahwa berbagai sifat tertentu dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tersebar pada kromosom berbeda.
Sifat warna tubuh beberapa gen yang letak lokusnya pada lokus kromosom I, II, dan III.
Pada kromosom I : y+, y; s+, s
Pada kromosom II : b+, b
Pada kromosom III : enzim+, e

Sifat warna mata dikendalikan oleh gen pada lokus kromosom I, II, dan III.
Pada kromosom I : w+, w; v+, v; car+, car
Pada kromosom II : pr+, pr; bw+, bw
Pada kromosom III : se+, se; st+, st; ca+, ca

Sifat mata yang lain misalnya keadaan permukaan mata (licin atau kasar) dikendalikan oleh gen-gen pada kromosom I (ec+, ec), kromosom III (ru+, ru; ro+, ro).

2.4 Contoh pada manusia
Enzim lactose dehydrogenase pada manusia dikendalikan pembentukannya oleh gen yang terdapat pada lokus di kromosom11 dan 12. Enzim lactose dehydrogenase pada manusia diketahui terkelompok menjadi 5 isozyme. Lima isozyme ini tersusun atas macam polipeptida (A, B). rincian komponen polipeptida pada ke 5 isozyme, yaitu:
Isozyme 1 (LDH1) : 4 polipeptida B (B4)
Isozyme 2 (LDH2) : 1 polipeptida A dan 3 polipeptida B (AB3)
Isozyme 3 (LDH3) : A2B2
Isozyme 4 (LDH4) : A3B1
Isozyme 5 (LDH5) : A4

2.5 Contoh lain yang berkenaan dengan multienzyme complex
Multienzyme complex adalah kelompok enzim-enzim yang mengkatalisir tahap-tahap reaksi biokimia yang berurutan pada suatu proses metabolisme, yang secara fisis saling berdekatan satu sama lain. Pembentukan polipeptida-polipeptida penyusun protein pada multienzyme complex dapat dikendalikan oleh gen yang letaknya tidak tersebar dan tersebar. Contoh multienzyme complex yang pembentukan proteinnya dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tidak tersebar, adalah enzim yang berperan dalam proses biosintesis histidin oleh ragi, dikendalikan oleh kelompok gen HIS 4A, HIS 4B, HIS 4C.
Contoh multienzyme complex yang pembentukan proteinnya dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tersebar adalah enzim yang berperan dalam proses biosintesis tryptofan oleh Neurospora crassa. Pembentukan polipeptida penyusun protein pada biosintesis tryptofan oleh Neurospora crassa dikendalikan oleh gen trp 1 dan 2. Empat polipeptida produk dari gen trp 1 berinteraksi dengan 2 polipeptida produk dari gen trp 2, membentuk protein hexamerik. Protein hexamerik memiliki 3 macam karakter enzimatis yang menunjukkan adanya 3 macam protein, yaitu disebut sebagai anthranilate synthetase, phosphoribosyl-antharanilic acid (PRA) isomerase, dan indole-3-glycerol-phosphate (inGP) synthetase.
Kemampuan (fenotip) yang dikendalikan oleh gen yang tersebar, dikenal adanya sifat atau kemampuan yang muncul sebagai hasil reaksi biokimia dalam urut-urutan sederhana. Akan tetapi dikenal pula urutan bercabang, bahkan ada lebih dari 1 urut-urutan, yang hasilnya berinteraksi memperlihatkan satu sifat atau kemampuan.

INFORMASI LAIN TENTANG GEN MENGENDALIKAN SIFAT MAKHLUK HIDUP KONSEP INTERAKSI
Adanya sifat tertentu yang dikendalikan lebih dari 1 gen (tidak tersebar atau tersebar) dapat mengakibatkan adanya interaksi antar gen (antar lokus) pada tingkat fenotip. Interaksi antar gen ini dibedakan menjadi 2, yaitu interaksi epistasis dan ineteraksi nonepistasis. Interaksi epistasis terjadi jika gen-gen ini mengendalikan pembentukan polipeptida-polipeptida dari enzim-enzim pada satu urut-urutan reaksi biokimia yang sama mengarah pada terwujudnya sifat fenotip. Interaksi nonepistasis terjadi jika gen-gen tersebut mengendalikan pembentukan polipeptida-polipeptida dari enzim-enzim pada urut-urutan reaksi biokimia berbeda tetapi mengarah pada terwujudnya sifat fenotip.


