Analisis Genetik dan Studi Metabolomik Toleransi Naungan pada Tanaman Tomat (Solanum lycopersicum Mill.)

Abstract

Sistem budidaya tanaman di bawah tegakan pohon, tumpang sari atau tanaman sela pada tanaman kehutanan, perkebunan maupun pekarangan merupakan salah satu alternatif solusi dalam menjawab tantangan luas lahan optimum untuk pertanian yang semakin berkurang dan luas kepemilikian lahan petani Indonesia yang masih kecil. Adanya kekurangan cahaya (cekaman naungan) pada sistem budidaya tersebut dapat menyebabkan terganggunya proses metabolisme tanaman, turunnya laju fotosintesis dan penurunan produktivitas tanaman sehingga diperlukan varietas tanaman yang toleran dengan intensitas cahaya rendah dengan memiliki produktivitas yang tinggi. Tanaman tomat potensial digunakan pada sistem budidaya tersebut karena memiliki nilai ekonomi yang tinggi dan terdapat genotipe tomat yang toleran bahkan suka terhadap cekaman naungan. Hal ini menjadikan kegiatan pemuliaan varietas tomat toleran naungan yang berdaya hasil tinggi penting untuk dilakukan sehingga diperlukan informasi tentang karakter seleksi toleransi cekaman naungan (karakter morfologi, fisiologi, metabolomit atau molekuler) dan analisis genetiknya agar kegiatan pemuliaan varietas tomat toleran cekaman naungan yang berdaya hasil tinggi dapat lebih efektif dan efisien. Penelitian dilakukan dari bulan Juli 2016 sampai dengan bulai mei 2019 di Kebun Percobaan PKHT-IPB Pasir Kuda, Ciomas, Bogor dan Laboratorium Pendidikan Pemuliaan Tanaman, Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pemberian cekaman naungan dilakukan memberikan naungan paranet plastik 50%. Pengamatan metabolit sekunder dilakukan di Laboratorium Kesehatan Daerah, DKI Jakarta. Penelitian ini diawali dengan menentukan genotipe tomat yang akan digunakan sebagai bahan penelitian. Genotipe tomat yang digunakan pada penelitian ini yaitu genotipe tomat suka naungan (SSH3 dan Apel), genotipe toleran naungan (GIK), genotipe moderat toleran naungan (Intan), dan genotipe peka naungan (Tora IPB dan 4979). Dari genotipe-genotipe tersebut kemudian dibuat populasi persilangan Biparental dan Dialel Lengkap untuk mempelajari pewarisan sifat toleransi naungan pada tanaman tomat. Setelah populasi persilangan diperoleh, dilakukan percobaan pertama yaitu studi analisis genetik toleransi naungan pada tanaman tomat menggunakan populasi biparental. Hasil percobaan menunjukkan bahwa karakter produktivitas, jumlah buah per tanaman, fruit set dan kehijauan daun merupakan karakter tomat yang terkait dengan toleransi cekaman naungan. Karakter-karakter tersebut lebih banyak dikendalikan oleh aksi gen dominan. Adanya interaksi epistasis duplikat pada karakter-karakter tersebut menyebabkan ragam non aditif lebih berperan pada karakter-karakter tersebut kecuali pada karakter fruit set. Sebanyak lebih dari 20 segregan diseleksi berdasarkan karakter toleransi naungan dari populasi F2 persilangan Biparental. Verifikasi terhadap keduapuluh segregan tersebut, hanya diperoleh 4 segregan transgresif tomat yang toleran cekaman naungan. Percobaan ini bertujuan untuk mendapatkan dan mengevaluasi kemajuan seleksi segregan transgesif tomat yang toleran naungan dan berdaya hasil tinggi. Seleksi dilakukan pada generasi F2 percobaan 1 menggunakan indeks seleksi dan hanya karakter hasil. Verifikasi segregan transgresif dilakukan pada generasi F3 sedangkan evaluasi respon seleksi dilakukkan sejak generasi F2 sampai generasi F4. Seleksi pada F2 menggunakan indeks seleksi menghasilkan 11 segregan transgresif putatif sedangkan menggunakan hanya karakter hasil memberikan 20 segregan transgresif putatif. Verifikasi pada populasi F3 menggunakan indeks seleksi menghasilkan 3 segregan transgresif (G370-1, G381-4, dan G384-11), sedangkan menggunakan karakter hasil hanya memberikan 4 segregan transgresif (G370-1, G376-16, G381-4, dan G384-11). Seluruh segregan transgresif menghasilkan produktivitas yang sama atau lebih baik dibandingkan genotipe tetua terbaik. Analisis daya gabung dan analisis genetik toleransi naungan pada tanman tomat juga dilakukan menggunakan populasi persilangan dialel lengkap. Hasil dari percobaan ini juga memperlihatkan bahwa karakter produktivitas, jumlah buah per tanaman dan kehijauan daun merupakan karakter tomat yang terkait dengan toleransi cekaman naungan. Selain itu, juga dihasilkan karakter kerapatan bulu daun dan luas daun sebagai karakter terkait toleransi naungan pada tanaman tomat. Menguatkan percobaan sebelumnya, bahwa karakter-karakter tomat yang terkait toleransi naungan lebih banyak dikendalikan oleh aksi gen aditif. Adanya interaksi epistasis pada karakter-karakter tersebut kecuali luas daun menyebabkan ragam non aditif lebih berperan dibandingkan ragam aditif. Hasil analisis daya gabung memperlihatkan bahwa mekanisme toleransi yang berbeda antara genotipe tetua toleran naungan dan adanya pengaruh daya gabung khusus yang nyata pada semua karakter terkait toleransi naungan. Hasil-hasil tersebut mengindikasikan bahwa program pemuliaan tomat toleran naungan yang berdaya hasil tinggi sebaiknya diarahkan sebagai varietas tomat hibrida. Jika akan diarahkan sebagai varietas galur murni, seleksi sebaiknya dilakukan pada generasi lanjut sampai gen-gen terkait toleransi naungan terfiksasi. Analisis metabolit sekunder juga dilakukan untuk mengidentifikasi metabolit sekunder terkait toleransi cekaman naungan pada tanaman tomat. Dihasilkan 8 metabolit daun tomat yang terkait dengan cekaman naungan yaitu asam palmitat, methyl 8,11,14- heptadecatrienoate, nonadecane, fitol, hexadecane, icosanoic acid, hexadecanol, dan octadecene. Genotipe tomat toleran naungan menghasilkan fitol dan nodecane yang nyata lebih tinggi dibandingkan genotipe tomat peka naungan pada kondisi tanpa naungan dan cekaman naungan. Genotipe tomat toleran naungan juga menghasilkan methyl 8,11,14- heptadecatrienoate, hexadecane, asam arakidonat yang nyata lebih tinggi dibandingkan genotipe peka naungan pada kondisi cekaman naungan. Genotipe peka naungan menghasilkan asam palmitat, hexadecanol, dan octadecene yang nyata lebih tinggi dibandingkan genotipe peka naungan pada kondisi cekaman naungan