Pola Hereditas - Pengertian, Hukum, Determinasi, dan Penyimpangannya

Pola Hereditas – Pengertian, Hukum Mendel dan Determinasi Jenis Kelamin – Genetika adalah cabang ilmu biologi yang mengacu pada studi tentang gen. Genetika dipelajari di Sekolah Menengah Atas (SMA). Genetika seringkali diartikan sebagai materi hereditas meskipun dewasa ini genetika tidak lagi diartikan demikian. Hal ini karena dalam genetika tidak hanya mempelajari tentang pewarisan sifat, melainkan segala sesuatu yang berkaitan dengan pewarisan sifat itu sendiri, seperti materi genetik, tentang strukturnya, reproduksinya, kerja (ekspresinya), perubahan, keberadaan dalam populasi serta perekayasaan.

Simak Juga : Soal Pola Hereditas Pilihan Ganda dan Jawaban

A. Pengertian Pola Hereditas

Hereditas adalah penurunan sifat dari induk kepada keturunannya. Keturunan yang dihasilkan dari perkawinan antar individu mempunyai perbandingan fenotip maupun genotip yang mengikuti aturan tertentu. Aturan-aturan dalam pewarisan sifat ini disebut pola-pola hereditas (Rahmawati, Dkk., 2009).

Berdasarkan pendapat diatas Herditas merupakan salah satu pembahasan dari cabang ilmu biologi yaitu Genetika. Hereditas membahas mengenai pewarisan sifat dan menjadi salah satu bab atau materi pada pembelajaran biologi di SMA terutama kelas 12.

B. Hukum Mendel

Hukum Mendel merupakan Hukum Hereditas yang menjelaskan prinsip -prinsip penurunan sifat pada organisme. Teori Mendel didukung beberapa biologiwan seperti De Vries (Belanda), Correns (Jerman), dan Tschermak (Austria). Suatu hipotesis memprediksi bahwa dari generasi ke generasi, populasi dengan perkawinan bebas akan menghasilkan individu yang sama (seragam). Namun kenyataannya, dalam pengamatan setiap hari dan hasil percobaan pengembangbiakan hewan serta tumbuhan bertolak belakang dengan prediksi tersebut. Untuk mengembangkan teorinya, Mendel menggunakan objek kajian berupa tanaman kacang kapri atau ercis (Rochmah, 2009).

Mendel mengamati tujuh sifat kacang kapri (Pisum sativum) tersebut, antara lain: biji bulat dibandingkan dengan biji keriput; biji warna kuning dibandingkan dengan biji warna merah; buah warna hijau dibandingkan dengan buah warna kuning; buah mulus dibandingkan dengan buah berlekuk, bunga warna ungu dibandingkan dengan bunga warna putih, dan letak bunga diaksial (ketiak) dibandingkan bunga di terminal ujung, serta batang panjang dibandingkan dengan batang pendek (Rochmah, 2009).

Mendel memindahkan serbuk sari yang belum dewasa atau matang, dan menaburkan serbuk sari ke kepala putik pada bunga yang serbuk sarinya sudah dihilangkan. Selanjutnya, ia menyilangkan dua individu galur murni atau true breeding (yaitu tanaman yang apabila melakukan penyerbukan sendiri, senantiasa menghasilkan tunas yang sifatnya sama persis dengan sifat induknya) yang sama –sama memiliki pasangan sifat kontras, misalnya : kacang kapri berbunga merah galur murni dengan kacang kapri berbunga putih galur murni atau tanaman kacang kapri batang panjang dengan kacang kapri berbatang pendek (Rochmah, 2009).

Berdasarkan penelitiannya, Mendel menyusun beberapa hipotesa sebagai berikut:

