Dina Hermawaty^1,2, Karlia Meitha¹ dan Rizkita Rachmi Esyanti¹

Dina Hermawaty, Karlia Meitha, dan Rizkita Rachmi Esyanti mengkaji potensi teknik Methylation Sensitive Amplification Polymorphism (MSAP) dalam mempelajari perubahan metilasi DNA global pada tumbuhan. Teknik MSAP merupakan salah satu metode yang semakin banyak digunakan dalam kajian epigenetik untuk mengidentifikasi perubahan pola metilasi DNA. Metilasi DNA adalah modifikasi kimia pada genom yang tidak mengubah urutan DNA tetapi dapat mempengaruhi ekspresi gen, dengan demikian memainkan peran penting dalam regulasi genetik dan respons terhadap faktor lingkungan.

Metilasi DNA merupakan salah satu mekanisme epigenetik yang paling penting dalam mengatur ekspresi gen pada tumbuhan. Modifikasi tersebut melibatkan penambahan gugus metil pada posisi 5' dari sitosin dalam konteks dinukleotida CpG atau dalam beberapa kasus CpNpG yang menghasilkan perubahan dalam aktivitas transkripsi tanpa mengubah urutan DNA itu sendiri. Proses tersebut berperan dalam berbagai aspek biologi tumbuhan termasuk perkembangan, respons terhadap stres abiotik dan biotik dan diferensiasi sel. Pemahaman mendalam mengenai pola dan perubahan metilasi DNA dalam berbagai kondisi lingkungan menjadi sangat penting untuk memahami mekanisme adaptasi dan evolusi tumbuhan.

Teknik MSAP dikembangkan sebagai alat untuk mendeteksi variasi dalam pola metilasi DNA di seluruh genom, dengan fokus khusus pada metilasi yang terjadi di situs restriksi spesifik yang diakui oleh enzim metilasi sensitif seperti HpaII dan MspI. Dalam konteks penelitian tumbuhan, MSAP menjadi teknik yang berguna karena kemampuannya untuk memberikan gambaran global dari perubahan metilasi DNA yang berhubungan dengan respons terhadap berbagai faktor lingkungan tanpa memerlukan informasi awal tentang urutan genom yang sedang dipelajari.

Gambar 1. Skematis tentang polimorfisme amplifikasi sensitif metilasi (MSAP)

Penelitian tersebut dilakukan dengan tujuan untuk menilai efektivitas teknik MSAP dalam mendeteksi dan memetakan perubahan metilasi DNA pada berbagai spesies tumbuhan dalam konteks respon terhadap perubahan lingkungan atau perlakuan eksperimental tertentu. Dengan memahami pola-pola metilasi ini, diharapkan dapat diungkapkan hubungan antara metilasi DNA dan ekspresi gen yang relevan dengan adaptasi dan ketahanan tumbuhan.

Dalam kajian tersebut, peneliti menggunakan teknik MSAP untuk memetakan pola metilasi DNA pada beberapa spesies tumbuhan yang mengalami berbagai kondisi lingkungan. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa teknik MSAP mampu mendeteksi perbedaan signifikan dalam pola metilasi DNA antar spesies tumbuhan serta respons terhadap kondisi lingkungan yang berbeda. Secara khusus, MSAP memungkinkan identifikasi lokus spesifik di mana metilasi DNA berubah sebagai respons terhadap stres lingkungan seperti kekeringan, salinitas dan perubahan suhu.

Hasil yang diperoleh dari penggunaan MSAP dalam penelitian tersebut menunjukkan bahwa ada variasi yang signifikan dalam pola metilasi DNA yang terkait dengan respons terhadap kondisi lingkungan yang berbeda. Misalnya, pada spesies tumbuhan yang terekspos pada kondisi kekeringan terjadi peningkatan metilasi pada beberapa lokus yang terkait dengan gen-gen yang terlibat dalam regulasi siklus sel dan metabolisme energi. Hal tersebut mengindikasikan bahwa metilasi DNA memiliki peran dalam adaptasi tumbuhan terhadap stres kekeringan dengan mengatur ekspresi gen-gen kunci yang diperlukan untuk bertahan hidup dalam kondisi lingkungan yang keras.

