Backcross dalam Pemuliaan Tanaman, Pengertian, Tujuan dan Tahapannya

Backcross atau persilangan balik merupakan salah satu metode penting dalam pemuliaan tanaman yang digunakan untuk memasukkan karakter tertentu dari tanaman donor ke dalam varietas atau galur yang telah memiliki sifat unggul.

Metode ini sangat berguna ketika suatu varietas sudah mempunyai banyak karakter agronomis yang baik, tetapi masih memiliki satu atau beberapa kelemahan yang perlu diperbaiki.

Berbeda dengan persilangan yang bertujuan menggabungkan banyak karakter dari dua tetua, backcross lebih diarahkan untuk mempertahankan sebagian besar karakter unggul tetua berulang (recurrent parent) sambil memasukkan karakter target dari tetua donor (donor parent).

Secara sederhana, tanaman yang mempunyai sifat unggul tetapi kekurangan karakter tertentu disilangkan dengan tanaman yang mempunyai karakter target. Keturunan hasil persilangan kemudian disilangkan kembali dengan tetua berulang selama beberapa generasi.

Metode ini menjadi salah satu pendekatan penting dalam pemuliaan tanaman karena memungkinkan perbaikan karakter secara lebih terarah.

Pengertian Backcross dalam Pemuliaan Tanaman

Backcross adalah metode pemuliaan tanaman dengan cara menyilangkan kembali keturunan hasil persilangan dengan salah satu tetua yang digunakan dalam persilangan awal.

Tetua yang digunakan secara berulang disebut tetua berulang (recurrent parent), sedangkan tanaman yang menyumbangkan karakter target disebut tetua donor (donor parent).

Pada tahap awal, dua tanaman dengan karakter berbeda disilangkan. Misalnya, varietas A mempunyai produktivitas tinggi dan kualitas hasil baik, tetapi rentan terhadap penyakit.

Sementara itu, varietas B mempunyai ketahanan terhadap penyakit, tetapi produktivitasnya lebih rendah.

Persilangan A dan B menghasilkan generasi F1. Tanaman F1 kemudian disilangkan kembali dengan varietas A. Keturunan yang dihasilkan disebut BC₁.

Setelah dilakukan seleksi, tanaman terpilih kembali disilangkan dengan A untuk menghasilkan BC₂, kemudian BC₃, dan seterusnya.

Skema sederhananya adalah:

Tetua A × Tetua B → F1 → F1 × A → BC₁ → BC₁ × A → BC₂ → BC₂ × A → BC₃ → dan seterusnya

Dalam skema tersebut:

• A = tetua berulang (recurrent parent)
• B = tetua donor (donor parent)
• F1 = generasi pertama hasil persilangan
• BC₁ = generasi backcross pertama
• BC₂ = generasi backcross kedua
• BC₃ = generasi backcross ketiga

Konsep persilangan balik juga dibahas dalam artikel Pengertian Pemuliaan Silang Kembali atau Backcrossing.

Proporsi Genetik pada Setiap Generasi Backcross

Salah satu karakteristik penting backcross adalah meningkatnya proporsi genom tetua berulang dari satu generasi ke generasi berikutnya.

Secara teoritis, proporsi rata-rata genom tetua berulang adalah:

Generasi	Proporsi teoritis genom tetua berulang
F1	50%
BC₁	75%
BC₂	87,5%
BC₃	93,75%
BC₄	96,875%
BC₅	98,44%

Angka tersebut merupakan nilai teoritis rata-rata pada populasi. Setiap individu tidak selalu mempunyai komposisi genom yang persis sama.

Semakin banyak generasi backcross dilakukan, secara umum keturunan akan semakin mendekati latar genetik tetua berulang.

Namun, pemulia tetap harus melakukan seleksi karena tujuan backcross bukan hanya meningkatkan proporsi genom tetua berulang, tetapi juga mempertahankan karakter target dari tetua donor.

Tujuan Backcross dalam Pemuliaan Tanaman

Backcross terutama digunakan ketika pemulia telah mempunyai varietas yang secara umum sudah baik, tetapi masih memiliki karakter tertentu yang perlu diperbaiki.

