Studi Fisiologi dan Molekuler Pembungaan pada Bawang Merah (Allium cepa var. aggregatum).

Abstract

Pembungaan merupakan suatu proses fisiologis yang kompleks dan melibatkan sejumlah faktor eksternal dan internal. Pada bawang merah, pembungaan diperlukan untuk memperbaiki sifat tanaman melalui breeding program dan dalam upaya menghasilkan benih true shallot seeds (TSS). Beberapa sifat penting tanaman dapat diturunkan ke generasi berikutnya melalui proses hibridisasi. Manipulasi faktor lingkungan seperti perlakuan vernalisasi dapat dilakukan untuk menginduksi pembentukan bunga bawang merah. Mekanisme pengaturan perubahan meristem vegetatif menjadi inflorensia pembungaan berhubungan dengan proses fisiologi dan biokimia serta adaptasi tanaman terhadap perubahan lingkungan. Proses metabolisme yang terjadi pada fase transisi tersebut menghasilkan sejumlah senyawa metabolit yang menggambarkan aktifitas biologi dan biokimia dalam tanaman. Penelitian ini bertujuan untuk 1) mendapatkan informasi keragaan karakter pembungaan dan metabolit sekunder bawang merah terkait dengan perlakuan vernalisasi untuk induksi pembungaan, 2) informasi keterkaitan antara stadia perkembangan umbi yang mendapat perlakuan vernalisasi dengan karakter pembungaan bawang merah, 3) mendapakan informasi keterkaitan antara komposisi metabolit sekunder dengan karakter pembungaan bawang merah, dan 4) mengidentifikasi, dan menganalisis keragaman gen LEAFY terkait pembungaan pada tanaman bawang merah. Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengidentifikasi karakter morfologi terkait pola pembungaan dari 40 genotipe bawang merah yang ditanam di dataran rendah dan di dataran tinggi. Selanjutnya, 5 genotipe bawang merah digunakan sebagai bahan tanam yang mewakili masing-masing tipe pembungaan untuk diidentifikasi perubahan metabolomik dan karakter morfologi bawang merah terkait kemampuan berbunga. Analisis kelompok hierarki terhadap karakter morfologi dan metabolomik menunjukkan terdapat 3 kelompok bawang merah yang mengelompok sesuai pola pembungaanya. Genotipe Bentanis, Bima Brebes dan Tajuk terkonfirmasi sebagai genotipe yang sensitif terhadap pembungaan, dengan kandungan senyawa proline dan nitrogen (ammonium carbamate dan nitrogen oxide) yang lebih rendah, tetapi memiliki kandungan senyawa acyclic ditherphene alcohol (phytol) yang lebih tinggi. Genotipe Ilokos dan Sumenep merupakan genotipe yang tidak sensitif terhadap pembungaan, yang memiliki kandungan senyawa organosulfur (thiophene dan trisulfide) yang lebih tinggi. Pada perlakuan vernalisasi, genotipe Sumenep juga menghasilkan senyawa proline yang tertinggi diantara genotipe lainnya. Penelitian terhadap pengaruh vernalisasi pada stadia perkembangan umbi dilakukan pada genotipe Bima Brebes. Perlakuan vernalisasi secara signifikan meningkatkan karakter reproduktif tanaman seperti diameter umbel (53.6956.68 mm) dan persen berbunga (70.3779.63%) dibandingkan tanaman yang tidak divernalisasi (29.63%). Vernalisasi yang diberikan pada stadia awal perkembangan umbi (stadia embrio dan tunas 1 cm) terbukti lebih efektif dalam menerima perlakuan vernalisasi untuk menginduksi kemampuan berbunga bawang merah dibandingkan perlakuan lainnya. Vernalisasi pada stadia tunas 2 cm (S2) merupakan stadia yang tidak sensitif terhadap perlakuan vernalisasi, stadia ini memiliki karakter yang sama dengan perlakuan tanpa vernalisasi (S0). Hasil analisis korelasi menunjukkan bahwa karakter jumlah umbel dan diameter umbel memiliki korelasi positif yang sangat nyata terhadap persen berbunga bawang merah. Semakin besar jumlah umbel dan diameter umbel semakin meningkatkan persen berbunga bawang merah. Analisis metabolomik menghasilkan 104 metabolit sekunder spesifik dari 4 perlakuan vernalisasi, dan mengelompokkan bawang merah menjadi 3 kelompok stadia yang berbeda. Perlakuan vernalisasi pada stadia awal perkembangan umbi (stadia embrio dan tunas 1 cm) mampu menginduksi perubahan vegetatif menjadi fase reproduktif. Penelitian ini menunjukkan bahwa perlakuan vernalisasi stadia awal tersebut dapat meningkatkan kandungan senyawa phytol dan 2-propanone yang dapat menjadi indikator penting yang menunjukkan tanaman telah memasuki fase reproduktif. Sebaliknya, umbi tanpa perlakuan vernalisasi dan vernalisasi pada stadia lanjut menghasilkan senyawasenyawa organosulfur potensial sebagai senyawa aromatik khas bawang merah dan memiliki aktifitas sebagai antioksidan dan antimikroba. Penelitian terhadap keragaman gen terkait pembungaan LEAFY (LFY) pada 5 genotipe bawang merah berhasil mengisolasi dan mengidentifikasi gen shLFY pada 5 genotipe bawang merah lokal Indonesia. Gen shLFY memiliki struktur sederhana yang terdiri dari 3 ekson dan 2 intron dengan panjang fragmen 11611253 bp. Identifikasi terhadap sekuen gen shLFY menunjukkan adanya polimorfisme, dan gen shLFY asal 5 genotipe bawang merah mengelompok sesuai pola pembungaan. Genotipe Bentanis (bm1LFY) merupakan kelompok tanaman bawang merah yang dapat berbunga secara alami. Genotipe Bima Brebes (bm2LFY) dan Tajuk (bm4LFY) menunjukkan pola pembungaan yang sama dengan LFY pada Allium cepa dan Allium cepa var. aggregatum. Sedangkan kelompok genotipe Ilokos (bm3LFY) dan Sumenep (bm5LFY) merupakan kelompok dengan pola pembungaan yang sama dengan gen LFY pada Allium fistulosum. Sekuen gen shLFY mengkodekan putatif protein dari 363 asam amino, yang memiliki homologi dengan LFY protein Allium cepa L. sebesar ~ 99% dan protein LEAFY dari tanaman lain > 95%. Prediksi protein gen shLFY dari 5 genotipe bawang merah menunjukkan homologi dengan famili protein FLORICAULA/LFY dari kerabat Allium yang terdeposit pada GenBank.