ANALISIS TOLERANSI TANAMAN KENTANG (Solanum tuberosum L.) KULTIVAR IPB CP1 TRANSGENIK YANG MENGEKSPRESIKAN GEN MmCuZn-SOD TERHADAP CEKAMAN ABIOTIK

Abstract

Tanaman kentang (Solanum tuberosum L.) merupakan komoditas hortikultura penting karena berperan dalam ketahanan pangan. Namun, kentang sangat rentan terhadap cekaman abiotik seperti kekeringan, tanah masam dan suhu tinggi yang menyebabkan gangguan fisiologis dan penurunan hasil. Upaya untuk meningkatkan ketahanan kentang terhadap cekaman lingkungan adalah dengan melalui rekayasa genetika, yaitu dengan mentransformasikan gen-gen toleran seperti gen superoksida dismutase (SOD) ke dalam genom tanaman kentang. Kentang kultivar IPB CP1 merupakan kentang kultivar lokal yang digunakan sebagai bahan baku industri keripik kentang. Kultivar kentang IPB CP1 transgenik yang mengekspresikan gen MmCuZn-SOD telah dihasilkan pada penelitian sebelumnnya dan telah diuji secara in vitro. Penelitian ini secara umum bertujuan untuk mengetahui toleransi tanaman kentang IPB CP1 transgenik terhadap berbagai cekaman abiotik seperti kekeringan, pH rendah, dan suhu tinggi. Secara khusus bertujuan untuk (1) menganalisis stabilitas gen MmCu/Zn-SOD pada generasi G0 dan G1, (2) mengevaluasi toleransi klon transgenik terhadap cekaman kekeringan, pH rendah, dan suhu tinggi, (3) menganalisis ekspresi gen MmCu/Zn-SOD pada setiap klon tanaman kentang IPB CP1 transgenik secara kuantitatif dengan RTqPCR, (4) menganalisis potensi daya hasil tanaman kentang IPB CP1 transgenik generasi G0 dan G1. Penelitian bagian pertama adalah menganalisis stabilitas sisipan gen MmCuZn-SOD pada genom klon kentang generasi G0 dan G1. Analisis PCR terhadap dengan gen aktin terhadap DNA tanaman transgenik dan non transgenik menunjukkan DNA semua tanaman dapat digunakan untuk analisis stabilitas. Integrasi gen MmCuZn-SOD dianalisis menggunakan primer spesifik dari sekuen gen MmCuZn-SOD dan didapatkan amplikon sebesar 633 bp pada semua tanaman transgenik yang sama dengan ukuran amplikon kontrol plasmid pGWB5-MmCuZn-SOD. Dari hasil ini, tanaman kentang IPB CP1 transgenik memiliki stabilitas sisipan gen MmCuZn-SOD yang diwariskan dari generasi G0 ke generasi G1. Penelitian bagian kedua adalah menganalisis respon morfologi dan fisiologi tanaman IPB CP1 transgenik terhadap cekaman abiotik yaitu cekaman kekeringan, pH rendah, dan suhu tinggi. Cekaman kekeringan berpengaruh nyata terhadap peningkatan pertumbuhan dan perkembangan, biomassa, laju fotosintesis dan transpirasi, kandungan klorofil, dan produksi hasil umbi serta penurunan tingkat malondialdehyde (MDA) pada tanaman transgenik. Hal yang sama diikuti oleh perlakuan cekaman pH rendah dan suhu tinggi. Pada perlakukan cekaman kekeringan jumlah umbi pertanaman klon CP1S5 dan CP1S6 masing-masing sebanyak 6,3, dan jumlah umbi pertanaman non transgenik sebanyak 3,3. Pelakuan pH rendah kedua klon transgenik tersebut menghasilkan jumlah umbi pertanaman berturut-turut sebanyak 4,7 dan 5 dan jumlah umbi pertanaman non transgenik sebanyak 3. Perlakuan suhu tinggi kedua klon transgenik menghasilkan jumlah umbi pertanaman sebanyak 4,7 dan 3,9 dan jumlah umbi pertanaman non transgenik sebanyak 2,8. Klon