Bioprospeksi Bakteri Endofit Sebagai Agen Biopriming dan Perlindungan Dini Bibit Porang Terhadap Penyakit Busuk Lunak

Abstract

Penyakit busuk lunak yang disebabkan oleh Pectobacterium carotovorum (nama sebelumnya: Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum) merupakan penyakit penting tanaman porang (Amorphophallus muelleri Blume) pada tahap budidaya maupun pasca panen. Penyakit ini dapat menurunkan produktivitas dan kualitas umbi porang. Pemanfaatan bakteri endofit sebagai agen biopriming merupakan salah satu strategi pengendalian alternatif yang dapat diterapkan untuk menekan kejadian penyakit busuk lunak. Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi dan mengidentifikasi bakteri penyebab busuk lunak umbi porang, menyeleksi bakteri endofit sebagai kandidat agen biopriming, dan menguji kemampuannya dalam meningkatkan pertumbuhan dan menurunkan insidensi penyakit busuk lunak. Tahapan penelitian meliputi isolasi bakteri busuk lunak dari umbi porang, isolasi bakteri endofit dari jaringan akar porang, seleksi isolat fitopatogen dengan uji pembusukan pada katak porang dan umbi kentang, seleksi isolat endofit melalui uji keamanan hayati, uji antagonisme, uji anti-Quorum Sensing, uji aktivitas enzim ekstraselular, uji kemampuan biopriming isolat endofit terpilih pada planlet (in vitro) dan bibit porang, serta identifikasi isolat-isolat terpilih. Sebanyak 43 isolat bakteri patogen diisolasi dari umbi porang bergejala busuk lunak yang diperoleh dari Kabupaten Malang dan Kabupaten Bogor. Tiga isolat bakteri fitopatogen (B4, B7, BLUB15) menyebabkan respon hipersensitif pada daun tembakau serta gejala busuk lunak pada katak porang dan umbi kentang. Hasil uji aktivitas enzim ekstraselular menunjukkan isolat-isolat bakteri fitopatogen tersebut memiliki aktivitas amilolitik, pektinolitik, proteolitik, dan mannanolitik. Terbentuknya DNA amplikon berukuran 550 bp dari hasil deteksi menggunakan primer ExpccR/ExpccF pada isolat dengan kemampuan pembusukan tertinggi (B4) mengindikasikan bahwa isolat tersebut adalah Pectobacterium carotovorum (Pc). Analisis homologi sekuens 16S rRNA 3 isolat bakteri fitopatogen tersebut menunjukkan kemiripan berturut-turut dengan Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum stain Pec1 (95,7%), Empedobacter falsenii strain CH-27 (98,8%), dan Pseudomonas sp. strain AY2 (97,3%). Ini merupakan laporan pertama tentang penemuan E. falsenii sebagai agen penyebab busuk lunak. Tiga dari 117 bakteri endofit yang diseleksi (Bacillus velezensis EG113, isolat EAP10, dan isolat EAP17) menunjukkan antagonisme terhadap P. carotovorum B4 dan aktivitas anti-Quorum Sensing (AQS). Karakterisasi fisiologis ketiga isolat endofit terpilih tersebut menunjukkan kemampuannya dalam memproduksi katalase, selulase, protease, IAA, serta melarutkan fosfat. Berdasarkan sekuen 16S rRNA-nya isolat EAP10 dan EAP17 berturut-turut diidentifikasi sebagai Acinetobacter radioresistens (100%) dan Priestia aryabhattai (nama sebelumnya: B. aryabhattai (99%)). Diantara ketiga endofit tersebut, B. velezensis EG113 menunjukkan kemampuan terbaik dalam menurunkan angka kejadian penyakit hingga 50% pada bibit porang yang diinfeksi secara artifisial dan meningkatkan pertumbuhan bibit porang. Berdasarkan hasil-hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa B. velezensis EG113 berpotensi untuk dikembangkan sebagai agen biopriming untuk perlindungan dini bibit porang terhadap penyakit busuk lunak.

Soft rot caused by Pectobacterium carotovorum (former name: Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum) is the important disesase of porang (Amorphophallus muelleri Blume) during cultivation and post-harvest. The disease can reduce the productivity and quality of porang tubers. Biopriming using endophytic bacteria is one of the alternative strategy to control the disease. This study aimed to isolate and identify soft rot bacteria that infect porang tubers, to screen and identify potential endophytic bacteria as biopriming agent candidates, and examining their ability to promote the plant growth and reduce the soft rot disease of porang seedlings. The research stages included isolation of soft rot bacteria from porang tuber, isolation of endophytic bacteria from porang roots, screening of the phytopatogenic isolates by rotting test on porang bulbil and potato tuber, screening the endophytic isolates by biosafety assay test, antagonism test, anti-Quorum Sensing test, bioassay of extracellular enzymes, and biopriming ability test of the selected isolates on plantlets (in vitro) and porang seedlings, and identification of the selected isolates. Forty three of pathogenic bacteria were isolated from porang tubers with soft rot symptom from Malang and Bogor Regency. Three phytopatogenic bacteria i.e B4, B7, BLUB15 cause hypersensitive response on tobacco leaves and soft rot symptoms in porang bullbil and potato tubers. The phytopathogenic isolates showed amylolytic, pectinolytic, proteolytic, and mannanolytic activity. A DNA amplicon 550 bp in length successfully detected with ExpccR/ExpccF indicated that the most virulent soft rot isolate (B4) is Pectobacterium carotovorum (Pc). Homology analysis of the 16S rRNA sequences subsequently showed similarity to Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum strain Pec1 (95,7%), Empedobacter falsenii strain CH-27 (98,8%), and Pseudomonas sp. strain AY2 (97,3%). This is the first report about new finding of soft rot symptom caused by Empedobacter falsenii. Three of 117 the endophytic bacteria i.e and Bacillus velezensis EG113, EAP10, and EAP17 showed antagonism against Pc B4 and anti-Quorum Sensing (AQS) activity. Physiological characterization of the selected endophytic isolates showed their ability to produce catalase, cellulase, protease, IAA, and solubilize phosphate. Base on the 16 rRNA sequens, EAP10 and EAP17 were identified as Acinetobacter radioresistance (100%) and EAP17 identified subsequently as Priestia aryabhattai (former name: Bacillus aryabhattai) (99%)). B. velezensis EG113 showed the best capability to decrease soft rot disease incidence (50%) of the artificially infected seedlings and to promote the seedlings. It could be concluded that B. velezensis EG113 potentially to be developed as biopriming agents for early protection of porang seedlings from the disease.