Respons Ketahanan Sumberdaya Genetik Lokal Cabai (Capsicum spp.) terhadap Infeksi Virus Daun Keriting Kuning dan Identifikasi Faktor Inisiasi Translasi 4E (eIF4E)
Abstract
Chili pepper (Casicum spp.) is one of the most important horticultural crops in Indonesia. The limiting factors to improve the total production and quality in chili ware caused by pepper yellow leaf curl virus, was transmitted by the insect called Bemisia tabaci Genn. Economically, yield loss due to viral infection are very high due to persistent viral attacks. The use of resistant genotypes is one of the most effective methods to control the disease. To obtain resistant varieties, a series of plant breeding activities are required, starting from finding sources of germplasm, selecting parental lines, crossing, developing genotypes, testing genotypes and releasing varieties. Screening for resistance to viral infection was carried out on 14 genotypes of chili collections from the Center for Tropical Horticultural Studies (PKHT). The research activities included testing the resistance response of 14 genotypes of chili plants against pepper yellow leaf curl virus, and identification of translation initiation factor 4E as a candidate gene responsible for recessive resistance.
The first activity was aimed to obtain resistant genotype candidates from 14 local genotypes chili pepper collection from PKHT. The artificial inoculation was carried out on 14 genotypes of chili peppers through B. tabaci as a vector which previously acquired on plants infected by yellow leaf curl virus. The study was conducted in a greenhouse using a one-factor randomized complete block design, with genotype as a factor and replicated 3 times. Observation parameters include disease incubation period, scoring the disease symptom, disease incidence and severity values, several quantitative plant characters, heritability in broad sense values and correlations between quantitative characters. The results grouped plants into four categories, resistant, moderately resistant, moderately susceptible and susceptible.
Genotypes with susceptible categories, were PKHT-4 and CR-MH, moderately susceptible were PKHT-2, PKHT-3, PKHT-5, CR-SH, moderately resistant were PKHT-1, PKHT-6, PKHT -7, CR-SA, CB-BA, CB-BJ, and CB-CA, and the only resistant category were found in genotype CB-EL. The broad sense heritability values for disease resistance were moderate-high categories, and the correlation quite high. This showed that selection for the disease resistance against virus can be done at the early stage of planting, and the genotypes which show resistant character can be developed as a parental candidates. To see the presence of viral infection in plants, molecular analysis was carried out using degenerate primers Begomovirus SPG1/SPG2. The amplification results produce a band size around 900 bp. This indicates that the plant is positively infected with the disease-causing virus.
The second activity was isolation and identification of translation initiation factor 4E (eIF4E) to obtain candidate genes responsible for recessive resistance against Begomovirus infection. The results of amplification with primers AY122F/AY122R were 500 bp, in accordance with the expected size of the primer, which was 529 bp. It showed that the fragment of the DNA was detected and amplified, except for the genotipe number 13 (no band produced), which was CB-EL. It is suspected that the CB-EL genotype has resistance that is controlled by the recessive allele. Lost of function of eIF4E inhibited viral proliferation and the CB-EL genotype was not detected during amplification using S-gene primers. Furthermore, sequencing was performed and the results of sequence analysis could only be performed on 3 genotypes, PKHT-1, PKHT-3, and CR-MH due to the lack of the sequencing result. BLASTn performed showed that these sequences were similar to the predicted pentatricopeptide sequences of the Solanum. Pentatricopeptide is known to have a role in the biotic and abiotic stresses.
Information on the level of resistance against pepper yellow leaf curl virus infection, and the level of genetic diversity can assist in plant selection for resistant breeding program. The analysis of translation initiation factor 4E provide the information regarding resistance gene based on the recessive allele, so further research can be carried out. Cabai (Casicum spp.) merupakan komoditas hortikultura unggulan di Indonesia. Hambatan dalam peningkatan produksi dan kualitas cabai disebabkan oleh adanya serangan virus daun keriting kuning yang ditularkan oleh serangga vektor Bemisia tabaci Genn. Secara ekonomi, kehilangan hasil akibat infeksi virus sangat tinggi karena serangan virus yang bersifat persisten. Penggunaan genotipe tahan menjadi salah satu metode efektif dalam upaya pengendalian infeksi virus. Untuk memperoleh varietas tahan, diperlukan serangkaian kegiatan pemuliaan tanaman, dimulai dari pencarian sumber plasma nutfah, seleksi tanaman tetua, persilangan, pengembangan genotipe, uji genotipe dan pelepasan varietas. Seleksi awal untuk ketahanan terhadap infeksi virus dilakukan pada 14 genotipe lokal Koleksi Pusat Kajian Hortikultura Tropika (PKHT). Kegiatan penelitian meliputi uji respons ketahanan 14 genotipe cabai koleksi PKHT terhadap infeksi virus daun keriting kuning, dan identifikasi faktor inisiasi translasi 4E sebagai kandidat gen yang bertanggung jawab terhadap ketahanan resesif.
