Studi Mekanisme Respon terhadap Postharvest Physiological Deterioration pada Ubi Kayu Kuning dan Putih

Abstract

Postharvest Physiological Deterioration (PPD) merupakan hambatan besar dalam industri ubi kayu yang dapat menyebabkan kerugian dari sisi produksi maupun nilai ekonomi. Pemuliaan ubi kayu toleran PPD merupakan solusi jangka panjang yang dapat diarahkan pada perakitan kultivar ubi kayu kuning (β-karoten tinggi) karena lebih tahan disimpan. Meskipun demikian, proses seleksi untuk kandungan β-karoten tinggi dan toleran PPD relatif lama, sulit, dan mahal, oleh karena itu, tahap pertama dalam penelitian ini dilakukan pengembangan metode yang lebih sederhana dan akurat menggunakan scanner untuk dokumentasi gambar potongan umbi dan pengolahan gambar dengan ImageJ (grayscale dan area fraction). Proses pengamatan dengan scanner lebih efektif dan efisien dibandingkan dengan metode standar kamera. Selain itu, gambar yang diperoleh juga lebih homogen sehingga antara β-karoten dan nilai grayscale yang diamati dengan scanner berkorelasi kuat. Hasil serupa juga terlihat pada evaluasi PPD, yang menunjukkan korelasi kuat antara metode standar kamera dengan scanner. Metode alternatif scanner selanjutnya digunakan pada percobaan kedua untuk mengevaluasi keragaman fenotifik toleransi PPD pada 16 kultivar ubi kayu, yang terdiri dari 10 kultivar putih dan 6 kuning. Evaluasi respon PPD dilakukan selama dua tahun berturut-turut. Hasil analisis clustering membagi 16 kultivar yang diuji menjadi enam cluster yang mengelompokkan tiga level toleransi PPD yaitu toleran, medium, dan sensitif. Sebanyak 11 kultivar memiliki respon PPD konsisten dalam dua tahun, sedangkan lima lainnya berbeda. Hasil ini menunjukkan adanya pengaruh lingkungan terhadap PPD. Selain itu, terdapat empat kultivar yang konsisten toleran PPD dengan tiga diantaranya berumbi kuning dan satu berumbi putih. Hasil ini mengindikasikan bahwa senyawa β-karoten pada ubi kayu kuning tidak berperan sebagai kunci toleransi PPD dan adanya keragaman dalam mekanisme ketahanan PPD pada level molekuler antara ubi kayu kuning dan putih yang perlu diekplorasi lebih lanjut. Kultivar Adira-4 dan Carvita-25 memiliki warna umbi berbeda yaitu putih dan kuning yang teridentifikasi toleran PPD, oleh karena itu, kedua kultivar tersebut digunakan dalam analisis transkriptom untuk mengkaji mekanisme respon PPD pada ubi kayu kuning dan putih. Hasil analisis transkriptom menunjukkan kedua kultivar memiliki persamaan dan perbedaan dalam respon terhadap PPD. Hal ini ditunjukkan dengan sebaran gen-gen yang terekspresi di keduanya maupun hanya terekspresi di masing-masing kultivar. Selain itu, analisis GO enrichment pun menunjukkan pola yang sama yaitu delapan pathways hanya signifikan di Adira-4, sembilan pathways di Carvita-25, dan lima pathways di kedua kultivar. Penelitian ini juga mengungkapkan pathways lain yang dalam respon terhadap PPD yaitu asam amino dan vitamin B. Variasi dalam mekanisme respon terhadap PPD pada ubi kayu kuning dan putih yang dapat bermanfaat untuk meningkatan toleransi terhadap PPD.

Postharvest Physiological Deterioration (PPD) is a major obstacle in the cassava industry that can cause losses in production and economic value. PPD-tolerant cassava breeding is a long-term solution that can be directed towards assembling yellow (high β-carotene content) cassava cultivars because they have a longer shelf life. However, the selection process for high β-carotene content and PPD tolerance is relatively long, difficult and expensive. Therefore, in the first stage of this research, a simpler and more accurate method was developed using a scanner for cassava root image documentation and ImageJ (grayscale and area fraction) for image processing. The observation process with a scanner is more effective and efficient than the standard camera method. In addition, the images obtained were also more homogeneous so that the β-carotene and grayscale values observed with the scanner were strongly correlated. Similar results were also seen in the PPD evaluation, which showed a strong correlation between the standard camera method and the scanner. The alternative scanner method was further used in the second experiment to evaluate the phenotypic diversity of PPD tolerance in 16 cassava cultivars, consisting of ten white and six yellow-fleshed. PPD response evaluation was conducted for two consecutive years. The clustering analysis results divided the tested cultivars into six clusters with three levels of PPD tolerance: tolerant, medium, and sensitive. A total of 11 cultivars had a consistent PPD response in two years, while the other five were different. This result indicates the influence of the environment on PPD. In addition, four cultivars were consistently PPD tolerant, with three having yellow-fleshed and one having white-fleshed. These results indicate that β-carotene content in yellow-fleshed cassava does not play a key role in PPD tolerance. In addition, there might be molecular diversity in PPD mechanisms between yellow and white-fleshed cassava that needs further exploration. Cassava cultivars Adira-4 and Carvita-25 have different root-fleshed colors, i.e., white and yellow, which are identified as PPD tolerant. Therefore, the two cultivars were used in transcriptome analysis to examine the PPD response mechanism in yellow and white-fleshed cassava. The results of transcriptome analysis showed that the two cultivars had similarities and differences in response to PPD. This result is indicated by the distribution of genes that are expressed in both or only expressed in each cultivar. In addition, GO enrichment analysis also showed the same pattern, with eight pathways only significant in Adira-4, nine pathways in Carvita-25, and six pathways in both cultivars. This study also revealed new pathways that potentially play a role in the response to PPD, such as amino acids and B vitamins. The results of this study indicate that there are variations in the mechanism of response to PPD in yellow and white cassava that can be useful for improving tolerance to PPD.