Respon Genotipe Hotong [Setaria italica (L.) Beauv.] Toleran dan Peka terhadap Cekaman Kekeringan dan Karakterisasi Gen SiDREB2
View/ Open
Date
2017Author
Putri, Ria
Ardie, Sintho Wahyuning
Khumaida, Nurul
Metadata
Show full item recordAbstract
Cekaman kekeringan merupakan salah satu cekaman abiotik utama yang
menghambat produktivitas tanaman di dunia. Hotong (Setaria italica L. Beauv)
adalah tanaman penghasil karbohidrat yang relatif toleran terhadap kekeringan.
Tingkat toleransi hotong bervariasi antara genotipe. Dengan demikian, studi
perbandingan antara genotipe hotong toleran dan peka merupakan salah satu
pendekatan untuk mengidentifikasi variabel kunci yang menentukan mekanisme
toleransi tanaman terhadap cekaman kekeringan. Akar adalah organ pertama yang
terpapar kekeringan, sehingga respon akar pada level (morfologi, anatomi,
fisiologi dan molekuler) perlu diamati. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini
adalah (1) untuk mengetahui tingkat toleransi genotipe hotong terhadap cekaman
kekeringan, (2) untuk mengamati perbedaan respon akar genotipe toleran dan
peka pada level morfologi, anatomi dan fisiologi dan (3) untuk mengisolasi dan
mengkarakterisasi gen DREB2 dari genotipe hotong dalam respon terhadap
cekaman kekeringan. Penelitian ini terdiri atas rangkaian tiga percobaan untuk
mencapai tujuan penelitian.
Percobaan 1 dilakukan di rumah kaca di Kebun Percobaan Cikabayan (240
m dpl) dari bulan Maret sampai Juni 2016. Enam genotipe hotong, ICERI-4,
ICERI-5, ICERI-6, ICERI-7, ICERI-9 dan ICERI-10 ditanam secara hidroponik
dalam larutan hara yang mengandung 0 dan 20% PEG selama 2 minggu.
Pengamatan kandungan malondialdehid (MDA) dilakukan pada 3 hari setelah
perlakuan (HSP), peubah anatomi akar pada 5 HSP, arsitektur akar pada 5, 10 dan
15 HSP, dan pada peubah pertumbuhan pada 15 HSP. Berdasarkan nilai stress
tolerance index (STI), genotipe ICERI-5 dan ICERI-6 merupakan genotipe yang
lebih toleran terhadap kekeringan dibandingkan dengan empat genotipe lainnya.
ICERI-5 adalah genotipe yang memiliki nilai STI tertinggi, sedangkan ICERI-10
adalah genotipe dengan nilai STI terendah. Diameter stele dan jumlah metaxylem
akar tidak dipengaruhi oleh cekaman kekeringan (20% PEG) pada genotipe
ICERI-5 (toleran), tetapi peubah tersebut mengalami penurunan signifikan pada
cekaman kekeringan pada genotipe ICERI-10 (peka). Genotipe ICERI-5 (toleran)
juga menunjukkan panjang dan jumlah akar seminal yang lebih tinggi
dibandingkan dengan genotipe ICERI-10 (peka) pada kondisi cekaman (20%
PEG). Peningkatan kandungan MDA pada periode awal cekaman (3 HSP)
teramati pada genotipe ICERI-5 (toleran), tapi tidak pada genotipe ICERI-10
(peka). Perbedaan respon biokimia, anatomi dan arsitektur akar pada cekaman
kekeringan antara genotipe toleran dan peka menunjukkan bahwa karakterkarakter
tersebut mungkin menentukan tingkat toleransi terhadap cekaman
kekeringan pada hotong.
Hasil penelitian pada Percobaan 1 menunjukkan bahwa ICERI-5 adalah
genotipe toleran kekeringan, sedangkan ICERI-10 adalah genotipe peka terhadap
cekaman kekeringan. Studi perbandingan yang lebih dalam antara dua genotipe
tersebut dilakukan pada Percobaan 2. Etilen adalah hormon tanaman yang
berbentuk gas yang erat terlibat dalam perkembangan akar tanaman serta respon
tanaman terhadap cekaman kekeringan. Arsitektur akar dan kandungan etilen
endogen dari dua genotipe hotong tersebut dibandingkan pada Percobaan 2.
