Kontrol Genetik dan Pemanfaatan Marka Molekuler Untuk Sifat Umur Genjah Tanaman Sorgum (Sorghum Bicolor (L.) Moench)
HASIL DAN PEMBAHASAN 3) Pola Pewarisan
Hasil uji Normalitas Kolmogorov-Smirnov untuk karakter umur berbunga dan umur anthesis pada populasi A1, A3 dan B1 menunjukkan distribusi data yang tidak normal. Hal ini memperlihatkan kemungkinan karakter ini dikontrol oleh hanya beberapa alel (simple gen) untuk karakter ini.
Kurva karakter umur berbunga dan umur anthesis cenderung condong ke arah kiri dengan beberapa puncak (Gambar 1 dan 2). Hasil ini berbeda dibandingkan dengan tanaman lainnya seperti tanaman jagung (Salvi et al., 2010), padi (Yano, et al., 2001), gandum (Gelonch et al, 2011) dan kacang kedelai (Nugroho et al, 2013) yang memperlihatkan distribusi normal untuk karakter-karakter ini. Menurut Anas dan Yoshida (2004b), karakter-karakter yang dikendalikan secara poligenik akan mempunyai tingkat heritabiltas yang rendah.
Gambar 1. Perbandingan Grafik Umur Berbunga dengan Kurva Distribusi Normal pada Tiga Populasi F2: (a) A1, (b) A3, (c) B1.
Gambar 2. Perbandingan Grafik Umur Anthesis dengan Kurva Distribusi Normal pada Tiga Populasi F2: (a) A1, (b) A3, (c) B1
Menurut Allard (1999) bentuk grafik condong ke arah kiri karena adanya pengaruh dominansi. Jika semua pasang gen tidak mempunyai pengaruh frekuensi gen yang sama (p ≠ q) maka distribusinya akan cenderung menyerupai bentuk distribusi yang dikendalikan oleh sedikit gen, meskipun sebenarnya karakter tersebut polygenic. Hal yang sama bila terdapat pautan gen sehingga kurva cenderung condong mengumpul di salah satu sisi.
Semakin banyak bentuk dominan pada gen pengendali pembungaan, Ma1-Ma6, maka pembungaan akan semakin lama pada panjang hari lebih dari 12 jam dan bentuk grafik akan condong kearah kanan (Quinby, 1974). Sorgum termasuk tanaman berhari pendek yang membutuhkan panjang hari kurang dari 12 jam untuk berbunga (House 1985). Hal tersebut yang menjadi dugaan bahwa bentuk grafik lebih condong ke arah kiri meskipun terdapat tanaman yang
mempunyai gen dominan, karena penelitian dilakukan di daerah tropis yang mempunyai panjang hari kurang dari 12 jam.
Sebelumnya dijelaskan bahwa meskipun gen pengendali umur berbunga pada sorgum ada 6 pasangMa1-Ma6(Sleeper dan Poehlman, 2006), akan tetapi menurut Murphy dkk, (2011) gen Ma1 adalah gen yang mempunyai pengaruh paling besar dalam pembungaan dan mempunyai pengaruh epistasis terhadap gen lainnya. Bentuk resesif di Ma1 akan mempercepat pembungaan sedangkan bentuk dominan di Ma1 akan memperlambat pembungaan. Oleh karena itu meskipun gen yang mengendalikan pembungaan 6 pasang akan tetapi yang paling berpengaruh adalah Ma1 maka seolah-olah bentuk sebaran fenotip menyerupai distribusi fenotip yang dikendalikan oleh sedikit gen. Pengaruh dari interaksi gen secara epistasis juga akan menyebabkan bentuk kurva condong ke arah kiri dan menyebabkan kurva tidak berdistribusi normal (House, 1985).
Secara klasik sifat maturity pada tanaman sorgum di kontrol oleh empat lokus gen Ma1, Ma2, Ma3, dan Ma4(Quinby, 1967) serta Ma5dan Ma6(Rooney and Aydin, 1999). Gen resesif pada lokus pertama menyebabkan sorgum cenderung akan berumur lebih genjah. Untuk seleksi umur genjah pada sorgum dapat dilakukan dengan memperkecil frekuensi gen dominan pada lokus pertama (House, 1985), yang mana Ma1dapat menekan pembungaan dengan mengaktifkan floral inhibitor CONSTANS dan menekan floral activators Early Heading Date 1, FLOWERING LOCUS T (FT) (Murphy et al. 2011). Adapun gen lainnya Ma3, Ma5 and Ma6 berkaitan dengan sifat kepekaan terhadap fotoperiod dan pemanjangan fase vegetative tanaman (Childs et al. 1997; Mace et al., 2013).
