TINJAUAN PUSTAKA

Quantitative Trait Loci (QTL)

Pengertian QTL

Dalam pemuliaan ternak akhir-akhir ini sering dibahas tentang istilah QTL.

Banyak pernyataan diuraikan untuk menjelaskan istilah QTL, satu dan lainnya hampir

sama artinya atau terkadang bersifat melengkapi istilah QTL lainnya. Kim & Park

(2001) menerangkan bahwa bila pada suatu lokasi dalam kromosom suatu individu

terdapat suatu gen yang bertanggung jawab terhadap variasi suatu sifat, maka tempat

tersebut disebut QTL. Studi lainnya menyebutkan bahwa QTL adalah suatu istilah

yang digunakan untuk menyebut lokusnya atau lokasinya polygene. Poligen adalah

sejumlah gen yang masing-masing mempunyai efek kecil secara bersamaan

berekspresi untuk mendeterminasi fenotipe dari satu sifat kuantitatif (Zaid et al.

2001). Van der Werf (2000c) menyatakan bahwa meskipun QTL dapat saja ditempati

gen yang mempunyai pengaruh apapun namun di dalam praktek lebih ditekankan

hanya terhadap keberadaan gen mayor pada suatu QTL. Dinyatakan oleh Dominik

(2005b) bahwa QTL akan bermanfaat apabila pada loci nya ditempati oleh gen

mayor. Lebih lanjut dinyatakan bahwa gen mayor sendiri sulit ditemukan namun

materi atau penciri genetik tertentu pada kromosom dapat digunakan sebagai tapak

atau landmark yang ada keterpautan dengan gen mayor tersebut. Landmark tersebut

dianggap sebagai alat penciri atau tool yang dapat membantu dalam penelusuran

kemungkinan apakah seekor hewan adalah pembawa suatu gen mayor.

Van den Werf (2000c) juga menerangkan bahwa QTL mencerminkan hanya

beberapa dari banyak gen yang berpengaruh pada fenotipe. Variasi pada polygene

yang terkait dengan polimorfisme QTL menentukan total variasi genetik. Walaupun

pengaruh QTL menerangkan hanya sebagian perbedaan genetik diantara hewan,

namun pengetahuan gen yang berlokasi pada QTL dapat sangat membantu dalam

estimasi suatu genotipe yang benar dari hewan. Oleh karena itu, informasi yang

tersedia pada QTL menambah akurasi estimasi dari nilai pemuliaan (Van der Werf

2000c). Jika gen yang terdapat pada QTL berpengaruh besar, gen demikian dapat

lebih spesifik dieksploitasi pada program pemuliaan.

Sifat Kuantitatif

Kebanyakan sifat penting bernilai ekonomi pada pemuliaan ternak adalah

beragam yang berlangsung terus menerus (continuously varying), sebagai contoh

adalah produksi susu, berat wol, berat badan dan produksi telur (Nicholas 1996).

Semua sifat yang menunjukkan continuous variation disebut sifat kuantitatif atau

sifat yang dapat diukur (matric traits) dan variasi di dalam sifat kuantitatif disebut

variasi atau keragaman kuantitatif (Zaid et al. 2001; Nicholas 1996). Dinyatakan

lebih lanjut oleh Nicholas (1996), variasi kuantatif terjadi sebagai akibat adanya aksi

dari gen.

Menurut laporan Dekkers (2004) kemajuan di bidang genetika molekuler telah

memungkinkan identifikasi banyak gen (multiple genes) atau penciri genetik

berhubungan dengan gen yang berpengaruh pada sifat penting ternak. Termasuk

dalam gen tersebut yaitu gen tunggal (cacat genetik, penyimpangan genetik,

penampilan) yang mempengaruhi suatu sifat dan QTL atau daerah genomik yang

mempengaruhi sifat kuantitatif. Fasilitas penciri genetik tersebut telah menyediakan

kesempatan untuk meningkatkan respons pada seleksi terutama untuk sifat yang sulit

berkembang dengan seleksi konvensional (Dekkers 2004). Termasuk dalam sifat

yang sulit berkembang tersebut yaitu sifat yang mempunyai heritabilitas rendah atau

sifat yang pengukuran fenotipenya sulit, mahal, hanya dapat dilakukan pada akhir

kehidupan atau tidak mungkin dilakukan seleksi kandidat. Beberapa karakter sifat

kuantitatif yang sulit untuk dikembangkan tersebut diistilahkan sebagai sifat

kompleks. Dinyatakan oleh Primrose (1995) bahwa sifat kompleks tersebut

diberlakukan untuk semua tampilan fenotipe yang tidak memperlihatkan adanya

pewarisan sifat hukum Mendel. Lebih lanjut diterangkan oleh Primrose (1995), sifat

kompleks yang disebabkan oleh adanya pewarisan poligenik yang memerlukan

keberadaan mutasi secara bersama pada banyak gene (multiple genes). Sifat poligenik

juga dikelompokkan sebagai suatu continuous variation (Lander & Schork 1994;

Zaid et al. 2001).

Gen Mayor

Telah diketahui bahwa variasi genetik pada sifat kuantitatif dikarenakan adanya

segregasi pada banyak loci. Kebanyakan sifat penting bernilai ekonomi adalah sifat

kuantitatif yang kebanyakan dikontrol oleh sejumlah gen. Beberapa gen tersebut

dapat mempunyai pengaruh besar dan gen demikian disebut gen mayor atau major

gene yang berlokasi pada QTL (Van der Werf 2000a). Dinyatakan oleh Montaldo et

al. (1998), bahwa gen mayor menyebabkan perbedaan sifat besar diantara hewan

yang menurunkan alel berbeda. Lebih lanjut dinyatakan bahwa kebalikan gen mayor

adalah polygene yang mempunyai pengaruh secara individu kecil pada fenotipe yang

tidak dapat dihubungkan pada individu gen apapun.

Gen mayor dapat dideteksi dengan dua sudut pandang yang berbeda yaitu dari

sudut biologi dan teori (Lynch & Walsh 1998). Dari sudut pandang biologi,

keberadaan gen mayor menawarkan potensi untuk karakterisasi genetik dan

isolasinya. Hal tersebut merupakan suatu informasi berguna yang mendasari proses

biologi yang menurunkan variasi karakter atau sifat. Dari sudut pandang teori,

terdapat beberapa model genetika kuantitatif yang mengasumsikan sejumlah besar

loci yang mempunyai pengaruh sama secara besar (roughly equal effects). Validitas

model tersebut dipercayai menunjukkan keberadaan gen mayor. Model lain dengan

pengamatan unimodal (=sebaran satu kurva) secara kontinyu dari fenotipe sering

mendukung sejumlah besar pengaruh sama secara besar. Hal tersebut dapat dianggap

sebagai asumsi jika pengaruh lingkungan cukup besar berhubungan dengan pengaruh

individu gen manapun. Apabila alel mayor pada frekuensi cukup rendah, pengaruh

segregasi gen mayor dapat benar-benar tidak jelas.

Diterangkan oleh (Lynch & Walsh 1998) bahwa gen mayor dapat pula dideteksi

dengan bentuk analisis statistik paling sederhana yaitu uji normalitas, kemudian

dengan uji yang cukup sederhana, kelompok dari keluarga yang dikenal (known

family) dapat diidentifikasi gen mayor. Lebih lanjut dinyatakan oleh Lynch & Walsh

(1998), gen mayor juga dapat dideteksi dengan metode mixture-models dimana

penyebaran fenotipe diasumsikan, hasil dari campuran terbobot (weighted mixture)

adalah yang mendasari penyebaran (2 kurva). Hasil penyebaran gabungan dari

distribusi normal umumnya menghasilkan penyebaran tidak normal. Penyimpangan

dari distribusi normal diindikasikan terdapatnya gen mayor. Namun kekuatan dari

analisis mixture-models tersebut masih rendah.

Cara lain adalah analisis segregasi yang lebih kompleks yang melibatkan data

fenotipik dan hubungan keluarga yang kompleks (multiple generation) dengan

jumlah ternak banyak (Lynch & Walsh (1998). Metode ini dimaksudkan untuk

memberi kesempatan genotipe setiap individu dalam populasi (keluarga) dengan

menggunakan semua data fenotipe. Kekuatan metode ini rendah apabila pengaruh gen

mayornya kecil. Kekuatan metode segregasi dapat lebih ditingkatkan apabila

digunakan penciri DNA, sehinga posisi gen pada kromosom dapat dideteksi (Lynch

& Walsh 1998).