Percobaan 2 dilakukan di rumah kaca di Kebun Percobaan Cikabayan (240 m dpl)
dari Juli hingga Agustus 2016. Percobaan disusun dalam rancangan acak
kelompok dengan dua faktor dan tiga ulangan. Faktor pertama adalah dua
genotipe hotong, yaitu ICERI-5 (toleran) dan ICERI-10 (peka). Faktor kedua
adalah konsentrasi polietilen glikol (PEG-6000), terdiri atas 0 dan 20%. Bibit
ditanam selama dua minggu dalam larutan hara yang mengandung PEG dan
pengamatan kandungan etilen endogen dan peubah arsitektur akar dilakukan pada
5 HSP. Hasil penelitian menunjukkan bahwa cekaman kekeringan (20% PEG)
menyebabkan peningkatan yang signifikan pada kandungan etilen endogen akar
ICERI-5 (toleran genotipe), tetapi menurunkan kandungan etilen endogen pada
akar ICERI-10 (genotipe peka). ICERI-5 (genotipe toleran) juga menunjukkan
panjang akar seminal dan lateral yang lebih tinggi dibandingkan dengan ICERI-10
(genotipe peka) pada 0% maupun 20% PEG.
Hasil percobaan 1 dan 2 mengindikasikan bahwa ROS dan etilen terlibat
dalam lintasan sinyal pada respon hotong terhadap cekaman kekeringan.
Dehydration Responsive Element Binding (DREB) adalah salah satu faktor
transkripsi (FT) pada keluarga gen Ethylene Response Factor (ERF) yang terlibat
erat dalam respon terhadap cekaman kekeringan pada banyak tanaman. Oleh
karena itu, isolasi dan karakterisasi gen homolog DREB2 dari genotipe hotong
dengan toleransi yang berbeda terhadap cekaman kekeringan dilakukan dalam
Percobaan 3. DNA genom diisolasi dari daun bibit berumur 21 hari setelah semai
dari enam genotipe hotong (ICERI-4, ICERI- 5, ICERI-6, ICERI-7, ICERI-9 dan
ICERI-10) menggunakan metode CTAB. Amplifikasi PCR menggunakan primer
spesifik gen SiDREB2 menghasilkan pita tunggal (±1100 bp). Perunutan sekuen
secara langsung dari enam fragmen dan analisis BLAST mengkonfirmasi bahwa
fragmen tersebut homolog dengan gen SiDREB2. Akan tetapi, metode perunutan
secara langsung tidak bisa membaca runutan sekuen gen secara utuh, fragmenfragmen
SiDREB2 disub-dikloning ke pMD20 plasmid dan selanjutnya dilakukan
perunutan sekuen. Hasil analisis urutan menunjukkan bahwa gen SiDREB2 dari
enam genotipe memiliki panjang 705 pb tanpa intron. ORF menyandikan 234
asam amino yang terletak antara asam amino 7-240. Protein SiDREB2 telah
diidentifikasi dalam penelitian ini memiliki 3 domain. Enam genotipe hotong
dapat dipisahkan menjadi dua kelompok utama berdasarkan analisis nukleotida
pada ORF gen SiDREB2. Konsisten dengan hasil pada percobaan 1 dan 2,
genotipe toleran (ICERI-5 dan ICERI-6) dikelompokan bersama, sedangkan
genotipe peka (ICERI-4, ICERI-7, ICERI-9 dan ICERI-10) dikelompokkan secara
terpisah. Perbedaan satu nukleotida telah berhasil diidentifikasi yang terletak pada
basa nomor 558 yang berpotensi dikembangkan sebagai penanda molekuler terkait
dengan toleransi kekeringan pada hotong.
Collections
- MT - Agriculture [3683]