Karakterisasi Fenotipik, Genetik Dan Metabolomik Serta Studi Kultur Antera Jagung Putih Dari Nusa Tenggara Timur Untuk Pengembangan Tanaman Toleran Cekaman Kekeringan

Abstract

Jagung putih dari Nusa Tenggara Timur (NTT) memiliki banyak keunggulan yaitu berumur genjah, tahan terhadap cekaman biotik-abiotik, mempunyai daya simpan yang lebih lama dan dapat diolah menjadi berbagai produk makanan tradisional seperti jagung titi, jagung katemak dan jagung bose. Peningkatan produktivitas jagung putih terkendala oleh ketersediaan air dan kondisi lahan kering yang sebagian besar mendominasi lahan di NTT. Perakitan jagung putih unggul toleran cekaman kekeringan dapat dilakukan jika tersedia sumber plasma nutfah unggul dengan keragaman genetik yang tinggi. Karakterisasi lengkap secara fenotipik, genetik dan metabolomik dapat digunakan untuk mendapatkan informasi menyeluruh mengenai sifat morfo-agronomis, keragaman genetik maupun alel unggul yang mungkin terkait dengan sifat sekunder seperti kandungan senyawa penting yang berguna untuk seleksi serta perbaikan genetik. Genotipe terpilih selanjutnya dapat digunakan sebagai calon tetua untuk perakitan varietas toleran cekaman kekeringan melalui pemuliaan tanaman. Kultur antera menjadi salah satu alternatif untuk memproduksi tanaman dihaploid (DH) yang potensial guna perakitan varietas unggul secara cepat karena jagung merupakan tanaman menyerbuk silang yang pemurnian genetik secara konvensional memerlukan waktu 7- 8 generasi. Tujuan penelitian adalah mengkarakterisasi dan menganalisis keragaman aksesi jagung putih dari NTT serta mengidentifikasi aksesi unggul yang toleran cekaman kekeringan. Penelitian terdiri atas empat percobaan. Percobaan pertama yaitu karakterisasi fenotipik jagung putih dari NTT pada penanaman multi-lingkungan. Percobaan kedua yaitu karakterisasi genetik berdasarkan marka molekuler SSR. Percobaan ketiga yaitu analisis profil metabolit spesifik jagung putih dan metabolit terkait toleransi cekaman kekeringan. Percobaan keempat yaitu studi kultur antera untuk pengembangan jagung putih toleran cekaman kekeringan di NTT. Jagung putih yang digunakan dalam penelitian berjumlah 17 aksesi yang berasal dari empat kabupaten dengan produktivitas jagung tinggi di pulau Pulau Timor NTT, yaitu Kabupaten Timor Tengah Utara (TTU, 9 aksesi), Kabupaten Belu (2 aksesi), Kabupaten Malaka (2 aksesi) dan Kabupaten Timor Tengah Selatan (TTS, 4 aksesi); beserta 3 varietas varietas bersari bebas sebagai pembanding, yaitu Anoman, Srikandi Putih dan Lamuru. Karakterisasi fenotipik menunjukkan terdapat keragaman fenotipik yang tinggi antar genotipe yang dievaluasi. Aksesi dari TTU menunjukkan keragaman fenotipik tertinggi, sedangkan aksesi Malaka mempunyai keragaman terendah. Terdapat lima genotipe yang mempunyai nilai produktivitas tertinggi yaitu 3 aksesi lokal A11/TTU/03, A7/BL01 dan A5/ML01 serta dua varietas pembanding A18/LMR dan A19/ANM. Gabungan analisis stabilitas dan AMMI menghasilkan genotipe A18/LMR, A19/ANM, A7/BL01, A11/TTU03, A12/TTU04 dan A20/SKP sebagai genotipe yang stabil. Sebelas indeks toleransi