Pleiotropi
Saat ini diketahui adanya gen tertentu pada makhluk hidup yang mengendalikan lebih dari satu sifat atau kemampuan. Efek fenotip dari suatu gen bukan hanya satu macam, tetapi lebih dari satu macam. Efek fenotip dari suatu gen semacam ini disebut pleiotropi. Salah satu contoh gen yang mengendalikan lebih dari satu sifat atau kemampuan adalah gen vg pada D. melanogaster. Indivisu yang homozigot untuk gen vg (vg/vg), disamping memiliki sayap vestigial, juga mempunyai “balancer” (halter) yang termodifikasi menjadi pasangan bristle dorsal berposisi tegak, organ reproduksi agak cunditas.
Contoh gen yang mempunyai efek pleiotropi antara lain gen yang bertanggungjawab atas kelainan phenyl-ketonuria (PKU). Individu yang memiliki gen ini tidak mampu membuat tirosin dan phenylalnine. Oleh karena itu, individu tersebut mengalami akumulasi phenylalanine dalam darah, mempunyai ukuran tengkorak yang tidak normal. IQ rendah serta warna rambut pucat.

Pengaruh Modifier Gene
Ekspresi fenotip gen dapat berubah karena pengaruh gen yang terdapat pada lokus yang berbeda. Dikatakan pula bahwa gen yang mengubah ekspresi fenotip suatu gen disebut sebagai modifier gene. Gen-gen yang tergolong sebagai modifier gene merupakan kelompok gen yang efeknya bersifat kualitatif. Karena banyaknya gen dalam kelompok itu maka sulit untuk menganalisis gen-gen yang menjadi komponen dalam kelompok itu.
Sekalipun cara kerja modifier genebelum diketahui, tetapi gen ini dijumpai pada beberapa makhluk hidup, bahkan bersangkut paut dengan karakter yang berbeda. Pada tikus, bercak-bercak putih pada bulunya sudah diketahui dipengaruhi oleh modifier gene. Jumlah bercak-bercak putih ini bervariasi, dari satu samapi memenuhi seluruh bulu tikus. Pada manusia, gen yang mengendalikan sifat atau kemampuan mengecap senyawa phenylthiocarbomide (PTC), tenyata ekspresinya dipengaruhi modifier gene. Informasi tentang pengaruh modifier gene menunjukkan bahwa ada sifat atau kemampuan (fenotip) tertentu dikendalikan oleh lebih dari satu gen, disamping dikendalikan oleh gen tertentu yang bersangkutan, dipengaruhi pula oleh gen lain yang letaknya pada lokus yang berbeda.
TIAP SIFAT ATAU KEMAMPUAN (FENOTIF) DIKENDALIKAN OLEH BERAPA GEN?

Komposisi Protein Enzim
Macam dan jumlah polipeptida dalam suatu protein enzim berbeda-beda. Apabila protein enzim terdiri atas satu polipeptida maka macam polipeptida hanya satu. Akan tetapi jika jumlah protein enzim tersusun atas dua atau lebih polipeptida maka polipeptida-polipeptida ini mungkin hanya satu macam tetapi dapat juga lebih dari satu macam (tidak seragam). Pembentukan polipeptida pada protein yang tidak seragam bukan dikendalikan oleh satu macam gen. Sehubungan dengan protein yang menjadi enzim, strukturnya harus beruap struktur tertier atau kuarter.

