Analisis Filogenetik dan Desain sgRNA dari Gen Gn1a Penyandi Sitokinin Oksidase/Dehidrogenase pada Padi (Oryza sativa L.) Grup Japonika

Abstract

Gn1a adalah gen yang menyandi sitokinin oksidase/dehidrogenase (CKX) pada padi. Adanya regulasi sitokinin menyebabkan tanaman memiliki jumlah malai yang banyak. Jumlah malai menjadi karakter agronomi penting dalam menentukan tingkat produktivitas padi. Genotipe padi dapat dibagi menjadi dua tipe berdasarkan jumlah malai yang dihasilkan yaitu genotipe padi malai banyak dan malai sedikit. Padi dengan genotipe malai sedikit dapat dimanipulasi secara genetik dengan merekayasa gen utama terkait malai, salah satunya gen Gn1a. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan menganalisis filogeni sekuen protein CKX di dalam famili Poaceae serta mendesain guide-RNA CRISPR/Cas9 (sgRNA) dari sekuen gen Gn1a untuk penyuntingan gen pada padi. Penelitian ini dilakukan dengan pendekatan bioinformatika dengan menguji disimilaritas gen dan protein CKX pada berbagai aksesi padi beserta menganalisis potensi sekuen fungsional gen Gn1a untuk dijadikan kandidat sgRNA. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa gen Gnla secara filogeni terbukti menyandi sitokinin oksidase/dehidrogenase, sehingga gen Gnla pada padi grup Japonika dapat dipilih sebagai target posisi mutasi untuk menghilangkan fungsi dari sitokinin oksidase/dehidrogenase. Berdasarkan hasil desain sgRNA pada gen Gnla diperoleh 3 kandidat terbaik untuk dikontruksi ke vektor CRISPR/Cas9 yaitu sgRNA pada peringkat 2, 4, dan 8.

Gn1a is a gene encoding cytokinin oxidase/dehydrogenase in rice (CKX). The presence of cytokinin regulation causes plants to have high number in panicles. The number of panicles is an important agronomic character in determining the rice productivity. Rice genotypes can be divided into two types based on the number of panicles produced, i.e.: high and low panicle rice genotypes. Rice with low panicle genotype can be genetically manipulated by engineering the main panicle-related gene, one of which is Gn1a. Therefore, this study aimed to analyze the phylogeny of the CKX protein in the Poaceae family and to design the CRISPR/Cas9 (sgRNA) guide-RNA from the Gn1a gene for gene editing in rice. This research was carried out using a bioinformatics approach by analyzing the dissimilarity of the Gn1a gene and CKX protein sequences in rice and analyzing the potential functional sequence of the Gn1a gene to be a candidate for sgRNA design. The results of the study showed that the Gnla gene is phylogenically proven to encode cytokinin oxidase/ dehydrogenase, so that the Gnla gene in Japonika Group rice can be selected as a mutation target to eliminate cytokinin dehydrogenase function. Based on the results of the sgRNA design on the Gnla gene, we found the 3 best candidates for sgRNA sequence targets to be incorporated into the CRISPR/Cas9 vector, i.e. sgRNA numbers 2, 4, and 8.