Studi Genetik Tiga Populasi F2 Hotong [Setaria italica (L.) Beauv.] Berbantu Marka SNAP Berbasis Gen SiDREB2 untuk Sifat Toleransi Kekeringan dan/ atau Salinitas
Date
2023-08Author
Sintia, Mira
Ardie, Sintho Wahyuning
Suwarno, Willy Bayuardi
Metadata
Show full item recordAbstract
Hotong atau foxtail millet [Setaria italica (L.) Beauv.] merupakan salah satu tanaman serealia bernutrisi dan banyak dikembangkan di daerah kering atau semi kering karena toleransinya yang cukup baik terhadap kondisi cekaman kekeringan atau salinitas. Hotong merupakan tanaman potensial di daerah marjinal, sehingga varietas dengan produktivitas tinggi, berhabitus tidak terlalu tinggi, umur berbunga cepat, dan toleran terhadap cekaman kekeringan atau salinitas merupakan salah satu tujuan pemuliaan tanaman ini. Perakitan varietas hotong toleran cekaman kekeringan atau salinitas dengan karakter agronomi yang diinginkan dapat dilakukan salah satunya melalui persilangan beberapa genotipe potensial. Genotipe ICERI-5 dan ICERI-6 merupakan genotipe potensial yang dilaporkan memiliki habitus tanaman pendek, umur berbunga yang cepat, toleran terhadap cekaman kekeringan atau salinitas, akan tetapi dengan produktivitas relatif rendah. Sebaliknya, genotipe Botok-4 dan Botok-10 dilaporkan memiliki potensi produktivitas tinggi, akan tetapi habitus tanaman tinggi, umur berbunga lama, dan peka terhadap cekaman kekeringan atau salinitas. Perakitan varietas hotong dengan habitus tanaman tidak terlalu tinggi, umur berbunga yang cepat, produktivitas tinggi serta toleran terhadap cekaman kekeringan atau salinitas dapat dilakukan salah satunya melalui persilangan genotipe ICERI-5 dan ICERI-6 dengan genotipe Botok-4 dan Botok-10.
Seleksi dalam program pemuliaan hotong toleran cekaman kekeringan atau salinitas dengan karakter agronomi yang diinginkan dapat dilakukan berdasarkan performa fenotipik maupun berbantu marka molekuler. Informasi keragaman genetik, heritabilitas, aksi gen, dan nilai korelasi dapat bermanfaat untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi seleksi. Marka single nucleotide amplified polymorphism (SNAP) berbasis gen SiDREB2 dikembangkan berdasarkan single nucleotide polymorphism (SNP) pada basa ke-558 gen SiDREB2, di mana alel A mengindikasikan genotipe toleran dan alel G mengindikasikan genotipe peka terhadap cekaman kekeringan atau salinitas. Aplikasi MAS (marker assisted selection) menggunakan marka SNAP berbasis gen SiDREB2 pada individu F2 dapat digunakan untuk mengidentifikasi individu-individu F2 hotong yang toleran terhadap cekaman kekeringan atau salinitas. Gabungan seleksi secara fenotipik untuk karakter tinggi tanaman, umur berbunga, dan bobot biji per tanaman serta seleksi toleransi cekaman kekeringan atau salinitas berbantu marka SNAP berbasis gen SiDREB2 diharapkan dapat mempercepat program pemuliaan hotong dan meningkatkan akurasi seleksi dibandingkan dengan pemuliaan secara konvensional.
