Karakter produksi dan komponen buah merupakan ciri fenotip utama potensi hasil tanaman kelapa. Hubungan ciri fenotip tersebut dengan marka DNA spesifik dapat memperbaiki kecepatan dan ketepatan dalam program pemuliaan. Tujuan penelitian ini adalah mengidentifikasi marka spesifik karakter produksi dan komponen buah menggunakan 19 marka SSR dengan analisis marka tunggal. Hasil analisis menunjukkan bahwa karakter jumlah buah berasosiasi dengan dua marka CNZ 21 dan CNZ 51. Karakter komponen buah yang terdiri dari berat buah utuh dan berat buah tanpa sabut berasosiasi dengan marka CnCir 87, sedangkan karakter tebal daging buah dengan marka CnCir 56. Sebaliknya, karakter berat buah tanpa air dan berat daging buah tidak berasosiasi dengan marka. Marka- marka yang berasosiasi berdasarkan analisis marka tunggal dapat dipertimbangkan sebagai kandidat marka untuk menyeleksi karakter produksi dan komponen buah.
Abstract
Characters of production and fruit component are the major phenotype characters revealing the potential of the coconut yield. Relationship between phenotype characters and specific DNA markers can improve the rapidity and accuracy of in breeding programme. The aim of this study is to identify specific markers of production character and fruit components using 19 SSR markers by a single marker analysis. The results of analysis show that character of the number of fruits associated with two specific markers, i.e. CNZ 21 and CNZ 51 marker. Character of fruit component consisting of weight of the whole fruit and the fruit weight without fiber were correlated with CnCir 87 marker, while the character of thick flesh of fruit was also related with CnCir 56 marker. Otherwise, the two characters of the weight fruit without water and the heavy flesh of fruit were not associated with any markers. The markers associated by a single marker analysis can be considered as a candidate marker for selecting the character of production and the fruit component.
Keywords: character of production, character of fruit component, single marker analysis
7.1 Pendahuluan
Peningkatan potensi hasil merupakan tujuan utama dalam program pemuliaan kelapa. Karakter produksi dan komponennya merupakan karakter utama potensi hasil. Pengembangan metode seleksi pada kelapa diarahkan untuk mengidentifikasi genotipe harapan dengan waktu yang lebih cepat dan pada tahap awal pertumbuhan tanaman. Perolehan genotipe harapan pada awal pertumbuhan tanaman akan mereduksi kompleksitas dan ukuran populasi yang akan dievaluasi pada skala kebun.
Seleksi secara konvensional yang dilakukan pada tanaman kelapa berdasarkan karakter fenotipik, yang terdiri dari karakter vegetatif, generatif dan morfologi masih menjadi kendala. Hal ini disebabkan oleh waktu yang dibutuhkan lebih lama, kesulitan memilih dengan tepat gen-gen yang menjadi target seleksi untuk diekspresikan pada sifat-sifat morfologi atau agronomi, frekuensi individu yang diinginkan rendah, dan fenomena pautan gen dengan sifat yang tidak diinginkan sulit dipisahkan saat melakukan persilangan (Pandin 2009).
Sifat agronomi yang bernilai ekonomi tinggi, seperti produksi, dikendalikan oleh banyak gen, sehingga disebut karakter kuantitatif. Karakter kuantitatif diterjemahkan sebagai karakter dengan nilai yang memiliki distribusi kontinu yang diperoleh dari hasil pengukuran dan perhitungan. Karakter kuantitatif dikontrol oleh banyak gen dan masing-masing gen bersifat aditif terhadap karakter tersebut. Ekspresi gen-gen yang mengendalikan karakter kuantitatif sangat dipengaruhi oleh lingkungan. Pengaruh lingkungan yang besar terhadap keragaman karakter kuantitatif merupakan salah satu kesulitan yang dihadapi pemulia dalam melakukan seleksi (Falconer dan Mackay 1996). Karakter kuantitatif pada tanaman kelapa diantaranya karakter jumlah buah kelapa per tandan dan komponen buah. Jumlah buah per tandan berguna untuk mengetahui potensi hasil buah tiap tanaman per tahun sedangkan komponen buah kelapa menunjukkan tingkat produksi kelapa dan merupakan faktor terpenting dalam pemilihan pohon induk untuk perakitan kelapa unggul.
