Postingan

Menampilkan postingan dengan label Biologi

10 Hewan Purba Yang Pernah Hidup di Indonesia

Pengertian dan Contoh Tumbuhan C3 C4 dan CAM

Pengertian dan Contoh Tanaman C3 C4 dan CAM

C3

Tanaman C3 merupakan kelompok tanaman yang paling umum ditemui. Sekitar 85% tanaman tergabung dalam kelompok ini. Salah satu ciri dari tanaman C3 adalah tidak ada mekanisme tambahan untuk mengurangi efek dari fotorespirasi. Pada tanaman C3, proses fiksasi karbondioksida berlangsung secara sederhana. Siklus dimulai dengan fikasasi CO2 oleh rubisco dan memasuki siklus Calvin. Contoh:

  • Padi
  • Bunga Matahari
  • Kapas
  • Kentang
  • Tembakau
  • Kedelai
  • Tomat

C4

Pada tanaman C4, reaksi terang dan siklus calvin berlangsung pada tempat yang berbeda. Reaksi yang membutuhkan cahaya terjadi pada jaringan mesofil sedangkan siklus Calvin terjadi pada seludang pembuluh. Tahap pertama pada siklus ini adalah fiksasi karbondioksida pada jaringan mesofil yang menghasilkan senyawa organik berkarbon empat yaitu oksaloasetat. Senyawa tersebut kemudian dikonversi menjadi senyawa malat yang akan ditransportasikan ke dalam seludang pembuluh. Pada seludang pembuluh, malat dipecah dan menjadi piruvat serta melepaskan karbondioksida yang akan memasuki siklus Calvin.Contoh:

  • Jagung
  • Sorgum
  • Tebu
  • Euphorbia
  • rumput teki

CAM

Proses lain dapat teramati pada tanaman CAM. Berbeda dengan tanaman C4 yang memisahkan proses secara fisik, tanaman CAM memisahkan proses fiksasi dan siklus Calvin berdasarkan waktu. Tanaman C4 hanya membuka stomata di malam hari, sehingga fiksasi karbon dioksida juga terjadi di malam hari. Sama seperti tanaman C4, karbon dioksida difiksasi menjadi senyawa asam karbon yang disimpan di dalam vakuola yang pada siang hari akan dilepaskan untuk menuju siklus Calvin. Sistem ini merupakan salah satu bentuk adaptasi tanaman untuk dapat hidup pada daerah kering dan panas.Contoh:

  • Kaktus
  • Nanas
  • Sukulen
  • Agave
  • Janggut musa

8 Perbedaan Fotosintesis dan Fotorespirasi

No.FotosintesisFotorespirasi
1. Fotosintesis merupakan proses pemuatan glukosa daro karbondioksida dan air dengan bantuan sinar matahari.Fotorespirasi berarti proses respirasi yang menghasilkan karbondioksida dan merupakan proses kebalikan dari fotosintesis
2.Fotosintesis terjadi dengan adanya karbon dioksidaFotorespirasi terjadi dengan adanya oksigen
3.Fotosintesis berperan pada tumbuhan C4Fotorespirasi berperan pada tumbuhan C3
4.Dalam fotosintesis RuBisCo menghasilkan 3-PGA dari RuBP Dalam fotorespirasiRuBisCO menghasilkan 3-PGA serta fosfoglikolat dari RuBP
5.Fotosintesis adalah proses utama fiksasi karbon.Fotorespirasi membuang karbon tetap
6.Fotosintesis merupakan sumber energi fiksasi pada tumbuhanFotorespirasi membuang energi yang dihasilkan oleh sel.
7.Fotosintesis adalah proses produksi glukosa yang efisien.Fotorespirasi bukanlah proses yang efisien untuk menghasilkan glukosa
8.Fotosintesis terjadi di kloroplasFotorespirasi terjadi di kloroplas, peroksisom dan mitokondria

Pengertian, Fungsi dan Jenis Senyawa Metabolit Sekunder Tumbuhan Beserta Contohnya

Metabolit Sekunder Tumbuhan

Pengertian

Metabolit sekunder tumbuhan adalah berbagai senyawa kimia yang diproduksi oleh sel tumbuhan melalui jalur metabolisme yang berasal dari jalur metabolisme primer.

