Studi Keragaman Genetik Melon (Cucumis melo L.) melalui Meta-analisis, Karakterisasi Morfologi, dan Metabolomik

Abstract

Melon (Cucumis melo L., 2n=2x=24) merupakan spesies dengan keragaman yang tinggi yang secara botani dikelompokkan ke dalam grup-grup varietas dengan persebaran yang luas. Tingginya keragaman dalam spesies Cucumis melo dan luasnya persebaran grup varietas tersebut menjadi sebuah tantangan bagi pemulia tanaman melon dalam mempelajari dan melakukan percobaan yang melibatkan beragam grup varietas. Melon adalah sumber vitamin dan mineral yang sangat baik, dengan kandungan lebih tinggi dari nenas, alpukat, apel, dan semangka untuk vitamin A, vitamin C, dan potasium. Selain manfaat kesehatan, konsumen memperhatikan kualitas dan penampilan. Pemulia berperan dalam penyediaan melon yang sesuai dengan ideotipe dan/atau selera konsumen melalui pemuliaan untuk varietas unggul. Kualitas buah adalah suatu kelompok karakter pada melon yang diperhatikan oleh konsumen. Karakter-karakter penting yang berhubungan dengan kualitas buah antara lain adalah rasa dan aroma, dan perbaikan karakter tersebut dapat meningkatkan nilai ekonomi buah melon. Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan kajian terhadap aspek-aspek kualitas buah melon dalam pengembangan varietas. Penelitian ini secara khusus bertujuan menganalisis karakteristik melon dari berbagai grup varietas dan studi di berbagai negara, serta mengelompokkannya berdasarkan karakter tanaman dan buah melon melalui studi pustaka primer; mempelajari keragaan dan keragaman karakteristik galur-galur harapan melon dari tiga grup varietas; memprediksi kandungan vitamin C dan TAT pada buah melon melalui metode nondestruktif; dan mengidentifikasi jenis dan peran senyawa volatil buah melon dari tiga varietas. Ruang lingkup penelitian meliputi empat subtopik yang mengkaji kualitas buah. Keempat subtopik meliputi: 1) Meta-analisis: Studi keragaman genetik pada karakter buah melon (Cucumis melo L) antar grup varietas; 2) Keragaan genotipe melon pada tiga grup varietas melon; 3) Prediksi karakter vitamin C dan total asam tertitrasi pada buah melon menggunakan near infrared spectroscopy; dan 4) Profil metabolit sekunder tiga grup varietas melon dengan gass chromatography mass spectrometry (GC-MS). Kegiatan budidaya dilaksanakan di Kebun Percobaan Tajur, Pusat Kajian Hortikultura Tropika Institut Pertanian Bogor, Bogor, Jawa Barat pada bulan Maret – Juni 2022. Pengamatan pascapanen buah dan pengambilan data NIRS dilaksanakan di Laboratorium Pascapanen Departemen Agronomi dan Hortikultura IPB pada Juni 2022. Pengamatan anatomi daun dilaksanakan di Laboratorium Mikroteknik Departemen Agronomi dan Hortikultura IPB pada bulan Mei 2022. Analisis profil metabolit sekunder dilaksanakan di Laboratorium Kesehatan Daerah (Labkesda) DKI Jakarta pada bulan Juni 2022. Prosedur penelitian meliputi dua kegiatan mayor, yaitu studi literatur untuk meta-analisis dan percobaan lapangan untuk mengevaluasi genotipe-genotipe melon. Meta-analisis dilakukan pada beberapa grup varietas melon dengan mengumpulkan data dari artikel penelitian primer terkait pemuliaan melon untuk kualitas buah. Sumber data kuantitatif terdiri atas 30 artikel penelitian primer yang diterbitkan tahun 2002 - 2021. Grup yang