Transformasi Genetik Tanaman Kentang (Solanum tuberosum L.) Kultivar IPB CP2 Menggunakan Gen MmCu-Zn-SOD untuk Meningkatkan Toleransi terhadap Kekeringan

Abstract

Kentang merupakan salah satu komoditas tanaman pangan utama keempat di dunia setelah padi, gandum, dan jagung. Kentang berperan dalam ketahanan pangan serta industri pengolahan karena memiliki nilai ekonomi dan kandungan gizi seperti serat, mineral dan vitamin yang tinggi. Produksi kentang di Indonesia pada tahun 2022, mencapai 1,50 juta ton, tahun 2023 sebesar 1,24 juta ton dan tahun 2024 sebesar 1,26 juta ton. Meskipun demikian, produksi tersebut belum dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri terutama industri pengolahan kentang. Rendahnya produksi terkait dengan terbatasnya ketersediaan bibit dan lahan budidaya di dataran tinggi. Budidaya tanaman kentang umumnya dilakukan di dataran tinggi yang pada umumnya tidak beririgasi sehingga tanaman sering menghadapi cekaman kekeringan. Cekaman kekeringan dapat menyebabkan terbentuknya reactive oxygen species (ROS) sehingga menghambat pertumbuhan tanaman. Tanaman yang tercekam dapat mengaktifkan sistem pertahanan antioksidan melalui aktivitas enzim superoksida dismutase (SOD), namun sistem pertahanan ini sering kali belum cukup untuk menghadapi cekaman sehingga pertumbuhan tanaman menjadi terhambat bahkan tanaman mengalami kematian. Kentang kultivar IPB CP2 telah dikembangkan di Pusat Bioteknologi IPB. Kultivar IPB CP2 memiliki kandungan pati yang tinggi sehingga dapat digolongkan sebagai kentang industri atau kentang yang cocok untuk digunakan sebagai bahan baku industri kentang olahan terutama keripik kentang. Namun demikian, sifat genetik kultivar IPB CP2 masih perlu ditingkatkan toleransinya terhadap cekaman abiotik khususnya cekaman kekeringan. Oleh karena itu Penelitian ini bertujuan menghasilkan tanaman kentang transgenik IPB CP2 yang membawa gen MmCu/Zn-SOD yang toleran terhadap cekaman kekeringan secara in vitro, serta menganalisis ekspresi gen MmCu/Zn-SOD pada tajuk dan akar tanaman transgenik. Pada penelitian ini telah dilakukan transformasi genetik tanaman kentang, analisis integrasi gen MmCu/Zn-SOD di dalam genom kultivar kentang IPB CP2, uji cekaman kekeringan menggunakan PEG 8000 secara in-vitro, dan analisis ekspresi gen MmCu/Zn-SOD. Transformasi genetik dilakukan menggunakan metode ko-kultivasi yaitu pengkulturan eksplan bersama bakteri Agrobacterium tumefaciens yang membawa plasmid pGWB-MmCu/Zn-SOD untuk memungkinkan transfer T-DNA ke dalam sel tanaman. Sebanyak 260 eksplan berupa ruas batang tanpa mata tunas dikulturkan bersama A. tumafaciens selama tahap ko-kultivasi. Analisis integrasi gen MmCu/Zn-SOD dilakukan dengan PCR menggunakan sepasang primer forward 35SF dan primer reverse SOD-R2. Uji cekaman terhadap cekaman kekeringan dilakukan menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) dua faktor dengan tiga ulangan. Faktor pertama adalah genotipe yang terdiri atas IPB CP2 non-transgenik (CP2NT) dan empat klon transgenik, yaitu CP2SOD1, CP2SOD2, CP2SOD3 dan CP2SOD4. Faktor kedua PEG 8000 dengan konsentrasi 10% sebagai perlakuan cekaman kekeringan. Parameter yang diamati meliputi tinggi tajuk, jumlah akar, panjang akar total, bobot basah dan bobot kering akar, serta bobot basah dan bobot kering tajuk. Transformasi menghasilkan kalus resisten terhadap higromisin 10% dengan efisiensi transformasi yaitu 50,7%. Sebagian kalus resisten higromisin beregenerasi menghasilkan tunas dengan efisiensi regenerasi 29,5%. Hasil analisis integrasi dengan menggunakan primer 35SF dan SOD-R2 yang menunjukan bahwa 6 planlet transgenik membawa gen MmCu/Zn-SOD di bawah kendali promoter 35S. Dari 6 klon transgenik dipilih 4 klon yang memiliki pertumbuhan lebih baik yaitu CP2SOD1, CP2SOD2, CP2SOD3 dan CP2SOD4, untuk digunakan pada uji cekaman kekeringan dan analisis ekspresi gen. Klon transgenik CP2SOD3 memiliki pertumbuhan terbaik dalam kondisi tercekam berdasarkan tinggi tanaman, panjang akar, dan jumlah akar. Semua klon transgenik maupun non transgenik mengekspresikan gen MmCu/Zn-SOD di akar lebih tinggi pada kondisi tercekam (PEG 10%) dibandingkan pada kondisi tidak tercekam (tanpa PEG). Klon CP2SOD3 memiliki nilai ekspresi gen tertinggi pada akar baik pada kondisi tercekam maupun tidak tercekam