Hasil uji Khi Kuadrat karakter umur berbunga pada populasi A1 menunjukkan data pengamatan sesuai dengan nisbah Mendel 12:3:1 (dominan epistasis). Nilai Khi kuadrat dengan nisbah Mendel 12:3:1 yaitu 1.46, lebih kecil dibandingkan dengan nilai 2 tabel 3.81 (Tabel 1). Menurut Karmana dan Rostini (2008) dominan epistasis adalah dominan penuh dari dua pasangan gen mempengaruhi sifat yang sama, tetapi alil dominan pada satu lokus menghasilkan fenotipe tertentu tidak tergantung dari gen pada lokus lainnya, dominan atau resesif. Jadi gen tadi epistasis terhadap lainnya atau menutupi efek gen lainnya.
Nisbah Mendel yang sesuai dengan bentuk grafik pada umur berbunga populasi A3 yaitu 13: 3 (epistasis dominan-resesif) (Tabel 1). Selain nisbah Mendel 13:3 terdapat beberapa nisbah Mendel lain yang sesuai dengan hasil uji Khi Kuadrat umur berbunga A3. Akan tetapi nilai Khi Kuadrat nisbah Mendel 13:3 (epistasis dominan-resesif) adalah 0,08 lebih kecil dibandingkan dengan nilai khi kuadrat nisbah Mendel lain.
Hasil uji Khi Kuadrat umur berbunga pada populasi B1 menunjukkan kecocokkan dengan nisbah Mendel 13:3 (epistasis dominan-resesif). Epistasis dominan - resesif terjadi apabila gen dominan dari pasangan gen I epistatis terhadap pasangan gen II yang bukan alelnya, sementara gen resesif dari pasangan gen II ini juga epistatis terhadap pasangan gen I (Susanto, 2011).
Tabel 1. Hasil Uji Khi Kuadrat Umur Berbunga
Nisbah Mendel dan Modifikasinya 2Hitung Umur Berbunga 2(0.05)
A1 A3 B1 3:1 33.78* 0.70tn 5.95* 3.84 9:7 166.93* 11.03* 107.30* 13:3 10.4* 0.08tn 0.44tn 15:1 30.08* 18.86* 151.54* 9:6:1 57.38* 12.09* 179.83* 5.99 12:3:1 1.46tn 1.97tn 161.45* 9:3:4 91.67* - -9:3:3:1 61.25* 6.09tn 114.13* 7.81 Pewarisan Poligenik
2 Pasang Gen 1:4:6:4:1 629.25* 13.85* 288.23* 9.49 Pewarisan Poligenik 3 Pasang Gen 1:6:15:20:15:6:1 186.12* - 110.87* 14.07 Pewarisan Poligenik 4 pasang Gen 1:8:28:56:70:56:28:8:1 832.43* - 405.04* 16.92
Keterangan:*) dan tn)nyata dan tidak nyata pada taraf α 5%
Hasil uji Khi Kuadrat kecocokkan nisbah Mendel pada karakter umur anthesis populasi A1 dan A3 sama dengan umur berbunganya. 12:3:1 (dominan epistasis) untuk A1 dan 13:3 (epistasis dominan-resesif) untuk A3 (Tabel 2). Lain halnya dengan populasi B1, umur anthesisnya mempunyai kesesuaian nisbah Mendel 3:1 (dominan sempurna), berbeda dengan nisbah Mendel karakter umur berbunganya 13:3. Meskipun nilai 2 hitung nisbah Mendel 13:3 sama-sama lebih kecil dibandingkan 2tabel akan tetapi nilai nisbah Mendel 3:1 lebih kecil dibandingkan nilai nisbah Mendel 13:3, 2.2 < 2.96, maka nisbah Mendel 3:1 lebih sesuai dengan bentuk grafik umur anthesis. Nisbah Mendel dominan sempurna adalah ketika suatu suatu gen dominan menutup pengaruh alel resesifnya dengan sempurna (Karmana dan Rostini, 2008).
Tabel 2. Hasil Uji Khi Kuadrat Umur Anthesis Nisbah Mendel dan
Modifikannya
2Hitung Umur Anthesis 2(0.05)
A1 A3 B1 3:1 44.91* 3.09tn 2.2tn 3.84 9:7 184.95* 16.98* 90.72* 13:3 16.90* 0.55tn 2.96tn 15:1 16.74* 7.29* 196.5* 9:6:1 57.45* 8.9* 109.21* 5.99 12:3:1 0.89tn 21.5* 6.86* 9:3:4 - - 102.42* 9:3:3:1 46.98* 12.83* 29.10* 7.81 Pewarisan Poligenik 2 Pasang Gen 1:4:6:4:1 704.60* 191.18* - 9.49 Pewarisan Poligenik 3 Pasang Gen 1:6:15:20:15:6:1 133.22* - 1343.75* 14.07 Pewarisan Poligenik 4 pasang Gen 1:8:28:56:70:56:28:8:1 433.01* - 516.55* 16.92
Keterangan:*) dan tn)nyata dan tidak nyata pada taraf α 5%.
