Genetic Transformation of Rice (Oryza sativa L.) with Aluminum Tolerant Gene Candidate

Abstract

Utilization of marginal lands such as acid soils could be an alternative solution to increase rice cultivation area. One main problem found in acid soils is high solubility of Al3+ ion that toxic for plant. Al tolerant varities are required to overcome this problem. Generally, Al-tolerant varieties have poor agronomic characteristics, such as low productivity, compared to the popular varieties that typically Al-sensitive. Genetic engineering could be an alternative way to improve agronomic characters. One candidate of Al tolerant genes, namely B11 gene, has been successfully isolated from Al-tolerant rice, Hawara Bunar, an Indonesian local rice genotype. The B11 gene was inserted into pBIN and pGWB5 plasmids and introduced to several rice genotypes through particle bombardment and Agrobacterium-mediated transformation techniques. Agrobacterium mediated transformation efficiency in T309 genotype was 10%. However, transformation into IR64 genotype through callus and immature embrio infection was not succesfull. In-planta transformation was succesffully introduced the gene into several rice genotypes with various transformation efficiency, which were 80.0, 75.0, 66.7, 33.3 and 33.3 percent for rice genotype IR64, Grogol, Krowal Oval, T309, and Situbagendit, respectively. The in-planta technique has not been succcesfully transformed the gene into rice genotype Hawara Bunar and Danau Gaung.

Kebutuhan pangan akan semakin bertambah seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan konversi lahan untuk pemukiman. Hal ini mendorong untuk dilakukannya ekstensifikasi pertanian pada lahan marginal, salah satunya lahan masam. Kelarutan Aluminium (Al) yang tinggi pada lahan masam menyebabkan masalah tersendiri karena Al dalam bentuk kation trivalen bersifat toksik pada tanaman, salah satunya padi. Penggunaan varietas-varietas toleran Al sebenarnya dapat menjadi solusi dalam ekstensifikasi pertanian. Namun, karakter agronomis varietas toleran umumnya tidak sebaik varietas-varietas populer yang banyak digunakan oleh petani. Perbaikan sifat tanaman padi perlu dilakukan untuk menghasilkan tanaman dengan karakter agronomis yang baik dan toleran Al. Salah satu cara perbaikan sifat tanaman dapat dilakukan dengan rekayasa genetika melalui peningkatan ekspresi gen yang berperan dalam toleransi Al. Salah satu kandidat gen yang diduga berperan dalam toleransi Al adalah gen B11 yang berhasil diisolasi dari genotipe padi toleran Al, Hawara Bunar. Transformasi gen ini pada tanaman tembakau menunjukkan peningkatan toleransi terhadap cekaman Al dibandingkan pada tanaman kontrol. Penelitian ini bertujuan untuk mengkonstruksi plasmid ekspresi pBIN yang membawa gen B11 lalu mengintroduksikannya pada tanaman padi melalui beberapa pendekatan. Melalui penelitian ini diharapkan diperoleh konstruk plasmid rekombinan pBIN-B11 dan diperoleh pula metode transformasi yang paling efektif untuk menghasilkan tanaman padi transgenik.