Respon Fisiologi Dan Morfologi Tembakau Transgenik Pembawa Kandidat Gen Toleran Aluminium Terhadap Cekaman Aluminium

Abstract

Padi merupakan salah satu sumber makanan pokok yang saat ini banyak ditanam di lahan marginal, seperti tanah masam, sebagai akibat konversi lahan pertanian menjadi pemukiman dan industri. Penanaman padi pada tanah masam terkendala dengan pH tanah yang rendah (pH 3.5-5) dan keracunan aluminium (Al). Semakin asam pH tanah maka semakin tinggi kelarutan ion Al trivalen pada tanah sehingga dapat menghambat pertumbuhan dan perkembangan serta menurunkan produksi tanaman padi. Keracunan Al dapat menghambat pembelahan sel, pemanjangan dan perluasan sel akar. Pada periode cekaman Al yang lebih lama dapat menyebabkan pertumbuhan akar terhambat, akar pendek, tebal dan menggulung sehingga mengganggu penyerapan unsur hara baik makro maupun mikro. Beberapa tanaman pertanian memiliki mekanisme toleransi terhadap cekaman Al. Mekanisme toleransi terhadap cekaman Al tersebut dikendalikan secara genetik. Pada gandum, mekanisme toleransi terhadap cekaman Al berupa sekresi asam malat dan asam sitrat yang masing-masing dikendalikan oleh gen ALMT1 dan gen MATE, serta mekanisme pengeluaran Al dari akar tanaman gandum yang dikendalikan oleh gen Alt1. Pada padi sekresi asam sitrat dikendalikan oleh gen OsFRDL4. Gen OsFRDL4 dan gen-gen lain yang responsif Al diregulasi oleh gen ART1, yang ekspresinya tidak diinduksi oleh Al. Hal ini mengindikasikan bahwa terdapat gen lain yang ekspresinya diinduksi oleh Al dan meregulasi gen ART1. Gen B11 merupakan kandidat gen toleran Al yang diisolasi dari padi lokal Indonesia var. Hawara Bunar. Gen B11 diharapkan dapat meningkatkan toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al pada tanah masam. Gen B11 perlu diverifikasi melalui pendekatan fisiologi dan morfologi disamping pendekatan molekuler untuk membuktikan apakah gen B11 merupakan gen yang benar-benar bertanggung jawab dalam mekanisme toleransi terhadap cekaman Al. Pendekatan fisiologi dan morfologi dapat dilakukan melalui pengamatan respon fisiologi dan morfologi pada tanaman model seperti tembakau yang telah ditransformasi dengan gen B11. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari respon fisiologi dan morfologi dari tembakau transgenik yang mengoverekspresikan gen B11 terhadap cekaman Al. Cekaman Al diberikan untuk mengetahui respon fisiologi dan morfologi tembakau transgenik pembawa gen B11. Kecambah tembakau transgenik yang lolos seleksi antibiotik higromisin 50 μg/ml dan tembakau tipe liar ditanam pada media 1/6 MS agar 0.5% (w/v) yang mengandung 0 (pH: 5.80±0.05), 0 (pH: 4.1±0.05), 300, dan 555 μM Al (pH: 4.00 ±0.05 setelah penambahan Al) selama tujuh minggu untuk mengetahui respon morfologi berupa panjang akar, bobot basah, dan bobot kering tembakau setelah cekaman. Untuk mengetahui pengaruh cekaman Al terhadap ujung akar dan rambut akar dilakukan dengan cara menanam biji tembakau transgenik dan tipe liarnya pada media 1/6 MS agar 0.5% (w/v) yang mengandung 0 dan 50 μM Al selama 20 hari dan selanjutnya diamati kerusakan ujung akar dan rambut akar dengan mikroskop cahaya dan Scanning Electron Microscope (SEM). Respon fisiologi berupa peroksidasi lipid dan sekresi asam organik dilakukan dengan cara menanam kecambah tembakau transgenik yang lolos seleksi antibiotik higromisin dan tipe liarnya pada media MS cair secara aseptik selama tiga minggu, selanjutnya diadaptasi dalam larutan yang mengandung 500 μM CaCl2 pH 4.1±0.05 selama 24 jam. Setelah diadaptasi, tembakau transgenik dan tipe liarnya dipindahkan ke dalam larutan yang mengandung 300 μM Al dalam 500 μM CaCl2 pH 4.1±0.05 selama 24 jam. Pengamatan peroksidasi lipid secara kualitatif dilakukan dengan cara pewarnaan Schiff’s pada ujung akar, sedangkan pengamatan peroksidasi lipid secara kuantitaif dilakukan dengan cara mengukur kandungan MDA pada ujung akar dengan menggunakan spektofotometer. Sekresi asam organik akar tembakau transgenik dan tipe liarnya diukur dengan menggunakan HPLC. Tembakau transgenik dan tipe liarnya yang lolos seleksi antibiotik higromisisn juga ditanam di tanah asam Podzolik Merah Kuning, Jasinga dan tanah Latosol Darmaga di rumah kaca untuk mengetahui respon morfologi berupa tinggi tanaman, jumlah daun, jumlah cabang buah, dan jumlah buah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tembakau transgenik yang dicekam Al selama tujuh minggu memiliki akar yang lebih panjang dari pada tembakau tipe liar. Selain itu bobot basah dan bobot kering biomasa tembakau transgenik lebih tinggi dari pada tipe liarnya. Hasil analisis peroksidasi lipid menunjukkan nilai MDA tembakau tipe liar yang lebih tinggi dibanding tembakau transgenik. Nilai MDA yang tinggi pada ujung akar tembakau tipe liar mengindikasikan adanya kerusakan membran sel pada ujung akar akibat cekaman oksidatif. Mekanisme toleransi tembakau transgenik terhadap cekaman Al dimungkinkan berupa sekresi asam sitrat dari akar, karena jumlah sekresi asam sitrat tembakau transgenik lima kali lebih banyak daripada tembakau tipe liar, sedangkan jumlah sekresi asam malat tembakau transgenik tidak berbeda nyata dengan tembakau tipe liar. Hasil percobaan rumah kaca menunjukkan bahwa tinggi tanaman dan jumlah buah tembakau transgenik berbeda nyata (P<0.05) dengan tembakau tipe liar, sedangkan jumlah daun dan jumlah cabang buah tembakau transgenik tidak berbeda nyata dengan tembakau tipe liar. Dapat disimpulkan bahwa tanaman tembakau transgenik lebih tolerant terhadap cekaman Al dibanding tipe liarnya karena adanya gen B11 pada tembakau transgenik.