Pembungaan pada tanaman sorgum sangat dipengaruhi oleh fotoperiodisitas. Tanaman sorgum tidak akan berbunga sampai mencapai titik kritisnya. Secara umum sorgum tropis memiliki lokus gen dominan (Ma-) untuk semua lokus gen, sedangkan sebaliknya kondisi resesif (mama) pada salah satu lokus gen akan mengahasilkan sorgum yang lebih bisa beradaptasi pada daerah subtropis. Pada kenyataannya, kebanyakan galur-galur yang dipakai di daerah subtropis hampir semuanya mempunyai gen resesif pada lokus 1.
Gen-gen dalam lokus saling berinteraksi. Ketika sifat dominan muncul pada lokus Ma1, perbedaan dominan dan resesif pada lokus lainnya dapat dengan mudah didentifikasi di populasi F2
– nya. Sebaliknya pada kondisi resesif pada ma1ma1, variasi umur berbunga akan menjadi sedikit sehingga sulit untuk dibedakan. Perbedaan umur berbunga tanaman sorgum pada kondisi dominan lokus 1 berkisar dari 64 – 90 hari, sebaliknya perbedaan umur berbunga pada kondisi resesif lokus 1 hanya berkisar dari 52 – 56 hari, sehingga seleksi sulit dilakukan.
1) Analisis Molekuler Populasi F2
Optimasi penggunaan marka molekuler untuk analisis pola segregasi dan korelasi antar karakter utama dual purpose sorgum telah dilakukan. Sejumlah marka molekuler telah dicoba untuk melihat efektivitas marka dalam menghasilkan produk dalam proses PCR diantaranya, Xtxp58, Ungnhsbm11, RM19414 dan Xtxp295.
Dari proses optimasi ini diperoleh hasil amplifikasi seperti dalam Gambar 3. Empat primer yaitu Xtxp58, Ungnhsbm11, Xtxp295, dan RM19414 memperlihatkan hasil amplifikasi yang jelas. Artinya program PCR yang digunakan telah optimum. Namun ketika empat primer tersebut diuji pada beberapa tetua yang berbeda, hanya primer Xtxp58 yang menunjukkan polimorfisme (Gambar 3B). Maka, primer Xtxp58 yang akan digunakan untuk mengevaluasi populasi F2sorgum.
Hasil visualisasi primer Xtxp58 pada beberapa tanaman F3menunjukkan hasil pola pita DNA yang beragam (Gambar 4). Pola pita DNA tersebut memiliki ban yang banyak yaitu lebih dari dua
ban. Dari hasil visualisasi tersebut belum bisa dijadikan acuan untuk seleksi secara kasat mata.
A. Optimasi marka Unghsbm11 dan Xtxp295
B. Optimasi Xtxp58
Unpad1.1 2.24 Unpad1.1 2.24 ladder
C. Optimasi RM19414
Gambar 3. Optimasi marka-marka hasil skrining yang akan digunakan
Gambar 4.Genotyping umur antesis menggunakan marka Xtxp58 pada beberapa tanaman F2.
KESIMPULAN
Sebaran data fenotip untuk karakter umur berbunga dan umur anthesis pada genotip A1, A3 dan B1 tidak menyebar normal atau diskontinu.Pola pewarisan karakter umur berbunga dan umur antesis pada tiga seri persilangan sorgum cenderung menyerupai pola pewarisan nisbah Mendel 12:3:1 (dominan epstasis) dan 13:3 (epistasis dominan-resesif). Primer Xtxp58 untuk sifat umur antesis menunjukkan polimorfisme sehingga dapat digunakan untuk mengevaluasi sifat umur populasi F2tanaman sorgum.Namun demikian tiga primer Xtxp58, Ungnhsbm11 dan Xtxp295 yang terkait dengan umur berbunga, umur antesis, jumlah daun dan tinggi tanaman dapat diaplikasikan pada tanaman sorgum dalam pengembangan dual purpose sorgum.
