Evaluasi Toleransi Salinitas dan Karakterisasi Marka SCoT Terkait Bobot Malai Utama pada Hotong (Setaria italica (L.) Beauv.)

Abstract

Hotong (Setaria italica L. Beauv.) merupakan salah satu serealia yang memiliki potensi sebagai sumber pangan alternatif di lahan marginal karena toleran terhadap kondisi suboptimal seperti kekeringan dan salinitas. Namun, hingga saat ini belum tersedia varietas unggul hotong di Indonesia. Penelitian ini dilakukan untuk mendukung program pemuliaan hotong dengan fokus pada dua aspek utama, yaitu evaluasi toleransi salinitas pada galur hasil persilangan ICERI 6 × Botok 4 dan identifikasi marka molekuler SCoT yang berasosiasi dengan bobot malai utama. Tujuan penelitian ini adalah memverifikasi alel SiDREB2 dan mengevaluasi toleransi galur F6 terhadap cekaman salinitas, mengidentifikasi dan mengarakterisasi lokus SCoT yang berasosiasi dengan bobot malai utama hotong, serta memvalidasi konsistensi lokus SCoT pada galur F5 hasil persilangan ICERI 6 × Botok 4. Penelitian ini terdiri atas dua percobaan. Percobaan pertama dilakukan untuk memverifikasi alel SiDREB2 menggunakan marka SNAP dan mengevaluasi toleransi salinitas galur F6 di rumah kaca. Rancangan percobaan menggunakan RKLT faktor tunggal untuk menguji sembilan genotipe yang terdiri atas lima galur F5 (C1-6, C25-5, C8-7, C30-7, C16-6), genotipe tetua (ICERI-6 dan Botok-4), dan dua genotipe pembanding (Mauliru-2 dan Lokal Papua) pada kondisi optimum (0 mM NaCl) dan cekaman salinitas (30–60 mM NaCl). Hasil percobaan dianalisis menggunakan ragam gabungan untuk melihat interaksi antara genotipe dan lingkungan. Verifikasi menggunakan marka SNAP berbasis gen SiDREB2 menunjukkan semua galur F5 dan genotipe ICERI-6 memiliki alel A/A, sedangkan genotipe Botok-4, Mauliru-2 dan Lokal Papua memiliki alel G/G. Hasil pada pengujian di rumah kaca menunjukkan galur F6 C1-6 dan C8-7 memiliki performa agronomi dan hasil yang unggul pada kondisi optimum dan salin. Pendugaan toleransi genotipe terhadap cekaman salinitas dilakukan berdasarkan indeks toleransi TOL (tolerance index), GMP (geometric mean productivity), HM (harmonic mean), STI (stress tolerance index), K1MSTI (modified stress tolerance index), YI (yield index), dan K2MSTI (modified stress tolerance index). Berdasarkan indeks toleransi menggunakan data bobot biji per tanaman, genotipe C1-6 dan C8-7 menunjukkan toleransi terhadap cekaman salinitas. Percobaan kedua dilakukan untuk mengidentifikasi lokus SCoT yang berasosiasi dengan bobot malai utama (BMU) dan dilanjutkan dengan validasi pada galur F5 hasil persilangan ICERI 6 × Botok 4. Sebanyak 109 lokus yang dihasilkan dari 12 primer SCoT diasosiasikan dengan karakter bobot malai utama pada tujuh genotipe hotong, meliputi ICERI-5, ICERI-6, ICERI-7, Botok-4, Mauliru-2, Hambapraing, dan NTB-1. Terdapat tujuh lokus yang berasosiasi dengan karakter BMU yang memiliki p-value < 0,05. Fragmen berukuran 700 pb yang diamplifikasi oleh primer SCoT32 (SCoT32_700) menjadi lokus terasosiasi paling konsisten yang merepresentasikan kelompok genotipe dengan bobot malai utama tinggi. Analisis sekuens lokus SCoT32_700 dari genotipe Hambapraing menunjukkan bahwa fragmen tersebut memiliki kesamaan 96% dengan wilayah genomik 17.772.614–17.773.312 pb pada kromosom 7 kultivar Yugu1. Berdasarkan analisis in silico, lokus SCoT32_700 diprediksi sebagai lncRNA (long non-coding RNA) Setaria italica yang diduga berperan sebagai triplet codon-amino acid adaptor activity. Posisi lokus SCoT32_700 pada kromosom 7 berada dalam wilayah LD-decay dan memiliki keterpautan dengan gen Seita.7G074000.1/2 yang memiliki domain Pkinase, leucine-rich repeat (LRR), dan NB-ARC. Validasi SCoT32_700 pada 20 galur F5 hasil persilangan ICERI 6 × Botok 4 menunjukkan bahwa SCoT32_700 dapat menjelaskan 17,2% variasi BMU. Penelitian ini mengindikasikan potensi penanda SCoT, khususnya SCoT32_700, sebagai penanda fungsional untuk sifat terkait BMU pada hotong.