Setiap sifat dikendalikan oleh satu pasang faktor keturunan (yang sekarang kita kenal dengan gen), yaitu satu dari individu jantan dan satu dari individu betina.
Setiap faktor keturunan menunjukkan bentuk alternatif sesamanya, misalnya tinggi atau rendah, bulat atau keriput, merah atau putih. Kedua bentuk alternatif tersebut disebut alel.
Jika pasangan faktor itu terdapat bersama-sama dalam satu tubuh suatu individu, faktor dominan akan menutup faktor resesif, misalnya genotipe individu Bb dengan gen B untuk bulat dominan terhadap gen b untuk keriput, maka fenotipe untuk individu tersebut adalah bulat, genotipenya bersifat heterozigot.
Pada waktu pembentukan gamet (meiosis), setiap alel berpisah, misalnya genotipe individu Bb akan menghasilkan gamet yang mengandung gen B dan gamet yang mengandung gen b. Jadi, akan terbentuk dua macam gamet.
Individu yang murni mempunyai pasangan sifat (alel) yang sama, yaitu dominan saja atau resesif saja, misalnya untuk BB pasangan sifat dominan atau bb untuk pasangan resesif. Genotipe individu tersebut homozigot BB disebut homozigot dominan dan bb disebut homozigot resesif.Setelah diuji berkali-kali ternyata hasil penelitian Mendel tetap, sehingga hipotesis Mendel ditetapkan sebagai Hukum Mendel yang pokok, yaitu Hukum Mendel I (Hukum Segregasi) dan Hukum Mendel II (Hukum Pengelompokan atau Penggabungan). Oleh karena itu, Mendel dikenal sebagai Bapak Genetika.

Hukum Mendel 1

Hukum Mendel I disebut juga hukum segregasi yang menyatakanbahwa pada waktu pembentukan gamet, terjadi pemisahan alel secaraacak (The Law of Segregation of Allelic Genes).

Hukum I Mendel diperoleh dari hasil perkawinan monohibrid, yaitu persilangan dengan satu sifat beda. Mendel melakukan persilangan antara tanaman ercis biji bulat dengan tanaman ercis biji berkerut. Hasilnya semua keturunan F1 berupa tanaman ercis biji bulat. Selanjutnya dilakukan persilangan antarketurunan F1 untuk mendapatkan keturunan F2. Pada keturunan F2 didapatkan perbandingan fenotip kira-kira 3 biji bulat : 1 biji berkerut (Sembiring dan Sudjino, 2009). Mendel menyimpulkan bahwa pada saat pembentukan gamet, terjadi pemisahan bebas pasangan gen-gen yang dikandung oleh induk (parental) sehingga setiap gamet memperoleh satu gen dari alelnya. Misalnya, induk Bb (F1) menghasilkan gamet B dan b.

Hal ini dikenal sebagai Hukum Segregasi atau Hukum Mendel I. Kemudian, terjadi perkawinan antara induk jantan dan betina. Hal ini menyebabkan gamet B dan b bergabung secara acak. Sehingga, dihasilkan F2 dengan perbandingan fenotif 3 : 1 (Rahmawati, dkk., 2009).

Sedangkan menurut (Sembiring dan Sudjino, 2009) Beberapa kesimpulan penting dari perkawinan monohibrid di atas sebagai berikut.

Semua individu F₁ memiliki sifat yang seragam.
Jika dominan nampak sepenuhnya, individu F₁ memiliki fenotip seperti induknya yang dominan.
Pada waktu individu F₁ yang heterozigot itu membentuk gamet-gamet terjadilah pemisahan alel sehingga gamet hanya memiliki salah satu alel saja.
Jika dominasi nampak sepenuhnya, perkawinan monohibrid (Bb >< Bb) menghasilkan keturunan yang memperlihatkan perbandingan fenotip 3 : 1 (yaitu biji bulat : biji berkerut) dan memperlihatkan perbandingan genotip 1 : 2 : 1 (yaitu BB : Bb : bb).

Hukum Mendel 2

Pada percobaan berikutnya, Mendel menggunakan persilangan dengan dua sifat beda atau disebut persilangan dihibrid. Mendel menggunakan dua sifat beda dari tanaman ercis, yaitu bentuk dan warna biji. Oleh Mendel, tanaman ercis biji bulat-kuning disilangkan dengan tanaman ercis biji berkerut-hijau. Hasilnya, semua keturunan F₁ berupa tanaman ercis biji bulat-kuning. Pada persilangan antarindividu F₁ didapatkan 16 kombinasi gen dengan empat fenotipe, yaitu tanaman ercis biji bulat kuning, biji bulat-hijau, biji berkerut-kuning, dan biji berkerut-hijau (Sembiring dan Sudjino, 2009).

Misalnya diketahui gen-gen yang menentukan sifat biji tanaman ercis sebagai berikut.

B, gen yang menentukan biji bulat.
B, gen yang menentukan biji berkerut.
K, gen yang menentukan biji berwarna kuning.
K, gen yang menentukan biji berwarna hijau.