Beberapa tujuan utama backcross adalah sebagai berikut.

1. Memasukkan Ketahanan terhadap Penyakit

Salah satu penerapan backcross yang umum adalah memasukkan ketahanan terhadap penyakit ke dalam varietas unggul.

Misalnya, suatu varietas padi mempunyai produktivitas tinggi, kualitas beras baik, dan umur panen sesuai, tetapi rentan terhadap penyakit tertentu. Di sisi lain, terdapat galur yang mempunyai ketahanan terhadap penyakit tersebut meskipun produktivitasnya lebih rendah.

Galur tahan dapat digunakan sebagai tetua donor, sedangkan varietas unggul digunakan sebagai tetua berulang.

Skemanya:

Varietas unggul rentan × tanaman tahan → F1 → BC₁ → BC₂ → BC₃ → …

Pada setiap generasi, tanaman diseleksi agar tetap membawa karakter ketahanan penyakit. Setelah itu, tanaman terpilih disilangkan kembali dengan tetua berulang.

Tujuan akhirnya adalah mendapatkan tanaman yang tetap memiliki sebagian besar karakter unggul varietas awal tetapi telah memperoleh ketahanan terhadap penyakit.

Pembahasan mengenai pemanfaatan sifat ketahanan dalam pemuliaan juga dapat dilihat pada artikel Pemuliaan Ketahanan.

2. Meningkatkan Ketahanan terhadap Hama

Backcross juga dapat digunakan untuk memasukkan sifat ketahanan terhadap hama.

Sebagai contoh, terdapat varietas jagung dengan produktivitas tinggi tetapi rentan terhadap serangan hama tertentu. Pemulia kemudian menemukan galur lain yang mempunyai tingkat ketahanan lebih baik terhadap hama tersebut.

Galur tahan digunakan sebagai donor, sedangkan varietas berproduktivitas tinggi digunakan sebagai tetua berulang.

Melalui persilangan balik, sifat ketahanan diarahkan masuk ke dalam latar genetik varietas unggul.

Pendekatan ini memungkinkan pemulia mempertahankan karakter seperti produktivitas dan kualitas hasil, sambil memperbaiki ketahanan tanaman terhadap organisme pengganggu.

3. Meningkatkan Toleransi terhadap Cekaman Lingkungan

Backcross dapat pula digunakan untuk memperbaiki karakter yang berkaitan dengan cekaman lingkungan, seperti kekeringan, salinitas, suhu tinggi, atau kondisi lingkungan tertentu.

Misalnya, suatu varietas memiliki produktivitas tinggi pada kondisi normal tetapi mengalami penurunan hasil ketika kekurangan air. Pemulia dapat mencari sumber genetik yang mempunyai kemampuan lebih baik dalam menghadapi kekeringan.

Sumber tersebut kemudian digunakan sebagai donor dan disilangkan dengan varietas produktif sebagai tetua berulang.

Namun, karakter toleransi terhadap cekaman lingkungan sering kali bersifat kompleks dan dikendalikan oleh banyak gen. Karena itu, proses seleksi dapat menjadi lebih sulit dibandingkan karakter yang dikendalikan oleh satu gen utama.

4. Memperbaiki Satu Karakter tanpa Mengubah Banyak Karakter Unggul

Inilah salah satu alasan utama penggunaan backcross.

Bayangkan sebuah varietas telah mempunyai:

• Produktivitas tinggi;
• Kualitas hasil baik;
• Umur panen sesuai;
• Bentuk tanaman ideal;
• Adaptasi lingkungan baik; dan
• Karakter hasil sesuai kebutuhan pasar.

Namun, varietas tersebut rentan terhadap penyakit.

Jika pemulia melakukan persilangan biasa, kombinasi genetik keturunan menjadi sangat beragam. Akibatnya, karakter unggul yang telah dimiliki varietas tersebut dapat berubah atau hilang.

Backcross memberikan pendekatan yang lebih terarah karena varietas unggul digunakan berulang kali sebagai tetua berulang.

