Manipulasi Sel Somatik Tanaman Kelor (Moringa oleifera Linn.) Secara in vitro untuk Menghasilkan Klon Unggul Toleran Cekaman Aluminium

Abstract

Tanaman kelor (Moringa oleifera Linn.) merupakan tanaman yang memiliki banyak potensi diantaranya sebagai sumber pangan alternatif fungsional, pakan ternak maupun sebagai tanaman obat. Perbanyakan konvensional pada tanaman kelor memiliki beberapa kendala diantaranya: terbatasnya sumber tanaman induk, lambatnya pertumbuhan akar, serta rentan serangan hama dan penyakit. Perbanyakan melalui kultur in vitro memiliki beberapa keunggulan antara lain mampu menghasilkan bibit yang seragam, bebas hama dan penyakit, tidak tergantung musim dan dapat diproduksi dalam waktu relatif singkat. Menurunnya luas lahan subur di Indonesia karena industrialisasi dan alih fungsi lahan menjadi tantangan dalam pengembangan tanaman kelor. Pemanfaatan lahan suboptimal bisa menjadi alternatif dalam pengembangan tanaman kelor di masa depan. Namun demikian, pemanfaatan lahan suboptimal ini dibatasi beberapa faktor abiotik, diantaranya pH tanah yang rendah serta kejenuhan Alumunium (Al) yang tinggi sehingga menyebabkan, proses fotosintesis dan pertumbuhan tanaman terhambat yang pada akhirnya mengurangi hasil panen tanaman kelor. Pemanfaatan lahan suboptimal dapat dilakukan dengan menanam klon kelor unggul yang toleran terhadap cekaman abiotik. Untuk mendapatkan tanaman kelor unggul tersebut dapat dilakukan melalui seleksi dari berbagai genotipe tanaman kelor. Keragaman genetik pada tanaman M. oleifera dapat dihasilkan melalui introduksi, hibridisasi serta manipulasi sel somatik secara in vitro dengan iradiasi sinar Gamma. Perubahan genetik yang terjadi pada kultur M. oleifera yang telah diradiasi dapat di deteksi menggunakan marka ISSR. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan keragaman genetik tanaman kelor melalui introduksi beberapa aksesi tanaman M. oleifera serta melalui iradiasi sinar gamma pada beberapa dosis radiasi sehingga didapatkan nilai LD50. Konfirmasi terjadinya mutasi dilakukan dengan marka molekular ISSR. Seleksi aksesi dan kandidat mutan yang toleran terhadap aluminium dilakukan secara in vitro dengan pemberian AlCl3 dalam media kultur. Seleksi dilakukan untuk memilih kandidat aksesi dan kandidat mutan unggul dengan hasil tinggi dalam kondisi lingkungan tercekam Al. Kultur tanaman yg toleran dapat dilihat dari peubah pengamatan serta kandungan asam organik yang dihasilkan. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk menghasilkan kandidat aksesi dan mutan kelor unggul yang toleran terhadap cekaman AlCl3, sehingga ke depan, lahan suboptimal tanah masam yang masih potensial dapat dimanfaatkan sebagai lahan pengembangan tanaman M. oleifera. Jenis dan kadar sitokinin mempengaruhi pertumbuhan tunas M. oleifera yang dikultur secara in vitro pada media DKW. Demikian pula jenis dan kadar auksin juga mempengaruhi pembentukan akarnya. Medium yang diberi tambahan Kinetin 1 mg L-1 merupakan media terbaik untuk pertumbuhan tunas, jumlah tunas dan jumlah tangkai daun. Auksin IAA sebesar 1,0 dan 2,0 mg L-1 menghasilkan jumlah akar dan panjang akar terbanyak. Penggunaan Temporary Immersion System (TIS) dengan media DKW dengan penambahan 200 mg L-1 asam amino proline dapat meningkatkan proliferasi kalus embrio somatic M. oleifera dengan hasil bobot kalus dan volume kalus tiga kali lipat daripada media padat dan sepuluh kali lipat dibandingkan dengan media cair. Aksesi Bogor dan Blora relatif lebih toleran terhadap perlakuan AlCl3, hal ini ditunjukkan dengan jumlah tunas yang lebih tinggi meskipun mendapatkan perlakuan 100–250 mg L-1 AlCl3, dan tidak berbeda nyata jika dibandingkan dengan kontrol (tanpa perlakuan AlCl3). Hasil analisa Py-GCMS menunjukkan bahwa terdapat 21 metabolit yang mempunyai korelasi positif dengan asam asetat yang 8 diantaranya menunjukkan korelasi yang sangat tinggi. Iradiasi sinar Gamma pada kultur tunas kelor menghasilkan keragaman baru yang terlihat dari dendrogram marka molekular ISSR dimana perlakuan 10 dan 20 Gy memiliki keragaaman genetik yang berbeda dengan wildtypenya. Nilai LD50 kultur M. oleifera yang diradiasi dengan sinar Gamma terdapat pada dosis 15,38 Gy dan berada pada 1 klaster genotype yang sama pada dosis 10-20 Gy. Iradiasi sinar Gamma pada dosis 10 dan 20 Gy dapat menghasilkan mutan yang toleran terhadap perlakuan cekaman 100 dan 250 mg L-1 AlCl3 yang terlihat dari nilai peubah pengamatan dan kandungan asam organiknya. Kandungan asam sitrat, dan asam asetat yang tinggi pada kultur M. oleifera hasil iradiasi sinar gamma dapat digunakan sebagai penciri terhadap toleransi AlCl3