Fungsi

Kontras dengan senyawa metabolit primer, senyawa tersebut tidak diperlukan bagi pertumbuhan dan reproduksi. Sebagai salah satu bentuk interaksi dengan lingkungan, terdapat metabolit terspesialisasi yang penting bagi kesintasan dalam kompetisi lingkungan. Fungi senyawa metabolit sekunder tumbuhan diantaranya:

  • Menyediakan perlindungan dari sinar UV
  • Sebagai senyawa yang menyimpan unsur Nitrogen.
  • Selain itu terdapat fungsi sebagai senyawa pertahanan dari herbivora dan predator melalui sifatnya sebagai repelan, deteran, senyawa beracun dan penghambat pertumbuhan.
  • Sebagai bentuk pertahanan dari mikroba seperti virus, fungi dan bakteri, metabolit sekunder dapat berfungsi sebagai penghambat pertumbuhan dan racun.
  • Pada proses kompetisi dengan tanaman lain, senyawa tersebut dapat menghambat germinasi dan pertumbuhan tumbuhan anakan.
  • Senyawa metabolit sekunder juga dapat berperan sebagai senyawa sinyal yang berperan dalam proses polinasi oleh serangga, penarik hewan penyebar biji, dan bakteri nodul akar.

Jenis

Berdasarkan jenis senyawanya, metabolit sekunder dapat dibagi menjadi beberapa kelompok:

  • Kelompok pertama adalah alkaloid yaitu senyawa dengan kandungan nitrogen turunan asam amino. Kelompok ini adalah kelompok terbesar. Contohnya Quinine dari Chinchona sp.
  • Kelompok selanjutnya adalah terpenoids yaitu senyawa yang mengandung unit isoprene. Kelompok ini dapat bersifat folatil dan non folatil. Contoh senyawanya adalah lycopene dari tomat.
  • Kemudian terdapat senyawa fenolik yang dicirikan dengan adanya cincin benzene aromatic dengan satu atau lebih gugus hidroksil. Contoh senyawa tannins, senyawa dengan berat molekul tinggi yang ditemukan pada pohon pinus.
  • Terdapat pula kelompok Glikosida, yaitu gula sederhana yang berikatan dengan gugus fungsional lain melalui ikatan glikosidik. Contoh senyawa, salicin senyawa mirip aspirin yang ditemukan pada pohon willow

Pengertian & Perbedaan Feromon, Allomon, dan Kairomon beserta contohnya

SenyawaFeromonAllomonKairomon
PengertianFeromon adalah faktor kimia yang disekresikan atau diekskresikan yang memicu respons sosial pada anggota spesies yang sama. adalah suatu senyawa kimia atau campuran senyawa kimia yang dilepas oleh suatu organisme dan menimbulkan respon pada individu spesies lain. adalah suatu senyawa kimia atau campuran senyawa kimia yang dilepas oleh suatu organisme dan menimbulkan respon fisiologis dan perilaku pada individu spesies lain.
CiriMenguntungkan bagi produsen dan penerimaMenguntungkan bagi produsen dan merugikan penerima.Senyawa ini memberikan keuntungan bagi penerima
ContohKupu kupu betina memproduksi feromon untuk menarik kupu kupu jantanBunga lavender memproduksi senyawa folatil yang mengusir keberadaan nyamukPinus Ponderosa (Pinus ponderosa) menghasilkan terpene yang disebut myrcene ketika dirusak oleh kumbang pinus Barat. Senyawa tersebut dapat memikat lebih banyak kumbang ke pohon.

Protein & Enzim Replikasi DNA Beserta dengan fungsinya

Protein Fungsi
HelikaseMembuka uliran heliks ganda induk pada garpu replikasi
Protein pengikatan beruntai tunggalBerikatan dengan dan menstabilkan DNA Beruntai ganda hingga dapat digunakan sebagai cetakan
TopoisomeraseMengurai tegangan 'Pembukaan berlebihan' di depan garpu replikasi melalui pematahan, pemuntiran, dan penggabungan kembali untai DNA.
PrimaseMenyintesis primer RNA di ujung 5' untai maju dan masing-masing fragmen Okazaki dari untai lamban
DNA Polimerase IIIMenggunakan DNA induk sebagai cetakan, menyintesis untai DNA baru dengan cara menambahkan nukleotida secara kovalen ke ujung 3' dari untai DNA atau primer RNA yang telah ada sebelumnya
DNA Polimerase IMenyingkirkan nukleotida-nukleotida RNA primer dari ujung 5' dan menggantikannya dengan nukelotida-nukelotida DNA
DNA ligaseMenggabungkan ujung 3' dari DNA yang menggantikan primer ke bagian lain dari untai maju dan menggabungkan fragmen-fragmen Okazaki untai lamban

