Ekspresi Tiga Gen Pengatur Anakan (MOCI, MOC3, TN1) pada Lima Genotipe Padi 

Abstract

Padi (Oryza sativa L.) merupakan makanan pokok yang telah ditanam lebih dari 100 negara dimana 90% hasil produksinya berasal dari negara-negara Asia seperti Indonesia. Pada tahun 2024 produksi padi di Indonesia mengalami penurunan sebesar 2,45%. Peningkatan hasil panen padi dapat dilakukan dengan perbaikan arsitektur tanaman. Arsitektur tanaman merupakan struktur tiga dimensi yang menentukan bentuk tanaman. Arsitektur tanaman mempengaruhi sifat agronomi dan dapat menentukan produksi hasil panen padi. Salah satu faktor penentu arsitektur ideal padi adalah jumlah anakan. Anakan merupakan sifat dasar dari tanaman serealia, seperti padi yang dapat menghasilkan malai sehingga penting untuk mencapai hasil panen yang tinggi. Pembentukan anakan padi ditentukan oleh regulasi ekspresi gen MOC1, MOC3, dan TN1. Gen MONOCULM 1 (MOC1) bersinergi dengan gen MOC3 untuk mendorong pembentukan meristem aksilar dengan mengaktifkan ekspresi gen FLORAL ORGAN NUMBER 1 (FON1) sehingga terlibat dalam inisiasi pertumbuhan anakan padi. Gen TILLER NUMBER 1 (TN1) merupakan regulator negatif dari pembentukan anakan sehingga dapat menghambat perkembangan anakan padi. Pada penelitian ini, gen pengatur anakan yang berpotensi dalam meningkatkan hasil panen padi dianalisis lebih lanjut pada lima kultivar padi terpilih, yaitu padi kultivar Hawara Bunar, IR64, Landeo, Towuti, dan Tukad Petanu. Analisis ekspresi gen MOC1, MOC3, dan TN1 yang mengatur pertumbuhan dan perkembangan anakan pada kelima genotipe padi tersebut belum dilakukan. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis profil ekspresi gen pengatur anakan padi MOC1, MOC3 dan TN1 pada lima genotipe padi yaitu padi kultivar Hawara Bunar, IR64, Landeo, Towuti, dan Tukad Petanu, serta menganalisis hubungan antara pola ekspresi gen dengan beberapa karakter pertumbuhan dan komponen hasil pada lima genotipe padi. Penelitian ini terdiri dari empat tahapan yaitu, 1) penanaman benih lima genotipe padi; 2) pengamatan karakter pertumbuhan dan komponen hasil padi; 3) analisis keberadaan gen; dan 4) analisis ekspresi gen MOC1, MOC3, TN1 pada lima genotipe padi. Benih lima kultivar padi yaitu Hawara Bunar, IR64, Landeo, Towuti dan Tukad Petanu ditanam dalam pot yang berisi media tanah yang dilumpurkan di rumah kaca. Penanaman dilakukan hingga tahap panen mengikuti teknik budidaya padi dengan pemeliharaan meliputi pengairan, pemupukan, pengendalian hama dan penyakit. Pengamatan pertumbuhan dan komponen hasil dilakukan terhadap tinggi tanaman, jumlah anakan, jumlah anakan produktif, jumlah nodus, panjang malai, jumlah gabah/malai, bobot gabah/malai, bobot gabah/tanaman, dan bobot per 100 biji gabah. Sampel daun dari lima kultivar padi diambil dan digunakan sebagai bahan isolasi DNA untuk analisis keberadaan gen menggunakan teknik PCR. Analisis ekspresi gen dilakukan pada dua fase pertumbuhan anakan, yaitu fase pre tillering dan fase tillering menggunakan rumus 2-??Ct. Pengamatan pertumbuhan dan komponen hasil padi diamati dari fase vegetatif hingga fase generatif. Pada pertumbuhan fase vegetatif, padi Hawara Bunar dan Landeo merupakan dua kultivar padi dengan habitus tinggi yang memiliki jumlah anakan sedikit, sedangkan padi IR64, Towuti, dan Tukad Petanu merupakan kultivar padi habitus pendek dengan jumlah anakan banyak. Pada fase generatif, padi kultivar Hawara Bunar dengan jumlah anakan sedikit menghasilkan malai berukuran panjang yang berpengaruh terhadap bobot gabah per malai, bobot gabah per tanaman, jumlah gabah berisi hingga bobot per 100 biji gabah. Perbedaan jumlah anakan dipengaruhi oleh ekspresi gen yang mengatur pembentukan dan perkembangan anakan (MOC1, MOC3) dan ekspresi gen yang menghambat pertumbuhan anakan (TN1). Ekspresi gen MOC1 dan MOC3 lebih tinggi pada padi kultivar Towuti dan Tukad Petanu terutama pada fase pre tillering dan ekspresi gen TN1 lebih tinggi pada padi kultivar Hawara Bunar dan Landeo terutama pada fase tillering yang dibandingkan dengan padi IR64 sebagai kontrol. Hasil analisis korelasi ekspresi gen MOC1, MOC3 dan TN1 terhadap karakter morfologi menunjukkan bahwa gen MOC1 dan MOC3 berkorelasi positif terhadap jumlah anakan dan jumlah anakan produktif tetapi berkorelasi negatif terhadap tinggi tanaman. Gen TN1 berkorelasi positif terhadap tinggi tanaman dan jumlah nodus tetapi berkorelasi negatif terhadap jumlah anakan dan jumlah anakan produktif. Hasil ini mengonfirmasi bahwa ketiga gen MOC1, MOC3 dan TN1 berperan penting terhadap pembentukan dan perkembangan anakan padi.

