Analisis Variabilitas Genetik dan Evaluasi Resistensi Echinochloa crus-galli asal Jawa Barat terhadap Herbisida Penoxsulam Menggunakan Pendekatan Bioassay dan Molekuler

Abstract

Echinochloa crus-galli (Jajagoan) merupakan salah satu gulma paling merugikan di lahan pertanian. Pengendalian E. crus-galli sangat penting untuk mencegah kerugian hasil panen. Salah satu metode pengendalian yang efektif adalah dengan menggunakan herbisida penoxsulam. Namun, kasus resistensi E. crus-galli terhadap herbisida penoxsulam di Indonesia belum banyak dilaporkan dan di teliti. Oleh karena itu Percobaan ini bertujuan untuk (1) mengevaluasi variabilitas genetik E. crus-galli dari tujuh kecamatan di Jawa Barat menggunakan penanda RAPD, (2) mengklasifikasikan tingkat resistensi E. crus-galli terhadap herbisida penoxsulam, dan (3) mengidentifikasi mekanisme Target Site Resistance (TSR) pada gen EcALS3 ekotipe E.crus-galli. Percobaan ini terdiri dari tiga percobaan yang dilakukan pada bulan Juli 2023 sampai dengan Oktober 2024 di Rumah Kaca Cikabayan dan Laboratorium Bioteknologi Molekuler Tumbuhan II, Fakultas Pertanian, IPB University. Percobaan pertama dilakukan untuk mengevaluasi variabilitas genetik. DNA genom ekotipe E. crus-galli dikumpulkan dari tujuh kecamatan di Jawa Barat (Banyusari, Majalaya, Klari, Cugenang, Cianjur, Ciomas, dan Ciampea) yang dianalisis dengan menggunakan delapan primer RAPD. Percobaan kedua uji tingkat resistensi dilakukan dengan metode Whole Plant Pot Test menggunakan Rancangan Petak Terbagi (Split Plot Design) dengan 4 ulangan. Petak utama adalah lokasi pengambilan benih gulma. Anak petak adalah dosis penoxsulam: 0; 0,625; 1,25; 2,5; 5; 10; dan 20 g bahan aktif (b.a) ha-1. Selanjutnya, sekuensing menggunakan metode PCR pada semua ekotipe E. crus-galli untuk mengidentifikasi perbedaan basa nukleotida pada gen EcALS3. Hasil percobaan pertama menunjukkan bahwa delapan oligonukleotida 10-mer yang digunakan dalam percobaan ini menunjukkan kapasitas diskriminatif yang cukup untuk tujuh ekotipe E. crus-galli, dengan persentase polimorfisme berkisar antara 37,50% hingga 92,865, dan nilai PIC antara 0,21 hingga 0,41 serta hasil klustering Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean (UPGMA) mengelompokkan tujuh ekotipe tersebut ke dalam tiga kelompok yang berbeda level pada koefisien 0,77, yaitu kelompok pertama terdiri atas ekotipe Banyusari, kelompok kedua terdiri atas Majalaya, Klari, dan Cugenang, dan kelompok ketiga terdiri atas Cianjur, Ciomas, dan Ciampea. Hasil percobaan kedua uji tingkat resistensi menunjukkan bahwa ekotipe E. crus-galli yang berasal dari Majalaya tergolong sensitivitas menurun (R/S 2,4), Cianjur tergolong resistensi rendah (R/S 3,5) dan Ciomas tergolong resistensi sedang (R/S 5,7) terhadap herbisida penoxsulam. Hasil percobaan ke tiga adalah hasil pensejajaran basa nukleotida gen EcALS3 menunjukkan perubahan basa nukleotida yang bersifat synonymous terdeteksi pada basa ke-1.140, 1.263, 1.596 yang tidak menyebabkan terjadinya perubahan asam amino pada enzim ALS. Dengan demikian, resistensi yang diamati pada ekotipe E. crus-galli ini tidak disebabkan oleh mekanisme Target Site Resistance.

Echinochloa crus-galli (Jajagoan) is one of the most detrimental weeds in agricultural fields. Controlling E. crus-galli is very important to prevent yield losses. One effective control method is to use penoxsulam herbicide. However, cases of E. crus-galli resistance to penoxsulam herbicide in Indonesia have not been widely reported and researched. Therefore, this experiment aims to (1) evaluate the genetic variability of E. crus-galli from seven districts in West Java using RAPD markers, (2) classify the level of resistance of E. crus-galli to penoxsulam herbicide, and (3) identify the mechanism of Target Site Resistance (TSR) in the EcALS3 gene of E. crus-galli ecotype. This research consisted of three experiments conducted from July 2023 to October 2024 at Cikabayan Greenhouse and Plant Molecular Biotechnology Laboratory II, Faculty of Agriculture, IPB University. The first experiment was conducted to evaluate genetic variability. Genomic DNA of E. crus-galli ecotypes collected from seven districts in West Java (Banyusari, Majalaya, Klari, Cugenang, Cianjur, Ciomas, and Ciampea) was analyzed using eight RAPD primers. The second experiment tested the level of resistance using the Whole Plant Pot Test method using a Split Plot Design with 4 replications. The main plot was the location of weed seed collection. The subplots were the doses of penoxsulam: 0; 0.625; 1.25; 2.5; 5; 10; and 20 g active ingredient (a.i) ha-1. Furthermore, sequencing using the PCR method was performed on all ecotypes of E. crus-galli to identify differences in nucleotide bases in the EcALS3 gene. The results of the first experiment showed that the eight 10-mer oligonucleotides used in this study exhibited sufficient discriminatory capacity for the seven ecotypes of E. crus-galli, with polymorphism percentages ranging from 37.50% to 92.865, and PIC values between 0.21 and 0.41. The Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean (UPGMA) clustering results grouped the seven ecotypes into three groups that differed in level at a coefficient of 0.77, namely the first group consisting of Banyusari ecotype, the second group consisting of Majalaya, Klari, and Cugenang, and the third group consisting of Cianjur, Ciomas, and Ciampea. The results of the second experiment of the resistance level test showed that E. crus galli ecotypes from Majalaya were classified as decreased sensitivity (R/S 2.4), Cianjur was classified as low resistance (R/S 3.5) and Ciomas was classified as moderate resistance (R/S 5.7) to penoxsulam herbicide. The results of the third experiment were the results of the alignment of the nucleotide bases of the EcALS3 gene showed synonymous nucleotide base changes detected at bases 1,140, 1,263, and 1,596 which did not cause changes in amino acids in the ALS enzyme. Thus, the resistance observed in this ecotype of E. crus-galli is not caused by the Target Site Resistance mechanism.