Pengertian dan Perbedaan Mutasi Silent, Missense dan Nonsense Mutation

1. Silent Mutation (Mutasi Bisu)

Merupakan mutasi yang tidak menghasilkan perubahan fenotipe. Ini dapat terjadi jika:

Perubahan urutan nukleotida tidak menghasilkan perubahan asam amino yang sesuai. Misalnya jika kodon UUU diubah menjadi kodon UUC, ini akan menjadi mutasi diam karena UUU dan UUC sama-sama dengan fenilalanin asam amino.

Mutasi terjadi pada exon (bagian non-coding DNA), dan oleh karena itu tidak mempengaruhi urutan asam amino dari protein yang dihasilkan.

Perubahan urutan nukleotida menghasilkan asam amino baru, tetapi asam amino yang memiliki sifat yang sama dengan asam amino digantikannya sehingga keseluruhan protein terus berfungsi normal.

2. Missense Mutation

Mutasi pada DNA menyebabkan satu asam amino ditukar dengan yang lain.

Ini menghasilkan perubahan pada struktur utama protein yang dapat menguntungkan, netral, atau merusak.

3. Nonsensee Mutation

Jenis mutasi ini menyebabkan perubahan urutan nukleotida yang menghasilkan kodon stop awal (UAA, UAG, UGA).

Hal ini dapat menyebabkan polipeptida yang pendek dan tidak lengkap

Mutasi yang tidak masuk akal biasanya merupakan mutasi yang cukup besar dan seringkali merugikan.

30 Perbedaan Bakteri Gram Positif dan Gram Negatif beserta contohnya



NomorKarakteristikGram-Positif BakteriaGram-Negatif Bakteria
1. Reaksi GramMempertahankan pewarna kistal violet dengan warna biru atau ungu dalam pewarnaan gramMempertahanan Safranin dengan warna merah atau merah muda setelah proses pembilasan.
2. Ketebalan Dinding selTebal (20-80 nm)Tipis (8-10 nm)
3. Lapisan PeptidoglycanTebal (Berlapis-lapis)Tipis (Satu Lapis)
4. Rigiditas dan ElastisitasKaku dan kurang elastisKurang kaku dan lebih elastis
5. Outer Membrane (Membran Luar)Tidak AdaAda
6. Variasi Asam Amino dalam Dinding SelSedikitBanyak
7. Asam amino dengan gugus Aromatik and sulfur pada dinding selTidak AdaAda
8. Ruang PeriplasmikTidak AdaAda
9. Asam TeichoicKebanyakan AdaTidak Ada
10.PorinTidak AdaAda
11.Lipopolysaccharide (LPS)Umumnya Tidak adaTinggi
12.Kandungan Lipid Dan LipoproteinRendah (acid-fast bacteria memiliki lipid yang berikatan dengan peptidoglycan)Tinggi (Karena Keberadaan membran luar)
13.Ratio of RNA:DNA8 banding 11 Banding 1
14.MesosomesLebih prominenKurang prominen
15.Struktur Flagella2 cincin pada basal body4 cicin pada basal body
16.MagnetosomesBiasanya tidak ada.Kadang kala ada.
17.MorfologiBiasanya kokus atau batang yang membentuk spora (Kecuali : Lactobacillus dan Corynebacterium)Biasanya batang yang tidak membentuk spora (Kecuali : Neisseria)
18.EndosporaBeberapa membentuk endospora pada kondisi yang tidak menguntungkanSecara umum tidak ditemukan
19.ToxinExotoxinsEndotoxins atau Exotoxins
20.PatogenHanya beberapa yang merupakan patogenKebanyakan adalah patogen
21.Kebutuhan NutrisiKompleksSederhana
22.Resistensi terhadap ganguan fisikTinggiRendah
23.Cell Wall Disruption by LysozymeTinggiRendah
24.Kerawanan terhadap Penicillin dan SulfonamideTinggiRendah
25.Kerawanan terhadap Streptomycin, Chloramphenicol dan TetracyclineRendahTinggi
26.Inhibisi terhadap pewarnaTinggiRendah
27.Kerawanan terhadap Deterjen AnionTinggiRendah
28. Resistensi terhadap Sodium AzideTinggiRendah
29.Resistensi terhadap kekeringanTinggiRendah
30.ContohStaphylococcusEscherichia
--StreptococcusSalmonella
--BacillusKlebsiella
--ClostridiumProteus
--EnterococcusHelicobacter
---Pseudomonas

