Identifikasi dan Karakterisasi Lokus yang Berasosiasi dengan Karakter Biji pada Hotong (Setaria italica (L.) P. Beauv.)

Abstract

RINGKASAN NIDA YUSRINA. Identifikasi dan Karakterisasi Lokus yang Berasosiasi dengan Karakter Biji pada Hotong (Setaria italica (L.) P. Beauv.). Dibimbing oleh SINTHO WAHYUNING ARDIE dan BAMBANG SAPTA PURWOKO. Hotong (Setaria italica (L.) P. Beauv.) merupakan tanaman yang memiliki toleransi terhadap perubahan iklim. Selain itu, hotong memiliki kandungan nutrisi biji yang baik. Meskipun memiliki keunggulan tersebut, produktivitas hotong di Indonesia masih tergolong rendah, sehingga peningkatan produktivitas menjadi salah satu sasaran program pemuliaan. Keragaman genetik hotong lokal Indonesia yang cukup tinggi memberikan peluang untuk mengidentifikasi lokus yang berasosiasi dengan karakter biji sebagai dasar pengembangan marka molekuler. Penelitian ini terdiri atas dua percobaan. Percobaan pertama bertujuan untuk mengidentifikasi lokus SCoT yang memiliki potensi asosiasi dengan karakter bobot biji per tanaman pada genotipe hotong lokal Indonesia. Percobaan dilaksanakan pada bulan Juli hingga Agustus 2025 menggunakan tujuh genotipe hotong lokal Indonesia yakni Hambapraing, Mauliru-2, NTB-1, Buru, ICERI-5, ICERI-6, dan ICERI-7. Analisis asosiasi 109 lokus SCoT dengan bobot biji per tanaman menggunakan metode general linear model (GLM) menghasilkan sepuluh lokus SCoT yang berpotensi berasosiasi dengan karakter bobot biji per tanaman. Hasil amplifikasi ulang menunjukkan lokus SCoT16_475 memiliki pola pita yang paling konsisten dibandingkan lokus lainnya, sehingga dipilih untuk validasi lebih lanjut pada populasi yang berbeda. Validasi dilakukan pada populasi F5 hasil persilangan ICERI-6 × Botok-4 yang menghasilkan pola pita yang tidak sepenuhnya konsisten. Analisis regresi menunjukkan hubungan lokus SCoT16_475 tidak signifikan (p = 0,0823) dan hanya mampu menjelaskan 15,8% variasi karakter bobot biji per tanaman. Percobaan kedua yang dilaksanakan pada bulan Maret 2025 hingga April 2026 bertujuan untuk mengidentifikasi gen yang terkait dengan karakter bobot 1.000 biji menggunakan pendekatan systematic literature review (SLR), serta mengisolasi dan mengarakterisasi daerah upstream gen SiTGW6 pada genotipe hotong lokal Indonesia. Analisis SLR yang menggunakan 116 artikel dari pangkalan data Scopus dan PubMed menunjukkan bahwa karakter bobot 1.000 biji berkorelasi positif nyata dengan bobot biji per tanaman. Delapan gen terkait dengan bobot 1.000 biji diidentifikasi melalui SLR, yaitu GS3, GW5, TGW6, GW2, GS5, GW8, GS2, dan GW5L. Gen TGW6 dipilih untuk dianalisis lebih lanjut karena berasosiasi langsung dengan bobot 1.000 biji dan telah dilaporkan pada padi dan hotong (SiTGW6). Variasi single nucleotide polymorphism (SNP) berupa substitusi C/T pada posisi 40.389.383 pb upstream dari gen SiTGW6 dilaporkan berasosiasi dengan bobot 1.000 biji, sehingga variasi tersebut perlu dikonfirmasi pada genotipe hotong lokal Indonesia. Daerah upstream dari gen SiTGW6 diamplifikasi menggunakan DNA genom tujuh genotipe hotong lokal Indonesia dengan kategori bobot 1.000 biji berbeda, yakni bobot 1.000 biji tinggi (ICERI-5 dan ICERI-6) dan bobot 1.000 biji rendah (Botok-4, Buru, Botok-10, Mauliru-2, dan Lokal Papua). Hasil pensejajaran sekuens menunjukkan semua genotipe hotong lokal Indonesia yang digunakan memiliki alel C pada posisi 40.389.383 pb upstream dari gen SiTGW6, yang sebelumnya diasosiasikan dengan bobot 1.000 biji rendah. Hal tersebut menunjukkan bahwa SNP C/T pada posisi upstream dari gen SiTGW6 belum dapat membedakan genotipe dengan bobot 1.000 biji berbeda pada genotipe hotong lokal Indonesia. Meskipun demikian, ditemukan beberapa variasi nukleotida lain, termasuk SNP pada posisi 40.390.005 pb yang menunjukkan perbedaan alel antara kelompok genotipe dengan bobot 1.000 biji tinggi dan rendah.

