Respon Akar terhadap Salinitas dan Karakterisasi Gen SiNAC110 dari Genotipe Hotong [Setaria italica (L.) Beauv].

Abstract

Foxtail millet [Setaria italica (L.) Beauv.] atau yang lebih dikenal dengan nama hotong merupakan salah satu tanaman serealia yang dapat dikembangkan sebagai sumber karbohidrat alternatif sekaligus sebagai pangan fungsional dan dapat dibudidayakan pada lahan sub-optimal karena toleransinya terhadap salinitas. Akar merupakan organ tanaman yang pertama kali terpapar cekaman pada cekaman salinitas dan modifikasi akar merupakan respon yang menentukan toleransi tanaman terhadap cekaman salinitas sehingga identifikasi karakter-karakter penting untuk dilakukan pada tingkat morfologi, anatomi, fisiologi dan molekuler. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk (1) mengidentifikasi tingkat toleransi genotipe hotong terhadap cekaman salinitas di media kultur hara, (2) mempelajari respon anatomi dan morfologi akar pada genotipe hotong toleran dan peka terhadap cekaman salinitas di media root box dan (3) mengisolasi dan mengkarakterisasi gen SiNAC110 terkait toleransi terhadap cekaman salinitas pada empat genotipe hotong. Penelitan ini terdiri atas tiga percobaan yang berkelanjutan untuk mencapai tujuan penelitian. Percobaan 1 dilakukan di rumah kaca di Kebun Percobaan Cikabayan (240 m dpl) dari bulan Maret sampai Mei 2016. Empat genotipe hotong yaitu ICERI-4, ICERI-5, ICERI-6, dan ICERI-10, ditumbuhkan secara hidroponik dalam media kultur hara yang mengandung 0, 60 dan 120 mM NaCl selama dua minggu. Pengamatan dilakukan pada kandungan malondialdehid (MDA) pada 3 dan 9 hari setelah perlakuan (HSP), peubah anatomi akar pada 5 HSP, arsitektur akar pada 5, 10 dan 15 HSP, dan peubah pertumbuhan pada 15 HSP. Salinitas (60 dan 120 mM NaCl) secara signifikan menghambat pertumbuhan, menurunkan jumlah dan panjang akar seminal, ukuran diameter akar, diameter stele, diameter metaxylem, dan jumlah protoxylem. Berdasarkan indeks toleransi cekaman (STI), genotipe ICERI-5 dan ICERI-6 lebih toleran terhadap salinitas dibandingkan dengan genotipe ICERI-4 dan ICERI-10. Genotipe toleran (ICERI- 5 dan ICERI-6) memiliki diameter akar dan tebal korteks yang lebih tinggi dibandingkan dengan genotipe peka (ICERI-4 dan ICERI-10). Peningkatan kandungan MDA yang disebabkan oleh salinitas terjadi pada semua genotipe yang dianalisis. Perubahan anatomi dan arsitektur akar terhadap cekaman salinitas antara genotipe toleran dan peka mengindikasikan bahwa karakter akar dapat menentukan tingkat toleransi hotong terhadap cekaman salinitas. Untuk lebih memahami respon akar terhadap salinitas di media tanam yang berbeda akibat salinitas dilakukan penelitian menggunakan sistem root box pada Percobaan 2. Percobaan 2 dilakukan di rumah kaca di Kebun Percobaan Cikabayan mulai Mei hingga September 2016. Penanaman dilakukan secara langsung di dalam root box yang berisi media tanam tanah dan pasir dengan perbandingan 1:1 (v/v). Percobaan disusun berdasarkan rancangan kelompok lengkap teracak dengan dua faktor dan tiga ulangan. Faktor pertama adalah dua genotipe berpotensi toleran (ICERI-5 dan ICERI-6) dan dua genotipe berpotensi peka (ICERI-4 dan ICERI-10) berdasarkan Percobaan 1 di kultur hara. Faktor kedua adalah konsentrasi NaCl dengan dua taraf yaitu 0 dan 60mM NaCl. Pengamatan dilakukan terhadap peubah pertumbuhan sampai 10 minggu setelah tanam (MST), peubah anatomi akar pada 4 dan 8 MST, dan peubah komponen hasil. Hasil penelitian menunjukkan bahwa cekaman salinitas 60 mM NaCl dapat menghambat laju pertumbuhan hotong hingga 10 MST yaitu tinggi tajuk, jumlah daun dan diameter batang lebih rendah dibandingkan pertumbuhan hotong pada kondisi 0 mM NaCl. Seiring dengan penurunan laju pertumbuhan, komponen hasil hotong menurun pada panjang malai utama, jumlah malai, bobot malai utama dan bobot biji malai utama. Genotipe ICERI-5 memiliki waktu muncul malai dan umur panen yang lebih cepat pada awal muncul malai dan umur panen dibandingkan genotipe ICERI- 10. Genotipe ICERI-5 memiliki toleransi yang lebih baik terhadap cekaman salinitas dibandingkan genotipe-10. Cekaman salinitas menyebabkan perubahan pada seluruh peubah anatomi akar kecuali diameter stele dan metaxylem pada 8 MST. Genotipe ICERI-5 memiliki diameter akar, tebal korteks, jumlah lapisan korteks, diameter stele, diameter metaxylem, jumlah metaxylem dan protoxylem lebih banyak dibandingkan genotipe ICERI-10 pada 4 dan 8 MST. Kerapatan stomata pada kondisi 60 mM NaCl lebih banyak dibandingkan pada 0 mM NaCl. Respon tanaman secara morfologi dan fisiologi terhadap cekaman salinitas ditentukan oleh sejumlah gen regulator (regulatory genes, up-stream genes) yang disebut faktor transkripsi (transcription factor). Faktor transkripsi dari famili gen NAC (NAM, ATAF, CUC) merupakan salah satu faktor transkripsi yang terlibat erat dalam respon terhadap cekaman salinitas. Dengan demikian, dilakukan isolasi dari homolog gen NAC pada empat genotipe hotong dilakukan pada percobaan 3. DNA genom diisolasi dari daun bibit berumur 21 hari setelah semai dari empat genotipe (ICERI-4, ICERI-5, ICERI-6 and ICERI-10) menggunakan metode CTAB. Empat fragmen telah berhasil teramplifikasi dari DNA genom keempat genotipe hotong menggunakan primer spesifik gen SiNAC110 dan menghasilkan pita tunggal (± 1300 pb). Perunutan basa nukleotida menggunakan metode direct sequencing pada keempat fragmen gen SiNAC110 yang teramplifikasi dan analisis BLAST menunjukkan bahwa fragmen tersebut merupakan homolog gen SiNAC110. Metode direct sequencing tidak dapat membaca seluruh sekuen gen, oleh karena itu sub-cloning ke dalam plasmid pMD20 dilakukan untuk membaca sekuen full length dari keempat fragmen tersebut. Gen SiNAC110 telah berhasil teramplifikasi dari genom empat genotipe dan memiliki panjang fragmen 1104 pb. Gen tersebut hanya memiliki satu exon yang menyandikan 367 asam amino. Letak daerah terkonservasi terletak pada asam amino 11-302. Protein dari SiNAC110 telah teridentifikasi memiliki delapan motif daerah terkonservasi yang termasuk ke dalam kelompok gen SNAC (stress responsive NACs) yang terlibat dalam respon terhadap cekaman abiotik.