QTL untuk Sifat Toleransi Aluminium pada Kromosom 3 Padi Berdasarkan Karakter Panjang Akar

Abstract

Padi adalah tanaman serealia yang relatif toleran terhadap cekaman aluminium (Al). Sifat toleransi padi terhadap cekaman Al merupakan sifat kuantitatif dengan melibatkan banyak gen atau quantitative trait loci (QTL) sehingga toleransi tanaman terhadap cekaman Al memiliki mekanisme yang kompleks. Sejauh ini, penelitian mengenai parameter sifat toleransi Al yang berhubungan dengan daerah QTL pada kromosom 3 dari padi belum tuntas diketahui. Parameter penghambatan panjang akar (PPA) dan root re-growth (RRG) telah dilaporkan memiliki korelasi yang rendah dengan QTL pada daerah kromosom 3 di antara marka RM489 dan RM517. Selain itu parameter RRG, PPA, dan panjang akar relatif (PAR) akar total belum bisa membedakan dengan jelas sifat toleransi terhadap Al antara genotipe padi IR64 transgenik B11 dan tipe liarnya. Sementara penggunaan parameter panjang akar total (PAT), panjang akar utama (PAU), panjang akar lateral (PAL), dan jumlah akar lateral (JAL) menunjukkan adanya perbedaan tingkat toleransi Al antara tanaman transgenik B11 dengan tipe liarnya. Oleh karena itu penelitian ini menjadi penting dilakukan untuk menentukan karakter panjang akar yang tepat dan dapat membedakan sifat toleransi Al, memetakan lokus B11 pada kromosom 3 berdasarkan pemetaan pautan menggunakan rekombinasi antar alel/marka, dan memverifikasi penggunaan marka B11, baik cleaved amplified polymorphism sequence (B11CAPS) atau single nucleotide polymorphism (SNPB11) pada padi gogo Indonesia. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji dan DNA dari tetua (IR64 dan Hawara Bunar), 13 varietas padi gogo, dan 256 galur Recombinant Inbred Lines (RILs) F9 hasil silangan antara IR64 dan Hawara Bunar. Metode yang digunakan pada penelitian ini meliputi: analisis genotipe menggunakan marka SSR, B11CAPS, dan SNPB11, analisis fenotipe panjang akar ketika tercekam Al, analisis pemetaan QTL, serta verifikasi marka SNPB11 pada padi Inpago. Analisis fenotipe panjang akar yang dilakukan meliputi panjang akar total (PAT), panjang akar utama (PAU), panjang akar seminal (PAS), panjang akar lateral (PAL), dan jumlah akar lateral (JAL). Pengukuran karakter panjang akar dilakukan setelah tahap adaptasi, setelah cekaman Al, dan setelah tahap pemulihan (recovery) dengan memindai akar dengan menggunakan mesin Scanner Epson dan hasil gambar kemudian dihitung panjang akarnya dengan menggunakan program aplikasi RootReader2D dan ImageJ. Hasil penelitian menunjukkan bahwa struktur populasi RIL baik antara analisis genotipe maupun fenotipe menunjukkan kecenderungan yang sama yaitu galur RIL bersifat kuantitatif dan memiliki persebaran tingkat toleransi Al secara gradual mulai dari galur sensitif hingga toleran Al. Daerah QTL untuk karakter PAT, PAU, PAL, dan JAL muncul pada daerah di antara marka RM545 dan RM14543 pada kromosom 3 serta mencapai puncaknya pada daerah SNPB11 dengan nilai LOD di atas 2.5, sedangkan QTL untuk sifat panjang akar seminal (PAS) tidak dapat ditemukan. Karakter PAU, PAT, PAL, dan JAL terpaut pada marka SNPB11 dan QTL untuk toleransi tanaman terhadap cekaman Al berdasarkan karakter tersebut ditemukan pada daerah di sekitar marka SNPB11 dan RM14543. Hasil sekuensing menunjukkan bahwa pada SNPB11 ditemukan 2 SNP, yaitu pada SNP pertama padi Hawara Bunar memiliki nukleotida G, sementara padi gogo yang bersifat sensitif Al memiliki nukleotida A, dan pada SNP kedua padi Hawara Bunar memiliki nukleotida G, sedangkan padi gogo lainnya memiliki nukleotida C. Berdasarkan principal component analysis (PCA) menggunakan karakter panjang akar dan malondialdehid (MDA), maka tingkat toleransi beberapa varietas padi dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu sensitif dan toleran Al. Padi yang memiliki tingkat toleransi yang tinggi terhadap cekaman Al adalah padi Hawara Bunar dengan nilai PAT, PAU, pertambahan panjang akar (PerPA), dan panjang akar relatif (PAR) yang tinggi. Padi cv. Jatiluhur, Situpatenggang, Limboto, Situbagendit, Batutegi, Inpago4, Inpago5, Inpago6, Inpago7, Inpago8, Inpago9, Inpago10, dan Inpago11 termasuk ke dalam kelompok padi sensitif Al berdasarkan karakter MDA, PAT, PAU, PAR, PPA, dan PerPA. Hubungan antara karakter fisiologi padi gogo dengan marka SNPB11 dilakukan dengan analisis korelasi Pearson, pengujian keragaman nilai menggunakan analisis Heatmap. Analisis korelasi Pearson menunjukkan bahwa karakter PAT, PAU, PerPA, dan PAR memiliki nilai korelasi positif yang tinggi terhadap marka SNPB11 (SNP1 dan SNP2) yaitu berturut-turut bernilai 0.860, 0.830, 0.690 dan 0.475. Nilai korelasi negatif terhadap SNPB11 dimiliki oleh karakter fisiologi nilai MDA dan PPA dengan nilai beruturut-turut -0,920 dan -0,450. Hasil penelitian ini menyimpulkan bahwa QTL untuk toleransi tanaman padi terhadap cekaman Al ditemukan pada daerah di antara marka SNPB11 dan RM14543 pada kromosom 3. Karakter panjang akar utama, panjang akar total, panjang akar lateral, dan jumlah akar lateral dapat dijadikan parameter toleransi Al pada padi. Karakter panjang akar utama memiliki mode aksi gen yang epistasis, sementara panjang akar total cenderung bersifat aditif. Marka SNPB11 yang dikembangkan dari marka B11CAPS dapat digunakan untuk membedakan sifat toleransi Al pada padi.