Kegiatan pertama bertujuan untuk mendapatkan kandidat genotipe tahan dari 14 genotipe lokal cabai koleksi PKHT. Pengujian dilakukan dengan cara melakukan inokulasi buatan terhadap 14 genotipe cabai melalui perantara vektor B. tabaci yang sebelumnya telah diakuisisi pada tanaman yang terserang virus daun keriting kuning. Penelitian dilakukan di rumah kaca menggunakan rancangan kelompok lengkap teracak satu faktor yaitu genotipe dengan 3 ulangan. Parameter pengamatan meliputi, masa inkubasi penyakit, skoring gejala penyakit, nilai insidensi dan keparahan penyakit, beberapa karakter kuantitatif tanaman, nilai heritabilitas and korelasi antar karakter kuantitatif. Hasil pengamatan mengelompokkan tanaman pada empat kategori tahan, agak tahan, agak rentan dan rentan.
Genotipe dengan kategori rentan, yaitu: PKHT-4 dan CR-MH, kategori agak rentan yaitu: PKHT-2, PKHT-3, PKHT-5, CR-SH, kategori agak tahan yaitu: PKHT-1, PKHT-6, PKHT-7, CR-SA, CB-BA, CB-BJ, dan CB-CA, dan kategori tahan hanya ditemukan pada satu genotipe yaitu CB-EL. Nilai heritabilitas arti luas untuk ketahanan penyakit berada pada kategori sedang dan tinggi, dan memiliki korelasi yang erat. Hal ini menunjukkan bahwa seleksi terhadap ketahanan penyakit dapat dilakukan pada tahap awal sehingga genotipe dengan kategori tahan dapat dikembangkan sebagai kandidat tetua. Untuk melihat keberadaan infeksi virus pada tanaman, dilakukan analisis molekuler menggunakan primer degenerate Begomovirus SPG1/SPG2. Hasil amplifikasi menghasilkan pita berukuran 900 bp. Hal ini menunjukkan bahwa tanaman positif terinfeksi virus penyebab penyakit karena primer Begomovirus menghasilkan amplikon sebesar 912 bp.
Kegiatan kedua yaitu isolasi dan identifikasi faktor inisiasi translasi 4E (eIF4E) yang bertujuan untuk mendapatkan kandidat gen yang diduga bertanggung jawab terhadap karakter ketahanan resesif terhadap serangan virus. Hasil amplifikasi dengan primer AY122F/AY122R menghasilkan ukuran pita berukuran 500 bp, sesuai dengan expected size yang dihasilkan pada desain primer yaitu 529 bp. Hasil amplifikasi DNA menunjukkan bahwa dari ke empat belas genotipe uji, hanya genotipe CB-EL yang tidak memunculkan pita DNA. Hal ini diduga genotipe tersebut memiliki ketahanan yang dikendalikan oleh alel resesif. Kehilangan fungsi eIF4E mengakibatkan virus tidak dapat berkembang lebih lanjut sehingga fragmen DNA pada genotipe CB-EL tidak terdeteksi ketika dilakukan amplifikasi menggunakan primer S gene. Selanjutnya DNA hasil amplifikasi dilakukan sequencing dan analisis sekuen. Analisis sekuen hanya dapat dilakukan pada 3 genotipe yaitu PKHT-1, PKHT-3 dan CR-MH. Hal ini dikarenakan hasil sequencing yang tidak baik. BLASTn yang dilakukan, menunjukkan bahwa sekuen-sekuen tersebut memiliki kemiripan dengan sekuen predicted pentatricopeptide dari spesies Solanum. Pentatricopeptide diketahui memiliki peran dalam hal cekaman, baik cekaman biotik maupun abiotik.
Informasi mengenai tingkat ketahanan pada tanaman cabai terhadap infeksi virus daun keriting kuning dan tingkat keragamannya, dapat membantu dalam kegiatan pemuliaan tanaman dalam rangka perakitan varietas tahan. Analisis faktor inisiasi translasi 4E diharapkan dapat memberikan informasi mengenai ketahanan yang berbasis pada gen resesif, sehingga dapat dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai S gene ini.
Collections
- MT - Agriculture [3687]