Daftar Hormon Tumbuhan Beserta contoh dan fungsinya

Hormon TanamanFungsinya
AuxinPembesaran Sel
 Perumbuhan batang
 Pembelahan sel
 Diferensiasi jaringan pembuluh
 Inisiasi akar
 Respon tropis
 Dominansi apikal
 Senesens Daun
 Absisi daun dan buah
 Pertumbuhan buah
 Perbungaan
GibberellinsPertumbuhan batang
 Induksi germinasi biji
 Produksi Enzim saat germinasi
 Pertumbuhan Buah
SitokininPembelahan sel
 Morfogenesis
 Pertumbuhan tunas lateral
 Ekspansi daun
 Pembukaan stomata
 Menghambat senesens daun
EtilenMemecah dormansi
 Pematangan buah
 Pembukaan daun
 Senesens daun dan bunga
 Diferensiasi taruk dan akar
 Induksi perbungaan
Asam AbsisatPenutupan stomata
 Inhibitor pertumbuhan taruk
 Induksi penyimpanan protein pada biji
 Dormansi pada biji
 Respon luka dan penyakit
BrassinosteroidsPembelahan sel
 Elongasi sel
 Diferensiasi pembuluh
 Fertilitas tumbuhan
 Inhibitor pertumbuhan dan perkembangan akar
 Induksi biositesis etilen
Asam JasmonatPertahanan tumbuhan
 Inhibitor pertumbuhan dan germinasi biji
 Induksi senesens, absisi, dan pematangan buah
Asam salisilatResistensi terhadap patogen
 Inhibitor pembentukan etilen
 Berkebalikan dengan ABA

sumber: Davies, P. J. (2010). The plant hormones: their nature, occurrence, and functions. In Plant hormones (pp. 1-15). Springer, Dordrecht

16 Contoh Inhibitor Kompetitif dan Inhibitor Non Kompetitif Protein

Inhibitor KompetitifInhibitor Non-Kompetitif
Inhibitor kompetitif dapat dianggap sebagai analog struktural substrat, dan dengan demikian bersaing untuk situs pengikatan aktif yang sama pada enzim.Inhibitor, yang bukan substrat, menempel pada bagian lain dari enzim, dengan demikian mengubah bentuk keseluruhan dari situs untuk substrat normal sehingga tidak sesuai seperti sebelumnya, yang memperlambat atau mencegah terjadinya reaksi.
Contoh:Contoh:
TetrahydrofolateSianida
Para-aminobenzoicPenicillin
RelenzaNifedipine
MalonateTranylcypromine
6-mercaptopurinePhenethyl isothiocyanate
Allopurinol6-hydroxyflavone
5-fluororacilSildenafil
Methyl-glyoxal-bisStrychnine

12 Contoh Motif dan Domain Protein

MotifDomain
Motif protein merupakan segmen pendek berpola yang lestari pada struktur tiga dimensi protein.Domain merupakan struktur tiga dimensi yang independen dan stabil dari suatu protein. Struktur ini dapat muncul, berevolusi, dan nemiliki fungsi secara independent dengan bagian protein lain. Domain yang sama dapat pula muncul pada protein yang berbeda.
Contoh:Contoh:
Helix-turn-helixSrc homology 3
Zinc finger motifall-β nucleotide binding domain
Four-helix bundle motif α/β-substrate binding domain
"Greek Key" motifα/β-regulatory domain
beta-alpha-betacellulose-binding domain
beta-hairpin atau beta-betaDNA-binding domain

Protein Domain p110delta

Perbedaan Motif dan Domain Protein Beserta Contohnya

MotifDomain
Motif protein merupakan segmen pendek berpola yang lestari pada struktur tiga dimensi protein.Domain merupakan struktur tiga dimensi yang independen dan stabil dari suatu protein. Struktur ini dapat muncul, berevolusi, dan nemiliki fungsi secara independent dengan bagian protein lain. Domain yang sama dapat pula muncul pada protein yang berbeda.
Contoh:Contoh:
Helix-turn-helixSrc homology 3
Zinc finger motifall-β nucleotide binding domain
Four-helix bundle motif α/β-substrate binding domain
"Greek Key" motifα/β-regulatory domain
beta-alpha-betacellulose-binding domain
beta-hairpin atau beta-betaDNA-binding domain

Perbedaan Epigeik, Endogeik, dan Anesik Beserta dengan contohnya.