Penelusuran gen mayor telah berhasil untuk beberapa sifat bernilai penting

diantaranya yaitu gen wol karpet, double muscling pada sapi, gen cekaman (stress)

pada babi, pembentukan punuk pada sapi Limousin, dan sifat resistensi terhadap

penyakit cacing pada domba (Montaldo et al. 1998). Penelusuran gen mayor dapat

dilakukan melalui beberapa keluarga yang merupakan hasil persilangan balik bangsa

ternak dengan latar belakang genotipe berbeda (Raadsma et al. 2002a). Salah satu

pendekatan untuk mencari keberadaan gen mayor untuk sifat tertentu yaitu melalui

analisis segregasi data fenotipe dari keluarga acuan yang tepat (LeRoy & Elsen

1992).

Deteksi QTL

Banyak sifat atau karakter biologi penting diwariskan secara kuantitatif tetapi

pengaruh dari pewarisan kuantitatif tersebut secara keseluruhan tidak dapat dideteksi

secara individu. Hal ini dikarenakan karakter kuantitatif tersebut selama ini hanya

diselesaikan dengan menggunakan prosedur biometrik (Primrose 1995). Selain itu,

sebetulnya banyak persoalan pada genetika kuantitatif dan evolusi yang sulit

diterangkan tanpa melibatkan informasi tentang gen. Identifikasi permasalahan

tersebut dapat dilakukan dengan analisis QTL. Analisis QTL dapat dilakukan dengan

fasilitas keberadaan penciri genetik yang dari waktu ke waktu semakin banyak

macamnya seperti RFLP, mikrosatelit dan lain-lain (Primrose 1995).

Dilaporkan oleh Dekkers (2004), guna tujuan aplikasi dan deteksi QTL, sifat

kuantitatif dapat dikategorikan ke dalam 3 kelompok, yaitu sifat yang perlu

pencatatan rutin, sifat yang sulit untuk dicatat (asupan pakan, kualitas produksi) dan

sifat yang tidak dapat dicatat (ketahan penyakit). Lebih lanjut dinyatakan oleh

Dekkers (2004) setiap kelompok kategori tersebut lebih lanjut dibedakan ke dalam 3

sifat, yaitu data tercatat pada kedua jenis kelamin, sifat terbatas jenis kelamin (sex-

limited) dan sifat yang dicatat pada akhir hidupnya. Kemampuan mendeteksi QTL

tergantung pada ketersediaan data fenotipik dan pengelompokkan pada ke tiga

kategori dan ke tiga sifat yang telah disebutkan. Dicontohkan oleh Dekkers (2004),

yaitu perunutan genom (genome scans) yang memerlukan lebih banyak data fenotipik

dari pada analisis gen kandidat sering digunakan untuk mendeteksi QTL untuk sifat

yang dikategorikan pada pencatatan rutin sedangakn pendekatan gen kandidat lebih

sering digunakan pada identifikasi QTL untuk sifat yang tidak memerlukan pencatana

rutin (dua kategori lainnya).

Prinsip Pemetaan QTL

Seperti diketahui bahwa terdapat keterpautan antara penciri genetik dengan gen

pada locus atau QTL untuk satu sifat kuantitatif tertentu (Van der Werf 2000c;

Dominik 2005a). Guna mencari hubungan tersebut, terdapat persyaratan yang perlu

dipenuhi, yaitu menyusun suatu populasi yang cukup besar dengan rancangan

tertentu, melibatkan sejumlah besar penciri genetik dengan melihat peta keterpautan

atau linkage mapping, menetapkan sifat yang akan dicari QTL nya berdasarkan data

fenotipe yang diamati sebelumnya dan penggunaan analisis QTL. Saat ini analisis

QTL telah dipermudah dengan kemajuan teknologi informasi utamanya

‘bioinformatika’ yang mudah diakses secara elektronik. Disarankan oleh Bovenhuis

et al. (1997), sebelum informasi dari penciri genetik dapat digunakan dalam program

pemuliaan, gen yang mempengaruhi sifat penting perlu dideteksi dan efeknya perlu

diestimasikan.

Pendekatan Studi Pemetaan QTL

Pada studi Primrose (1995) dinyatakan setidaknya terdapat 2 pendekatan untuk

memetakan QTL, pertama metode Edwards et al (1987) yaitu dengan regresi linier,

untuk menguji hubungan antara penampilan sifat kuantitatif dan genotipe pada

marker locus. Apabila terdapat hubungan nyata secara statistik antara penampilan

sifat dan marker locus gene types, hal ini dikatakan bahwa sebuah QTL berlokasi

dekat dengan lokus marker. Metode kedua yaitu dengan interval mapping. Analisis

yang digunakan dalam metode kedua ini yaitu berdasarkan ukuran genom dan jumlah

marker yang dianalisis berdasarkan nilai threshold (nilai ambang) yang ditentukan.

Apabila letak QTL untuk sifat tertentu yang dicari tidak diketahui, maka diperlukan

suatu rancangan dengan merunut seluruh genom atau full genome scan dengan penciri

DNA polimorfik (Raadsma et al. 2002b). Selanjutnya dengan pengetahuan yang lebih

baik tentang QTL, maka pengetahuan untuk mempertahankan keragaman dan

menggunakannya dengan cara yang lebih efisien, efektif dan berkelanjutan sangat

diperlukan (Nicholas 1996).

Saat ini terdapat beberapa metode (misal: metode regresi, Maximum Likelihood

estimation) untuk mendeteksi QTL yang mempengaruhi sifat poligenik seperti

ketahanan penyakit dan pertumbuhan telah diuraikan secara komprehensif (Lynch &

Walsh 1997). Semua metode kecuali analisis segregasi tergantung pada linkage

disequilibrium antara penciri genetik dan loci yang mempengaruhi sifat tertentu

(Crawford et al. 2000). Dasar teori tersebut telah diketahui beberapa tahun terakhir

ini dan sekarang telah banyak penciri genetik hasil pemetaan terbaru dan yang

terakhir tahun 2004 telah dipublikasikan melalui situs

http://rubens.its.unimelb.edu.au/~jillm/jill.htm dan menghasilkan perkembangan

cepat dalam teknik analisis data QTL. Kemajuan cepat tersebut telah memungkinkan

penelitian lebih luas pada struktur pedigree yang digunakan (Crawford et al. (2000).

Dasar metode untuk mendeteksi QTL tersebut dapat digunakan untuk ternak

domestik.

Dinyatakan oleh Crawford et al. (2000) metode terkini yang dipilih ditentukan

oleh beberapa faktor diantaranya ketersediaan sumber dana dan populasi ternak serta

informasi QTL komparatif dari jenis ternak lainnya. Guna keperluan pemetaan QTL

sifat kuantitatif pada ternak domestik, biasanya dilakukan tahapan yang meliputi

pengukuran fenotipe, pembacaan genom atau genome scan melalui genotyping,

kemudian dianalisis dengan perangkat lunak (software) yang tersedia pada internet.

Saat ini banyak perangkat lunak dibuat dan dapat diakses secara gratis melalui

internet. Salah satu diantaranya yaitu dengan menggunakan program QTL Express

melalui fasilitas website http://qtl.cap.ed.ac.uk/ yang didasarkan dengan pendekatan

regresi rentang atau jarak. Secara detail analisis tersebut dijelaskan oleh Haley &

Knott (1992) dan Seaton et al. (2002).

Dalam hubungannya dengan studi pemetaan tersebut di atas, beberapa analisis

terkait akan diperlukan untuk menentukan apakah sifat produksi dipengaruhi oleh gen

mayor. Keberadaan gen mayor dapat diketahui dengan persilangan dua populasi yang

berbeda karakter atau sifat (Lynch & Walsh 1998). Lebih lanjut diterangkan bahwa

pendekatan terkait yang digunakan untuk mendeteksi gen mayor dalam seleksi yaitu

metode seleksi dengan menggunakan populasi ternak silang balik atau disebut select-

and-backcross method. Prosedur sederhananya, yaitu dua populasi berbeda karakter

disilangkan untuk memperoleh F1 dengan karakter terbaik kemudian disilangkan

balik dengan individu dari populasi tetuanya yang mempunyai karakter lebih rendah.