Penelitian terdiri atas dua percobaan. Percobaan pertama adalah studi genetik tiga populasi F2 hotong (Setaria italica (L.) Beauv) hasil persilangan ICERI-5 x Botok-4, ICERI-5 x Botok-10, dan ICERI-6 x Botok-4. Tujuan dari percobaan pertama adalah mempelajari keragaman genetik, menduga nilai heritabilitas arti luas, menduga aksi gen, dan memperoleh kemajuan seleksi berdasarkan seleksi indeks terboboti dari tiga populasi F2 hotong hasil persilangan ICERI-5 x Botok-4, ICERI-5 x Botok-10, dan ICERI-6 x Botok-4. Hasil percobaan menunjukkan bahwa populasi F2 hasil persilangan ICERI-6 x Botok-4 merupakan populasi yang berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut karena memiliki rata-rata habitus tanaman yang lebih pendek dan umur berbunga lebih cepat dibandingkan tetua jantannya dan rata-rata bobot biji yang lebih tinggi dibandingkan kedua tetua serta dua populasi F2 lainnya. Karakter prioritas perakitan varietas hotong seperti tinggi tanaman, umur berbunga, dan bobot biji per tanaman pada populasi F2 hasil persilangan ICERI-6 x Botok-4 juga memiliki nilai heritabilitas arti luas yang tinggi dengan kriteria KKG (koefisien keragaman genetik) yang sedang sampai luas. Analisis diferensial seleksi dan dugaan kemajuan seleksi pada intensitas seleksi 10% berdasarkan seleksi indeks terboboti pada populasi F2 hasil persilangan ICERI-6 x Botok-4 juga mengindikasikan adanya harapan penurunan umur berbunga, sedikit peningkatan tinggi tanaman serta peningkatan bobot biji per tanaman pada generasi selanjutnya. Populasi F2 hasil persilangan ICERI-6 x Botok-4 merupakan populasi potensial untuk mendukung tujuan dari program pemuliaan hotong dan dapat dipertimbangkan untuk dapat dilanjutkan ke generasi berikutnya.
Percobaan kedua adalah identifikasi individu-individu populasi F2 hasil persilangan ICERI-6 x Botok-4 toleran cekaman kekeringan dan/ atau salinitas berbantu marka SNAP berbasis gen SiDREB2. Tujuan penelitian ini yaitu menduga toleransi individu F2 hotong terhadap cekaman kekeringan dan/ atau salinitas, menduga keterkaitan variasi basa ke-558 gen SiDREB2 dengan karakter agronomi yang diamati, menduga kemajuan seleksi berdasarkan seleksi marka SNAP berbasis gen SiDREB2, dan menduga pola segregasi gen SiDREB2. Hasil percobaan menunjukkan bahwa seleksi berbantu marka SNAP berbasis gen SiDREB2 menghasilkan 62 individu tanaman F2 yang diduga toleran terhadap cekaman kekeringan atau salinitas yang dapat dipertimbangkan untuk dilanjutkan ke generasi selanjutnya. Hasil analisis uji-F mengindikasikan bahwa tidak terdapat keterkaitan antara gen SiDREB2 dengan karakter agronomi yang diamati pada kondisi tanpa cekaman. Diferensial seleksi dan dugaan kemajuan seleksi berdasarkan seleksi berbantu marka SNAP berbasis gen SiDREB2 mengindikasikan adanya harapan penurunan pada karakter tinggi tanaman dan umur berbunga serta peningkatan bobot biji per tanaman di generasi selanjutnya. Pola segregasi gen SiDREB2 pada populasi F2 hasil persilangan ICERI-6 x Botok-4 mengikuti pola segregasi 3:1 dengan alel A (toleran) dominan.
Informasi keragaman genetik, nilai heritabilitas, koefisien keragaman genetik, aksi gen, dan korelasi pada tiga populasi F2 hotong hasil persilangan ICERI-5 x Botok-4, ICERI-5 x Botok-10, dan ICERI-6 x Botok-4 disertai seleksi berbantu marka SNAP berbasis gen SiDREB2 pada penelitian ini menyediakan informasi yang diperlukan untuk meningkatkan efisiensi seleksi serta dapat dijadikan sebagai rujukan pemilihan individu-individu F2 yang dapat dipertimbangkan untuk diteruskan di generasi selanjutnya. Foxtail millet [Setaria italica (L.) Beauv.] is one of the nutricereal crops that is widely developed in arid or semi-arid areas due to its good tolerance to drought or salinity stress. Foxtail millet is a potential crop in marginal areas, thus varieties with high productivity, short stature, early flowering time, and tolerance to drought or salinity stress were the breeding targets of this crop. The development of foxtail millet varieties with good agronomic traits and tolerance to drought or salinity stress can be obtained through the hybridization of several potential foxtail millet genotypes. ICERI-5 and ICERI-6 were potential genotypes that were reported to have short stature, early flowering time, tolerant to drought or salinity stress, but showed low productivity. In contrast, the Botok-4 and Botok-10 genotypes were reported to have high productivity, but with tall stature, long flowering time, and showed sensitivity to drought or salinity stress. The development of foxtail millet variety with short stature, early flowering time, high productivity, and tolerance to drought or salinity stress can be achieved through crossing from ICERI-5 and ICERI-6 genotypes with Botok-4 and Botok-10 genotypes.