Foxtail millet (Setaria italica L. Beauv.) is a cereal crop with potential as an alternative food source in marginal lands due to its tolerance to sub optimal conditions such as drought and salinity. However, no superior foxtail millet varieties are currently available in Indonesia. This study was conducted to support foxtail millet breeding programs, focusing on two main aspects: evaluation of salinity tolerance in progenies derived from the ICERI 6 × Botok 4 cross and identification of SCoT molecular markers associated with main panicle weight. The objectives of this research were to verify the SiDREB2 allele and evaluate salinity tolerance in F6 lines, identify and characterize SCoT loci associated with main panicle weight, and validate the consistency of SCoT loci in F5 progenies from the ICERI 6 × Botok 4 cross. This research consisted of two experiments. The first experiment aimed to verify the SiDREB2 allele using SNAP markers and to evaluate salinity tolerance of F6 lines in a greenhouse. A single factor RCBD was used to test nine genotypes consisting of five F5 lines (C1 6, C25 5, C8 7, C30 7, C16 6), parental genotypes (ICERI 6 and Botok 4), and two check varieties (Mauliru 2 and Local Papua) under optimum (0 mM NaCl) and saline (30–60 mM NaCl) conditions. Combined analysis of variance was performed to assess genotype × environment interactions. SNAP marker verification based on the SiDREB2 gene revealed that all F5 lines and ICERI 6 carried the A/A allele, while Botok 4, Mauliru 2, and Local Papua carried the G/G allele. Greenhouse evaluation showed that F6 lines C1 6 and C8 7 exhibited superior agronomic performance and yield under both optimum and saline conditions. Genotypic tolerance to salinity stress was estimated using tolerance indices including TOL, GMP, HM, STI, K1MSTI, YI, and K2MSTI. Based on seed weight per plant, C1 6 and C8 7 were categorized as tolerant to salinity stress. The second experiment aimed to identify SCoT loci associated with main panicle weight (MPW) and validate them in F5 lines derived from the ICERI 6 × Botok 4 cross. A total of 109 loci generated from 12 SCoT primers were associated with MPW in seven genotypes (ICERI 5, ICERI 6, ICERI 7, Botok 4, Mauliru 2, Hambapraing, and NTB 1). Seven loci showed significant association with MPW (p < 0.05). Among them, a 700 bp fragment amplified by the SCoT32 primer (SCoT32_700) was the most consistent locus, representing genotypes with high MPW. The nucleotide sequence of SCoT32_700 from Hambapraing genotype shared 96% similarity with the genomic region 17,772,614–17,773,312 bp on chromosome 7 of the Yugu1 cultivar. Based on the in silico analyses, SCoT32_700 was predicted to be a long non coding RNA (lncRNA) in Setaria italica, potentially functioning in triplet codon–amino acid adaptor activity. Its position on chromosome 7 was within the LD-decay region and linked to the Seita.7G074000.1/2 gene, which contains Pkinase, leucine rich repeat (LRR), and NB ARC domains. Validation in 20 F5 lines derived from the ICERI 6 × Botok 4 cross partially confirmed this association, with the 700 bp fragment explaining 17.2% of MPW variation. This study highlights the potential of SCoT markers, particularly SCoT32_700, as functional markers for yield related traits in foxtail millet.