IDENTIFIKASI SIMBION ZOOXANTHELLA PADA KARANG
Acropora muricata YANG TERKENA PENYAKIT WHITE
SYNDROME DI TAMAN NASIONAL KARIMUNJAWA
LAPORAN KEGIATAN
Oleh: MAULA NADIA
26020116140070
DEPARTEMEN ILMU KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2020
1 LATAR BELAKANG
Penyakit karang merupakan salah satu ancaman kepada ekosistem terumbu karang. Ancaman ini telah diidentifikasi sebagai salah satu faktor utama yang memperburuk kondisi terumbu karang secara global (Abrar, 2012). Penyakit karang merupakan hasil interaksi antara inang, agen (seperti pathogen atau faktor genetik), dan lingkungan. Interaksi ketiga komponen dapat menyebabkan penyakit karang yang menular maupun yang tidak menular (Dubinsky dan Stambler, 2011).
Penyakit karang menjadi perhatian khusus karena dapat berinteraksi dengan ancaman lain, seperti peningkatan suhu dan pengasaman laut, sehingga dapat menambah dampak terhadap kesehatan karang. Penyakit ini juga membuat karang lebih rentan terhadap pemutihan dan dapat menunda proses pemulihan (Harvey et al., 2017). Adanya polutan dan tekanan antropogenik lainnya pun dapat meningkatkan keparahan dari penyakit (Harvell et al., 2007). Meluasnya kematian karang diduga terkait dengan wabah penyakit karang. Penyakit karang merupakan komponen alami yang dapat ditemukan di ekosistem terumbu karang, namun saat terjadi wabah dapat mempengaruhi fungsi utama dan struktur ekosistem terumbu karang (Fahlevy et al., 2019).
Berdasarkan Fahlevy et al. (2019), penyakit karang sendiri telah diketahui menjadi salah satu faktor kunci dalam degradasi dan penurunan fungsi struktur terumbu karang, termasuk terumbu karang di Indonesia. Wijayanti et al. (2020) menemukan kemunculan salah satu penyakit karang, White Pox Disease (WPX) di Taman Nasional Karimunjawa, Jepara, Jawa Tengah. WPX ditemukan pada karang Acropora muricata di Pulau Cemara Kecil dan Pantai Barakuda.
Kemampuan pemulihan karang dari suatu tekanan dapat dipengaruhi oleh komposisi simbion zooxanthellanya (Fabricius et al., 2004). Hal ini sudah diungkap dalam fenomena pemutihan karang (coral bleaching) (Baker et al., 2004; Fabricius et al., 2004; van Oppen et al., 2005) namun masih sangat terbatas dalam penyakit karang. Sampai saat ini belum ada penelitian di Indonesia yang mengkaji tentang hubungan simbiosis zooxanthella dan inang karang terhadap tekanan lingkungan, termasuk penyakit karang. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian tentang pengaruh penyakit terhadap komposisi jenis zooxanthella dalam karang dengan tujuan untuk menilai peluang karang untuk tetap hidup dan tumbuh dengan pengaruh penyakit tersebut.
2 TUJUAN
Ada pun tujuan dari kegiatan ini adalah untuk:
1. Mengidentifikasi zooxanthella pada karang keras Acropora muricata pada Pulau Kemujan dan Pulau Cemara Kecil, Kepulauan Karimunjawa hingga tingkat genus dengan pendekatan molekuler.
2. Membandingkan jenis zooxanthella pada karang keras yang sehat dan terkena penyakit White Syndrome
3 DESKRIPSI DAN TARGET KEGIATAN
Kegiatan ini betujuan untuk mengidentifikasi jenis simbion zooxanthella pada karang Acropora muricata yang terkena penyakit White Syndrome dengan pendekatan molekuler (genetik). Terdapat 3 tahap penelitian yakni:
I. Pengambilan Sampel
Pulau Cemara Kecil dan Pantai Barakuda, Taman Nasional Karimunjawa (Maret 2020)
II. Analisis Molekuler
Universitas Diponegoro (Juni 2020) III. Analisis Sekuen
4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel dilakukan di Pulau Cemara Kecil dan Pantai Barakuda, Taman Nasional Karimunjawa. Sampel yang berhasil dikoleksi sebanyak 20 sampel dari kedua lokasi. Keterangan seluruh sampel karang dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Sampel Karang A. muricata Berdasarkan Lokasi
No. Lokasi Kode Sampel Penyakit Jumlah
1 Pulau Cemara Kecil A - 3 B White Syndrome 4
C - 3
2 Pantai Barakuda A - 3 B White Syndrome 4
C - 3
Keterangan: A) Fragmen dari koloni sehat, B) Fragmen dari koloni karang yang sakit pada bagian yang terkena penyakit, C) Fragmen dari koloni karang yang sakit pada bagian yang sehat
Jenis penyakit yang ditemukan pada karang Acropora muricata pada saat pengambilan sampel adalah White Syndrome (WS). Penyakit WS ditemukan di Pantai Barakuda dan Pulau Cemara Kecil (Gambar 7).