Hal demikian dimaksudkan untuk membuang karakter yang lebih kecil untuk

kemudian memperoleh karakter yang menonjol dengan pengaruh besar atau disebut

gen mayor. Analisis untuk mendeteksi gen mayor atau analisis segregasi

dimaksudkan sebagai dasar dalam analisis berikutnya dalam pemetaan QTL.

Guna keperluan mendeteksi keberadaan QTL, maka diperlukan rancangan

penyusunan ternak penelitian atau populasi ternak yang tepat dan dalam jumlah

banyak (Raadsma et al. 2002a, 2002b; Evans et al. 2003). Populasi tersebut terdiri

dari tiga generasi yaitu kakek-nenek, bapak dan anak. Pembentukan populasi tersebut

dapat berupa half-sib (saudara tiri) atau full-sib (saudara kandung). Populasi tersebut

dipersiapkan dalam bentuk beberapa keluarga acuan atau reference family dimana

satu keluarga terdiri atas kakek (Grandsire), nenek (GrandDam), bapak (Sire) dan

anak atau keturunannya dalam jumlah yang cukup banyak. Dinyatakan oleh Primrose

(1995) bahwa untuk melakukan analisis QTL sebaiknya digunakan populasi

keturunan silang balik (backcross progeny) atau F2 silang dalam atau intercrossing

(F1 x F1). Sementara menurut Seaton et al. (2002) menerangkan bahwa populasi

yang tepat akhir-akhir ini untuk QTL Express adalah populasi persilangan luar half-

sib.

Selain populasi yang cukup, penciri genetik mikrosatelit juga diperlukan dalam

jumlah yang cukup banyak dan diharapkan dapat menunjukkan bahwa sifat

kuantitatif yang diteliti bersegregasi dan diwariskan dari tetua kepada turunannya.

Penggunaan penciri mikrosatelit akhir akhir ini semakin diminati, karena sifatnya

yang sangat polimorfik dan penyebarannya dalam genom cukup merata (Nicholas

1996). Penggunaan mikrosatelit dalam genotyping akan memberikan gambaran ada

tidaknya segregasi dan menetapkan genotipe dari sifat yang dicari. Selanjutnya dapat

dibuat peta keterpautan (linkage map) dari gen dimaksud (misal untuk sifat produksi).

Pemetaan ini dapat dibandingan antara jenis ternak berbeda (misal antara domba dan

sapi), hal ini dikarenakan adanya kesamaan letak peta fisik gen pada kromosom dan

linkage map (Crawford et al. 1995).

Rancangan Hewan Percobaan

Dalam studi pemetaan dan deteksi QTL diperlukan rancangan hewan percobaan

yang tepat. Hal ini sehubungan dengan penggunaan informasi penciri genetik dalam

studi tersebut. Ide dibalik penggunaan informasi penciri genetik untuk memetakan

dan mengkarakterisasi QTL adalah cukup sederhana yaitu menyilangkan dua garis

keturunan silang dalam (two inbred lines). Keterpautan disekuilibrium dibentuk

diantara loci yang berbeda diantara garis keturunan (galur). Keadaan ini membuat

hubungan antara marker loci dan linked segregating QTLs.

Lynch & Walsh (1998) menerangkan pembentukan populasi dalam rancangan

percobaan hewan untuk studi pemetaan QTL. Lebih lanjut disarankan dua rancangan

hewan percobaan untuk studi pemetaan QTL, yaitu populasi F2 dan populasi silang

balik. Populasi progeny F2 diperoleh dengan menyilangkan dua garis tetua (parental:

P1 dan P2), sejumlah besar F1 yang dihasilkan kemudian disilangkan dengan F1

dalam satu saudara. Sementara populasi progeny silang balik (backcross) diperoleh

dengan menyilangkan balik F1 dengan salah satu dari garis tetuanya. Kedua

rancangan hewan percobaan tersebut paling banyak digunakan. Rancangan

pembentukan populasi F2 mempunyai keuntungan melebihi populasi dari rancangan

silang balik, recombinant inbred lines (RILs) maupun doubled haploid lines (DHLs).

Hal ini dikarenakan rancangan F2 akan menghasilkan tiga macam genotipe pada

setiap marker locus. Sementara rancangan silang balik, RILs maupun DHLs akan

menghasilkan dua genotipe pada setiap marker locus nya. Penggunaan populasi F2

ini, lebih banyak digunakan pada tanaman.

Menurut Lynch & Walsh (1998), Bovenhuis et al. (1997) dan Georges (1998)

terdapat dua pendekatan dalam rancangan hewan percobaan untuk identifikasi gen.

Kedua pendekatan tersebut adalah sebagai berikut:

a. Experimental Crosses

Ini dirancang untuk identifikasi gen yang berperan pada perbedaan yang diamati

untuk satu sifat penting antara 2 galur, bangsa bahkan subspesies. Contoh dari strategi

ini yaitu pemetaan gen berdasar pada banyak perbedaan fenotipe yang diamati antara

babi jantan liar (boar) dan babi domestik sebagai hasil dari ribuan tahun domestikasi

(Anderson et al. 1994). Atau suatu usaha untuk memetakan gen yang menerangkan

perbedaan fertilitas pada bangsa babi Cina dan babi Eropa.

Guna pemetaan gen, percobaan silang yang dilakukan adalah dengan

mengawinkan galur (line) dari pihak ayah (parental) yang terseleksi dan berbeda

secara genetis. Hasil individu F1 digunakan untuk menurunkan sejumlah besar F2

bersegregasi atau populasi silang balik (backcross). Banyak metode statistik untuk

mendeteksi QTL pada persilangan tersebut yaitu menggunakan sejumlah penciri

DNA (panel marker) untuk genotyping (menentukan genotipe) dan mengobservasi

fenotipe sifat penting. Cara paling umum yang digunakan yaitu melalui pendekatan

multipoint yang sering disebut sebagai interval mapping. Pendekatan ini

menerangkan dimana posisi suatu hipotesis QTL digerakkan (dipindahkan) melalui

suatu peta penciri yang sudah pasti (fixed marker map). Bukti keberadaan QTL

dihitung untuk setiap posisi dengan menggunakan maximum likelihood method

(Lander & Botstein 1989), multiple regression (Haley & Knott 1992; Martinez &

Curnow 1992; Haley et al. 1994) atau non-parametric rank-based tests (Kruglyak &

Lander 1995).

Keuntungan menggunakan pendekatan persilangan backcross yaitu dapat

memperkirakan bahwa galur berbeda nyata secara fenotipe akan mempunyai alel

QTL sangat berbeda dengan pasti atau mendekati kebenaran. Jika F1 tidak berbeda,

perlu dibuat heterosigot untuk alel QTL yang homosigot secara genetik yang

diharapkan agar menghasilkan pengaruh pengganti alel QTL relatif penting pada

generasi F2 atau backcross. Hal demikian juga berlaku bagi individu F1 yang

dihasilkan dari persilangan antara garis keturunan pihak ayah yang mempunyai

kemiripan tinggi (increased likelihood) dari yang dibuat heterosigot pada penciri loci.

Ini dapat meningkatkan kandungan informasi penciri. Persilangan seperti ini

umumnya dilakukan dibawah kondisi lingkungan terkontrol dengan tepat, sehingga

pengaruh non-genetik dapat dikurangi secara bersamaan .

Kelemahan menggunakan pendekatan crossing, yaitu menghasilkan persilangan

jenis ternak yang sangat mahal dan memakan waktu lama. Terlebih lagi, kebanyakan

program pemuliabiakan dilakukan terus menerus pada jenis ternak dimana variasi

genetiknya terdapat pada galur (line) komersial unggul (elite). Belum diperhitungkan

bahwa loci yang menerangkan perbedaan antar galur (line) yang sangat berbeda

adalah juga andil pada keberadaan variasi didalam galur suatu populasi komersial.

b. Outbred Pedigrees

Outbred pedigrees yaitu populasi keturunan yang berasal dari persilangan luar

(persilangan dari 2 bangsa atau galur) yang bukan satu keluarga. Tujuan

menggunakan keturunan hasil silang luar (outbred pedigrees) yaitu untuk

meningkatkan variasi genetik kemudian dipetakan QTL nya. Pemetaan tersebut

berdasarkan perbedaan genetik yang diamati untuk suatu sifat penting pada populasi

komersial. Populasi ternak unggul pada percobaan ini diarahkan dengan penekanan

terhadap seleksi agar alel yang sudah pasti atau mendekati pasti dengan efek luas

dapat dipetakan dengan cepat.

