Analisis Keragaman dan Filogenetik Genom Lengkap Mitokondria pada Sapi Madura

Abstract

Sapi madura merupakan rumpun sapi lokal Indonesia yang memiliki nilai penting sebagai sumber daya genetik ternak, komoditas sapi potong, serta identitas sosial budaya masyarakat Madura. Meningkatnya persilangan dengan bangsa sapi eksotik berpotensi mengancam keragaman genetik sapi madura. Informasi genetik sapi madura juga masih terbatas karena kajian sebelumnya umumnya menggunakan marka parsial mitokondria. Oleh karena itu, analisis genom mitokondria lengkap diperlukan untuk memperoleh informasi yang lebih komprehensif mengenai karakteristik genom, keragaman genetik, dan hubungan kekerabatan maternal sapi madura. Penelitian ini bertujuan mengkarakterisasi genom mitokondria lengkap sapi madura yang berasal dari Balai Besar Inseminasi Buatan Singosari, Malang, menggunakan long-read Oxford Nanopore Technology (ONT), serta mengungkap keragaman genetik dan hubungan filogenetiknya dengan bangsa sapi lain. Sampel yang digunakan berupa darah dari lima pejantan sapi Madura dari Balai Besar Inseminasi Buatan (BBIB) Singosari, Malang, Jawa Timur. Tahapan penelitian meliputi ekstraksi DNA, amplifikasi genom mitokondria, sekuensing, analisis bioinformatika, anotasi genom, analisis AT/GC-skew, Relative Synonymous Codon Usage (RSCU), analisis struktur sekunder tRNA, analisis jarak genetik, dan rekonstruksi pohon filogenetik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa genom mitokondria sapi madura memiliki panjang 16.338–16.451 (akses GenBank ID PZ509169) pasang basa dan tersusun atas 37 gen, yaitu 13 gen penyandi protein, 22 gen tRNA, dua gen rRNA, serta satu daerah kontrol atau D-loop. Struktur genom, susunan gen, penggunaan kodon, komposisi nukleotida, pola AT/GC-skew, dan struktur tRNA menunjukkan karakter umum mitogenom vertebrata. Rekonstruksi filogenetik menunjukkan bahwa sapi madura membentuk dua klaster maternal, yaitu klaster yang berdekatan dengan Bos javanicus dan klaster yang berdekatan dengan Bos indicus. Temuan ini menunjukkan bahwa sapi madura memiliki latar belakang maternal yang kompleks. Informasi genom mitokondria lengkap ini dapat menjadi data dasar untuk konservasi, pengelolaan sumber daya genetik, dan program pemuliaan sapi madura berbasis genomik.

Madura cattle are a local breed from Indonesia, valued as a genetic resource, beef source, and cultural symbol for the Madurese community. Rising crossbreeding with foreign breeds risks reducing their genetic diversity. Moreover, existing genetic data on Madura cattle are limited, as prior research mainly focused on partial mitochondrial markers. Consequently, a full mitochondrial genome analysis is essential to gather detailed insights into their genomic features, genetic variation, and maternal lineage. This study aimed to analyze the complete mitochondrial genome of Madura cattle from the Singosari National Artificial Insemination Center in Malang. Using long-read Oxford Nanopore Technology, it also aimed to explore genetic diversity and phylogenetic relationships with other cattle breeds. Blood samples from five Madura bulls were collected for this purpose. The research involved DNA extraction, mitochondrial genome amplification, sequencing, bioinformatics analysis, genome annotation, AT/GC-skew analysis, Relative Synonymous Codon Usage, secondary tRNA structure examination, genetic distance calculation, and phylogenetic tree construction. The mitochondrial genome of Madura cattle ranges from 16,338 to 16,451 base pairs (ID GenBank access PZ509169) and contains 37 genes: 13 protein-coding, 22 tRNA, two rRNA, and a control region or D-loop. Its genome structure, gene organization, codon usage, nucleotide composition, AT/GC-skew pattern, and tRNA structure display the typical GC skew pattern, and the tRNA structure aligns with characteristics common to vertebrate mitogenomes. Phylogenetic analysis revealed two maternal lineages for Madura cattle one closely related to Bos javanicus and another to Bos indicus suggesting a complex maternal ancestry. This complete mitochondrial genome data provides a valuable resource for conservation, genetic resource management, and genomic-assisted breeding programs for Madura cattle.