Perbedaan Epigeik, Endogeik, dan Anesik Beserta dengan contohnya.



Eoigeik (Epigeic, Organisme yang hidup dipermukaan tanah. Pada umumnya memakan sisa sisa tanaman (detritus) dan tidak membentuk lubang sarang (burrow. Contoh cacing: Lumbricus rubellus, Lumbricus castaneus, Satchellius mammalis. Contoh arthropoda: kaki seribu, kelabang

Endogeik (Endogeic), Organisme yang membentuk galian horizontal dari permukaan tanah (burrow). Contoh cacing: Allolobophora chlorotica

Anesik (Anecic), organisme yang membentuk galian yang menembus jauh ke dalam tanah secara vertikal. organisme ini pada umumnya mengambil sisa tanaman yang ada di dalam tanah kemudian dibawa ke dalam lubang galian di bawah tanah. contoh cacing: Lumbricus terrestris and Aporrectodea longa. Contoh arthropoda: rayap

Sumber:Seric Jelaska, L., & OC Symondson, W. (2016). Predation on epigeic, endogeic and anecic earthworms by carabids active in spring and autumn. Periodicum biologorum, 118(3), 281-289.

Tuf, I. H., Tufová, J., Jeřábková, E., & Dedek, P. (2006). Diurnal epigeic activity of myriapods (Chilopoda, Diplopoda). Norwegian Journal of Entomology, 53, 335-344.

Anderson, J. M. (1995). Soil organisms as engineers: microsite modulation of macroscale processes. In Linking Species & Ecosystems (pp. 94-106). Springer, Boston, MA.



3 Tahapan Suksesi ekologi: Pionir, Intermediet, dan Klimaks

Tahapan Suksesi ekologi


Tahap Pioneer, Tumbuhan tingkat rendah dan herba mulai mengkolonisasi lingkungan dan membentuk komunitas pionir. Komunitas pionir dicirikan dengan sifat tumbuhan yang membutuhkan intensitas cahaya tinggi untuk dapat bertahan hidup. Komunitas biasanya terdiri dari lumut, paku, dan rerumputan

Tahap Intermediet, Komunitas menjadi lebih kompleks karena tersusun atas tumbuhan tingkat rendah dan juga tingkat tinggi seperti tumbuhan herba, semak,dan perdu. Tahap intermediet dicirikan dengan keanekaragaman yang tinggi.

Tahap Klimaks,Tahap ini dicirikan dengan komunitas klimaks yang tersusun dari pohon berukuran besar seperti jati, dan fikus yang tutupannya akan menaungi bagian dasar hutan. Tanaman pada tahap pionir biasanya tidak ditemui lagi karena kebutuhan intensitas cahaya tidak terpenuhi. Tanaman seperti semak dan perdu juga akan kalah bersaing dengan pohon berukuran besar. Tahap ini juga dicirikan dengan tingkat keanekaragaman yang rendah


Perbedaan titik isoelektrik pI dan pK

pI (titik isoelektrik) merupakan keadaan pH saat asam amino tidak membawa muatan listrik atau netral. Nilai pI juga didefinisikan sebagai nilai pH saat asam amino tidak bermigrasi dibawah medan listrik.

pK merupakan logaritma negatif dari konstanta disosiasi (k). Konstanta disossiasi ini berkaitan dengan laju reaksi dari suatu senyawa. Terdapat pula pKa yang merupakan nilai konstanta dissosiasi asam yang menunjukan kekuatan adam dalam larutan.

Perbedaan keanekaragaman spesies dan kekayaan spesies

Keanekaragaman SpesiesKekayaan Spesies
Merupakan nilai yang merepresentasikan jumlah dan kelimpahan spesies pada suatu komunitas.Merupakan banyaknya spesies yang ada pada suatu komunitas.
Keanekaragaman spesies dapat melingkupi kekayaan spesies, indeks keanekaragaman, dan kemerataan spesies