Penggunaan penciri genetik yang informatif dan heterosigot akan mengurangi

jumlah atau besar populasi outbred dan dapat digunakan dalam genetic

polymorphism. Perbedaan susunan loci QTL dan alel QTL akan bersegregasi pada

keluarga berbeda, dengan demikian akan menambah kompleksitas genetik (perbedaan

locus dan alel) dari fenotipe yang dipelajari pada populasi outbred.

Diterangkan oleh Bovenhuis et al. (1997) bahwa terdapat beberapa perbedaan

diantara rancangan percobaan penelitian untuk deteksi QTL. Perbedaan penting

tersebut yaitu analisis data antara populasi inbred lines dan populasi outbred, yaitu

- Hanya kelompok grandsire akan bersifat heterosigot untuk marker dan untuk QTL

- Grandsire dapat mempunyai perbedaan linkage phase dan pengaruh penciri perlu

dianalisis didalam keluarga

- QTL dapat mempunyai lebih dari 2 alel dan frekuensi alel tidak diketahui

- Linkage phase diantara marker alleles tidak diketahui

Perbedaan dalam rancangan percobaan penelitian mempunyai konsekuensi penting

untuk analisis statistik data dalam hal kekuatan dan ketepatan metodologi.

Bangsa Domba. Domba domestik yang ada saat ini di dunia maupun di

Indonesia berasal dari jenis Ovis aries, yang dipercaya sebagai hasil domestikasi

sejak 9000-11.000 tahun yang lalu di Asia Barat Daya. Dinyatakan oleh Franklin

(1997), domba domestikasi (Ovis aries) dikelompokkan sebagai anggota dari suku

Bovidae dari ordo Artiodactyla. Ordo Artiodactyla adalah salah satu ordo mamalia

yang paling berhasil dibandingkan dari 10 keluarga lainnya. Ovis aries atau domba

domestik yang ada sekarang, dibedakan berdasarkan dari tipe liarnya dan oleh

beberapa penulis dibedakan menjadi 7 jenis (Ryder 1984). Tiga jenis diantaranya

(Ovis canadensi, Ovis niviola, Ovis dalli) belum didomestikasi (Maijala 1997).

Empat jenis lainnya yaitu Ovis amon (argali), Ovis vignei (urial), Ovis orientalis

(Asian mouflon) dan Ovis musimon. Ovis orientalis diperkirakan sebagai nenek

moyang dari semua domba domestik yang ada sekarang. Ovis amon (argali) adalah

domba yang penyebarannya di pegunungan Asia Tengah. Selain itu, uniknya nenek

moyang domba masih dapat ditemui dalam kehidupan liarnya dan dalam jumlah yang

banyak (Subandriyo 2003).

Domestikasi domba selama lebih dari 10.000 tahun yang lalu telah

menghasilkan peningkatan ukuran badan dan penurunan ukuran tanduk serta

perubahan dari berbulu rontok (hairy moulting fleece) sampai berbulu wool putih

(Ryder 1983). Crawford et al. (1995) menyatakan banyak bangsa domba yang

tersebar didunia ini merupakan bangsa lokal dan galur yang telah berkembang baik

pada sistem produksinya. Lebih jauh diutarakan bahwa perbaikan genetik telah terjadi

lebih dari 50 tahun dari aplikasi genetika kuantitatif dalam pemuliaan.

Sifat genetik. Sebagai salah satu syarat dalam pemetaan QTL adalah

pembentukan suatu populasi dari dua galur atau bangsa domba yang mempunyai sifat

genetik berbeda (Primrose 1995; Raadsma et al. 2002a). Persilangan dua sifat genetik

berbeda dimaksudkan agar terbentuk suatu keturunan (progeny) populasi heterosigot

atau dalam genotyping akan terbentuk sebaran banyak alel dalam pedigree.

Dua galur domba yang digunakan sebagai asal-usul penurunan populasi domba

silang balik (backcross) atau keturunan F2. Dua galur tersebut yaitu domba lokal ekor

tipis Indonesia (Indonesian Thin Tail=ITT) sebagai domba tropis dan tipe domba

kecil, dan domba Merino yang berasal dari daerah bersuhu dingin, dianggap sebagai

tipe domba besar. Perbedaan sifat genetik dari dua galur yang kontras ini juga

dipersyaratkan untuk analisis keberadaan gen mayor suatu sifat penting (Lynch &

Walsh 1998). Beberapa karakteristik penampilan yang berbeda dari domba ekor tipis

Indonesia dan domba Merino untuk analisis pemetaan QTL sifat pertumbuhan dalam

penelitian ini, ditampilkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Tampilan fenotipik domba ekor tipis Indonesia dan domba Merino

Tampilan Fenotipik Ekor tipis Indonesia (ITT) Merino

Tipe Domba kecil (Subandriyo 2003) Domba besar (Maijala 1997)

Berat lahir B: 1,7kg J: 1,8 (Tiesnamurti et al. 1985)

B: 3,45kg J: 3,72kg (Putu 1981)

Berat dewasa B: 23-46kg (Dwiyanto 1982): 22-55kg

(Mulliadi 1996) J: 20-29kg (Diwyanto 1982; Mulliadi 1996)

B: 52kg J: 83kg (Piper & Ruvinsky 1997)

Kualitas wol Kasar, nilai ekonomi rendah (Sabrani et al. 1982; Subandriyo et al. 1996, Subandriyo

2003; Tiesnamurti et al. 1998)

Halus, nilai ekonomi tinggi (Dolling & Jefferies 1991; Maijala 1997)

Ekor Sedang (Mason 1980; Mulliadi 1996) Panjang

Telinga Bervariasi: pendek, sedang, normal (Subandriyo 2003) Panjang

Pertumbuhan 20-40g/hari, pemeliharaan tradisional (Chaniago et al. 1982; Thomas et al. 1982) 195g/hari (Putu 1981)

Umur dewasa 6-12 bulan (Zulbardi 1977; Obst et al. 1980; Sitorus et al. 1985)

24 bulan (Piper & Bindon 1996)

Jumlah anak per kelahiran

1,8 kelahiran pertama (Bradford & Inounu 1996); 2,2 kelahiran ke tiga (Sitorus et al.

1985); 2,2 (Setiadi et al. 1995)

1-3 rata-2 pada setiap kelahiran (SASBA 2001)

Berat potong (2-3th) 45-50kg (Bradford & Inounu, 1996) 62-70kg (Austin 1950)

% Karkas 35% 55-60% (Austin 1950)

Penciri DNA

Semenjak era Mendel sampai tahun 1980 an, para ahli genetika hanya

mendapatkan penciri genetik locus tunggal berupa tampilan fenotipe (Crawford et al.

2000). Penciri tersebut diantaranya seperti warna mata pada Drosophila atau

polimorfisme protein seperti dalam penggolongan darah. Lebih lanjut dijelaskan oleh

Crawford et al. (2000), penggunaan penciri tersebut pada beberapa peta keterpautan

genetik secara rinci telah dikembangkan pada model jenis seperti mencit dan

Drosophila. Namun demikian terdapat beberapa keterbatasan untuk penyusunan peta

keterpautan pada persilangan jenis hewan domestik. Kehadiran teknologi DNA

rekombinan, terutama teknik polymerase chain reaction (PCR) telah mengubah

secara mendadak hambatan dalam penyediaan penciri DNA. Dengan demikian seperti

sekarang ini dapat dilihat banyak proyek pemetaan keterpautan untuk jenis ternak

apapun dapat direncanakan dan diimplementasikan. Selama lebih dari satu dasa warsa

terakhir ini, terdapat sejumlah penciri DNA yang secara rinci telah dideskripsikan

dalam hubungannya dengan pencarian QTL, peta keterpautan perbandingan

(comparative linkage mapping) dan pengukuran keragaman genetik. Secara garis

besar penciri DNA ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Multilocus marker dan

single locus marker (Crawford et al. 2000). Termasuk dalam multilocus markers

yaitu minisatelit atau variable number tandem reapeat (VNTR), randem amplified

polymorphic DNA fragment (RAPD) dan amplified fragment length polymorphisms

(AFLP). Sedangkan yang termasuk single locus markers adalah restriction fragment

length polymorphisms (RFLPs), Mikrosatelit dan single nucleotide polymorphisms

(SNPs). Masing-masing penciri DNA tersebut diuraikan secara jelas seperti di bawah

ini.