Hubungan antara Reaksi Biokimia dalam Sel Sifat atau Kemampuan Fenotip
Reaksi-reaksi biokimia dalam sel dan reaksi enzimatis saling berhubungan satu sama lain. Reaksi biokomia dalam sel harus dikatalisir oleh enzim. Jumlah enzim yang dibutuhkan dalam suatu rangkaian reaksi adalah lebih dari satu buah. Untuk menghasilkan suatu prosuk dibutuhkan lebih dari satu rangkaian reaksi. Sehingga untuk menghasilkan satu produk juga memerlukan lebih dari satu enzim. Satu prosuk reaksi biokimia dalam sel, pada dasarnya dikendalikan oleh banyak gen, apalagi macam polipeptida pada protein enzim lebih dari satu macam. Produk reaksi biokimia dalam sel adalah sifat atau kemampuan fenotip. Jadi antara reaksi biokimia dalam sel dan sifat atau kemampuan (fenotip) terdapat hubungan yang sangat erat, karena sifat atau kemampuan itu adalah produk dari reaksi biokimia dalam sel.

Tiap Sifat atau Kemampuan (Fenotip) Makhluk Hidup Dikendalikan oleh Banyak Gen
Pada dasarnya sifat atau kemampuan (fenotip) apapun dikendalikan oleh lebih dari satu gen (pada lokus yang berbeda), tersebar atau tidak. Dengan demikian sifat atau kemampuan (fenotip) adalah hasil interaksi antara gen (pada lokus berbeda) pada mekanisme ekspresinya. Suatu sifat atau kemampuan (fenotip) apapun sebenarnya tidak hanya ditentukan oleh ekspresi gen-gen (pada lokus yang berbeda) yang saling berinteraksi, akan tetapi ditentukan pula oleh kondisi lingkungan yang melingkupi seluruh proses ekspresi gen-gen tersebut. Kondisi lingkungan disini adalah kondisi lingkungan eksternal maupun internal.
Mekanisme gen-gen mengendalikan suatu sifat atau kemampuan merupakan proses yang rumit. Dalam hubungan ini, peristiwa transkripsi dan translasi yang merupakan peristiwa rumit adalah rangkaian reaksi biokimia tersendiri. Demikian pula pembentukan protein dari polipeptida (jika protein itu tidak hanya terdiri dari satu polipeptida). Protein berubah menjadi enzim tergolong reaksi biokimia. Jumlah gen yang mengendalikan suatu sifat atau kemampuan (fenotip), sesungguhnya banyak dan mungkin sangat banyak, atau mungkin tidak ada satupun sifat atau kemampuan (fenotip) makhluk hidup yang dikendalikan oleh satu gen.

TELAAH ULANG ATAS PLEIOTROPI
Pleiotropi adalah suatu hal yang wajar dan bukan kasus karena pertimbangan bercabang-cabang reaksi biokimia. Suatu produk pada suatu tahap reaksi biokimia dapat dilibatkan pada lebih dari satu rangakaian reaksi biokimia tersebut.

Antara Pleiotropi dan Sifat atau Kemampuan (Fenotip) yang Dikendalikan oleh Banyak Gen.
Dengan dasar reaksi-reaksi biokimia yang bercabang-cabang dalam sel pada proses pleiotropi dibedakan dari sifat atau kemampuan (fenotip) yang dikendalikan oleh banyak gen. zat warna kulit kehitaman atau kemampuan membentuk melanin tidak hanya tergantung pada reaksi biokimia yang mengubah 5,6-quinone menjadi melanin, tetapi juga tergantung pada rangkaian reaksi-reaksi biokimia sebelumnya, yang mengubah phenylalanine—tyrosine, tyrosine—dehydroxyphenylalanine, dehydroxyphenylalanine—5,6-quinone. Jadi, paling sedikit terdapat 5 gen yang mengendalikan sifat warna kulit kehitaman. Masing-masing protein enzim itu tersusun dari satu macam polipeptida.
Gen-gen pengendali sintesis polipeptida menyusun protein enzim phenylalanine dehydroxylase ternyata mengendalikan lebih fari satu sifat atau kemampuan (fenotip). Penyebutan pleiotropi yang dibedakan dari sifat atau kemampuan (fenotip) yang dikendalikan oleh banyak gen, hanyalah didasarkan akibat dari reaksi-reaksi biokimia pada proses yang bercabang-cabang.