Seleksi tanaman menggunakan marka molekuler telah dikembangkan, baik dalam jumlah marka yang banyak (genome wide selection) ataupun hanya menggunakan marka yang berasosiasi terhadap karakter fenotipik tertentu (marker assisted selection). Marka SSR sering digunakan untuk analisis MAS, lebih mudah dilakukan karena menggunakan teknik PCR sehingga dapat menjangkau seluruh kromosom oleh karena itu peluang untuk mendapatkan marka yang terpaut dengan suatu karakter agronomi semakin besar (Francia et al. 2005).
Langkah awal yang sangat penting dalam pemanfaatan marka molekuler adalah menentukan marka yang berasosiasi atau terpaut dengan suatu sifat yang diinginkan. Hal ini dapat dicapai dengan analisis dan pemetaan QTL (Quantitative Trait Loci) sehingga diharapkan para pemulia dapat melakukan seleksi hasil persilangan dengan memanfaatkan marka molekuler yang terpaut dengan karakter yang diinginkan. Salah satu cara untuk mengidentifikasi keberadaan QTL yang terkait dengan suatu karakter fenotipik adalah analisis marka tunggal (Champoux et al. 1995) (Collard et al. 2005).
Metode analisis marka tunggal memanfaatkan hubungan sifat kuantitatif dengan satu marka tertentu dan tidak membutuhkan informasi susunan marka pada peta pautan. Metode ini membagi populasi ke dalam kelas-kelas berdasarkan
genotipe setiap marka dan menganggap adanya satu QTL jika terdapat perbedaan nyata dalam rataan skor fenotipe untuk masing-masing kelompok. Analisis marka tunggal dapat menggunakan uji t-student, analisis varian (F) atau regresi. Uji t- student digunakan apabila individu yang diuji hanya ada dua macam, misalnya MM atau mm. Apabila genotipe yang diuji lebih dari dua macam dapat digunakan analisis varian (F) atau regresi. Marka terpaut dengan QTL bila nilai peluangnya kurang dari 0.05 atau 0.01 (McCough et al. 1997).
Analisis QTL pada tanaman kelapa pertama kali dilakukan oleh (Rohde et al. 1999). Herran et al. (2000) mengidentifikasi QTL untuk kecepatan perkecambah- an menggunakan populasi persilangan kelapa Dalam Laguna dari Filipina dan Genjah Kuning Malaysia. Lebrun et al. (2001) membuat peta pautan untuk analisis komponen hasil dari populasi persilangan kelapa Genjah Merah Kamerun dan Dalam Rennell. Tujuan penelitian ini untuk mengidentifikasi marka SSR yang berasosiasi dengan karakter produksi dan komponen buah menggunakan analisis marka tunggal.
7.2 Bahan dan Metode
Kegiatan penelitian dilaksanakan dari bulan Juli 2015 sampai Mei 2016 di Balai Penelitian Tanaman Palma, Manado. Pengamatan dilakukan terhadap karakter jumlah buah dan komponen buah dari 35 pohon KHINA-1. Karakter jumlah buah dihitung dari tiga tandan terakhir untuk masing-masing pohon KHINA-1. Karakter komponen buah diukur dari satu buah per pohon KHINA-1 dengan parameter sebagai berikut: berat buah utuh, berat buah tanpa sabut, berat buah tanpa air, berat daging buah dan tebal daging buah.
7.2.1 Bahan Tanaman
Sebanyak 35 pohon KHINA-1, tetua betina 1 pohon, tetua jantan 2-3 pohon, berasal dari Balai Penelitian Tanaman Palma, Manado.
7.2.2 Analisis Data
Data genotipik hasil skoring dari topik keenam disertasi yang berjudul Hubungan Genetik antara kelapa GKN, DTA dan KHINA-1 berdasarkan marka SSR digabungkan dengan data rataan jumlah buah dan komponen buah kemudian dianalisis menggunakan piranti lunak SAS versi 9.1. Analisis asosiasi dua puluh marka SSR dengan karakter jumlah buah dan komponen buah menggunakan metode analisis marka tunggal (Champoux et al. 1995).
7.3 Hasil dan Pembahasan
Buah pada tanaman kelapa merupakan bagian utama yang menentukan produksi tanaman kelapa. Hasil pengamatan dilapangan menunjukkan rataan jumlah buah per tandan KHINA-1 yaitu 6.68 buah dengan nilai koefisien keragaman rendah (16.28%) (Tabel 7.1). Jumlah buah yang diamati sangat sedikit jika dibandingkan dengan hasil pengamatan yang dilakukan Tenda dan Lengkey (2005) pada tahun 1993 saat KHINA-1 berumur sembilan tahun, rata-rata jumlah buah sebanyak 7.07 buah/pohon. Penurunan jumlah buah per tandan dipengaruhi oleh umur tanaman dan ketersediaan air saat pembentukan tandan bunga kelapa.