Selain itu, penelitian tersebut juga menunjukkan bahwa perubahan pola metilasi DNA yang terdeteksi oleh MSAP tidak selalu linier dan dapat bervariasi tergantung pada durasi dan intensitas stres lingkungan yang dialami. Misalnya, pada beberapa spesies peningkatan metilasi DNA pada awal eksposur terhadap stres diikuti oleh demetilasi pada tahap selanjutnya mencerminkan mekanisme adaptasi dinamis yang melibatkan pengaturan ulang epigenetik untuk menyesuaikan dengan perubahan kondisi lingkungan.

Peneliti juga mengamati bahwa teknik MSAP dapat melakukan pemetaan perubahan metilasi DNA pada skala genomik yang memberikan wawasan lebih komprehensif tentang bagaimana tumbuhan mengatur ekspresi gen dalam menanggapi perubahan lingkungan. Hal tersebut sangat penting untuk memahami mekanisme epigenetik yang mendasari adaptasi tumbuhan dan potensial untuk diterapkan dalam program pemuliaan tumbuhan yang bertujuan meningkatkan ketahanan terhadap stres lingkungan.

Walau teknik MSAP memiliki banyak keunggulan, terdapat beberapa keterbatasan terhadap teknik tersebut. Salah satu keterbatasannya adalah ketergantungan pada situs restriksi spesifik yang diakui oleh enzim HpaII dan MspI yang tidak mencakup semua situs metilasi yang relevan di seluruh genom. Selain itu, MSAP tidak dapat membedakan antara metilasi sitosin dalam konteks CpG dan CpNpG, yang dapat membatasi interpretasi dari hasil yang diperoleh. Oleh karena itu, peneliti menyarankan penggunaan MSAP bersama dengan teknik lain yang lebih spesifik dan resolutif seperti bisulfit sequencing untuk mendapatkan gambaran yang lebih lengkap tentang pola metilasi DNA pada tumbuhan.

Gambar 2. HpaII and MspI recognize and digest the unmethylated 5’-CCGG-3’ sequence 

Penelitian tersebut memberikan bukti kuat bahwa teknik MSAP merupakan alat yang berguna dalam studi epigenetik pada tumbuhan, terutama dalam konteks penelitian adaptasi lingkungan. MSAP memungkinkan identifikasi perubahan global dalam pola metilasi DNA yang dapat dikaitkan dengan respons fisiologis dan biokimia tumbuhan terhadap perubahan lingkungan. Dengan demikian, teknik tersebut dapat berkontribusi secara signifikan terhadap pemahaman khalayak umum tentang mekanisme epigenetik yang mendasari adaptasi dan evolusi tumbuhan dalam menghadapi tantangan lingkungan yang terus berubah.

Penelitian tersebut juga membuka peluang untuk pengembangan lebih lanjut dari teknik MSAP termasuk peningkatan sensitivitas dan spesifisitas dalam deteksi perubahan metilasi DNA. Selain dengan kemajuan dalam teknologi sekuensing dan bioinformatika, MSAP dapat dikombinasikan dengan pendekatan lain untuk memberikan analisis yang lebih mendalam tentang peran epigenetik dalam regulasi gen dan respons adaptif pada tumbuhan. Penelitian lanjutan yang menggunakan teknik MSAP dapat membantu mengungkap mekanisme baru dalam biologi tumbuhan yang dapat diterapkan dalam berbagai bidang, termasuk pertanian, konservasi, dan bioteknologi.

DOI: The Potential of Methylation Sensitive Amplification Polymorphism (MSAP) Technique to Study Global DNA Methylation Changes in Plants: Basic Principles and Perspective

Editor:     Rezekinta Syahputra Sembiring