Contoh Aplikasi Metagenomik dalam kehidupan


Penelitian yang dilakukan oleh Duan dan Feng (2010) didasari oleh pentingnya enzim sellulase dalam kehidupan seperti dalam pakan, produksi bioethanol, peternakan, indutri kertas, hingga pakaian. Oleh karena itu diperlukan pencarian terhadap enzim-enzim kelompok sellulase agar didapatkan enzim dengan fungsi spesifik yang bervariasi. Pendekatan metagenomic dilakukan dengan beberapa tahapan. Setelah dilakukan ekstraksi genom dari lingkungan, dilakukanlah tiga tahap analisis. Tahap pertama, template metagenomic digunakan untuk mengamplifikasi 16S/18S rRNA coding sequences yang kemudian digunakan untuk studi komunitas mikroba. Kemudian, DNA digunakan untuk menyusun pustaka untuk mendapatkan vector cloning serta inang yang cocok untuk memproduksi gen biokatalis berbasis fungsi dan sekuens. Tahap ketiga adalah sekuensing menggunakan teknologi firosekuensing. Pada akhirnya, dari berbagai organisme yang diisolasi dari tanah dan sistem pencernaan hewan, didapatkan berbagai kandidat gen biokatalis yang berpotensi untuk diaplikasikan pada bidang bioteknologi.

Duan, C.-J., & Feng, J.-X. (2010). Mining metagenomes for novel cellulase genes. Biotechnology Letters, 32(12), 1765–1775. doi:10.1007/s10529-010-0356-z.

Pengertian Metagenomik. proses sampling DNA, Teknologi sequencing, dan Anotasi Gen

Metagenomik merupakan analisis genetika secara langsung dari suatu genom sampel. Metagenomik memberikan akses kepada gen fungsional dan deskripsi filogenetik yang lebih luas. Dengan sendirinya, metagenomic akan memberikan inromasi mengenai biokatalis atau enzim baru, hubungan genomic antara fungsi dan filogeni serta profil evolusi dari fungsi dan struktur. Dalam proses eksperimennya, terdapat serangkaian tahapan dari mulai proses sampling, teknik sequencing, pengumpulan data, binning, dan annotasi. Tahapan tersebut juga perlu disusun melalui desain eksperimen dan analisis statistic yang sesuai.

Proses sampling merupakan salah satu tahap paling krusial dari projek metagenomik manapun. DNA yang diekstrak haruslah representatif dari semua sell yang ada dan harus diperoleh asam nukleat dengan kualitas dan kuantitas yang mencukupi untuk proses pengarsipan dan sequencing. Perlu diperhatikan juga hubungan antara organisme sampel dengan inangnya. Materi genetik inang dapat menyaingi jumlah organisme target seperti virus. Tahapan fraksinasi diperlukan pada tahap ini untuk memeroleh sampel yang baik. Beberapa contoh metode yang dapat digunakan adalah filtrasi selektif, sentrifugasi bertahap, dan flow cytometry. Pemisahan dan isolasi sel secara fisik dari sampel juga penting untuk memaksimalkan persen hasil ataupun untuk menghindari koekstrasi inhibitor enzimatik yang dapat mengganggu keberlangsungan proses sampling.

Beberapa tipe sample sering kali menghasilkan persen hasil DNA yang sangat rendah. Pembuatan pembukuan untuk kebanyakan teknologi sekuensing membutuhkan DNA dalam jumlah yang besar sehingga proses amplifikasi dari material awal perlu untuk dilakukan. Multiple Displacement Amplification (MDA) menggunakan heksamer acak dan faga phi29 polimerase menjadi salah satu opsi yang digunakan untuk meningkatkan persen hasil DNA. Metode tersebut dapat mengamplifikasi DNA dalam jumlah femtogram untuk memproduksi microgram produk dan hal tersebut telah digunakan secara luas pada genomik sel tunggal dan metagenomik.Pada berbagai macam metode amplifikasi terdapat permasalahan potensial behubungan dengan kontaminasi reagen, pembentukan kimera, dan bias sekuens pada tahapan amplifikasi yang dampaknya bergantung pada jumlah dan tipe material awal dan banyaknya siklus amplifikasi yang diperlukan, Teknologi shotgun sequence telah mulai beralih dari sanger sequencing menuju next-generation sequencing (NGS). Teknologi ini masih dianggap sebagai standar untuk sequencing karena galat yang rendah, jarak baca yang panjang (>700) dan ukuran insert yang besar. Kekurangan dari metode sanger adalah cloning proses yang membutuhkan tenaga yang besar dan biaya USD 400.000 per gb. Di antara teknlogi NGS, sistem 454/Roche dan Illumina/Solexa telah secara ekstensif diaplikasikan pada sampel metagenomic. Sistem 454/Roche mengaplikasikan emultion polymerase chain reaction (ePCR) untuk mengamplikasi fragmen acak DNA secara klonal. Proses firosekuens melibatkan tahapat penambahan ke empat basa nukleotida, yang bila secara komplemen akan berikatan dengan DNA. Proses polimerasi akan melepaskan firofosfat yang kemudian akan dikonversi melalui dua reaksi enzimatik untuk memproduksi cahaya. ~1.2 juta reaksi dideteksi secara parallel melalui sebuah kamere charge-coupled device (CCD) dan dikonversikan menjadi sekuens sesungguhnya.Salah satu keuntungan dari sistem ini adalah biayanya yang sebesar USD 20.000 per gb.