Secara teoritis:

F1 → 50% recurrent parent

BC₁ → 75% recurrent parent

BC₂ → 87,5% recurrent parent

BC₃ → 93,75% recurrent parent

BC₄ → 96,875% recurrent parent

Dengan demikian, keturunan secara bertahap dapat semakin mendekati tetua berulang sambil tetap mempertahankan karakter target dari donor.

5. Memanfaatkan Sumber Daya Genetik

Backcross juga penting untuk memanfaatkan sumber genetik yang memiliki karakter berharga tetapi tidak mempunyai karakter agronomis yang lengkap.

Sumber tersebut dapat berupa:

• varietas lokal;
• landrace;
• galur pemuliaan;
• kerabat tanaman budidaya;
• plasma nutfah; dan
• sumber genetik lainnya.

Sebagai contoh, tanaman lokal mungkin mempunyai ketahanan penyakit yang sangat baik, tetapi produktivitasnya rendah.

Tanaman tersebut tidak harus digunakan sebagai varietas komersial secara langsung. Pemulia dapat memanfaatkannya sebagai donor gen, kemudian memindahkan karakter ketahanan tersebut ke varietas unggul melalui backcross.

Tahapan Backcross dalam Pemuliaan Tanaman

Backcross dilakukan melalui beberapa tahap yang saling berkaitan. Prosesnya tidak sekadar melakukan persilangan berulang, tetapi juga mencakup pemilihan tetua, seleksi keturunan, pemurnian, dan pengujian.

1. Menentukan Tetua Donor dan Tetua Berulang

Tahap pertama adalah menentukan dua komponen utama, yaitu tetua donor dan tetua berulang.

Tetua donor merupakan tanaman yang memiliki karakter target yang ingin dipindahkan. Karakter tersebut dapat berupa ketahanan terhadap penyakit, ketahanan terhadap hama, toleransi terhadap salinitas, atau karakter lainnya.

Sementara itu, tetua berulang merupakan varietas atau galur yang sudah memiliki sebagian besar karakter unggul yang ingin dipertahankan.

Contohnya:

• Tetua berulang: produktivitas tinggi, kualitas hasil baik, tetapi rentan penyakit.
• Tetua donor: produktivitas lebih rendah, tetapi tahan penyakit.

Pemilihan tetua menjadi sangat penting karena keberhasilan program sangat bergantung pada kualitas sumber genetik yang digunakan.

Untuk memahami konsep seleksi lebih lanjut, Anda dapat membaca artikel Pengertian Seleksi dalam Pemuliaan Tanaman.

2. Melakukan Persilangan Awal

Setelah kedua tetua ditentukan, dilakukan persilangan:

Tetua berulang × Tetua donor → F1

F1 memperoleh materi genetik dari kedua tetua. Oleh karena itu, F1 belum merupakan varietas akhir, tetapi menjadi titik awal program backcross.

Tanaman F1 yang sesuai kemudian digunakan sebagai induk untuk persilangan balik.

Keberhasilan persilangan awal perlu diperhatikan karena beberapa kombinasi tanaman dapat mengalami masalah inkompatibilitas, rendahnya pembentukan benih, atau perbedaan waktu berbunga.

3. Melakukan Seleksi pada Generasi F1

Setelah F1 diperoleh, tanaman harus diperiksa untuk memastikan bahwa karakter target dari donor terdapat pada individu yang dipilih.

Seleksi dapat dilakukan berdasarkan fenotipe, misalnya dengan mengamati ketahanan tanaman terhadap penyakit.

Untuk karakter tertentu, seleksi dapat dibantu dengan marker-assisted selection (MAS) atau seleksi berbantuan penanda molekuler.

MAS dapat membantu pemulia mengidentifikasi tanaman yang membawa alel atau wilayah genom yang berkaitan dengan karakter target.

4. Melakukan Backcross Pertama

Tanaman F1 terpilih kemudian disilangkan kembali dengan tetua berulang:

F1 × Tetua berulang → BC₁

Generasi ini disebut BC₁ (first backcross generation).