diidentifikasi yaitu acidulus, agrestis, cantalupensis, conomon, flexuosus, inodorus, makuwa, momordica, dan reticulatus. Karakter yang dievaluasi meliputi morfologi buah, kandungan mineral buah, kandungan biokimia buah (gula total, asam askorbat, β-karoten, asam tertitrasi, dan aktivitas antioksidan), dan penciri kualitatif umum dari setiap grup varietas. Analisis data meliputi best linear unbiased estimation, korelasi, dan analisis gerombol antar grup varietas melon. Grup varietas diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama berdasarkan karakter kuantitatif dan kualitatifnya. Penelitian keragaan tanaman dan buah melon mengevaluasi 24 genotipe dari grup inodorus, reticulatus, dan makuwa yang dilaksanakan pada bulan Maret hingga Juni 2022 di Kebun Percobaan Tajur, Pusat Kajian Hortikultura Tropika IPB, Bogor, Jawa Barat di dalam greenhouse. Penelitian ini bertujuan menduga kandungan vitamin C dan TAT pada buah melon secara nondestruktif menggunakan near infrared spectroscopy (NIRS). Pengambilan data dilaksanakan di Laboratorium Pascapanen Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Instrumen NIR SCIO dari Consumer Physics pada panjang gelombang 740 – 1080 nm digunakan sebagai alat pengamatan nondestruktif, sedangkan pengamatan destruktif menggunakan metode titrasi. Sampel buah Alisha F1, Glamour F1, dan IPB Meta 9 dianalisis senyawa volatil dengan instrumen GC-MS. Studi meta-analisis menginformasikan bahwa biplot AMMI memberi makna cantalupensis dan reticulatus secara umum memiliki beberapa sifat penting, yaitu rata-rata kandungan padatan terlarut, ketebalan daging buah, dan diameter buah yang tinggi. Hasil dari studi meta-analisis ini dapat membantu pemulia tanaman mempertimbangkan penggunaan grup varietas yang berbeda dalam mengembangkan populasi dasar dalam program pemuliaan melon. Studi keragaan genotipe-genotipe melon menunjukkan bahwa IPB HD 2-111 dan IPB HD 2-100 memiliki kualitas yang baik berdasarkan kandungan padatan terlarut dan ketebalan daging (FT), dan G30 relatif unggul pada FT, bobot buah, dan vitamin C. Berdasarkan analisis regresi berganda pada proporsi lebar rongga buah terhadap diameter buah, koefisien determinasi yang disesuaikan (R2) sebesar 0,569 dengan lebar petal, panjang tangkai daun, dan umur panen signifikan. Analisis klaster menggolongkan 23 genotipe menjadi tiga klaster utama. NIRS mampu memprediksi fenotipe melon secara sangat signifikan dengan akurasi (r) 0,68 terhadap vitamin C dan 0,55 terhadap TAT. Pengembangan model prediksi ini akan memudahkan pemulia, praktisi lapang, periset, dan pelaku bisnis buah melon dalam memprediksi kandungan vitamin C dan TAT secara mudah, efisien, dan nondestruktif. Profiling metabolit menunjukkan adanya perbedaan jenis senyawa volatil pada masing-masing buah, yang memberikan pengaruh terhadap kekhasan aroma dari masing-masing varietas. Daging buah Glamour F1 memiliki kekhasan aroma fruity dan seperti aroma bunga yang diduga merupakan efek dari senyawa 2,3-Butanediol [R-(R*,R*)]- dan acetol yang tidak teridentifikasi pada kedua sampel lain. Senyawa dari ketiga sampel memiliki aktivitas bioaktif dan peran yang beragam. Identifikasi senyawa metabolit sekunder akan memperkaya informasi aktivitas bioaktif bermanfaat bagi tubuh dari tiap varietas.