DAFTAR PUSTAKA
Allard, R. W. 1999. Principles of Plant Breeding Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. New York. Anas. 2011. Pengembangan Sorgum Putih Sebagai Basis Pengembangan Produk Makanan Berbasis
Tepung. Prosiding Seminar Nasional Integratif Pangan, Kesehatan dan Lingkungan -RM19414
Pemanfaatan Sumber Daya Lokal Untuk Ketersediaan Pangan dan Kesehatan Masyarakat. RS Hasan Sadikin Universitas Padjadjaran. Bandung.
Anas and T. Yoshida. 2000. Screening of Al-tolerant Sorghum by Hematoxylin Staining and Growth Response. Plant Prod. Sci. 3 : 246 – 253
Anas and Yoshida, T. 2004a. Genetic Diversity among Japanese Cultivated Sorghum Assessed with Simple Sequence Repeats Markers. Plant Prod. Sci. 7:217-223.
Anas and Yoshida, T. 2004b.Heritability and Genetic Correlation of Al-torelance with Several Agronomic Characters in Sorghum Assessed by Hematoxylin Staining. Plant Prod. Sci. Vol. 7:280-282.
Childs KL, Miller FR, Cordonnier-Pratt MM, Pratt LH, Morgan PW, Mullet JE (1997) The sorghum photoperiod sensitivity gene, Ma3, encodes a phytochrome B. Plant Physiol 113:611–619 Gelonch, G.B.Rebetzke, G. J. Richards, R. A.Romagosa, I. 2011.Genetic Control of Duration of
Pre-anthesis Phases in Wheat (Triticum aestivumL.) and Relationships to Leaf appearance,Tillering, and Dry Matter Accumulation
Gomez, K. A. dan A. A. Gomez. 1995. Statistical procedures for Agriculture Research. An IRRI Book. John Wiley & Sons. Sixth Edition. New York.
House, L. R. 1985. A Guide to Sorghum Breeding. Second Edition. International Institute For the Semi-Arid Tropics (ICRISAT).
Jung C, Muller AE (2009) Flowering time control and applications in plant breeding. Trends Plant Sci 14:563–573
Karmana, H. M., dan Rostini, N. 2008. Genetika Tumbuhan. Pustaka Giratuna. Bandung.
Komariah, A. Baihaki, A. Setiamihardja, R. dan Djakasutami, S. 2003. Pola Pewarisan Aktivitas Nitrat Reduktase pada Daun dan pada Akar, serta Kadar N Total Tanaman sebagai Karakter Penciri Toleransi Kedelai Terhadap Genangan.Zuriat, Vol. 18, No. 1, Fakultas pertanian. Universitas Padjadjaran.
Mace, E.S., Hunt, C.H., Jordan, D.R.. 2013. Supermodels: sorghum and maize provide mutual insight into the genetics of flowering time. Theor Appl Genet 126:1377–1395
Murphy, R. Robert R. Klein, Daryl T. Morishige, Jeff A. Brady, William L. Rooneyd, Frederick R. Millere, Diana V. Dugas, Patricia E. Klein, and . Mullet, J, E. 2011. Coincident Light and Clock Regulation Of Pseudoresponse Regulator Protein 37 (PRR37) Controls Photoperiodic flowering In Sorghum. Department of Biochemistry and Biophysics, Texas A&M University. Nugroho, W.P., M. Barmawi, dan N. Sa‘diyah. 2013. Pola Segregasi KarakterAgronomi Tanaman
Kedelai (Glycine max [L.] Merrill) Generasi F2 Hasil PersilanganYellow Bean x Taichung. Jurnal Agrotek Tropika Vol. 1 (1):
Quinby, R, J. 1974. Sorghum Improvement and the Genetics of Growth.Texas A&M University Press. Texas.
Rooney W, Aydin S. 1999. Genetic Control of a Photoperiod - Sensitive Response in Sorghum bicolor (L.)Moench. Crop Science 39, 397–400.
Sleeper, D.A. and Poehlman, J.M.2006. Breeding Field Crops Fourth Edition. Lowa State University Press. Ames.
Salvi, S. Castelletti, S. Tuberosa, R. 2010. An Updated Consensus Map for Flowering Time Qtls In Maize. Department of Agroenvironmental Science and Technologies, University of Bologna. Maydica 54 (2009): 501-512.
Upadhyaya HD, Wang Y-H, Gowda CLL, Sharma S. 2013. Association mapping of maturity and plant height using SNP markers with the sorghum mini core collection. Theor Appl Genet. Publish On line.
Yano, M., Kojima, S., Takahashi, Y., Lin, H. and Sasaki, T. 2001. Genetic Control of Flowering Time in Rice, a Short-Day Plant. Department of Molecular Genetics, National Institute of Agrobiological Sciences, Tsukuba, Ibaraki 305–8602, Japan.