Minisatelit. Dikemukakan oleh Crawford et al. (2000), minisatelit merupakan

penciri DNA dengan banyak alel. Ditemukan oleh Jeffreys et al. (1985), minisatelit

ini merupakan penciri DNA pertama pada manusia yang cukup informatif untuk

mengemukakan genotipe unik pada setiap individu. Berdasarkan pola runutan

basanya, minisatelit ini dikelompokan sebagai molekul DNA yang bukan gen dan

menyebar disemua kromosom (Muladno 2002). Berdasarkan ukuran besar

pengulangan unit tandem atau pasangan, minisatelit mempunyai tipe pengulangan

unit tandem antara 10 sampai 100 basa (Nicholas 1996). Minisatelit ini menyebar

lebih meluas pada genom dari pada satellite DNA (pengulangan unit tandem antara 5

sampai 500 pasang basa), Nicholas (1996). Penyebaran minisatelit cenderung

terkonsentrasi pada daerah tertentu seperti pada telomere (Nicholas 1996; Crawford

et al. 2000) dan pada tempat yang tidak umum yaitu daerah yang banyak terjadi

frekuensi rekombinasi, daerah rekombinasi tersebut dikenal hotspots (Nicholas 1996).

Lebih lanjut ditambahkan oleh Nicholas (1996), minisatelit DNA sebetulnya berperan

pada awal rekombinasi. Beberapa single locus minisatellite sangat informatif telah

diidentifikasi pada hewan ternak (Georges et al. 1990) dan dikatakan sangat

bermanfaat karena letaknya hanya pada daerah telomere (Crawford et al. 2000).

Dilaporkan oleh Cockett et al. (1994), single locus minisatellite adalah penciri DNA

pertama yang berasosiasi dengan gen Callipyge domba.

Variable Number Tandem Repeat (VNTR). VNTR adalah daerah (region)

pada genom manusia dengan tipe sekuens DNA yang sangat bervariasi dan terletak

terpisah-pisah (Van der Werf 2000b). Sebelumnya Nicholas (1996) menerangkan

pada VNTR terdapat keragaman atau variasi jumlah unit tandem pada satu tempat

dari satu kromosom yang berbeda dengan satu tempat dari kromosom homolognya

pada jenis hewan ternak yang sama. Misal, pada satu tempat dari satu kromosom

terdapat 24 kopi tandem dan pada homolog kromosomnya dari hewan yang sama

hanya terdapat 21 kopi tandem. Pengulangan tandem adalah banyak kopi dari sekuens

pasang basa yang tersusun pada tampilan kepala sampai ekor (Van der Werf 2000b).

Misal, Pengulangan tandem yang sering didapatkan adalah CA, dan satu untai terdiri

atas tipe ulangan tersebut yang dibaca CACACA.., dinotasikan sebagai (CA)n.

Sedangkan untai lain akan dibaca GTGTGT,…. Dalam contoh tersebut jumlah

pengulangan berpasangan adalah dua, namun dapat terjadi lebih dari dua. Bila jumlah

pengulangan berpasangan kurang dari empat, VNTRs disebut microsatellite dan jika

pengulangan lebih panjang disebut minisatellite.

Random Amplified Polymorphic DNA Fragment (RAPD). RAPD adalah

penciri pertama yang didasarkan pada PCR untuk dapat digunakan (Williams et al.

1990). Primer berukuran kecil (8-10 basa) digunakan untuk mengamplifikasi satu

potongan acak DNA suatu genom. Ukuran primer telah disusun sedemikian sehingga

kira-kira 20 pita (bands) diamplifikasi oleh setiap reaksi PCR. Beberapa pita dapat

jadi polimorpik dan dapat digunakan sebagai penciri genetik. Penciri ini dapat

bermanfaat besar untuk menjadi sangat mudah dihasilkan dan memerlukan hanya

sedikit jumlah DNA. Oleh karena itu banyak peta keterpautan, terutama pada

tanaman menggunakan penciri RAPD. Dikarenakan individu heterosigot dan

homosigot tidak dapat dibedakan, maka penciri ini dominan. Penampakan atau tidak

nampaknya pita adalah hal yang sangat sensitif terhadap perubahan kecil pada kondisi

PCR. Oleh karena itu penciri RAPD tidak mudah untuk diproduksi kembali (lower

reproducibility), sehingga sangat tidak menguntungkan dari penciri RAPD adalah

peta baru harus diturunkan kembali untuk setiap turunan (pedigree) baru yang akan

diuji karena tidak adanya spesifisitas locus pada primer yang digunakan. Pita yang

diturunkan dari primer tertentu pada satu pedigree mungkin tidak mendukung

hubungan apapun terhadap pita yang diturunkan dari primer yang sama pada pedigree

kedua.

Amplified Fragment Length Polymorphisms (AFLP). AFLP merupakan

penciri multi locus dan telah digunakan dalam studi biodiversitas (Vos et al. 1995).

Tidak seperti pada penciri RAPD, penciri AFLP diperoleh pada potongan (fragment)

yang diamplifikasi dengan menggunakan primer PCR terseleksi. Diterangkan oleh

Crawford et al. (2000), DNA genom dipotong dengan enzim restriksi endonuclease

dan penghubung (linkers) diligasi (direkatkan) pada setiap ujung potongan. Primer

PCR terseleksi digunakan untuk mengamplifikasi sejumlah potongan dari campuran

potongan restriksi genom. Primer selektif pada PCR tersebut terdiri atas penghubung

yang ditambahkan pada potongan restriksi akhir dan penambahan basa pada akhir tiga

prime (3’) dari primer, dengan demikian memberikan tambahan spesifisitas.

Potongan yang teramplifikasi kemudian dipisahkan menurut ukurannya. Pita-pita

yang terbentuk terdapat pada beberapa individu tetapi tidak ada pada yang lain. Pita

tersebut dapat digunakan sebagai penciri genetik. Penciri AFLP ini mempunyai

keuntungan sama seperti RAPD, yaitu dengan mudah diturunkan tetapi penciri

tersebut kurang memberi kepastian pada kondisi PCR yang sama untuk memperoleh

produk amplifikasi yang diinginkan. Lebih lanjut disarankan oleh Crawford et al.

(2000), untuk memperoleh susunan baru penciri, perubahan kecil pada basa prime

tiga (3’) primer amplifikasi adalah semuanya diperlukan. Dengan demikian teknologi

ini dapat menghasilkan penciri genetik baru secara tak terbatas.

Restriction Fragment Length Polymorphisms (RFLPs). Penciri DNA ini telah

berkembang lebih dulu dari perkembangan metode PCR. Penciri RFLP mendeteksi

ada tidaknya satu tempat pemotongan atau restriction site. Penciri RFLP adalah

codominant (Crawford et al. 2000). Metode RFLP menggunakan enzim pemotong

atau endonuclease pada DNA genom, pemisahan berdasarkan ukurannya

diekspresikan dengan gel elektroporesis, pendeteksian dan analisis sekuen DNA

dengan Southern blotting (Nicholas 1996; Crawford et al. 2000). Perbedaan pola pita

pada hewan disebut sebagai RFLP. Dikatakan polymorphism, karena ada perbedaan

ukuran pita lebih dari satu akibat pemotongan enzim restriksi sehingga menghasilkan

panjang fragmen DNA yang berbeda (Nicholas 1996).