Percobaan Mendel yang melibatkan dua sifat sekaligus disebut percobaan dihibrid. Dari percobaan ini, dapat disimpulkan bahwa dalam proses pembentukan gamet, setiap pasang alel dalam satu lokus bersegregasi bebas dengan pasangan alel lokus lainnya, dan akan berpadu secara bebas dengan alel dari lokus lainnya. Hukum perpaduan bebas ini dirumuskan dari hasil observasi terhadap penyebaran fenotip F2 persilangan dihibrid. Pada F2, Mendel memperoleh,perbandingan fenotip 9 : 3 : 3 : 1 (Rahmawati, dkk., 2009).

C. Penyimpangan pada Hukum Mendel

Penyimpangan semu prinsip Mendel adalah persilangan yang menghasilkan F2 dengan fenotipe yang selah-olah tidak mengikuti pola perbandingan 3:1 ataupun pola 9:3:3:1. Pola perbandingan tersebut dapat berupa 9:3:4, 12:3:1, atau 9:7. Namun, jika diperhatika pola perbandingan yang terjadi pada dasarnya mengikuti pola perbandingan Mendel. Misalnya perbandingan 9:3:4 berasal dari 9:3: (3+1) (Ysa dan Maniam, 2014).

Penyimpangan semu mendel disebabkan adanya interaksi antargen atau antar alel. Penyimpangan semu prinsip Mendel dapat berupa atavisme, komplomenter, polimeri, epistasis, hipostasis, dan kriptomeri (Yusa dan Maniam, 2014).

Komplomenter

Komplementer adalah peristiwa dua gen dominan saling memengaruhi atau melengkapi dalam mengekspresikan suatu sifat. Misalnya, ekspresi sifat warna biji jagung, menurut E.M. East dan H.K. Hayes (1913) dalam (Herlina, 2009) adalah hasil interaksi 2 gen dominan C dan R. Jika C terdapat bersama-sama R, akan mengekspresikan warna pada kulit biji jagung. Jika C atau R berdiri sendiri atau sama sekali tidak ada, tidak terbentuk pewarnaan pada kulit biji jagung.

C – gen penumbuh bahan mentah pigmen.
c – gen tidak mampu menumbuhkan bahan mentah pigmen.
R – gen penumbuh enzim pigmentasi kulit.
r – gen tidak mampu menumbuhkan enzim pigmentasi kulit.

Fenotipe:

Berwarna dan tidak berwarna (jadi hanya 2 macam fenotipe).

Rasio fenotipe:

Berwarna (1 + 2 + 2 + 4) = 9

Tak berwarna (1 + 2 + 1 +2 + 1) = 7 Jadi,

rasio (perbandingan) fenotipe: berwarna : tidak berwarna= 9 : 7

Polimeri

Polimeri merupakan peristiwa munculnya suatu sifat pada hasil persilangan heterozigot karena adanya pengaruh gen-gen lain. Hal ini disebabkan karena adanya dua atu lebih lokus yang sama, tetapi menentukan sifat yang sama (gen ganda) (Yusa dan Maniam, 2014).

Polimeri terjadi karena dua gen memproduksi bahan yang sama dan menghasilkan fenotip yang sama. Contohnya adalah sifat warna merah pada gandum. Warna merah tersebut dikendalikan oleh pasangan alel dominan resesif yang terdapat pada dua gen yang berbeda lokus. Warna merah akan muncul apabila terdapat alel dominan di salah satu atau kedua lokus. Misalnya, pasangan alel penghasil warna merah pada gambar adalah M₁ dan m₁, sedangkan pada lokus lain juga terdapat pasangan alel M₂ dan m₂. Jika gandum berkulit merah (homozigot dominan) disilangkan dengan gandum berkulit putih (homozigot resesif), maka akan menghasilkan fenotip gandum berkulit merah semua. Bila F₁ disilangkan sesamanya, akan dihasilkan gandum berkulit merah : berkulit putih = 15 : 1 (Rahmawati, dkk., 2009).

Dari tabel persilangan di atas dapat disimpulkan bahwa dua pasang alel yang berlainan mempengaruhi sifat yang sama, yaitu warna bunga. Pengaruh gen-gen yang mengendalikan warna merah (M₁ dan M₂) bersifat kumulatif, artinya makin banyak jumlah gen, pengaruhnya makin jelas (Rahmawati, dkk., 2009).

Epistasis dan Hipostasis

Epistasis dan hipostasis merupakan interaksi yang berlangsung pada fenotipe yang dihasilkan oleh dua gen. Kedua gen bekerja menghasilkan fenotipe yang berbeda, tetapi fenotipe dari salah satu gen yang dominan dapat menutupi penampakan dari fenotipe yang dihasilkan oleh gen dominan yang lain apabila kedua gen hadir bersama. Gen dominan yang menutupi gen dominan yang lain disebut epistasis, sedangkan gen yang tertutupi disebut hipostatis. Contoh peristiwa epistasis dan hipostasis pada tumbuhan adalah pada warna sekam gandum.

