Analisis Transkriptomik Embriogenesis Somatik Tanaman Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.)

Abstract

Salah satu upaya untuk mendukung penyediaan bibit unggul tanaman kelapa sawit yaitu dengan teknik kultur jaringan. Perbanyakan tanaman kelapa sawit secara kultur jaringan dilakukan melalui jalur embriogenesis somatik. Namun, rata-rata persentase pembentukkan embrioid somatik masih rendah berkisar 1-5%. Genotipe tanaman induk atau genotipe ortet merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi daya embriogenesis somatik tanaman kelapa sawit. Analisis transkriptomik merupakan salah satu analisis molekuler yang memungkinan untuk analisis perbedaan pola ekspresi gen selama embriogenesis antara ortet dengan daya embriogensis tinggi dan rendah. Informasi mengenai pola ekspresi gen pada fase perkembangan embrio somatik ortet daya embriogenesis tinggi dan rendah masih terbatas. Oleh karena itu diperlukan penelitian dengan pendekatan transkriptomik untuk mempelajari pola ekspresi gen selama embriogenesis pada ortet daya embriogenesis tinggi dan rendah. Hasil ini diharapkan akan memberi gambaran untuk langkah perbaikan dalam proses kultur jaringan tanaman kelapa sawit melalui embriogenesis somatik.

Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan profil transkriptomik ortet dengan daya embriogenesis tinggi dan rendah pada tahap kalus dan embrio somatik. Sedangkan tujuan spesifik dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan (1) differentially expressed genes (DEGs) pada setiap fase embriogenesis pada ortet daya embriogenesis tinggi dan rendah dan (2) DEGs yang selalu terlibat dalam semua fase perkembangan embriogenesis, dan (3) DEGs spesifik pada setiap fase perkembangan embriogenesis kelapa sawit.

Tahapan utama penelitian yaitu analisis seluler dan analisis transkriptomik dengan perunutan RNA. Analisis seluler meliputi perhitungan persentase pembentukan kalus, persentase pembentukan embrioid, serta persentase proliferasi dan germinasi embrioid. Perunutan RNA dilakukan pada kalus dan embrio somatik tahap globular, skutelar, dan koleoptilar pada ortet dengan daya embriogenesis tinggi dan rendah berdasarkan persentase pembentukan embrio somatik.

Analisis seluler tahap kalus menunjukkan ortet 10119-t dan 10319-t memiliki persentase pembentukan embrio somatik masing-masing 20,1 % dan 33,8%. Sedangkan ortet 10818-r dan 20818-r memiliki persentase pembentukan embrio somatik masing-masing 0,6% dan 0,2%. Dengan demikian ortet 10119-t dan 10319-t dikategorikan sebagai ortet dengan daya embriogenesis tinggi dan ortet 10818-r dan 20818-r dikategorikan sebagai ortet dengan daya embriogenesis rendah. Analisis seluler tahap embrioid menunjukkan ortet daya embriogenesis tinggi memiliki tingkat proliferasi dan germinasi embrioid yang lebih tinggi daripada ortet dengan daya embriogenesis rendah.

Analisis transkriptomik dengan perunutan RNA diperoleh 1911 gen yang diekspresikan secara diferensial (DEGs) antara ortet embriogenesis tinggi dan rendah di tahap kalus dan embrio somatik. Perbedaan ekspresi gen antara kedua kategori ortet ditunjukkan oleh heatmap yang menunjukkan perbedaan profil transkriptomik antara ortet dengan daya emrbiogenesis tinggi dan rendah. Perbedaan profil transkriptomik antara ortet daya embriogenesis tinggi dan rendah juga ditunjukkan dengan analisis PCA. Analsis PCA mengelompokkan sampel menjadi dua kelompok utama yaitu kelompok embriogenesis tinggi dan rendah berdasarkan nilai transkrip per million dari DEGs.

Kandidat gen penting yang terlibat dalam embriogenesis somatik tanaman kelapa sawit ditentukan berdasarkan nilai |log2FC| serta fungsi fisiologis dari DEGs. Gen terkait dengan persinyalan ABA upregulated pada ortet dengan daya embriogenesis tinggi diantaranya LEA, DDX28, dan vicilin-like protein. Selain itu DEGs terkait dengan persinyalan hormon lainnya, yaitu NPF terkait auksin dan HD-ZIP terkait brassinosteroid, upregulated pada ortet dengan daya embriogenesis tinggi. Hal ini mengindikasikan perbedaan fisiologis antara ortet daya embriogenesis tinggi dan rendah yang terkait dengan potensi embriogenesis somatik.