Analisis Keragaman Genetik Pada Gandum (Triticum Aestivum L.) Hasil Introduksi Menggunakan Karakterisasi Morfologi Dan Molekuler
View/ Open
Date
2016Author
Widowati, Sartika
Khumaida, Nurul
Ardie, Sintho Wahyuning
Trikoesoemaningtyas
Metadata
Show full item recordAbstract
Gandum (Triticum aestivum L.) adalah salah satu komoditas pangan serealia penting yang dibutuhkan dalam jumlah besar di dunia. Indonesia merupakan salah satu negara pengimpor gandum terbesar. Gandum merupakan tanaman subtropis yang sulit dibudidayakan di Indonesia karena suhu yang terlalu tinggi. Saat ini gandum hasil introduksi dapat dikembangkan dengan baik pada elevasi > 800 m dpl. Namun adanya persaingan dengan komoditas hortikultura di dataran tinggi menyebabkan gandum tidak dapat dibudidayakan secara luas di Indonesia. Sebagai upaya untuk mengatasi hal tersebut, pengembangan gandum difokuskan untuk dataran menengah-rendah. Suhu rata-rata pada dataran menengah-rendah tentunya lebih tinggi dibandingkan dengan dataran tinggi, sehingga diperlukan varietas gandum yang toleran terhadap suhu tinggi. Dengan demikian Indonesia dapat mengurangi impor gandum di kemudian hari.
Informasi mengenai hubungan kekerabatan diantara genotipe koleksi gandum yang diintroduksi belum banyak dilaporkan, terutama antara genotipe yang sudah lama diintroduksi dengan genotipe yang baru diintroduksi. Selain itu, deskripsi varietas yang disebutkan pada masing-masing genotipe diperuntukkan budidayanya di dataran tinggi (>800 m dpl). Program pemuliaan gandum dimulai dengan meningkatkan keragaman genetik, dapat melalui persilangan dan induksi mutasi. Sebelum melakukan persilangan, penentuan tetua sangat penting untuk dilakukan mengingat program pemuliaan membutuhkan waktu yang lama. Tujuan utama penelitian ini adalah melakukan analisis keragaman genetik di antara koleksi genotipe gandum dengan cara karakterisasi morfologi dan molekuler. Hal tersebut diwujudkan dengan mempelajari pertumbuhan tanaman gandum di dataran menengah (400-800 m dpl), mempelajari karakter morfologi, anatomi, serta keragaman dalam sekuen nukleotida gen terkait toleransi suhu tinggi.
Penelitian terdiri atas 3 percobaan. Karakterisasi morfologi dan karakter agronomi pada beberapa genotipe gandum pada percobaan pertama dilakukan di Kebun Percobaan Sukamantri IPB, Tamansari, Bogor dengan ketinggian + 540 m dpl pada bulan Desember 2013 hingga Mei 2014. Peningkatan keragaman genetik pada level in vitro melalui induksi mutasi dengan irradiasi sinar gamma dan seleksi suhu tinggi telah dilakukan pada penelitian sebelumnya, sehingga karakterisasi secara morfologi dan anatomi untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada mutan putatif gandum dilakukan pada percobaan 2. Percobaan 2 tersebut dilakukan di Laboratorium Kultur Jaringan 3 pada bulan Februari – Agustus 2015. Kemudian percobaan 3 yakni studi molekuler gen-gen terkait toleransi suhu tinggi pada beberapa genotipe gandum yang dilakukan pada bulan September 2015 hingga Februari 2016 di Laboratorium Plant Molecular Biology 2 AGH IPB dan Laboratory of Plant Breeding and Genetics, Tohoku University.