Gambar 1. Sampel Koloni Karang Acropora muricata
Keterangan (A): Koloni dengan Penyakit White Syndrome di Pantai Barakuda, (B): Koloni dengan Penyakit White Syndrome di Pulau Cemara Kecil, (C): Koloni Sehat
Analisis Molekuler
Sebanyak 20 sampel Acropora muricata berhasil diekstraksi dengan Genomic DNA Mini Kit (Plant) dan didapatkan DNA zooxanthella dari setiap sampel. Seluruh sampel berhasil diamplifikasi dan menghasilkan pita tunggal pada setiap sampel, ditunjukkan dengan visualisasi elektroforesis menggunakan UV Transilluminator. Hasil visualisasi elektroforesis (Gambar 2 dan Gambar 3) menunjukkan bahwa seluruh sampel memiliki pita DNA berukuran 500 – 600 pasang basa (bp).
Gambar 2. Visualisasi DNA Sampel Pulau Cemara Kecil menggunakan UV Transilluminator
Keterangan: Kode CA merupakan sampel fragmen dari koloni sehat, CB fragmen dari koloni karang yang sakit pada bagian yang terkena penyakit, CC fragmen dari koloni karang yang sakit pada bagian yang sehat
Gambar 3. Visualisasi DNA Sampel Pantai Barakuda menggunakan UV Transilluminator
Keterangan: Kode BA merupakan sampel fragmen dari koloni sehat, BB fragmen dari koloni karang yang sakit pada bagian yang terkena penyakit, BC fragmen dari koloni karang yang sakit pada bagian yang sehat
Analisis Sekuen dan Filogenetik
Seluruh sampel karang Acropora muricata yang dikoleksi dari lokasi penelitian ditemukan memiliki simbion zooxanthella, termasuk koloni karang yang terkena penyakit White Syndrome (WS). Penelitian oleh Cervino et al. (2004) mengungkapkan bahwa karang yang terkena stres akibat penyakit tidak mengalami kehilangan zooxanthella dengan cara pengusiran, berbeda dengan karang yang terkena stress akibat suhu ekstrim. Karang yang terkena penyakit menunjukan sisa-sisa fragmen zooxanthella yang tersebar di bagian permukaan karang. Karang pun tidak selalu mengusir zooxanthella saat dalam tekanan. Zooxanthella pun dapat mengalami degenerasi dengan mengalami kondensasi sitoplasma, degradasi dinding sel alga, dan penyusutan internal sel secara keseluruhan
Menurut Ulstrup et al. (2007) zooxanthella dalam karang yang terkena penyakit masih dapat melakukan fotosintesis. Ditemukannya zooxanthella pada karang yang terkena WS menunjukan bahwa inang karang masih bisa hidup, karena kehadiran zooxanthella sangat berpangaruh pada kehidupan inangnya. Zooxanthella memberikan 90% kebutuhan nutrisi karang, membantu proses respirasi, dan menstimulasi proses kalsifikasi (Douglas, 2003).
Seluruh zooxanthella pada penelitian diidentifikasi sebagai Symbiodinium sp. Clade C atau genus Cladocopium sp. Sebelumnya Symbiodinium adalah nama genus untuk seluruh zooxanthella. Hasil dari penelitian genetik zooxanthella menunjukan bahwa terdapat disparitas filogenetik antar zooxanthella, maka dilakukan pengelompokan dengan istilah clade (Rowan dan Knowlton, 1995). LaJeunesse et al. (2018) mempublikasikan revisi penamaan zooxanthella yang mengubah penamaan clade menjadi genus tersendiri. Berdasarkan revisi tersebut, Symbiodinium sp. hanya merujuk kepada zooxanthella Clade A, sedangkan Clade C disebut sebagai Cladocopium sp. Hasil BLAST yang didapatkan dalam studi ini berdasarkan database GenBank yang belum menggunakan sistem penamaan zooxanthella berdasarkan LaJeunesse et al. (2018).
Hasil BLAST menunjukan bahwa seluruh sampel penelitian merupakan zooxanthella dari genus (sebelumnya clade) yang sama. Tidak ada perbedaan jenis zooxanthella pada sampel dari karang Acropora muricata yang sehat maupun yang terkena penyakit. Cladocopium sp. disebut sebagai jenis zooxanthella yang termasuk generalist. Jenis ini ditemukan di berbagai jenis inang, pada habitat, dan kedalaman yang berbeda (Magalon et al., 2007).
Menurut LaJeunesse et al. (2018), genus Cladocopium adalah genus yang paling kaya spesies dan berlimpah secara ekologis. Genus ini banyak ditemukan pada
ekosistem terumbu karang di perairan Indo-Pasifik. Zooxanthella dari genus Cladocopium memiliki kemampuan adaptasi terhadap suhu dan radiasi.