Melon (Cucumis melo L., 2n=2x=24) is a species with high diversity. The high diversity of Cucumis melo species and the wide distribution of these variety groups is a challenge for melon plant breeders in studying and conducting experiments involving various variety groups. Melons are an excellent source of vitamins and minerals, higher than pineapples and avocados, apples, and watermelons for vitamin A, vitamin C, and potassium. In addition to health benefits, consumers pay attention to quality and appearance. Breeders play a role in providing melon varieties that meet the ideotypes and/or consumer preferences through breeding improved varieties. Fruit quality is an important trait group in melon that consumers pay attention to. Among the essential traits related to fruit quality are flavor and aroma, and improvement of these traits could increase the economic value of melon fruits. This research generally aimed to study the quality aspects of melons for variety development. This research specifically aimed to analyze the characteristics of melons from various variety groups and studies in various countries, and to classify them based on plant and fruit characteristics through primary literature studies; study the performance and character diversity of hopeful melon lines from three varietal groups; predict the content of vitamin C and TAT in melons using NIRS; and identify the types and roles of volatile compounds of three varieties of melons. The scope of the research includes four subtopics that examine fruit quality. The four sub-tropics include 1) Meta-analysis: Study of genetic diversity in melon (Cucumis melo L.) characters between variety groups; 2) Performance of melon genotypes belonging to three variety groups; 3) Prediction of the character of vitamin C and titrable acidity in melon using near-infrared spectroscopy; 4) Profile of secondary metabolites of three groups of melon varieties by gas chromatography-mass spectrometry. Cultivation activities were carried out at the Tajur Experimental Station of the Center for Tropical Horticultural Studies IPB, Bogor, West Java in March - June 2022. Secondary metabolite profile analysis was carried out at the DKI Jakarta Regional Health Laboratory (Labkesda) in June 2022. Samples were prepared to analyze vitamin content C and titrable acidity (TAT) require a relatively long time with resources that are not always available in the field, and are still in the form of destructive analysis. Samples of melon varieties Alisha F1, Glamour F1, and IPB Meta 9 were analyzed for volatile compounds using a gas chromatography-mass spectrometry instrument. The research procedure involved two major activities, namely a literature study for meta-analysis and a field trial to evaluate melon genotypes. Meta-analysis was conducted on several groups of melon varieties by collecting data from primary research articles related to melon breeding for fruit quality. Quantitative data sources consist of 30 primary research articles published in 2002 - 2021. The identified groups are acidulus, agrestis, cantalupensis, conomon, flexuosus, inodorus, makuwa, momordica, and reticulatus. Characters evaluated included fruit morphology, fruit mineral content, fruit biochemical content (total sugar, ascorbic acid, β-carotene, titrated acid, and antioxidant activity), and general qualitative characteristics of each variety group. Data analysis included best linear unbiased estimation, correlation, and cluster analysis between groups of melon varieties. Variety groups are classified into two main groups based on their quantitative and qualitative characteristics. The performance study of melon and fruit plants evaluated 23 genotypes from the inodorus, reticulatus, and makuwa groups which were carried out from March to June 2022 at the Tajur Experimental Station, Center for Tropical Horticultural Studies, Bogor, West Java in a greenhouse. This study aimed to nondestructively estimate the content of vitamin C and TAT in melons using near-infrared spectroscopy (NIRS). Data collection was carried out at the Postharvest Laboratory, Department of Agronomy and Horticulture, Faculty of Agriculture, Bogor Agricultural University. The NIR SCIO instrument from Consumer Physics at a wavelength of 740 – 1080 nm is used as a non-destructive observation tool, while the destructive observation uses the titration method. The meta-analysis study informed that the AMMI biplot indicated that cantalupensis and reticulatus, in general, have several important properties, namely dissolved solids content, fruit flesh thickness, and high fruit diameter. The results of this meta-analysis study can help plant breeders consider using different varietal groups in developing basic populations in their melon breeding programs. A study of the performance of melon genotypes showed that IPB HD 2-111 and IPB HD 2-100 had good quality based on dissolved solids content (PTT) and flesh thickness (FT), and G30 was relatively superior on FT, fruit weight, and vitamin C. Based on multiple regression analysis to the proportion of fruit cavity width to the fruit diameter, the adjusted coefficient of determination (R2) is 0.569 with significant petal width, petiole length, and harvesting age are significant. Cluster analysis classified the 23 genotypes into three main clusters. NIRS was very significantly able to predict the melon phenotype with an accuracy (r) of 0,68 for vitamin C and 0,55 for TAT. The development of this prediction model will make it easier for breeders, field practitioners, researchers, and business people in melons to predict vitamin C and TAT content in an easy, efficient, and non-destructive manner. Metabolite profiling analysis showed that there were different types of volatile compounds in each fruit, which had an effect on the distinctive aroma of each variety. Glamour F1 fruit flesh has a distinctive fruity and floral aroma which is thought to be the effect of the compound 2,3-Butanediol [R-(R*,R*)]- and acetol which were not identified in the other two fruit samples. The three samples have compounds with various bioactive activities and roles. Identification of secondary metabolite compounds will enrich the information on beneficial bioactive activities for the body of each variety.