SUMMARY NIDA YUSRINA. Identification and Characterization of Loci Associated with Grain Traits in Foxtail Millet (Setaria italica (L.) P. Beauv.). Supervised by SINTHO WAHYUNING ARDIE and BAMBANG SAPTA PURWOKO. Foxtail millet (Setaria italica (L.) P. Beauv.) is a crop known for its tolerance to climate change. Additionally, foxtail millet grains are rich in essential nutrients. Despite these advantages, the productivity of foxtail millet in Indonesia remains relatively low, making productivity improvement one of the primary objectives of breeding programs. The considerable genetic diversity of local Indonesian foxtail millet genotypes provides opportunities to identify loci associated with grain traits, which can serve as a foundation for developing molecular markers. This study consisted of two experiments. The first experiment aimed to identify SCoT loci potentially associated with grain weight per plant in local Indonesian foxtail millet genotypes. Conducted between July and August 2025, the experiment used seven local Indonesian genotypes: Hambapraing, Mauliru-2, NTB-1, Buru, ICERI-5, ICERI-6, and ICERI-7. Association analysis of 109 SCoT loci with grain weight per plant using the general linear model (GLM) identified ten SCoT loci with potential associations. Re-amplification results showed that locus SCoT16_475 exhibited the most consistent banding pattern among the candidate loci and was therefore selected for further validation in a different population. Validation in an F5 population derived from ICERI-6 × Botok-4 revealed inconsistent banding patterns. Regression analysis indicated that SCoT16_475 was not significantly associated (p = 0.0823) and explained only 15.8% of the variation in grain weight per plant. The second experiment, conducted from March 2025 to April 2026, aimed to identify genes associated with thousand-grain weight (TGW) using a systematic literature review (SLR), as well as to isolate and characterize the upstream region of the SiTGW6 gene in local Indonesian foxtail millet genotypes. The SLR, based on 116 articles retrieved from the Scopus and PubMed databases, showed that thousand-grain weight was significantly and positively correlated with grain weight per plant. Eight genes associated with TGW were identified through the SLR, namely GS3, GW5, TGW6, GW2, GS5, GW8, GS2, and GW5L. Among them, TGW6 was selected for further analysis due to its direct association with TGW, previously reported in rice and foxtail millet (SiTGW6). A C/T single nucleotide polymorphism (SNP) at position 40,389,383 bp upstream of the SiTGW6 gene has been reported to be associated with TGW. Therefore, this polymorphism was further examined in local Indonesian foxtail millet genotypes. The upstream region of the SiTGW6 gene was amplified using genomic DNA from seven local Indonesian foxtail millet genotypes representing contrasting TGW categories, namely high TGW (ICERI-5 and ICERI-6) and low TGW (Botok-4, Buru, Botok-10, Mauliru-2, and Local Papua). Sequence alignment revealed that all local Indonesian foxtail millet genotypes analyzed carried the C allele at position 40,389,383 bp upstream of the SiTGW6 gene, which has previously been associated with low TGW. These findings indicate that the C/T SNP in the upstream region of the SiTGW6 gene could not distinguish local Indonesian foxtail millet genotypes with contrasting TGW. Nevertheless, additional nucleotide variations were detected, including a SNP at position 40,390,005 bp, which differentiated genotypes with high and low TGW.