Terdapat tiga warna sekam gandum, yaitu

hitam
kuning
dan putih.

Pigmen hitam dan pigmen kuning dibentuk oleh dua gen yang berbeda yang masing-masing dikendalikan oleh sepasang alel dengan hubungan dominan resesif. Misalnya, pigmen kuning dikendalikan oleh alel K dan k, dan pigmen hitam dikendalikan oleh alel H dan h. Jika gandum biji hitam dominan homozigot dikawinkan dengan gandum biji kuning dominan homozigot, maka hasil F₁ adalah 100% gandum berkulit hitam. Sedangkan, pada F₂ dihasilkan gandum biji hitam : biji kuning : biji putih = 12 : 3 : 1 (Rahmawati, dkk., 2009).

Kriptomeri

Menurut (Sembiring dan Sudjino, 2009) Kriptomeri adalah peristiwa gen dominan yang seolah olah tersembunyi bila berada bersama dengan gen dominan lainnya, dan terlihat bila berdiri sendiri.

Correns pernah menyilangkan tumbuhan Linaria maroccana berbunga merah galur murni dengan yang berbunga putih juga galur murni. Dalam persilangan tersebut diperoleh F₁ semua berbunga ungu, sedangkan F₂ terdiri atas tanaman dengan perbandingan berbunga ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4 (Sembiring dan Sudjino, 2009).

Warna bunga Linaria (ungu, merah, dan putih) ditentukan oleh pigmen hemosianin yang terdapat dalam plasma sel dan sifat keasaman plasma sel. Pigmen hemosianin akan menampilkan warna merah dalam plasma atau air sel yang bersifat asam dan akan menampilkan warna ungu dalam plasma sel yang bersifat basa (Sembiring dan Sudjino, 2009).

Menurut (Sembiring dan Sudjino, 2009) warna bunga Linaria maroccana ditentukan oleh ekspresi gen-gen berikut.

Gen A, menentukan ada bahan dasar pigmen antosianin.
Gen a, menentukan tidak ada bahan dasar pigmen antosianin.
Gen B, menentukan suasana basa pada plasma sel.
Gen b, menentukan suasana asam pada plasma sel.

Persilangan antara Linaria maroccana bunga merah dengan bunga putih menghasilkan keturunan seperti dijelaskan pada diagram berikut.

Persilangan tersebut dihasilkan rasio fenotip F2 = ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4.

D. Tautan/Pautan serta Pindah Silang (Crossing over)

Pautan atau Tautan (linkage) adalah suatu keadaan dimana terdapat banyak gen dalam satu kromosom. Pengertian ini biasanya mengacu pada kromosom tubuh (autosom). Akibatnya bila kromosom memisah dari kromosom homolognya, gen-gen yang berpautan tersebut selalu bersama.

Semisal suatu genotif AaBb mengalami pautan antar gen dominan dan antar gen resesif, maka A dan B terdapat dalam satu kromosom, sedangkan a dan b terdapat pada kromosom homolognya. Bila terjadi pembelahan meiosis maka gamet yang terbentuk ada dua macam, yaitu AB dan ab

E. Pindah silang (crossing over)

Pindah silang (crossing over) merupakan peristiwa pertukaran gen karena kromosom homolog saling melilit saat meiosis. Misalkan suatu genotif AaBb mengalami pindah silang saat pembelahan meiosis akan diperoleh gamet sebanyak empat macam, yaitu AB, ab, Ab, dan aB.

Dua yang pertama (homogamet) disebut kombinasi parental (KP) yang merupakan hasil peristiwa pautan, dan
Dua yang terakhir (heterogamet) disebut kombinasi baru (KB) atau rekombinan (RK) yang merupakan hasil peristiwa pindah silang.

Contoh pindah silang. Apabila terjadi pindah silang, pada induk yang heterozigot akan terbentuk empat macam gamet. Akibatnya, diperoleh keturunan menyimpang dari induknya yang merupakan kombinasi kedua induknya. Perhatikan bagan persilangan berikut ini.

Jadi, perbandigan keturunannya adalah lalat abu-abu bersayap panjang : lalat abu-abu bersayap pendek : lalat hitam bersayap panjang : lalat hitam bersayap pendek = 1 : 1 : 1 : 1

Nilai pindah silang (NPS) atau disebut juga frekuensi rekombinan (FR) dapat kita peroleh dengan rumus berikut.