Rice (Oryza sativa L.) is a staple food cultivated in more than 100 countries, with 90% of its production coming from Asian countries such as Indonesia. In 2024, rice production in Indonesia experienced a decline of 2.45%. Increasing rice yields can be achieved by improving plant architecture. Plant architecture is a three-dimensional structure that determines plant shape. Plant architecture influences agronomic properties and can determine rice yields. One of the determining factors for ideal rice architecture is the number of tillers. Tillers are a fundamental characteristic of cereal plants, such as rice, which can produce panicles, making it important for achieving high yields. Rice tiller formation is determined by regulating MOC1, MOC3, and TN1 gene expression. The MONOCULM 1 (MOC1) gene synergizes with the MOC3 gene to promote axillary meristem formation by activating the expression of the FLORAL ORGAN NUMBER 1 (FON1) gene, thus being involved in the initiation of rice tiller growth. The TILLER NUMBER 1 (TN1) gene is a negative regulator of tiller formation and can inhibit rice tiller development. This study analyzed the tiller regulator genes that can increase rice yields in five selected rice cultivars: Hawara Bunar, IR64, Landeo, Towuti, and Tukad Petanu. The expression of the MOC1, MOC3, and TN1 genes that regulate tiller growth and development in these five rice genotypes has not been analyzed. This study aimed to analyze the expression profile of the MOC1, MOC3, and TN1 tiller regulator genes in five rice genotypes: Hawara Bunar, Landeo, IR64, Towuti, and Tukad Petanu rice cultivars, and to analyze the relationship between gene expression patterns and several growth traits and yield components in the five rice genotypes. This study consists of four stages: 1) planting seeds of five rice genotypes; 2) observation of growth characteristics and rice yield components; 3) analysis of gene presence; and 4) analysis of MOC1, MOC3, and TN1 gene expression in five rice genotypes. Seeds of five rice cultivars: Hawara Bunar, IR64, Landeo, Towuti, and Tukad Petanu, were planted in pots filled with muddy soil in a greenhouse. Planting was carried out until the harvest stage following rice cultivation techniques with maintenance including irrigation, fertilization, pest and disease control. Growth and yield components were observed on plant height, number of tillers, number of productive tillers, number of nodes, panicle length, number of grains/panicle, weight of grains/panicle, weight of grains/plant, and weight per 100 grains. Leaf samples from the five rice cultivars were taken and used as DNA isolation materials for gene analysis using PCR techniques. Gene expression analysis was carried out in two phases of tiller growth, the pre tillering and tillering phase, using the formula 2-??Ct. Rice growth and yield components were observed from the vegetative to the generative phases. In the vegetative phase, Hawara Bunar and Landeo rice are two rice cultivars with a tall habitus with few tillers. In contrast, IR64, Towuti, and Tukad Petanu rice are short habitus rice cultivars with many tillers. In the generative phase, the Hawara Bunar rice cultivar with a small number of tillers produces long panicles that affect the weight of grain per panicle, grain weight per plant, and the number of filled grains up to the weight per 100 grains. Differences in the number of tillers are influenced by the expression of genes that regulate the formation and development of tillers (MOC1, MOC3) and the expression of genes that inhibit tiller growth (TN1). MOC1 and MOC3 gene expression was higher in Towuti and Tukad Petanu rice cultivars, especially in the pre tillering phase, and TN1 gene expression was higher in Hawara Bunar and Landeo rice cultivars, especially in the tillering phase, compared to IR64 rice as a control. The results of the correlation analysis of MOC1, MOC3, and TN1 gene expression on morphological characters showed that MOC1 and MOC3 genes were positively correlated with the number of tillers and the number of productive tillers, but negatively correlated with plant height. The TN1 gene positively correlated with plant height and the number of nodes, but negatively correlated with the number of tillers and productive tillers. These results confirm that the three genes MOC1, MOC3, and TN1 play an important role in the formation and development of rice tillers.