Foxtail millet breeding goals that have a good tolerance to drought or salinity stress with expected agronomic traits can be obtained through phenotypic and genotypic selection. Information about genetic variability, heritability, gene action, and correlation can be useful to improve the effectiveness and efficiency of the selection. The utilization of SiDREB2-based SNAP marker as a marker-assisted selection in the F2 population can be used to identify F2 individuals that are tolerant to drought or salinity stress. The combination of phenotypic selection for plant height, flowering time, and grain weight per plant and genotypic selection for drought or salinity stress tolerance using SiDREB2-based SNAP marker is expected to accelerate foxtail millet breeding programs compared to conventional breeding.
This study consisted of two experiments. The first experiment was the genetic study of three F2 populations of foxtail millet (Setaria italica (L.) Beauv) derived from ICERI-5 x Botok-4, ICERI-5 x Botok-10, and ICERI-6 x Botok-4 crosses. This experiment aimed to obtain the genetic variability, predict heritability values, gene action, and predict selection response based on the weighted selection index of three F2 populations derived from ICERI-5 x Botok-4, ICERI-5 x Botok-10, and ICERI-6 x Botok-4 crosses. The result showed that the F2 population from ICERI-6 x Botok-4 cross was a potential population to be developed further since this population showed better mean values for plant height, flowering time, and grain weight per plant compared to the other two F2 populations. Plant height, flowering time, and grain weight per plant of the F2 population derived from ICERI-6 x Botok-4 cross also had high heritability with moderate to broad genotypic coefficient of variation (GCV). Selection differential and predicted selection response at 10% intensity based on a weighted index selection in the F2 population from ICERI-6 x Botok-4 indicated an expected decrease in flowering time, a slight increase in plant height, and an increase in grain weight per plant in the next generation. The F2 population from ICERI-6 x Botok-4 cross is a potential population to achieve the objectives of the foxtail millet breeding program and can be considered to be continued in the next generation.
The second experiment was the identification of drought or salinity tolerant individuals in the F2 population derived from ICERI-6 x Botok-4 cross assisted by SiDREB2-based SNAP marker. This experiment aimed to predict individual F2 that is tolerant to drought or salinity stress, to predict the selection response based on the SiDREB2-based SNAP marker selection, and to predict the segregation pattern of the SiDREB2 gene. The result showed that marker-assisted selection based on the SiDREB2 gene resulted in 62 F2 individuals that were expected to be tolerant to drought or salinity stress and it can be considered to be continued in the next generation. The results of the F-test analysis indicated that there was no association between the SiDREB2 gene and the observed agronomic characters under non-stressed conditions. Selection differential and predicted selection response based on SNAP marker selection indicated a decrease in plant height and flowering time and an increase in grain weight per plant in the next generation. The segregation pattern of the SiDREB2 gene in the F2 population of ICERI-6 and Botok-4 fit with the Mendelian ratio 3:1 with the dominant allele A (tolerant allele).
Information of genetic variability, heritability value, genotypic coefficient of variation, gene action, and correlation of three F2 populations of foxtail millet derived from ICERI-5 x Botok-4, ICERI-5 x Botok-10, and ICERI-6 x Botok-4 crosses combined with selection based on SiDREB2-based SNAP markers in this study is expected to increase the selection efficiency and can be used as a reference for F2 individuals that can be considered to continue in the next generation.
Collections
- MT - Agriculture [3778]