kekeringan menilai aksesi A18/LMR, A7/BL01, A11/TTU03 dan A12/TTU04 sebagai genotipe yang toleran. Analisis multi karakter MGIDI dan MTSI mengidentifikasi A18/LMR, A7/BL01, A11/TTU03 dan A2/TTS02 sebagai aksesi terpilih. Gabungan seluruh analisis menghasilkan genotipe terpilih yaitu A7/BL01, A11/TTU03, A12/TTU04 A18/LMR, A19/ANM dan A20/SKP sebagai genotipe unggul dan stabil yang potensial dikembangkan sebagai calon tetua unggul. Analisis genetik berdasarkan marka SSR dan analisis fenotipik menggunakan 20 karakter kuantitatif dan kualitatif menghasilkan 3 klaster namun keduanya konsisten menghasikan aksesi A11/TTU03 sebagai aksesi yang mengelompok tersendiri dan berbeda dibandingkan aksesi yang lain. Struktur populasi pada K = 2 menunjukkan proporsi 45 – 55 % dengan distribusi genetik tiap genotipe bersifat simetris dan menyebar serta keragaman genetik yang cukup luas dan konsisten dengan hasil analisis PCA. Profiling metabolit menghasilkan 10 – 19 senyawa metabolit yang terdiri atas 3 senyawa dominan yaitu karbohidrat disakarida, lipid dan asam organik. Aksesi dengan jumlah metabolit terbanyak adalah A17/TTU09 dengan komposisi senyawa yang paling beragam. Nilai kemiripan senyawa metabolit antar genotipe antara 45,5% - 81,3 %. Terdapat senyawa signifikan yang membedakan antar genotipe dengan nilai VIP 2,5 yaitu (E)-3,4,5-trimethoxycinamic acid. Senyawa spesifik yang terkait cekaman kekeringan yaitu glutamic acid dan p-coumaric acid yang ditemukan pada aksesi A12/TTU04, dan 4-oxoproline pada genotipe pembanding A19/ANM. Studi kultur antera menunjukkan marka morfologi yang meliputi munculnya bunga jantan hari pertama (MB1), hari kedua (MB2) dan hari ketiga (MB3), rasio antera-spikelet dan jarak antara dasar daun bendera dengan daun di bawahnya dapat digunakan untuk menentukan waktu panen donor antera. Keempat aksesi jagung terpilih (A7/BL01, A11/TTU03, A12/TTU04 dan A17/TTU09) mempunyai hari muncul bunga jantan yang berbeda. Aksesi 17/TTU09 merupakan aksesi paling lambat (60 hari), sedangkan aksesi A7/BL01 merupakan aksesi tercepat untuk munculnya bunga jantan hari pertama (MB1). Tahap MB3 merupakan tahap dengan ukuran antera-spikelet tertinggi pada semua aksesi. Ratio antera-spikelet tertinggi terdapat pada aksesi A12/TTU04, sedangkan ratio terendah pada A17/TTU09. Fase perkembangan mikrospora paling lambat ditemukan pada A7/BL01 sedangkan fase tercepat pada A11/TTU04. Tahap MB2 atau munculnya bunga jantan hari kedua merupakan tahap optimum untuk pengambilan donor antera jagung karena adanya dominasi fase uninukleat. Optimasi perlakuan suhu dingin menghasilkan hari ke-7 sebagai hari pretreatment antera. Media yang optimum menghasilkan perubahan morfologi dan antera hijau adalah media M3 dengan komposisi media N6 + sukrosa 6%+2,4 D 2,0 mg L-1 + kinetin 1,5 mg L-1. Media lanjutan terbaik adalah media MSM yang mengandung media MS + kinetin 15 mgL-1+2,4 D 10 mg L-1 + sukrosa 6 %. Optimasi sukrosa lanjutkan menghasilkan media G2 dengan kadar sukrosa 7% sebagai media optimum yang menghasilkan induksi kalus 0,6% dan persentase antera hidup terbaik.