Mikrosatelit. Penciri mikrosatelit, diambil dari pengertian suatu unit ulangan

terkecil 1 sampai sekitar 5 basa, misalnya basa T, AC, GGC, ATTT, ACCGG

(Nicholas 1996). Beberapa penulis memasukan Short Tandem Repeats (STRs) ke

dalam kelas Mikrosatelit. Van der Werf (2000b) menyebutkan bahwa Mikrosatelit

adalah daerah DNA dengan jumlah pengulangan tandem pendek yang bervariasi

diapit oleh suatu sekuens unik. Mikrosatelit diketahui dapat membuat penciri genetik

baik karena setiap mikrosatelit mempunyai banyak alel berbeda. Alel adalah bentuk

alternatif gen (Hartl & Clark 1997, Zaid et al. 2001), didefinisikan sebagai jumlah

pengulangan bentuk berbeda dari gen yang terletak pada lokasi yang sama. Dengan

banyak alel, maka kebanyakan individu adalah heterosigot. Hal ini memberikan

informasi yang kuat terhadap hubungan antara penciri alel dan penampilan (fenotipe)

pada anak keturunannya (progeny) yang mewarisi a favourable linked QTL allele.

Penciri mikrosatelit bersifat sangat polimorfik atau hyperpolymorphic dan

sangat informatif. Oleh karenanya, penciri mikrosatelit sering digunakan dalam

pemetaan pautan gen pada organisme yang berbeda. Dengan sifat polimorfik yang

tinggi, memungkinkan individu-individu akan menjadi heterosigot dan oleh

karenanya akan lebih mudah dalam menelusuri pewarisan sifat dalam satu keluarga.

Sifat polimorfik yang tinggi ini terletak diberbagai lokasi disepanjang genom,

sehingga mikrosatelit merupakan sumber data yang ideal untuk determinasi jarak

genetik (Nicholas 1996). Seperti pada minisatelit, mikrosatelit adalah multi allelic

tandem reapeats. Namun mikrosatelit dikelompokkan sebagai single locus,

codominant, menyebar sepanjang genom, diperlukan sedikit sebagai cetakan DNA

(template DNA) dan relatif mudah untuk didapat dan dikarakterisasi (Crawford et al.

2000). Lebih lanjut dikatakan bahwa sebenarnya semua mikrosatelit yang didapatkan

untuk hewan ternak umumnya mempunyai sekuen AC/GT sebagai unit pengulangan.

Hal ini dikarenakan pasangan basa tersebut terdapat berlimpah pada genom ternak

dan oleh karenanya mudah mendapatkannya.

Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs). SNPs didasarkan adanya

polimorfisme atau perubahan pada satu pasang basa tunggal (Crawford et al. 2000;

Van der Werf 2000b). Lebih lanjut dijelaskan bahwa SNP adalah satu posisi yang

mana dua basa secara bergantian (alternate) berubah atau berganti pada frekuensi

cukup besar (Van der Werf 2000b). Kejadian perubahan pada satu nukleotida ini

sangat jarang, namun diperkirakan satu SNP setidaknya terjadi kira-kira sekali setiap

satu kilo basa (1.000 basa) dari runutan DNA unik pada manusia (Cooper et al. 1985)

dan dapat lebih dari sekali dalam seribu pasang basa (Zaid et al. 2001). Pada hewan

ternak, kejadiannya mirip, setidaknya dua sampai tiga juta SNPs masih dapat

diidentifikasi dan dikarakterisasi pada banyak jenis hewan ternak (Crawford et al.

2000).

Penciri genetik SNPs ini dihasilkan dari keragaman sekuen atau runutan basa

pada posisi tertentu didalam sekuen DNA. SNPs umumnya hasil dari perubahan

transisi (misal: basa A untuk G, T untuk C) tetapi juga transversi (G atau A untuk T

atau C) dan dilesi basa tunggal (Zaid et al. 2001). SNPs dapat dideteksi dengan

banyak metode. Begitu SNPs dapat dideteksi dan dikarakterisasi, sejumlah tipe SNPs

dapat diketahui. Van der Werf (2000b) menyebutkan dengan tersedianya teknologi

baru DNA chips, SNPs dapat digunakan untuk jumlah skala skrining besar dari

sejumlah besar sampel pada waktu yang sangat singkat. Perkembangan terkahir DNA

chips dapat memuat sample DNA yang lebih banyak (Chee et al. 1996) dan dapat

mempercepat proses analisis bahkan untuk tujuan yang lebih jauh. Sejauh ini SNPs

menunjukkan sumber variasi genetik terkaya yang tersedia untuk tujuan penelitian.

Linkage Mapping

Beberapa penelitian telah mengindikasikan bahwa pemanfaatan penciri genetik

yang berhubungan dengan gen-gen yang terkait dengan sifat kuantitatif ternyata dapat

meningkatkan respon seleksi dari program pemuliaan. Hal ini terutama terjadi pada

sifat kuantitatif yang sulit untuk dikembangkan apabila hanya menggunakan metode

seleksi tradisional (Smith & Simpson 1986; Stam 1986; Kashi et al. 1990;

Meuwissen & van Arendonk 1992; Van der Beek & van Arendonk 1996; Meuwissen

& Goddard 1996). Dikatakan oleh Kim and Park (2001) bahwa penciri pada peta

genetik digunakan untuk identifikasi pola penurunan sifat dari linked segments genom

pada populasi silsilah terstruktur. Hubungan nyata marker alleles dengan fenotipe

sifat penting (interest phenotypes) menunjukan hubungan penciri pada sebuah QTL.

Disarankan oleh Lander & Botstein (1989) bahwa tahap pertama yang perlu

dilakukan untuk mengetahui sifat genetik yang komplek, yaitu perlu memanfaatkan

keragaman genetik yang luas pada domba domestik (Ovis aries) dengan melihat peta

keterpautan genetik (genetic linkage map). Peta keterpautan genetik tersebut berupa

penciri genetik yang menutup sebagian besar genom domba atau pada kromosom.

Disebutkan oleh Van der Werf (2000a) dan Dominik (2005a), penyebaran penciri

genetik pada peta fisik tersebut diistilahkan sebagai landmark atau petunjuk. Hal ini

karena landmark tersebut dapat digunakan sebagai petunjuk bahwa penciri genetik

tersebut berdekatan atau berasosiasi dengan QTL dimana gen yang mengkode sifat

tertentu berdomisili atau terletak.

Saat ini perkembangan peta genetik domba semakin lengkap dari waktu ke

waktu yang diawali tahun 1994 dengan hanya ditemukan 17 penciri genetik (Broad et

al. 1997). Kemudian disusul berturut-turut tahun 1995 dengan 246 penciri genetik

(Crawford et al. 1995), ditingkatkan kelengkapannya menjadi 519 penciri genetik (de

Gortari et al. 1998) selanjutnya Maddox et al. (2001) memperluas perkembangannya

dan ditetapkannya 1.062 loci yang berasosiasi dengan penciri genetik. Peta genom

domba dari Maddox et al. (2001) dan perkembangannya dapat diakses melalui situs:

http://rubens.its.unimelb.edu.au/~jillm/jill.htm.

Analisis QTL

Menurut Lynch & Walsh (1998), estimasi dan deteksi QTL dapat dilakukan

dengan metode Maximun Likelihood (ML) dan Linear Models, namun pada

kepustakaan pemetaan QTL lebih popular menggunakan metode ML. Linear models

hanya menggunakan fasilitas penciri genetik (marker means) sementara metode ML

memanfaatkan seluruh informasi dari penyebaran marker-traits, dengan demikian

metode ML diakui lebih kuat (powerful). Lebih lanjut dikemukakan bahwa metode

ML menggunakan fasilitas komputer lebih intensif, memerlukan program yang lebih

khusus untuk memecahkan masalah likelihood equations. Sementara linear models

dapat dilakukan hampir dengan semua paket statistik biasa. Pada metode ML dikenal

dengan regresi Haley-Knott untuk memperkirakan ML interval mapping. Satu

persoalan dengan banyak estimator ML berarti lebih tergantung dengan banyak

penghitungan. Dibandingkan dengan yang lain, metode ML membatasi daya aplikasi

atau pemanfaatan resampling methods yang memerlukan ribuan estimasi ML yang

dihitung per eksperimen. Dengan adanya prosedur regresi sederhana (Haley-Knott

regression), ini memberikan estimasi (approximation) yang kuat dari peta likelihood

untuk ML interval mapping (Haley & Knott 1992; Martinez & Curnow 1992).

