Fisiologi dan Karakterisasi Gen Terkait Pengumbian pada Ubi Kayu (Manihot esculenta Crantz) Genotipe Lokal Manggu

Abstract

Ubi kayu (Manihot esculenta Crantz) merupakan salah satu tanaman yang banyak dibudidayakan oleh masyarakat Indonesia. Ubi kayu banyak dimanfaatkan baik untuk konsumsi langsung maupun untuk kebutuhan industri. Umbi ubi kayu berkembang dari bagian akar. Pati merupakan salah satu kandungan umbi ubi kayu yang banyak dimanfaatkan baik untuk kebutuhan pangan maupun non-pangan. Salah satu gen yang terlibat dalam biosintesis pati adalah sucrose synthase (SuSy). Kebutuhan ubi kayu diprediksi akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya penduduk Indonesia dan berkembangnya industri berbahan ubi kayu. Tujuan penelitian ini adalah untuk (1) mempelajari dan memahami pengaruh panjang setek batang ubi kayu terhadap perkembangan akar dan fisiologi pengumbian ubi kayu genotipe lokal Manggu, (2) memperoleh dan mengkarakterisasi gen SuSy dari ubi kayu genotipe lokal, (3) mengindentifikasi situs SNP gen SuSy dari beberapa genotipe ubi kayu. Percobaan ini terdiri dari percobaan 1a, 1b, dan 2. Percobaan 1a dilakukan di kebun percobaan Cikabayan dan Laboratorium Mikrotehnik Departemen Agronomi dan Hortikultura IPB dari bulan April sampai Juli 2018. Penanaman dilakukan di polibag dengan jarak tanam 1 m x 1 m. Bahan tanam yang digunakan adalah ubi kayu genotipe lokal Manggu. Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan acak kelompok dengan 2 taraf perlakuan panjang setek yaitu 15 cm dan 30 cm. Penelitian ini dilakukan dengan 3 ulangan. Pengamatan dilakukan setiap minggu secara destruktif pada peubah tajuk (jumlah tunas hijau, jumlah daun, diameter batang, tinggi tanaman), peubah akar (jumlah akar basal dan akar nodal, panjang akar basal dan akar nodal, jumlah dan panjang akar lateral yang tumbuh dari akar basal dan akar nodal, jumlah umbi yang berkembang dari akar basal dan akar nodal), peubah anatomi akar (lebar korteks dan lebar stele). Akar tanaman ubi kayu genotipe lokal Manggu dapat teramati sejak 1 MST. Biomasa akar pada tanaman ubi kayu genotipe lokal Manggu terdiri atas akar nodal, akar basal, lateral nodal, dan akar lateral basal. Jumlah dan panjang akar nodal, akar basal, dan akar lateral terus meningkat sejak 1-12 MST. Akar lateral merupakan jumlah akar terbanyak pada biomasa akar tanaman ubi kayu genotipe lokal Manggu. Pengisian umbi pada ubi kayu genotipe lokal Manggu terjadi pada akar nodal dan akar basal yang diinisiasi sejak 5 MST. Terdapat korelasi positif pada peubah jumlah total umbi dengan jumlah umbi nodal, jumlah umbi basal, jumlah akar basal, panjang akar basal, dan berkorelasi negatif dengan jumlah daun. Perlakuan panjang setek berpengaruh nyata terhadap jumlah tunas hijau dan diameter batang sedangkan pada peubah akar dan anatomi akar melintang menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata. Karakter jumlah daun dapat dijadikan sebagai seleksi tidak langsung untuk tanaman ubi kayu pengumbian cepat pada 9 MST. Untuk mengetahui proses pengisian umbi pada tanaman ubi kayu, maka dilakukan percobaan 1b. Percobaan ini dilakukan di kebun percobaan Cikabayan IPB dari bulan Desember 2017 – September 2018. Penanaman dilakukan di lahan dengan jarak tanam 1 x 1 m. Bahan tanam yang digunakan adalah ubi kayu genotipe lokal Manggu. Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan acak kelompok dengan 2 taraf perlakuan panjang setek yaitu panjang setek 15 cm dan 30 cm. Penelitian ini dilakukan dengan 3 ulangan. Pengamatan dilakukan setiap bulan secara destruktif pada peubah pertumbuhan dan peubah fisiologi. Kandungan fisikokimia dan biokimia dianalisis pada 5, 7, dan 9 BST. Pengisian umbi ubi kayu genotipe lokal Manggu teramati pada 3 BST. Perlakuan ukuran setek dengan panjang 30 cm pada penanaman ubi kayu selama 9 BST memberikan pengaruh nyata pada karakter jumlah daun, tinggi tanaman, luas kanopi, indeks luas daun, bobot basah dan kering umbi, bobot basah dan kering biomasa, serta diameter umbi. Hasil uji korelasi menunjukkan jumlah umbi berkorelasi positif dengan bobot kering umbi, jumlah klorofil, jumlah daun, lebar kanopi, dan indeks luas daun. Bobot basah umbi berkorelasi positif dengan lebar kanopi. Bobot kering umbi berkorelasi positif dengan lebar kanopi dan bobot basah umbi. Hal ini menunjukkan seluruh jumlah daun yang tumbuh pada penelitian ini dapat dimanfaatkan secara efektif dan maksimal untuk menghasilkan fotosintat dan disimpan dalam organ penyimpanan. Penanaman ubi kayu dengan ukuran setek 30 cm dapat diterapkan untuk meningkatkan produksi umbi ubi kayu. Karakter jumlah daun dan lebar kanopi dapat dijadikan sebagai seleksi tidak langsung untuk tanaman ubi kayu produksi tinggi pada 9 BST. Percobaan 2 dilakukan untuk mengkarakterisasi gen yang terlibat pada biosintesis pati ubi kayu yaitu gen sucrose sinthase (SuSy). Penelitian ini dilakukan pada bulan Juli 2018-Agustus 2018 di Laboratorium Plant Molecular Biology, AGH-IPB. DNA genom diisolasi dari daun ubi kayu 7 genotipe (Manggu, Jame- Jame, Ratim, UJ-5, Adira-4, dan Malang-4) menggunakan metode cetyl-trimethylammonium bromide (CTAB). Empat pasang primer spesifik gen dirancang untuk mengamplifikasi sekuen utuh (full length) gen SuSy dengan referensi yang diambil dari GenBank database gen SuSy pada tanaman ubi kayu berupa coding sequences (cds) aksesi DQ443534.1. Sekitar 1 277-2 943 pb berhasil diamplifikasi dengan empat pasang primer pada tujuh genotipe ubi kayu. Fragmen tersebut menunjukkan kemiripan 94.47-100% pada gen SuSy yang terdeposit pada GenBank (nomor aksesi Predicted: Manihot esculenta sucrose synthase (LOC110603638), transcript variant X4, mRNA) pada situs NCBI. Pohon filogenetik menunjukkan 7 sampel sekuen hasil amplifikasi membentuk 2 kelompok kemiripan yaitu Adira-4, Malang-4, Manggu, Gajah, DQ443534.1 sebagai kelompok 1 dengan nilai bootstrap 99 dan UJ-5, Ratim, Jama-Jame sebagai kelompok 2 dengan nilai bootstrap 100. Berdasarkan analisis dengan menggunakan software Geneious terdapat beberapa situs SNP yang terdapat pada hasil amplifikasi primer F1, F3, dan F4. Situs-situs ini berpotensi untuk dikembangkan sebagai marka molekuler single nucleutide amplified polymorphism (SNAP).