Jumlah curah hujan saat inisiasi pembungaan kelapa memengaruhi jumlah bunga betina yang terbentuk (Maskromo et al. 2011). Data yang diperoleh dari Stasiun Klimatologi Manado sejak dua tahun sebelumnya dan saat periode pengamatan (Juli 2015–Mei 2016) jumlah curah hujan hanya 149–234 mm dengan jumlah hari hujan 4–7 hari per bulannya. Dengan demikian pengaruh curah hujan pada periode tersebut memengaruhi jumlah bunga betina yang terbentuk pada tanaman kelapa. Menurut Perera et al. (2010), produksi total buah kelapa dipengaruhi oleh lingkungan, terutama ketersediaan air saat inisiasi bunga kelapa yang dimulai sekitar 24–26 bulan sebelum tandan bunga dewasa atau tandan bunga pecah.
Menurut Asmono (1992) potensi hasil tanaman kelapa dapat ditingkatkan melalui seleksi terhadap karakter komponen buah seperti berat buah, berat buah tanpa sabut, berat buah tanpa air dan berat daging buah. Hasil analisis koefisien keragaman menunjukkan bahwa karakter komponen buah tidak seragam pada populasi KHINA-1. Karakter berat buah utuh dan tebal daging buah memiliki nilai koefisien keragaman kurang dari 20% sedangkan karakter berat buah tanpa sabut, berat buah tanpa air dan berat daging buah memiliki nilai koefisien keragaman 20–50% (Tabel 7.1). Penampilan karakter komponen buah yang tidak seragam juga diperoleh pada pengamatan kelapa Dalam Mapanget generasi selfing ke-3 dan ke-4 (Mahayu dan Novarianto 2014).
Frekuensi jumlah buah per tandan memenuhi sebaran normal sedangkan karakter yang lain tidak menyebar normal (Gambar 7.1). Dengan demikian, karakter jumlah buah per tandan tidak hanya bernilai ekonomi penting secara langsung, tetapi juga pola sebaran datanya layak digunakan untuk tahapan seleksi. Pada sisi lain, karakter selain jumlah buah belum cukup informatif untuk digunakan dalam seleksi, meskipun karakter-karakter itu termasuk sebagai karakter kuantitatif.
Tabel 7.1 Deskripsi data dan uji normalitas karakter jumlah buah dan komponen buah KHINA-1
Karakter N Rataan Std KK (%)Nilai K-S (D) Pr>D Sig.
Berat Buah Utuh 35 760.71 143.78 18.90 0.215 <0.01 tn
Berat Buah Tanpa Sabut 35 510.00 116.19 22.78 0.277 <0.01 tn
Berat Buah Tanpa Air 35 362.14 73.11 20.19 0.202 <0.01 tn
Berat Daging Buah 35 232.14 46.80 20.16 0.218 <0.01 tn
Tebal Daging Buah 35 1.07 0.08 7.86 0.259 <0.01 tn
Jumlah Buah Per Tandan 35 6.68 1.09 16.28 0.102 >0.15 *
Keterangan: tn=tidak berbeda nyata, *=berbeda nyata (terdistribusi normal), KK=koefisien keragaman
Gambar 7.1 Grafik frekuensi dari jumlah buah per tandan dan komponen buah KHINA-1. Sebaran jumlah buah per tandan memenuhi sebaran normal, sedangkan karakter lainnya tidak memenuhi sebaran normal
Berdasarkan nilai peluang kurang dari 0.05 dapat ditentukan marka yang diduga terpaut dengan karakter produksi dan jumlah buah. Marka-marka yang diduga berasosiasi dengan kedua karakter tersebut menunjukkan bahwa dua marka yang berasosiasi dengan karakter jumlah buah per tandan dan dua marka yang berasosiasi dengan karakter komponen buah. Marka yang lain tidak menunjukkan adanya asosiasi dengan karakter yang diamati (Tabel 7.2).