Secara teoritis, BC₁ mempunyai rata-rata sekitar 75% genom tetua berulang dan 25% genom tetua donor.

Namun, pemulia tidak mengambil seluruh tanaman BC₁. Tanaman harus diseleksi untuk memastikan karakter target tetap dipertahankan.

5. Seleksi dan Backcross Berikutnya

Tanaman BC₁ yang memenuhi kriteria kemudian kembali disilangkan dengan tetua berulang:

BC₁ × Tetua berulang → BC₂

Kemudian:

BC₂ × Tetua berulang → BC₃

dan seterusnya.

Pada setiap generasi, terdapat dua tujuan seleksi utama:

1. mempertahankan karakter target dari tetua donor; dan
2. memperoleh individu yang semakin menyerupai tetua berulang.

Jumlah generasi tidak harus selalu sama. Pemulia perlu mempertimbangkan tujuan program, karakter target, metode seleksi, biaya, waktu, serta tingkat kemiripan genetik yang ingin dicapai.

6. Seleksi dan Pemurnian Galur

Setelah beberapa generasi backcross, tanaman akan semakin mendekati tetua berulang tetapi tetap membawa karakter target.

Pada tahap ini dilakukan seleksi dan pemurnian untuk memperoleh tanaman yang lebih seragam secara genetik.

Tanaman terpilih dapat dilakukan selfing atau penyerbukan sendiri selama beberapa generasi. Selfing membantu meningkatkan homozigositas sehingga genotipe tanaman menjadi lebih stabil.

Tahap ini penting karena keturunan dari backcross awal masih dapat mengalami segregasi genetik.

7. Pengujian Keturunan

Tanaman atau galur hasil pemuliaan kemudian perlu diuji secara lebih menyeluruh.

Pengujian dapat meliputi:

• Ketahanan terhadap penyakit;
• Ketahanan terhadap hama;
• Produktivitas;
• Kualitas hasil;
• Umur berbunga;
• Umur panen;
• Tinggi tanaman;
• Karakter morfologi;
• Adaptasi terhadap lingkungan; dan
• Stabilitas karakter.

Pengujian lapangan menjadi bagian penting sebelum suatu galur dapat dikembangkan lebih lanjut. Informasi terkait evaluasi varietas dapat dilihat pada artikel Pengujian Varietas Tanaman di Lapangan.

Jika diperlukan, pengujian dilakukan pada beberapa lokasi dan musim. Galur yang menunjukkan performa konsisten dapat dilanjutkan ke pengujian lebih luas, termasuk uji multilokasi dan tahapan pelepasan varietas sesuai ketentuan yang berlaku.

Contoh Backcross pada Tanaman Padi

Untuk memahami penerapan backcross, misalnya terdapat dua varietas padi.

Varietas A mempunyai produktivitas tinggi, kualitas beras baik, umur panen sesuai, dan adaptasi lingkungan yang baik. Namun, varietas A rentan terhadap penyakit tertentu.

Sementara itu, varietas B mempunyai ketahanan terhadap penyakit tersebut, tetapi produktivitas dan kualitas berasnya lebih rendah.

Tujuan pemulia bukan mengganti A dengan B. Tujuannya adalah memindahkan karakter ketahanan penyakit dari B ke A.

1. A × B Menghasilkan F1

Persilangan awal dilakukan:

A × B → F1

F1 memperoleh materi genetik dari kedua varietas.

F1 kemudian digunakan sebagai bahan untuk persilangan balik.

2. F1 × A Menghasilkan BC₁

F1 disilangkan kembali dengan A:

F1 × A → BC₁

Dalam persilangan ini, A menjadi tetua berulang.

Tujuannya adalah meningkatkan kontribusi genetik A dalam keturunan, tetapi tetap mempertahankan karakter ketahanan penyakit yang berasal dari B.

Secara teoritis, BC₁ mempunyai rata-rata sekitar 75% genom A dan 25% genom B.

Namun, tanaman BC₁ tetap harus diseleksi untuk menemukan individu yang membawa karakter ketahanan penyakit.

