Evaluasi Mutan Ubi Kayu [Manihot esculenta Crantz.] serta Isolasi Gen AlAMT dan SuSy pada Genotipe Gajah

Abstract

Ubi kayu [Manihot esculenta Crantz.] merupakan tanaman utama penghasil karbohidrat setelah padi, jagung dan tebu terutama di daerah tropis dan sub-tropis. Pemanfaatan ubi kayu adalah sebagai bahan baku industri, baik pada sektor pangan maupun non pangan, dengan demikian permintaan ubi kayu akan terus meningkat. Indonesia termasuk negara penghasil ubi kayu terbesar ke-4 di dunia setelah Nigeria, Thailand dan Brazil pada tahun 2016, akan tetapi produksi ubi kayu nasional tahun 2016 mengalami penurunan, yang diikuti penurunan luasan lahan pertanaman. Oleh karena itu, diperlukan upaya untuk meningkatkan produksi ubi kayu. Produksi ubi kayu dapat ditingkatkan dengan meningkatkan luas tanam ubi kayu pada lahan marginal. Salah satu lahan marginal yang dapat dimanfaatkan untuk pertanian di Indonesia adalah lahan bertanah masam. Walaupun relatif toleran terhadap cekaman abiotik, produktivitas ubi kayu menurun pada lahan bertanah masam. Oleh karena itu, perakitan varietas ubi kayu yang toleran terhadap lahan bertanah masam sangat diperlukan. Peningkatan keragaman genetik ubi kayu melalui iradiasi sinar gamma telah dilakukan oleh tim peneliti ubi kayu IPB sejak tahun 2011. Target pemuliaan ubi kayu adalah varietas unggul baru ubi kayu berdaya hasil tinggi, toleran terhadap cekaman tanah masam, dan dengan kandungan pati tinggi. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi mutan ubi kayu hasil iradiasi sinar gamma pada generasi M1V3 dan M1V4, dilanjutkan dengan isolasi gen terkait cekaman tanah masam (AlAMT ) dan pembentukan pati (SuSy) pada genotipe Gajah. Hasil evaluasi terhadap mutan generasi M1V3 menunjukkan terdapat perubahan karakter kualitatif pada umbi ubi kayu. Hasil analisis Kruskall-Wallis menunjukkan bahwa genotipe mutan generasi M1V3 dapat dibedakan berdasarkan lima karakter kualitatif, yaitu tingkat umbi dari batang, bentuk umbi, warna korteks, tekstur kulit umbi, dan rasa umbi. Beberapa genotipe mutan memiliki potensi produksi yang lebih tinggi dibanding genotipe asal (Gajah) pada karakter bobot umbi, jumlah umbi, dan jumlah umbi ekonomis. Terdapat lima genotipe mutan yang lebih tinggi produktivitasnya dibanding genotipe Gajah dan rataan produktivitas nasional. Hasil analisis fisikokimia pada umbi menunjukkan bahwa beberapa genotipe mutan berpotensi menghasilkan kandungan pati lebih tinggi dibanding genotipe asal, dan memiliki kandungan HCN yang lebih rendah dibanding genotipe asal, sehingga genotipe mutan ini dikembangkan dengan pemanfaatan lebih luas, baik sebagai bahan pangan, pakan, maupun industri. Genotipe mutan pada generasi M1V3 kemudian dilanjutkan pada generasi M1V4, dengan setiap individu tanaman genotipe mutan dari generasi M1V3 menjadi genotipe baru pada generasi M1V4. Sehingga total genotipe pada generasi M1V4 lima kali generasi M1V3, namun karena kondisi pertanaman populasi tanaman generasi M1V3, maka genotipe yang dilanjutkan pada generasi M1V4 hanya 40 mutan. Hasil analisis Kruskal Wallis pada karakter kualitatif mutan generasi M1V4 menunjukkan terdapat 13 karakter yang berbeda antar genotipe dan 21 karakter yang seragam pada seluruh genotipe. Antar genotipe mutan pada generasi M1V4 dapat dibedakan berdasarkan 13 karakter kualitatif yang berbeda tersebut. Informasi karakter kualitatif yang diperoleh kemudian digunakan untuk membuat dendrogram. Pengelompokkan pertama pada dendrogram adalah berdasarkan kemampuan genotipe untuk menghasilkan buah pada saat tanaman berumur sebelas bulan setelah tanam (BST), pengelompokkan selanjutnya berdasarkan kemampuan genotipe menghasilkan bunga pada saat tanaman berumur enam BST. Satu-satunya genotipe yang tidak menghasilkan bunga adalah G6-3-1-3A. Hasil analisis sidik ragam menunjukkan genotipe berpengaruh nyata terhadap karakter jumlah daun, bobot umbi, jumlah umbi, jumlah umbi ekonomis dan kandungan pati. Berdasarkan hasil analisis uji lanjut,beberapa genotipe memiliki nilai yang berbeda nyata dengan genotipe yang lain, yaitu genotipe G6- 2-1-4A menghasilkan daun terbanyak yaitu 576.2, genotipe G6-3-1-1A menghasilkan bobot umbi terberat yaitu 5.42 kg, genotipe G6-2-1-4A dan G6-3-1- 5A menghasilkan jumlah umbi terbanyak yaitu 9, genotipe G6-2-1-1D menghasilkan jumlah umbi ekonomi terbanyak yaitu 6.5, dan genotipe G6-2-1-1B memiliki kandungan pati tertinggi yaitu 24.32%. Karakter yang memiliki nilai heritabilitas arti luas (h2bs) kriteria tinggi adalah jumlah daun dan jumlah umbi, sehingga dua karakter ini dapat digunakan sebagai karakter seleksi. Karakter yang berkorelasi positif nyata terhadap bobot umbi adalah jumlah daun, diameter batang, jumlah umbi, dan jumlah umbi ekonomis. Genotipe potensial dan stabil dari generasi M1V4 adalah G6-1-1-2C, G6-2-1-1D, dan G6-3-1-2C. Percobaan 2 bertujuan mengisolasi gen terkait toleransi terhadap cekaman toksisitas Al (AlAMT) dan terkait biosintesis sukrosa (SuSy), yang dilakukan pada bulan Februari 2016-Februari 2017 di Laboratorium Plant Molecular Biology, AGH-IPB dan Laboratory of Environmental Stress Tolerance Mechanisms, The University of Tokyo. DNA genom diisolasi dari daun bibit ubi kayu genotipe Gajah berumur 12 BST menggunakan metode CTAB. Primer spesifik gen dirancang untuk mengamplifikasi sekuen utuh (full length) gen AlAMT (2 350 pb) dan SuSy (2 775 pb). Fragmen sepanjang 1 010 pb berhasil diamplifikasi dari DNA genom ubi kayu genotipe Gajah menggunakan pasangan primer AlAMTF2/ R2. Fragmen tersebut menunjukkan kemiripan 96.5% dengan basa 1 341-2 350 pada gen AlAMT yang terdeposit pada GenBank (nomor aksesi XM_021752302.1). Fragmen sepanjang 998 pb berhasil diamplifikasi dari DNA genom ubi kayu genotipe Gajah menggunakan pasangan primer SuSy-F2/R2 dan SuSy-F3/R3. Fragmen tersebut menunjukkan kemiripan 60.5% dengan basa 1687- 2 732 pada gen SuSy yang terdeposit pada GenBank (nomor aksesi DQ443534.1). Penelitian ini telah berhasil mengamplifikasi fragmen parsial gen AlAMT dan gen SuSy yang akan sangat bermanfaat untuk amplifikasi sekuen utuh (full length) kedua gen tersebut dari ubi kayu.