Hasil asosiasi antara marka SSR menunjukkan bahwa terdapat 2 marka (CNZ 21 dan CNZ 51) yang berasosiasi dengan karakter jumlah buah per tandan (Tabel 7.1). Gambar 7.2 menunjukkan kombinasi alel dari dua lokus yang berasosiasi dengan karakter jumlah buah per tandan. Setiap lokus memiliki variasi kombinasi alel dengan rata-rata jumlah buah per tandan yang berbeda. Lokus CNZ 21 memiliki rata-rata jumlah buah KHINA-1 dengan alel 1/3 melebihi tetua jantan tetapi alel yang lain (1/1 dan 1/4) memiliki rata-rata jumlah buah yang mendekati tetua betina. Tetua betina (Genjah Kuning Nias) mempunyai karakteristik berbuah pada umur tiga tahun dengan produksi buah yang banyak
100–120 butir/pohon/tahun (Novarianto 2008). Lokus CNZ 51 memiliki kombinasi alel lebih banyak (5 kombinasi) dibandingkan lokus CNZ 21 (3 kombinasi). Lima kombinasi alel tersebut memiliki rata-rata jumlah buah per tandan tertinggi (8.16) pada alel 5/5 yang melebihi rata-rata alel tetua betina sedangkan alel 2/5 memiliki rata-rata terendah (5.19).
Tabel 7.2 Hasil analisis asosiasi marka tunggal dengan 19 primer SSR untuk karakter jumlah buah per tandan dan komponen buah
Lokus Berat Buah Utuh Berat Buah Tanpa Sabut Berat Buah Tanpa Air Berat Daging Buah Tebal Daging Buah Jumlah Buah Per Tandan CNZ 21 - - - * CNZ 51 - - - * CnCir 56 - - - - * - CnCir A9 - - - - CnCir 87 * * - - - - CnCir 123 - - - - CnCir 121 - - - - CnCir C5 - - - - CnCir 9 - - - - CnCir E4 x x x x x x CnCir A3 - - - - CnCir H11 - - - - CnCir 73 - - - - CnCir 1 - - - - CnCir 226 x x x x x x CnCir E11 - - - - CnCir 119 - - - - CnCir E2 - - - - CnCir 2 - - - -
Ket.: - = tidak signifikan; * = signifikan (alpha 5%); x = tidak dapat dihitung karena marka hanya memiliki satu alel.
Gambar 7.2 Variasi alel dan rataan jumlah buah per tandan pada dua lokus SSR (CNZ 21 dan CNZ 51). Simbol ● menunjukkan nilai rata-rata karakter dari masing-masing alel
Asosiasi marka SSR dengan karakter berat buah utuh dan berat buah tanpa sabut, menunjukkan bahwa kedua karakter ini berasosiasi dengan satu marka yang sama yaitu CnCir 87. Variasi alel dengan marka CnCir 87 dapat dilihat pada Gambar 7.3A dan Gambar 7.3B. Untuk karakter berat buah utuh, alel 2/2 memiliki rata-rata lebih besar dari kedua tetua sedangkan alel 1/1 dan 1/2 lebih kecil dari tetua jantan dan betina. Karakter berat buah tanpa sabut dengan alel 1/1 dan 1/2 memiliki nilai rata-rata yang lebih rendah dari tetua sedangkan alel 2/2 memiliki nilai rata-rata mendekati kedua tetua.
Karakter tebal daging buah hanya berasosiasi dengan marka CnCir 56 dan variasi alelnya ditunjukkan pada Gambar 7.3C. Alel 1/1, 1/2 dan 1/3 mempunyai rata-rata nilai tebal daging buah yang hampir sama dengan tetua betina dan tetua jantan (0.9–1.15). Karakter berat buah tanpa air dan berat daging buah tidak memiliki asosiasi dengan 19 marka SSR yang diuji.
Tetua ♀ Tetua ♂ F1
Gambar 7.3 Variasi alel dan rataan berat buah utuh, berat buah tanpa sabut, dan tebal daging pada dua lokus SSR (CnCir 87 dan CnCir 56). Simbol ● menunjukkan nilai rata-rata karakter dari masing-masing alel
Marka-marka yang berkorelasi nyata (CNZ 21, CNZ 51, CnCir 87, CnCir 56) merupakan lokus-lokus yang berasosiasi dengan karakter jumlah buah per tandan, berat buah utuh, berat buah tanpa sabut, tebal daging buah sehingga dapat diuji dan dieksplorasi lebih lanjut pada populasi yang lebih sesuai dengan ukuran populasi minimum yang cukup dalam upaya perbaikan genetik.
