Pentingnya Memilih Marka Filogenetika yang Tepat

Dalam kajian kekerabatan atau filogenetik, amatlah penting untuk memilih marka filogenetik yang tepat. Namun apakah marka filogenetik itu? Marka filogenetik adalah sebuah penanda, biasanya berupa gen, yang terdapat disemua organisme yang dilibatkan pada kajian filogenetik [1]. Maksudnya, jikalau kita membandingkan kekerabatan diantara sekelompok organisme, kita harus membandingkan dengan gen-gen yang sebanding dan dimiliki semua organisme yang diamati. Tentu kita tidak bisa membandingkan sekelompok organisme dengan gen yang hanya dimiliki organisme tertentu secara spesifik untuk dilibatkan dalam analisis. Contohnya, kita melakukan kajian kekerabatan hewan, meskipun sama-sama Chordata, kita tidak bisa melibatkan gen yang menyandi sisik pada ikan sebagai marka filogenetika yang digunakan dalam kajian, sebab gen penyandi sisik hanya dimiliki ikan, sementara organisme lain dalam kelompok Chordata tidak semuanya memiliki sisik.

Susunan informasi sekuen dalam marka filogenetik ini sangat khas antar spesies, sehingga informasi sekuen ini bisa menjadi dasaran untuk mengidentifikasi siapa spesies pemilik informasi sekuen tersebut. Implikasinya, informasi ini bisa dijadikan dasar untuk pembaruan klasifikasi makhluk hidup, baik itu peleburan maupun pemisahan kelompok, atau bahkan jikalau sekuen itu baru sama sekali dan tidak ada dalam database, dapat menjadi dasar untuk identifikasi spesies baru. Lebih dalam lagi, bahkan dengan mengkaji urutan informasi sekuen dari marka filogenetik, kita dapat menemukan region yang sangat bervariasi yang dikenal sebagai hypervariable region yang dapat menjadi dasar DNA barcoding.

Pada kajian mikrobiologi, acap kali kita menggunakan gen 16SrDNA, yang mengkode 16SrRNA sebagai marka filogenetik untuk bakteri. Penggunaan 16SrDNA merupakan gold standard dalam kajian filogenetik bakteri disebabkan karena gen ini merupakan salah satu gen yang awal-awal diketahui, dikaji, dan digunakan untuk kajian kekerabatan [2] dan kini tersedia lebih dari 47 juta sekuen terdaftar di NCBI mencakup Bacteria dan Archaebacteria (data dari NCBI Nuccore s/d 2 November 2023; lihat https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/?term=16S+rRNA).

Namun tahukah anda, masih ada banyak sekali marka filogenetik yang dapat digunakan selain 16SrDNA? Biasanya, penetapan suatu gen menjadi marka filogenetika ini melewati proses penelitian yang panjang sekali untuk memastikan marka filogenetik ini stabil, bisa diandalkan (reliable), dan bisa dipertanggung jawabkan keabsahannya.

Syarat-syarat Marka Filogenetika

Meskipun marka filogenetika ini seringkali berupa gen, beberapa marka filogenetika bisa saja berupa suatu region DNA yang merupakan spacer DNA yang tidak mengkode suatu produk ekspresi apapun, baik RNA maupun protein. Contoh dari marka filogenetik yang seperti ini adalah ITS1 ataupun ITS2 yang digunakan untuk kepentingan identifikasi dan kajian kekerabatan fungi [3], dan trnH-psbA ITS untuk identifikasi dan kajian kekerabatan tumbuhan [4].

Untuk menjadi suatu marka filogenetik yang ideal, region DNA, baik itu berupa gen ataupun bukan, haruslah memiliki syarat-syarat tertentu sebagaimana berikut [5]:

1. Terkonservasi diseluruh taksa yang akan dibandingkan.
2. Hanya memiliki satu kopi gen dalam sel bila berupa gen. Idealnya demikian. Meskipun begitu, marka 16SrDNA merupakan pengecualian, sebab satu bakteri bisa saja memiliki beberapa kopi gen 16SrDNA dalam genomnya [6].
3. Bisa disejajarkan dengan mudah dan diketahui letaknya dalam sel.
4. Laju evolusi sekuen/laju mutasinya lambat. Namun demikian tidak boleh terlalu lambat sebab akan menyebabkan variabilitas sekuen rendah dan cenderung homogen. Tidak boleh juga terlalu cepat sebab akan menghasilkan variabilitas sekuen terlalu tinggi yang dapat menghasilkan informasi yang tidak konsisten.
5. Bisa diamplifikasi dengan primer yang didesain sangat spesifik untuk keperluan itu untuk mencegah amplifikasi daerah DNA yang tidak perlu ataupun salah amplifikasi.
6. Sekuen DNA tersebut tidak boleh terlalu bervariasi antar organisme yang sama.

Contoh-contoh Marka Filogenetika Populer

Tabel ini merangkum beberapa marka filogenetika populer yang sering digunakan dalam kajian filogenetik. Sebenarnya, masih ada banyak lagi marka filogenetik, namun disini hanya ditampilkan yang paling sering digunakan saja. Tabel ini, walau tidak memuat daftar lengkap seluruh marka filogenetika, dapat jadi acuan pembaca untuk digunakan sebagai penelitian.

Tabel 1. Daftar marka filogenetik populer

Referensi

1. Wu, D., Jospin, G., Eisen, J.A. 2013. Systematic identification of gene families for use as “markers” for phylogenetic and phylogeny-driven ecological studies of bacteria and archaea and their major subgroups. PLoS ONE. 8(10): e77033. doi: https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0077033.
2. Woese, C.R., Fox, G.E. 1977. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (11): 5088-5090. doi: https://dx.doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088.
3. Bellemain, E., Carlsen, T., Brochmann, C., dkk. 2010. ITS as an environmental DNA barcode for fungi: an in silico approach reveals potential PCR biases. BMC Microbiology. 10: 189. doi: https://dx.doi.org/10.1186/1471-2180-10-189.
4. Pang, X., Liu, C., Shi, L.,dkk. 2012. Utility of the trnH–psbA Intergenic Spacer Region and Its Combinations as Plant DNA Barcodes: A Meta-Analysis. PLoS ONE. 7(11): e48833. doi: https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0048833.
5. Deka, P. C. 2021. Molecular Plant Breeding and Genome Editing Tools for Crop Improvement. Hershey, Philadelphia, USA: IGI Global.
6. Case RJ, Boucher Y, Dahllöf I, dkk. 2007. Use of 16S rRNA and rpoB genes as molecular markers for microbial ecology studies. Applied and Environmental Microbiology. 73 (1): 278-288. doi: https://dx.doi.org/10.1128/AEM.01177-06.
7. Rahardi, B., Nashrulloh, M.M. in press. Bioinformatika Dasar dengan Python 3. Gresik, Indonesia: Genbinesia Press.
8. Leray, M., Knowlton, N., Machida, R.J. 2022. MIDORI2: A collection of quality controlled, preformatted, and regularly updated reference databases for taxonomic assignment of eukaryotic mitochondrial sequences. Environmental DNA. 4(4): 894-907. doi: https://dx.doi.org/10.1002/edn3.303.
9. Hug, L. A., Baker, B. J., Anantharaman, K., dkk. 2016. A new view of the tree of life. Nature Microbiology. 1(5): 1-6. doi: https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.48