Prosedur tersebut memberikan kemudahan pada persoalan besar, dengan demikian

regresi dapat dihitung dengan mudah. Pemikiran Haley & Knott (1992) adalah untuk

mengekspresikan koefisien regresi sebagai satu fungsi parameter QTL yang telah

diketahui.

Segregasi Gen. Untuk mengetahui adanya pemisahan gen dapat dilakukan

dengan cara menguji satu panel penciri genetik dengan sifat kuantitatif penting

(Primrose 1995). Analisis segregasi (tanpa penciri genetik) dimaksudkan untuk

mengetahui penyebaran fenotipe hewan, diuji untuk ketepatan terhadap konsistensi

penyebaran yang diharapkan dengan penyebaran populasi dimana gen mayor atau

major gene bersegregasi (ACIAR report 2001). Pada analisis segregasi tersebut,

ukuran kuantitatif fenotipe dibuat dalam suatu kurva. Apabila ukuran kuantitatif

fenotipe tersebut menunjukkan kurva bimodal pada generasi ke tiga (backcross), ini

suatu indikasi adanya gen mayor. Selanjutnya diuji secara statistik dengan Maximum

likelihood test. Apabila kurva menunjukkan tumpang tindih (overlap), maka ekspresi

fenotipe tidak mampu menunjukkan keberadaan gen mayor dan berarti ukuran

fenotipe tersebut bukan pengaruh faktor genetic (ACIAR report 2001).

Segregasi gen mayor dapat dikonfirmasi melalui analisis keterpautan dengan

menggunakan polymorphic markers yang terletak mendekati gen mayor. Dalam hal

lokasi gen mayor tidak diketahui, maka sejumlah besar polymorphic markers yang

menutup seluruh genom perlu digunakan. Oleh karenanya perlu dilakukan genotyping

dengan suatu panel polymorphic markers. Genotyping dimaksudkan untuk

mengetahui adanya alel pada progeny dari tetuanya dengan uji penciri DNA

microsatellite markers. Menurut Kinghorn (2000a), hasil uji DNA ini dengan

informasi kuantitatif dapat digunakan untuk analisis segregasi dan mempunyai

kekuatan yang maximal. Analisis segregasi tanpa melibatkan sejumlah penciri

genetik dianggap kurang kuat atau less powerful.

Analisis Keterpautan (Linkage Analysis). Analisis keterpautan genetik

dimaksudkan untuk memetakan lokus atau memperoleh satu lokasi kromosom dari

suatu sifat kuantitatif. Prinsip dasar dalam memetakan lokus dari sifat-sifat kuantitatif

yaitu rekombinasi kromosom (Primrose 1995). Dinyatakan lebih lanjut bahwa untuk

identifikasi sifat atau gen tertentu, para ahli genetika telah menciptakan gen penciri

(marker gene), sehingga gen dengan mudah dapat diidentifikasi. Secara genetik, gen

penciri ini diteliti keterpautannya dengan gen pembawa sifat yang dicari. Adanya

keterpautan dapat diuji dengan melakukan perkawinan silang balik (backcross)

seekor hewan heterosigot ganda dengan hewan homosigot resesif untuk kedua pasang

gen (Pallawarukka 1999). Dinyatakan jika ratio rekombinasi (crossing over) kurang

dari 50%, maka disimpulkan bahwa terdapat gen terpaut (Noor 1996). Crossing over

atau pindah silang terjadi antara kromatid yang bukan pasangannya dari kromosom

homolog. Kejadian ini berlangsung pada pembelahan meiosis dan tepatnya pada

profase dan metafase (Noor 1996).

Seperti yang disarikan oleh Georges (1998), pendekatan yang sangat populer

dalam analisis keterpautan genetik yaitu terdiri atas pemetaan gen yang bertanggung

jawab untuk suatu sifat tertentu pada lokasi genetik, kemudian diikuti dengan

potitional cloning dari gen yang bertanggung jawab pada lokasi map yang diketahui.

Dalam prakteknya, analisis keterpautan dilakukan dengan menilai semua genotipe

secara bebas oleh dua penilai dan genotipe dicek untuk konsistensinya dengan catatan

pedigree (Crawford et al. 1995).

Studi Pemetaan QTL Sifat Produksi Domba

Hal terpenting dalam studi analisis QTL yaitu terdeteksinya gen mayor pada

daerah QTL. Beberapa studi sebelumnya telah melaporkan teridentifikasinya

sejumlah gen mayor dengan pengaruh besar yang terletak pada QTL untuk

karakteristik karkas pada domba. Pada studi QTL tersebut telah dilaporkan beberapa

gen yang berpengaruh pada sifat produksi domba, secara rinci hasil studi tersebut

ditampilkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Studi gen mayor dan QTL sifat produksi pada domba

No.

Bangsa Gen/Penciri Pengaruh Peneliti

1 Dorset Callipyge Peningkatan hind quarter, tanpa lemak, prod karkas tinggi

Cocket et al. 1996

2 Australian Poll Dorset

REM*/Carwell Linked to Callipyge

11% peningkatan daging sekitar tulang belakang

Banks 1997

3 British Texel Gen belum diketahui, tetapi diketahui penciri genetik

Kedalaman lemak dan otot sekitar tulang belakang

Walling et al. 2001

4 Australian Texel, Belgium Texel, NZ Texel

Gen belum diketahui Kedalaman lemak dan perkembangan otot

Marshall et al. 1999; Marq et al. 1998; Broad et al. 2000

5 Merino x Awassi Gen belum diketahui Penimbunan lemak punggung

Cavanagh et al. 2002

6 Suffolk x Texel Gen dekat Callipyge & Carwell

Pertumbuhan dan Karkas

Walling et al. 2004

* REM (Rib Eye Muscle)= otot mata rusuk

Aplikasi Teknologi Penciri Genetik

Linked dan Direct Marker

Teknologi penciri genetik (genetic marker) seperti marker-assisted selection

(MAS), identifikasi asal-usul dan gene introgression (penyusupan gen sedikit demi

sedikit) dapat diaplikasikan pada program pemuliaan ternak. Peta genetik yang sangat

padat sekarang sudah tersedia pada sapi, babi dan domba (Davis & DeNise, 1998).

Peta genetik ini dapat menyediakan kerangka genetik untuk pengembangan program

MAS pada penelusuran sifat bernilai ekonomi tinggi, penelusuran sifat resistensi

penyakit atau sifat genetik lainnya. Dinyatakan oleh Davis & DeNise (1998) bahwa

terdapat 3 tahapan untuk mengkomersialisasikan teknologi penciri genetik, yaitu

tahap deteksi, tahap evaluasi dan tahap implementasi. Tahap deteksi, yaitu QTL

dilokasikan dan pengaruhnya pada fenotipe diukur. Tahap evaluasi, yaitu penciri

dievaluasi pada populasi yang bernilai ekonomi tinggi. Tahap implementasi, yaitu

penciri dikombinasikan dengan fenotipe dan informasi pedigree pada evaluasi genetik

untuk prediksi sifat unggul genetik (genetic merit) dari individu di dalam populasi.

Pada studi pemetaan dikenal adanya tipe penciri, yaitu direct marker dan linked

marker. Direct marker merupakan penciri langsung dimana suatu analisis keterpautan

(linkage analysis) dapat dilakukan dan laju rekombinasi nol (a zero recombination

rate) didapatkan diantara penciri dan QTL atau dimana runutan data telah

menetapkan lokasi tepat dari perubahan genetik pada sejumlah individu. Penciri lain

adalah linked markers dapat digunakan di dalam keluarga yang mensegregasikan

penciri dan alel QTL setelah diketahui penetapan hubungan tingkat (phase

relationships). Sementara direct markers dapat digunakan lintas keluarga (across

families) sesudah prediksi dari pengaruh sebuah alel untuk latar belakang genetik

tertentu (a given genetic background). Kedua penciri tersebut (linked dan direct

markers) dapat digunakan pada program MAS yang menggabungkan pedigree lain

dan informasi fenotipik untuk evaluasi genetik hewan.