Tetua ♀ Tetua ♂ F1
Tetua ♀ Tetua ♂ F1
7.4 Simpulan
Karakter berat buah tanpa sabut, berat buah tanpa air dan berat daging buah memiliki nilai koefisien keragaman sedang (20-50%) sedangkan karakter berat buah utuh, tebal daging buah dan jumlah buah per tandan mempunyai nilai koefisien keragaman rendah (<20%). Hasil analisis marka tunggal menunjukkan bahwa karakter jumlah buah per tandan berasosiasi dengan 2 marka (CNZ 21 dan CNZ 51). Asosiasi marka SSR dengan karakter berat buah utuh dan berat buah tanpa sabut, menunjukkan bahwa kedua karakter ini berasosiasi dengan satu marka yang sama yaitu CnCir 87 sedangkan karakter tebal daging buah hanya berasosiasi dengan satu marka CnCir 56. Karakter berat buah tanpa air dan berat daging buah tidak memiliki asosiasi dengan 19 marka SSR yang diuji. Hasil penelitian ini merupakan data awal penggunaan marka SSR terkait dengan karakter jumlah buah per tandan dan komponen buah kelapa.
Daftar Pustaka
Asmono D. 1992. Struktur genetik beberapa populasi kelapa berdasarkan analisa isozim dan karakter morfologi dan agronomi. [Magister Thesis], Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Champoux MC, Wang G, Sarkarung S, O'Toole JC, Huang N, McCouch SR. 1995. Locating genes associated with root morphology and drought avoidance in rice via linkage to molecular markers. Theor Appl Genet. 90:969-981.
Collard BCY, Jahufer MZZ, Brouwer JB, Pang ECK. 2005. An introduction to markers, quantitative trait loci (QTL) mapping and marker-assisted selection for crop improvement: the basic concepts. Euphytica. 2005(142):169-196. doi: 10.1007/s10681-005-1681-5.
Falconer DS, Mackay TFC. 1996. Introduction to quantitative genetics. London (UK): Prentice Hall.
Francia E, Tacconi G, Crosatti C, Barabaschi D, Bulgarelli D, Dall’Aglio E, Vale G. 2005. Marker assisted selection in crop plants. Plant Cell, Tissue Organ Culture. 82:317-342.
Herran A, Estioko L, Becker D, Rodriguez MJB, Rohde W. 2000. Linkage mapping and QTL analysis in coconut (Cocos nucifera L.). Theor Appl Genet. 101:292-300. Lebrun P, Baudouin L, Bourdeix R, Konan JL, Barker JHA, Aldam C, Herran A, Ritter E.
2001. Construction of a linkage map of the Rennell Island Tall coconut type (Cocos nucifera L.) and QTL analysis for yield characters. Genome. 44:962-970. Mahayu WM, Novarianto H. 2014. Karakteristik generasi selfing kelapa Dalam
Mapanget untuk seleksi pohon induk sumber polen. Buletin Palma. 15(1):24-32. Maskromo I, Sudarsono, Novarianto H, Sukma D. 2011. Fenologi pembungaan tiga
varietas kelapa genjah kopyor Pati. Seminar Nasional Perhimpunan Hortikultura Indonesia (PERHORTI), Balitsa, Lembang (ID).
McCough SR, Chen X, Panaud O, Temnykh S, Xu Y, Cho YG, Huang N, Ishii T, Blair M. 1997. Microsatellite marker development, mapping, and applications in rice genetics and breeding. Plant Mol Biol. 35:89-99.
Novarianto H. 2008. Perakitan kelapa unggul melalui teknik molekuler dan implikasinya terhadap peremajaan kelapa di Indonesia [Assembling of superior coconut by molecular technique and its implication to coconut renewal in Indonesia] [in Indonesia]. Pengembangan Inovasi Pertanian. 1(4):259-273.
Pandin DS. 2009. Keragaman genetik kultivar kelapa Dalam Mapanget (DMT) dan Dalam Tenga (DTA) berdasarkan penanda Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD). Buletin Palma. 36:17-29.
Perera PIP, Hocher V, Weerakoon LK, Yakandawala DMD, Fernando SC, Verdeil JL. 2010. Early inflorescence and floral development in Cocos nucifera L. (Arecaceae: Arecoideae). South African J Bot. 76:482-492.
Rohde W, Becker D, Kullaya A, Rodriguez J, Herran A. 1999. Analysis of coconut germplasm biodiversity by DNA marker technologies and construction of a genetic linkage map: Current advances in coconut biotechnology. Oropeza C, et al., editor. Dordrecht (DE): Kluwer Academic Publishers:99-120.
Tenda ET, Lengkey HG. 2005. Waktu pembungaan dan produksi buah beberapa jenis kelapa hibrida. Buletin Palma. 29:1-7.