Teknologi Illumina/Solexa mengimobilisasi fragmen DNA acak pada permukaan dan kemudian melakukan amplifikasi pada permukaan padat PCR, yang menghasilkan kelompok fragmen DNA identik. Fragmen tersebut kemudian diurutkan dengan terminator reversibel dalam proses sequencing-by-sintesis. Kepadatan cluster sangat besar, dengan ratusan juta pembacaan per saluran permukaan dan 16 saluran yang dijalankan pada instrumen HiSeq2000. Panjang baca mendekati 150 bp. Informasi urutan kontinu sebesar 300 bp dapat diperoleh dari dua sekuens tumpang tindih sebesar 150 bp dari satu insert. Oleh karena itu, hasil ~ 60 Gbp biasanya dapat dihasilkan dalam satu saluran. Illumina / Solexa kekurangan, beberapa set dapat menunjukkan tingkat kesalahan tinggi di ujung sekuens. Biaya yang rendah (~ USD50 per Gbp) serta keberhasilan aplikasinya pada metagenomik dan perancangan genom dari dataset yang kompleks, saat ini membuat teknologi Illumina menjadi pilihan yang semakin populer.

Beberapa teknologi pengurutan tambahan tersedia yang mungkin terbukti berguna untuk aplikasi metagenomik, sekarang atau dalam waktu dekat masa depan. Sequencer Applied Biosystems SOLiD telah banyak digunakan, misalnya, dalam resequencing genom. SOLiD bisa dibilang menyediakan galat terendah dari teknologi sekuensing NGS saat ini, namun pembacaan tidak melebihi 50 nukleotida.

Reference-based assembly dapat dilakukan menggunakan program Newbler (Roche), AMOS http://sour-ceforge.net/projects/amos/, atau MIRA. Program tersebut memiliki algoritma yang cepat dan memiliki efesiensi memori yang kemudian dapat dijalnkan pada computer berukuran laptop pada beberapa jam. Reference-based assembly akan bekerja secara baik bila data set sekuens metagenomic memiliki referensi genome kerabat yang telah diketahui. Namun, akan terjadi perbedaan antara genome sample dengan referensi akibat adanya insersi, delesi ataupun polimorfisme. Penyusun de novo berbasis grafik de Bruijn secara spesifik dibuat untuk menghadapi data dalam ukuran yang sangat besar. Mesin yang dibutuhkan untuk menjalankan de Bruijn assemblers, Velvet atau SOAP berbeda secara signifikan karena dalam sekali menjalankan analisis dibutuhkan memori yang sangat besar dan waktu berhari-hari. Binning merupakan proses pemilihan sekuens DNA ke dalam kelompok yang mungkin merepresentasikan genome individual dari organisme yang berkerabat dekat. Pertama, Binning komposisional akan menggunakan prinsip bawa terdapat bagian dari genome yang lestari, sepertu GC atau kelimpahan distribusi k-mers tertentu. Kedua, fragmen DNA yang belum diketahui fungsinya namun kemungkinan mengkodekan suatu gen dan terdapat gen dengan kesamaan yang telah diketahui sebagai referensinya dapat digunakan untuk proses klasifikasi. Algoritma komputasi binning berbasis komposisional termasuk Phylopythia, S-GSOM, PCAHIER dan TACAO, sedangkan perangkat lunak dengan algoritma binning berbasis similaritas termasuk IMG/M, MG-RAST, MEGAN, CARMA, SOrt-ITEMS dan MetaPhyler. Terdapat pula program dengan kedua alogritma seperti PhymmBL dan MetaCluster.