The drumstick plant (Moringa oleifera Linn.) has a lot of potential, including as a functional alternative food source, a provender, and a medicinal plant. Conventional propagation of Moringa plants has several obstacles, such as limited explant, lethargic growth, and susceptibility to various pests and diseases. Propagation through in vitro culture has numerous advantages, including the ability to generate uniforms that are free of pests and diseases, do not depend on the season, and can be produced in a relatively short timeframe. The declining arable land in Indonesia due to industrialization and conversion has become a challenge in cultivating Moringa plants. Suboptimal land could be an alternative to developing Moringa plants in the future. However, suboptimal land is limited by several abiotic factors, including low-pH soil and high aluminum (Al) saturation, that inhibit the photosynthesis process and plant growth, ultimately reducing the yield of Moringa plants. Suboptimal land can be used for cultivating prominent Moringa clones that are tolerant to abiotic stress. To obtain prominent Moringa plants, it can be done through selection from various genotypes of Moringa plants. Genetic diversity in M. oleifera plants can be generated through the introduction, hybridization, and manipulation of somatic cells in in vitro culture using gamma-ray irradiation. Genetic alterations that occur in M. oleifera cultures when irradiated can be detected using ISSR markers. This research was carried out to obtain the genetic diversity of Moringa plants through the introduction of several M. oleifera plant accessions and through gamma ray irradiation at several radiation doses so that the LD50 value could be obtained. Confirmation of the mutation was carried out using the ISSR marker. Selection of accessions and candidate mutants that are tolerant to aluminum was carried out in vitro by adding AlCl3 to the culture medium. Selection was carried out to select accession candidates and prominent mutant candidates with high yields in Al-stressed conditions. Tolerant plant cultures can be seen from the observed variables and the organic acid content produced. The results of this research will be useful for producing prominent Moringa accession and mutant candidates that are tolerant to AlCl3 stress. In the future, suboptimal land with acidic soils can be used for developing M. oleifera plants. The type and concentration of cytokinins influence the growth of M. oleifera shoots in vitro cultured on DKW medium. On the other hand, the type and level of auxin also affect root formation. Medium supplemented with 1 mg L-1 Kinetin is the best medium for shoot growth, number of shoots, and number of petioles. Auxin IAA, at 1.0 and 2.0 mg L-1, produced the highest number of roots and root length. The application of the Temporary Immersion System (TIS) with DKW media supplemented with 200 mg L-1 of proline increased the proliferation of the M. oleifera somatic embryo callus. The callus weight and volume produced were three times higher than in solid media and ten times higher than in liquid media. The Bogor and Blora accessions were relatively tolerant to AlCl3, as indicated by a higher number of shoots even though they were cultured on medium with 100–250 mg L-1 AlCl3 treatment. These variable values were not significantly different from the control media (without AlCl3 treatment). The Py-GCMS analysis results show that there are 21 metabolites that have a positive correlation with acetic acid, of which 8 indicate a high correlation. Gamma-ray irradiation on M. oleifera shoot cultures produced new genetic diversity that was represented by the ISSR marker dendrogram, which showed the 10 and 20 Gy had different genetic cluster from the wild type. The LD50 value of M. oleifera culture irradiated with gamma rays was 15.38 Gy, which was in the same genotype cluster as 10–20 Gy. Gamma-ray irradiation at doses of 10 and 20 Gy can produce candidate mutants that are tolerant to 100 and 250 mg L-1 AlCl3, as seen from the observed variable values and organic acid content. The high content of citric acid and acetic acid in M. oleifera cultures resulting from gamma irradiation can be used as an indicator of AlCl3 tolerance.