Percobaan pertama menggunakan tiga genotipe yang lebih awal diintroduksi (Nias, Selayar, dan Dewata) serta lima genotipe yang baru diintroduksi (Guri 3 Agritan, Guri 4 Agritan, Guri 5 Agritan, Guri 6 Unand, dan SBD) yang disusun berdasarkan rancangan kelompok lengkap teracak dengan 1
faktor dan 3 ulangan. Pengamatan morfologi berdasarkan deskriptor UPOV, dan juga dilakukan pengamatan terhadap karakter agronomi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa terdapat keragaman pada genotipe gandum berdasarkan 18 karakter morfologi. Analisis filogenetik menunjukkan pengelompokan pada genotipe yang lebih awal diintroduksi (Nias, Selayar, dan Dewata) terpisah dengan genotipe yang baru diintroduksi (Guri 3 Agritan, Guri 4 Agritan, Guri 5 Agritan, Guri 6 Unand, dan SBD). Hal ini juga didukung dengan nilai pengamatan pada karakter agronomi dimana genotipe yang lebih awal diintroduksi cenderung memperlihatkan hasil yang rendah, sementara genotipe yang baru diintroduksi lebih tinggi sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat perbaikan karakter agronomi yang menunjang adaptasi di wilayah tropis. Hubungan kekerabatan menunjukkan jarak genetik yang jauh, dengan koefisien ketidakmiripan sebesar 0.25-0.53. Karakter morfologi yang dikembangkan sebagai ideotype gandum untuk membantu adaptasi gandum di daerah tropis adalah daun bendera yang tegak, glaukositas yang kuat, densitas malai yang rapat, dan bahu glume terbawah yang lebar. Semua karakter agronomi yang memberikan hasil uji nyata pada analisis ragam menunjukkan heritabilitas yang tinggi. Karakter dengan heritabilitas dan KKG tinggi adalah panjang akar, bobot kering akar, bobot kering malai, bobot kering tajuk, dan bobot biji. Genotipe Selayar dan Guri 4 Agritan direkomendasikan sebagai kandidat tetua dalam persilangan dengan mempertimbangkan karakter agronomi, morfologi, dan toleransi suhu tinggi.
Sebanyak 11 mutan putatif hasil induksi mutasi irradiasi sinar gamma dan seleksi suhu tinggi pada level in vitro serta planlet genotipe Dewata sebagai genotipe asal (kontrol) digunakan dalam percobaan 2. Percobaan dirancang menggunakan rancangan kelompok lengkap teracak dengan 1 faktor dan 3 ulangan. Eksplan-eksplan mutan putatif hasil mutasi tersebut menunjukkan adanya keragaman berdasarkan karakter morfologi, karakter anatomi, dan pertumbuhannya. Genotipe 30Gy25C-4 menunjukkan pertambahan jumlah anakan tertinggi, sementara genotipe 30Gy25C-6 memiliki tinggi planlet tertinggi. Hubungan kekerabatan menunjukkan keragaman dengan koefisien ketidakmiripan antara 0.1-0.8. Analisis kekerabatan menunjukkan kemiripan terdekat terdapat pada Dewata (kontrol) dengan genotipe 20Gy30C-2, sedangkan terjauh pada 30Gy25C-6 yang berada pada klaster yang berbeda. Genotipe 10Gy25C-1 menunjukkan nilai pengamatan paling tinggi pada beberapa karakter anatomi antara lain tebal daun, tebal epidermis daun, diameter jaringan pengangkut daun, tebal korteks akar, dan diameter stele akar. Genotipe 30Gy25C-4 memiliki potensi yang baik karena memiliki pertambahan jumlah anakan yang tinggi. Mutan-mutan putatif yang juga berpotensi untuk dikembangkan adalah yang memiliki daun tegak (10Gy25C-1, 10Gy25C-4, 10Gy30C-4, 30Gy25C-3, 30Gy25C-5, dan 30Gy25C-6), daun hijau tua (10Gy25C-4, 20Gy30C-2, 20Gy30C-5, 30Gy25C-5, dan 30Gy25C-6), serta glaukositas sedang (30Gy25C-6).
Studi molekuler gen-gen terkait suhu tinggi pada gandum di percobaan ketiga dilakukan dengan menentukan kandidat gen melalui studi pustaka, mendesain primer spesifik, isolasi DNA gandum, amplifikasi dengan PCR, elektroforesis, dan perunutan nukleotida (sequencing). Percobaan ini menggunakan dua genotipe yang lebih awal diintroduksi (Nias, Dewata), dan empat genotipe yang baru diintroduksi (Guri 3 Agritan, Guri 5 Agritan, SBR, dan Jarissa). Gen TaHSF-2 berhasil diamplifikasi dan dikarakterisasi dari keenam
genotipe gandum dengan panjang pita + 1300 pb. Hasil pensejajaran nukleotida dan prediksi asam amino menunjukkan homologi yang tinggi dengan sekuen gen TaHSF-2 dari gandum genotipe HD2967 yang sudah terdeposit pada GenBank dengan nomor aksesi GenBank KP063542.1 serta gen HsfB pada spesies lain. Keragaman dalam sekuen nukleotida ditemukan diantara keenam genotipe gandum yang digunakan. Gen TaHSF-2 tersebut ditemukan memiliki 3 domain penting, diantaranya adalah DNA Binding Domain (DBD), Oligomerization Domain (OD), dan B3 Repressor Domain (BRD). BRD menunjukkan adanya motif asam amino LFGV yang mengindikasikan peranan gen TaHSF-2 sebagai repressor. Ditemukan sebanyak 3 situs SNP putatif yang berpotensi dikembangkan menjadi marka molekuler.
Collections
- MT - Agriculture [3772]