CP1S5 dan CP1S6 memiliki kemampuan toleransi yang lebih baik diantara klon transgenik dan non transgenik lainnya berdasarkan respon morfologi dan fisiologi terhadap cekaman abiotik. Penelitian bagian ketiga adalah ekspresi gen dan aktivitas antioksidan selama perlakuan cekaman abiotik. Secara umum, semua tanaman transgenik memiliki ekspresi gen MmCuZn-SOD yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanaman non transgenik pada kondisi tanpa perlakuan dan cekaman. Pada kondisi normal, CP1S5 memiliki ekspresi 12 kali dan CP1S6 memiliki ekspresi 24 kali lebih tinggi dibandingkan dengan non transgenik. Pada perlakuan cekaman kekeringan, klon CP1S5 memiliki ekspresi 9 kali dan CP1S6 memiliki ekspresi 13 kali lebih tinggi dibandingkan non transgenik. Pada kondisi cekaman pH rendah, klon CP1S5 memiliki ekspresi yang lebih stabil yaitu sebanyak 12,3 kali dan CP1S6 memiliki ekspresi 15 kali lebih tinggi dibandingkan non transgenik. Selain itu, semua tanaman transgenik juga memiliki aktivitas enzim yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanaman non transgenik. Pada cekaman kekeringan, CP1S6 memiliki aktivitas enzim SOD sebesar 19 U/mg protein dan katalase 11 U/mg protein. Pada perlakuan pH rendah, CP1S5 memiliki aktivitas enzim SOD sebesar 20 U/mg.protein dan katalase 8 U/mg protein. Pada cekaman suhu tinggi, CP1S5 memiliki aktivitas enzim SOD sebesar 11 U/mg protein dan katalase 5,5 U/mg protein. Klon CP1S5 dan CP1S6 memiliki tingkat ekspresi MmCuZn-SOD dan aktivitas enzim SOD dan CAT lebih tinggi dibandingkan dengan tanaman lainnya pada kondisi cekaman abiotik. Penelitian bagian keempat adalah analisis potensi daya hasil klon tanaman transgenik pada generasi klonal G0 dan G1. Hasil menunjukkan bahwa, klon tanaman transgenik memiliki potensi produksi yang tinggi dibandingkan dengan CP1 non transgenik. Klon CP1S6 pada generasi klonal G0 memiliki potensi produksi sebanyak 0,45 ton/ha, sedangkan CP1 non transgenik sebanyak 0,29 ton/ha. Pada generasi klonal G1, klon CP1S6 memiliki potensi produksi sebanyak 1,85 ton/ha, sedangkan non transgenik sebanyak 1,73 ton/ha. Klon tanaman IPB CP1 transgenik memiliki potensi produksi yang lebih baik dibandingkan dengan tanaman non transgenik untuk skala yang lebih besar. Studi ini memberikan gambaran tentang pengaruh ekspresi gen MmCuZn-SOD pada tanaman kentang transgenik yang mampu meningkatkan toleransi tanaman kentang dengan mempertahankan nilai laju fotosintesis, konduktansi stomata, laju transpirasi serta pertumbuhan dan perkembangan tanaman pada saat terpapar cekaman kekeringan, pH rendah, dan suhu tinggi. Gen MmCuZn-SOD memiliki kontribusi dalam mempertahankan produksi umbi dan berbagai respon morfologi dan fisiologi pada kondisi tersebut. Penelitian ini diharapkan dapat berkontribusi terhadap pengetahuan tentang peran gen MmCuZn-SOD dalam meningkatkan toleransi terhadap cekaman abiotik secara simultan. Penggunaan kentang transgenik dengan memanfaatkan rekayasa genetik terhadap jalur ROS dapat meningkatkan ketahanan tanaman tanpa mengorbankan produktivitas. Penggunaan klon transgenik yang toleran cekaman abiotik dapat memenuhi kebutuhan permintaan masyarakat untuk kentang industri.