Kinghorn (2000b) memaparkan petunjuk pemanfaatan tipe penciri yang

berbeda (Tabel 3). Petunjuk pada Tabel 3 tersebut, sifatnya hanya mendekati

kebenaran, dimaksudkan hanya untuk membantu orientasi para peneliti. Persentase

yang disebutkan tidak dapat diandalkan namun tergantung dari rentang faktor seperti

kedekatan keterpautan, frequensi alel dan jumlah informasi pedigree. Petunjuk

tersebut bermanfaat untuk memprediksi mendekati tujuan. Nilai yang lebih tinggi

pada rentang persentase (40-70%) untuk linked markers berhubungan dengan

populasi dan mempunyai informasi penciri dan sifat yang tercatat pada seluruh

generasi.

Tabel 3. Daftar petunjuk penggunaan penggunaan tipe penciri*

Tipe Penciri Cara

Pemakaian Nilai patokan pada QTL Nilai

patokan pd target

Nilai jaminan

Linked marker

Penciri tunggal dekat QTL

90% untuk prediksi penyebab variasi QTL diwariskan dari sire heterosigot 50-80% untuk rata-2 ternak berstatus tepat QTL

40-70% Menengah sampai tinggi untuk banyak penciri dan QTL

Linked marker

Penciri dekat mengapit QTL, jumlah cukup untuk memberi informasi bagus

98% untuk prediksi penyebab variasi QTL diwariskan dari sire heterosigot 70-90% untuk rata-2 ternak berstatus tepat QTL

60-75% Menengah sampai tinggi untuk banyak penciri

Direct marker

Uji DNA langsung

97-99%* 80% Rendah

Functional marker

Uji DNA langsung

99-100% 82% Rendah

Functional marker tepat untuk QTL

Uji DNA langsung

100% 83% Rendah

Functional marker tepat untuk QTL

Uji DNA langsung dan monitoring sifat pada target bangsa dan linkungan

100% 100% Rendah

* Diadaptasi dari Kinghorn (2000b)

Sementara itu, dilaporkan beberapa studi QTL terdeteksi dengan dua tipe

penciri (indirect dan direct) pada berbagai ternak domestik untuk sifat berbeda yang

diteliti (Tabel 4). Penciri yang digunakan pada studi tersebut dapat diperoleh dari

publikasi peta keterpautan atau linkage map untuk jenis ternak domestik, misal Sapi

(Barendse et al. 1997; Kappes et al. 1997), Babi (Roher et al. 1994) dan Domba

(Crawford et al., 1994). Peta tersebut menyediakan sumber penciri genetik yang

dapat digunakan pada tahap deteksi skema MAS dan menyediakan alat yang kuat

untuk peta perbandingan (comparative mapping) dan seleksi posisi gen kandidat

(positional candidate genes) pada lokasi dimana QTL bersegregasi.

Tabel 4. QTL terdeteksi pada populasi ternak*

Jenis/Bangsa Ternak

Karakter/Sifat Tipe Marker Pustaka

Sapi Potong Sapi Perah

Berat lahir Perkembangan Tanduk Pertumbuhan prasapih, Lemak, daging lingkar rusuk (rib eye area) Otot besar (muscle hypertrophy) Penyakit Pompe Produksi susu dan komponen susu Produksi keju Weaver syndrome BLAD

Linked markers Linked markers Linked markers Direct markers Direct markers Linked markers Linked markers Linked markers Direct markers

Rocha et al. 1992 Georges et at. 1993b Beever et al. 1990 Grobet et al. 1997 Reichmann et al. 1994 Cowan et al. 1990; Hoeschele & Meinert 1990; Bovenhuis et al. 1992; Georges et al. 1995 Graham et al. 1984 Georges et al. 1993a Shuster et al. (1992); Kehrli et al. (1994)

Babi Fertilitas Pertumbuhan (lahir-30kg), rata-rata kedalaman lemak punggung, % lemak perut PSS

Linked markers Linked markers Direct markers

Rothschild et al. (1996) Andersson et al. (1994) Fujii et al. (1991)

Domba Fekunditas Muscle hypertrophy

Linked markers Linked markers

Montgomery et al. (1993) Cockett et al. (1994)

Chicken Pertumbuhan dan efisiensi pakan

Linked markers Van Kaam et al. (1999)

* Dari berbagai Journal PSS= Porcine Stress Syndrome BLAD= Bovine Leukocyte Adhesion Deficiency

Peta keterpautan juga dapat digunakan untuk membantu mendeterminasi gen

yang bertanggung jawab dan membantu dalam pengembangan direct markers. Linked

markers untuk banyak jenis ternak diharapkan akan segera tersedia, dengan demikian

akan mempercepat perkembangan teknologi untuk penggabungan informasi penciri

pada sistem evaluasi genetic (Davis & DeNise 1998).

Marker-Assisted Selection (MAS)

Salah satu keuntungan dari peta genetik yaitu dapat digunakan untuk

mengidentifikasi penciri DNA yang terpaut (linked) dengan QTL (Nicholas 1996).

Lebih lanjut dinyatakan oleh Nicholas (1996), jika kandidat QTL dapat di genotip

untuk setiap penciri DNA yang terkait (linked marker), maka genotip tersebut dapat

digunakan sebagai petunjuk terhadap nilai pemuliaan yang benar dari setiap kandidat

QTL atau gen untuk suatu sifat. Penggunaan penciri demikian dalam program

perbaikan genetik, diistilahkan sebagai marker-assisted selection (MAS).

Pemikiran dibalik penggunaan MAS, yaitu terdapat gen dengan pengaruh nyata

yang menjadi sasaran atau target secara spesifik dalam seleksi (Van der Werf 2000d).

Dalam kemajuan di bidang biologi molekuler, dimungkinkan untuk mengidentifikasi

QTL lebih tepat. Apabila penciri genetik terpaut dengan QTL teridentifikasi, penciri

DNA tersebut dapat digunakan dalam program pemuliaan. Penciri yang digunakan

pada program MAS umumnya terpaut (linked) dengan QTL, dengan demikian

rekombinasi diantara penciri dan QTL akan terjadi sebagai fungsi dari jarak diantara

mereka (penciri dan QTL).

Aplikasi MAS akan lebih tepat digunakan pada industri pemuliaan ternak

(Dekkers 2004). Meskipun kesempatan menggunakan informasi molekuler sekarang

dimungkinkan namun keberhasilan implementasinya memerlukan strategi terpadu

yang komprehensif, biasanya hanya mungkin dilakukan dan memberikan keuntungan

apabila dilakukan pada tingkat peternakan industri. Namun demikian, penggunaan

MAS adalah suatu harapan yang optimistik untuk skala usaha peternakan besar.

Aplikasi Studi QTL pada Kemajuan Pemuliaan

Adanya introduksi pengujian sampai taraf DNA, banyak peneliti maupun para

pemulia (breeders) sekarang mempunyai alasan untuk berharap pada perkembangan

pengujian dalam pendeteksian QTL. Quantitative trait loci (QTL) dapat disebut

sebagai penciri genetik yang berasosiasi sangat kuat dengan karakteristik yang

diinginkan pada ternak penting secara ekonomi (ImmGen 2003). Dicontohkan sifat

atau karakteristik yang diinginkan yaitu produksi susu, kepadatan wol, fat marbling,

keempukan daging, produksi karkas, konversi makanan dan sebagainya. Lebih lanjut

diterangkan bahwa keberadaan penciri genetik pada ternak adalah sebagai petunjuk

bahwa ternak bersangkutan sangat dimungkinkan memiliki sifat yang diinginkan

tersebut. Walaupun sebagai petunjuk namun yang lebih penting bahwa ternak akan

mewariskan penciri terhadap sifat yang diinginkan tersebut kepada keturunannya.

Penciri QTL yang sangat berarti yaitu apabila penciri tersebut dapat

mendeteksi gen yang benar dan variasi dalam gen tersebut yang menyandi protein

berperan pada ekspresi dari sifat yang dikehendaki (ImmGen 2003). Saat ini, lokasi

QTL dengan mudah dapat mendeteksi daerah DNA terletak dekat pada peta fisik

kromosom dengan gen dimaksud, penciri genetik tersebut dikenal sebagai linked

marker, salah satu contoh yaitu mikrosatelit. Secara kasar dilaporkan bahwa 60%

ternak yang memiliki penciri genetik (linked markers) diperkirakan juga

menunjukkan sifat yang dikehendaki (ImmGen 2003).