Cladocopium sp. juga banyak ditemukan pada inang karang A. muricata di Pulau Heron, Australia (Sweet, 2013). Keanekaragaman jenis zooxanthella berkaitan erat dengan mode transmisinya pada proses reproduksi inangnya. Inang A. muricata memperoleh simbionnya secara horizontal yaitu diperoleh dari lingkungan, oleh karena itu koloni pada lokasi yang sama akan memiliki jenis zooxanthella yang sama (LaJeunesse et al., 2009; Sweet, 2013).
Sampel penelitian terbagi ke dalam 2 sub-clade berdasarkan pohon filogenetik. Walaupun teridentifikasi sebagai genus yang sama, sampel terbagi berdasarkan lokasi yaitu sampel Pantai Cemara Kecil (sub-clade 1) dan sampel Pantai Barakuda (sub-clade 2) dengan 1 pengecualian yaitu sampel BB04. Bentuk pohon dipengaruhi oleh urutan basa sampel, urutan basa yang semakin serupa dengan lainnya akan tergabung ke dalam sub-clade yang sama. Hal ini didukung dengan matriks jarak genetik.
Sampel BB04 adalah satu-satunya sampel dari Pantai Barakuda yang tidak masuk ke dalam sub-clade 2. Pohon filogenetik dan matriks jarak genetik menunjukkan bahwa BB04 memiliki kekerabatan yang lebih dekat dengan sampel dari Pulau Cemara Kecil. Oleh karena itu, dalam pohon filogenetik sampel BB04 masuk ke dalam sub-clade 2 yaitu sub-clade sampel dari Cemara Kecil.
Menurut Magalon et al. (2007), terpisahnya sampel dalam pohon filogenetik dapat disebabkan oleh perbedaan subclade. Berdasarkan hasil BLAST, terdapat 2 jenis subclade yang teridentifikasi yaitu subclade C40 dan subclade C3. Subclade C40 ditemukan pada satu sampel dari Pantai Barakuda, sedangkan subclade C3 (termasuk Symbiodinium thermophilum, berdasarkan Hume et al., (2015)) ditemukan di mayoritas sampel dari Pulau Cemara Kecil. Mayoritas sampel dari Pantai Barakuda tidak teridentifikasi hingga tingkat subclade, hal ini dapat disebabkan oleh terbatasnya data pada GenBank.
S. thermophilum merupakan spesies zooxanthella yang memiliki ketahanan terhadap suhu dan salinitas tinggi. Berdasarkan penelitian Hume et al. (2015), jenis ini ditemukan di temukan di habitat dengan suhu ekstrim dan salinitas air tinggi pada laut terpanas di dunia yaitu Teluk Persia. S. thermophilum ditemukan pada sampel karang sehat dan yang terkena penyakit WS di Pulau Cemara Kecil serta 1 sampel Pantai Barakuda. Hal tersebut menunjukan bahwa karang dengan zooxanthella dapat menghadapi kondisi lingkungan ekstrim masih mungkin terkena penyakit.
Keberadaan Symbiodinium sp., Durusdinium sp., dan Polarella glacialis pada hasil pohon filogenetik adalah sebagai data outgroup. Data outgroup dimasukkan dari sekuen lain yang didapatkan dari GenBank dengan ketentuan masih memiliki kedekatan taksonomi dengan sampel penelitian. Ketiga data outgroup merupakan bagian dari Kelas Dinophyceae dan Ordo Suessiales bersama genus sampel penelitian. Symbiodinium sp. dan Durusdinium sp. dipilih karena merupakan jenis yang kerap ditemukan pada Acroporid, selain Cladocopium sp. (Loh et al., 2001; LaJeunesse et al., 2004; Magalon et al., 2007). Sedangkan P. glacialis dipilih karena merupakan representasi genus lain dari ordo yang sama, namun tidak termasuk ke dalam zooxanthella.
Outgroup digunakan untuk mendapatkan informasi yang meyakinkan dari sekuen yang berhubungan, hal ini dapat meningkatkan prediksi yang lebih baik terhadap pembentukan pohon filogenetik (Dharmayanti, 2011). Hasil data outgroup yang terpisah dengan sampel penelitian pada pohon filogenetik memverifikasi bahwa seluruh sampel bukan termasuk dalam genus lain. Keberadaan data pembanding genus Cladocopium sp. dari GenBank memverifikasi bahwa seluruh sampel merupakan Cladocopium sp. karena tergabung ke dalam Clade 1 pada pohon filogenetik.
Gambar 4. Pohon Filogenetik Hasil Analisis Neighbor Joining pada Zooxanthella dari Sampel Acropora muricata
5 KESIMPULAN
Zooxanthella pada karang keras Acropora muricata pada Pulau Cemara Kecil dan Pantai Barakuda, Taman Nasional Karimunjawa diidentifikasi sebagai bagian dari genus Cladocopium sp. Namun berdasarkan hasil analisis filogenetik, zooxanthella dari lokasi penelitian tidak sepenuhnya merupakan jenis yang sama. Terbentuk 2 sub-clade berdasarkan lokasi, dengan 1 pengecualian. Tidak ditemukan perbedaan yang signifikan antara zooxanthella dari inang yang sehat dan yang terkena penyakit White Syndrome (WS).