Ketentuan nilai pindah silang:

Apabila NPS > 50%, terjadi pautan

Apabila NPS < 50%, terjadi pindah silang

Jadi, pada perkawinan antara lalat jantan dan lalat betina tersebut terjadi pindah silang.

Ciri Pindah silang:

semisal pada AaBb, gamet 4 macam
jika di test cross hasilnya adalah 1 : 1 : 1 : 1

F. Penentuan Jenis Kelamin (Determinasi Seks)

Setiap jenis organisme yang sudah dapat dibedakan jenis kelaminnya (jantan dan betina) memiliki sepasang kromosom seks dan autosom di dalam sel-sel tubuhnya. Misalnya kromosom lalat buah (Drosophila melanogaster) memiliki 4 pasang kromosom yang terdiri dari 3 pasang autosom dan 1 pasang kromosom seks.

Berdasarkan tipe jenis kelaminnya, ada 3 kelompok makhluk hidup yaitu sebagai berikut:

Tipe Z-W

Tipe ini adalah untuk burung (unggas), kupu-kupu, ikan dan ngengat dengan ketentuan ZW adalah untuk betina dan ZZ adalah untuk jantan. Peda kelompok ini hewan jantan bersifat homozigot, sedangkan betina adalah heterozigot.

Tipe X-O

Tipe ini untuk serangga dan belalang dengan ketentuan XO adalah untuk jantan dan XX adalah untuk betina. Peda kelompok ini hewan jantan bersifat heterozigot, sedangkan betina adalah homozigot.

Tipe X-Y

Tipe ini ada pada manusia dan Drosophila melanogaster (lalat buah) dengan ketentuan XX adalah untuk betina dan XY adalah untuk jantan. Untuk menentuakan jenis kelamin manusia digunakan tipe XY. Pria memiliki kromosom 22AA+XY sedangkan wanita memiliki 22AA+XX. Pada sel kelamin terdapat separuh jumlah kromosom tubuh, yaitu untuk sel telur adalah 22A+X, sedangkan untuk sperma adalah 22A+X atau 22A+Y. Pada lalat buah, lalat jantan memiliki kromosom 2AA+XY sedangkan lalat betina berkromosom 2AA+XX.

G. Pautan Seks

Pautan seks atau pautan kelamin merupakan peristiwa pewarisan sifat oleh gen-gen yang terdapat pada kromosom seks. Pautan seks dapat juga dikatakan sebagai peristiwa tergabungnya (terpautnya) suatu sifat pada kromosom seks.

Contoh pautan seks adalah warna mata pada lalat buah. Pada lalat buah, factor mata merah dominan terhadap mata putih. Gen yang bertanggung jawab atas warna mata terpaut pada kromosom X dan pada kromosom Y tidak terdapat alel pembawa sifat tersebut. Perhatikan bagan persilangan berikut :

H. Gagal Berpisah (non disjunction)

Gagal berpisah (non disjunction) merupakan kegagalan kromosom homolog untuk memisahkan diri saat pembelahan meiosis. Akibatnya terdapat gamet yang lebih atau kurang jumlah kromosomnya.

Contohnya persilangan antara Drosophilla melanogaster dimana lalat betina mengalami gagal berpisah. Lalat betina yang mengalami gagal berpisah membentuk tiga macam kemungkinan gamet yaitu X, XX, dan 0. Bila lalat jantan yang mengalami gagal berpisah kemungkinan gametnya adalah X, Y, XX, YY, dan 0.

I. Gen letal

Gen letal merupakan gen yang cukup menyebabkan kematian jika dalam keadaan homozigot. Macamnya ada gen letal dominan dan resesif.

Gen letal dominan

Gen letal dominan berarti apabila dalam keadaan homozigot dominan, gen tersebut akan menyebabkan kematian individu yang memilikinya.

Misalnya, gen dominan, yang menyebabkan warna kuning pada tikus. Perhatikan bagan persilangan berikut:

Gen letal resesif

Gen letal resesif berarti apabila dalam keadaan homozigot resesif, gen tersebut akan menyebabkan kematian individu yang memilikinya.

Misalnya, pada tanaman jagung berdaun kuning

Sudah selesai membaca materi ini ? Ayo lihat dulu Daftar Materi Biologi

Pola Hereditas – Pengertian, Hukum, Determinasi, dan Penyimpangannya

A. Pengertian Pola Hereditas