Annotasi dapat dilakukan melalui dua jalur. Jalur pertama, jika rekonstruksi genom merupakan tujuan utama dan proses assembly mengasilkan contigs dengan ukuran besar, digunakan anotasi genom menggunakan program RAST atau IMG. Pendekatan ini akan berhasil jiga panjang contig minimum sebesar 30,000 bp atau lebih. Annotasi kedua dapat dilakukan pada keseluruhan komunitas dan bertumpu pada sekumpulan contig pendek yang belum tersusun. Secara umum, annotasi terdiri dari dua tahap, yaitu identifikasi fitur prediksi (Gen) dan yang kedua adalah fungsi dan taksonomi gen. Prediksi gen dapat melalui program FragGeneScan, MeraGeneMark, MetaGene dan Orphelia. Annotasi fungsi sangat lah sulit dilakukan. Saat ini hanya 20 hingga 50% sekuens metagenomic yang dapat diannotasikan. Sekuens yang tidak dapat di dannotasikan dengan pustaka yang tersedia disebut dengan ORFans. Untuk melalukan annotasi ORFans perlu dilakukan analisis homology melalui database. Terdapat database yang menyediakan konteks fungsional seperti KEGG, eggnog, COG/KOG, PFAM dan TIGRFAM. Namun database tersebut tidak mencakup semua fungsi biologis. MEGAN merupakan perangkat lain yang digunakan untuk memvisualisasikan hasil turunan pencarian BLAST fungsional ataupun dendogram taksonomi.

The Primer-E package merupakan perangkat yang memungkinkan analisis statistik multivariat termasuk dengan pembuatan plot multi-dimentional scaling (MDS), dan analisis kesamaan (ANOSIM) serta identifikasi fungsi spesies yang berkontribusi pada kedua sampel (SIMPER). Baru baru ini, multivariat statistic telah dimasukan ke dalam perangkat basis jaringan metastats. Secara ideal dan umum, desain eksperimen seharunya digerakkan oleh pertanyaan dan referensi sampel untuk komparasi data harus diambil dan diproses secara konsisten. Variasi data yang dihasilkan dapat terbentuk oleh variasi biologis alami atau karena variasi teknis dan hal tersebut perlu untuk dipertimbangkan pada tahap perencanaan. Sistem mikro sangatlah dinamis sehingga aspek temporal sangatlah penting untuk analisis dan interpretasi data. Replikasi data harus diperhatikan untuk menghindari kesalahan interpretasi. Jika tujuan penelitian adalah untuk mengetahui variasi dari habitat A, diperlukan pengambilan sampel dengan metode yang sama. Pengambilan satu sampel dan membagi-baginya hanya akan menghasilkan variasi teknis. Eksperimen metagenomik haruslah direncanakan dan interpretasi secara hati-hati.

Perbedaan struktur gen prokariot dan eukariot beserta contohnya

• Gen prokariotik: Pada bagian upstream terdapat daerah regulatory gene yang akan mengatur proses transkripsi. Setelah itu terdapat daerah operon yang terdiri dari daerah promoter, operator, dan Struktural gen. Promoter merupakan daerah pelekatan polimerase dan faktor transkripsi. Operator, tempat penempelan inhibitor. Struktural gene merupakan daerah pengkode yang dapat mengkodekan beberapa protein.

 


• Gen eukariot secara umum terdiri dari daerah promoter yang terletak pada daerah upstream dan transcribed region yang terdiri dari exon dan intron. Bagian promoter memiliki tempat pelekatan TF, RNA Polimerasi, dan elemen regulator lain. Bagian intron tidak membawa informasi genetik sedangkan ekson membawa informasi genetik dari protein yang dikodekan. Setelah melalui proses transkripsi, mRNA akan melalui proses splicing untuk membuang daerah intron. mRNA yang telah memalui proses tersebut akan memiliki start kodon, Coding Sequence (CDS), dan stop kodon.



Tiga metode untuk memprediksi gen, beserta contohnya

• Ab-Initio, merupakan tipe algoritma yang mempreduksi promoter dan regulatory elemen prokariot dan eukariot berdasarkan karakteristik pola sekuens. o Program: HMM, GRAIL

• Homology based, merupakan metode yang menggunakan informasi evolusi dengan mengkombinasikan hasil prediksi struktur sekunder ab-initio dengan informasi pensejajaran dari beragam sekuens homolog. o Program: SGP-1, TwinScan

• Concensus based, membandingkan hasil prediksi dari berbagai progam. Prediksi yang sama yang dihasilkan oleh kebanyakan program dipertahankan untuk menyusun hasil yang baru. o Program: GenComber, DIGIT

Tanya