3. BC₁ × A Menghasilkan BC₂

Tanaman BC₁ terpilih kembali disilangkan dengan A:

BC₁ × A → BC₂

Kemudian proses dapat dilanjutkan:

BC₂ × A → BC₃

BC₃ × A → BC₄

Pada setiap generasi, seleksi dilakukan terhadap karakter target dan kemiripan dengan varietas A.

Hasil akhirnya diharapkan berupa tanaman yang memiliki karakter agronomis utama varietas A tetapi telah memperoleh ketahanan penyakit dari varietas B.

Kelebihan Backcross

Backcross memiliki sejumlah kelebihan yang membuatnya banyak digunakan dalam program pemuliaan tertentu.

1. Efektif untuk Memperbaiki Karakter Spesifik

Backcross sangat sesuai apabila suatu varietas sudah memiliki banyak sifat unggul tetapi mempunyai satu kelemahan utama.

Contohnya adalah varietas dengan produktivitas tinggi tetapi rentan terhadap penyakit.

Pemulia dapat menggunakan backcross untuk memasukkan sifat ketahanan tersebut tanpa harus membangun varietas baru dari awal.

2. Mempertahankan Karakter Unggul Tetua Berulang

Penggunaan tetua berulang pada beberapa generasi membantu meningkatkan kontribusi genetik tetua tersebut.

Karakter yang ingin dipertahankan dapat meliputi:

• Produktivitas;
• Kualitas hasil;
• Umur panen;
• Bentuk tanaman;
• Ukuran hasil; dan
• Kemampuan adaptasi.

3. Efektif untuk Transfer Gen atau Wilayah Genom Target

Apabila karakter target dapat diidentifikasi dan diseleksi dengan baik, backcross dapat menjadi metode efektif untuk memindahkan alel atau wilayah genom tertentu.

Efektivitasnya dapat ditingkatkan dengan penggunaan marker-assisted selection (MAS).

4. Mempertahankan Identitas Varietas Unggul

Tujuan backcross sering kali bukan menciptakan tanaman yang sepenuhnya berbeda, tetapi menghasilkan versi yang telah diperbaiki.

Secara sederhana:

Varietas A → Varietas A + karakter target

Pendekatan ini berguna ketika varietas awal sudah diterima petani atau pengguna, tetapi masih membutuhkan perbaikan terhadap satu karakter tertentu.

Keterbatasan Backcross

Meskipun efektif untuk tujuan tertentu, backcross tidak selalu menjadi metode terbaik untuk semua program pemuliaan.

1. Membutuhkan Banyak Generasi

Backcross dilakukan melalui beberapa generasi persilangan dan seleksi.

Akibatnya, program dapat membutuhkan waktu, tenaga, lahan, dan biaya yang cukup besar.

2. Kurang Sesuai untuk Banyak Karakter Kompleks

Backcross lebih mudah diterapkan ketika karakter target relatif spesifik dan dapat diseleksi dengan baik.

Sebaliknya, karakter seperti hasil, toleransi kekeringan, dan adaptasi lingkungan sering dikendalikan oleh banyak gen serta dipengaruhi oleh lingkungan.

Dalam kondisi tersebut, proses seleksi dapat menjadi lebih kompleks.

3. Risiko Linkage Drag

Ketika karakter target dari donor dipindahkan, bagian genom donor yang berada di sekitar gen target juga dapat ikut terbawa.

Fenomena tersebut dikenal sebagai linkage drag.

Akibatnya, selain karakter yang diinginkan, tanaman dapat membawa alel donor yang kurang menguntungkan.

Seleksi yang tepat dan jumlah generasi backcross yang sesuai diperlukan untuk mengurangi masalah tersebut.

4. Keberhasilan Bergantung pada Tetua Donor

Backcross tidak dapat menghasilkan karakter yang tidak tersedia dalam sumber genetik yang digunakan.

Jika tidak tersedia donor yang memiliki karakter target, pemulia harus terlebih dahulu mencari sumber genetik yang sesuai, misalnya varietas lokal, galur pemuliaan, plasma nutfah, atau kerabat tanaman.

Backcross dan Seleksi dalam Pemuliaan Modern

Dalam pemuliaan modern, backcross dapat dikombinasikan dengan metode seleksi yang lebih presisi.

Salah satunya adalah seleksi berbantuan penanda molekuler atau marker-assisted selection (MAS). Dengan bantuan penanda molekuler, pemulia dapat mengidentifikasi tanaman yang membawa alel target tanpa hanya mengandalkan pengamatan fenotipik.

Keberhasilan seleksi juga berkaitan dengan seberapa besar suatu karakter dipengaruhi faktor genetik dan lingkungan. Konsep tersebut dapat dipahami lebih lanjut melalui artikel Heritabilitas dalam Pemuliaan Tanaman.

Dengan menggabungkan backcross, seleksi fenotipik, dan pendekatan molekuler, proses pemulihan latar genetik tetua berulang dapat dilakukan secara lebih terarah.

Perbedaan Backcross dengan Persilangan Biasa

Backcross dan persilangan biasa sama-sama menggunakan persilangan antartanaman, tetapi tujuan keduanya berbeda.

Aspek	Backcross	Persilangan biasa
Tujuan utama	Memperbaiki karakter tertentu	Menggabungkan karakter dari beberapa tetua
Tetua berulang	Digunakan berulang kali	Tidak selalu digunakan kembali
Fokus	Mempertahankan varietas penerima	Menghasilkan kombinasi genetik baru
Keragaman keturunan	Relatif diarahkan	Dapat lebih luas
Penggunaan	Transfer karakter spesifik	Pembentukan kombinasi karakter baru
Seleksi	Dilakukan pada setiap generasi	Bergantung pada metode pemuliaan

Dengan demikian, backcross dapat dianggap sebagai pendekatan perbaikan varietas yang lebih terarah, sedangkan persilangan biasa dapat digunakan untuk menghasilkan keragaman genetik yang lebih luas sebagai bahan seleksi.

Pembahasan dasar mengenai teknik persilangan dapat dilanjutkan melalui artikel Perkawinan Silang dalam Pemuliaan Tanaman.

Kesimpulan

Backcross atau persilangan balik merupakan metode pemuliaan tanaman yang digunakan untuk memperbaiki satu atau beberapa karakter tertentu pada varietas yang telah memiliki banyak sifat unggul.

Metode ini dilakukan dengan menggunakan tetua donor sebagai sumber karakter target dan tetua berulang sebagai dasar genetik yang ingin dipertahankan.

Prosesnya meliputi pemilihan tetua, persilangan awal, seleksi F1, persilangan balik berulang, seleksi, pemurnian, dan pengujian.

Backcross sangat bermanfaat untuk memasukkan karakter seperti ketahanan terhadap penyakit dan hama atau karakter spesifik lainnya tanpa mengubah sebagian besar sifat unggul varietas penerima.

Namun, metode ini membutuhkan beberapa generasi dan seleksi yang cermat serta kurang sesuai apabila tujuan pemuliaan adalah menggabungkan banyak karakter kompleks sekaligus.

Sumber dan Referensi

1. Fehr, W. R. (1987). Principles of Cultivar Development: Theory and Technique. Volume 1. New York: Macmillan Publishing Company.
2. Allard, R. W. (1999). Principles of Plant Breeding. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons.
3. Acquaah, G. (2012). Principles of Plant Genetics and Breeding. 2nd ed. Wiley-Blackwell.
4. Fehr, W. R., & Suza, W. P. Backcrossing. Plant Breeding Methods, Iowa State University.
5. Acquaah, G. (2012). “Breeding Self-Pollinated Species.” Dalam Principles of Plant Genetics and Breeding, 2nd ed. Wiley.
6. Acquaah, G. (2012). “Breeding Cross-Pollinated Species.” Dalam Principles of Plant Genetics and Breeding, 2nd ed. Wiley.
7. Acquaah, G. (2012). “Molecular Breeding.” Dalam Principles of Plant Genetics and Breeding, 2nd ed. Wiley.