1 1.1 Latar Belakang
Penyakit tungro merupakan salah satu penyakit paling merugikan pada tanaman padi di kawasan Asia Tenggara dan Asia Selatan. Penyakit ini juga sudah dilaporkan menyebar luas diseluruh dunia terutama di negara-negara yang penduduknya membudidayakan tanaman padi. Penyakit tungro ini pertama kali di temukan di Indonesia pada tahun 1859 disusul laporan-laporan yang sama, di Taiwan, Thailand dan Myanmar dan India (Ou, 1984). Dengan penyebaran penyakit tungro yang semakin luas, antisipasi ancaman tungro pada masa mendatang perlu dilakukan dengan merakit tanaman tahan tungro.
Ada dua jenis virus penyebab penyakit tungro yaitu virus tungro berbentuk batang Rice Tungro Bacilliform Virus (RTBV) dan virus tungro berbentuk sperikal Rice Tungro Spherical Virus (RTSV) (Hibino et al., 1978). Partikel virus RTBV memiliki panjang 130 nm dan diameter 30 nm, sedangkan RTSV berbentuk bulat dengan diameter 30 nm (Hibino et al., 1978). Kedua virus tersebut terbawa dan disebarkan oleh wereng hijau Nepothettix virescens secara semi-permanen dari satu tanam ke tanaman lainnya. Dengan kemampuan terbang N. virescens yang memiliki jangkauan mencapai puluhan kilometer melalui angin atau air menyebabkan penyebaran virus tungro dapat terjadi secara luas. Kedua virus tersebut bukan merupakan virus yang memiliki hubungan kekerabatan karena RTBV merupakan suatu pararetrovirus dari famili Caulimoviridae (Mayo and Pringle, 1998) yang memiliki struktur genom double stranded (ds) DNA 8.0
kb (Hay et al., 1991; Hibino et al., 1978; Hull, 1996; Jones et al., 1991). Sedangkan RTSV adalah famili Sequiviridae genus Waikavirus yang genom berupa RNA utas tunggal yang berukuran kira-kira 12 kb dengan capsid berbentuk polyhedral (Hibino et al., 1978; Isogai et al., 2000; Shen et al., 1993; Thole and Hull, 1996; Hull and Matheews, 2004).
Gejala tungro dapat muncul dari salah satu infeksi kedua virus tersebut, tetapi gejala terparah disebabkan oleh infeksi kedua-duanya. Wereng hijau mampu menyebarkan RTSV tanpa RTBV namun demikian RTBV tidak dapat disebarkan tanpa adanya RTSV. Oleh karena itu untuk dapat menyebarkan RTBV maka wereng hijau harus terlebih dahulu mengandung RTSV (Hibino, 1983). Sebagai akibatnya tanaman menampilkan perbedaan dalam hal penampakan gejalanya. Tanaman yang terinfeksi dengan kedua virus bersama-sama menunjukkan gejala yang berat jika dibandingkan tanaman terinfeksi dengan virus secara terpisah-pisah. Gejala tersebut adalah kerdil, adanya warna kuning oranye, dan pembentukan anakan yang sedikit (Hibino, 1983; Hibino, 1996). Tanaman yang terinfeksi hanya dengan RTBV saja menampilkan gejala yang ringan sedangkan yang terinfeksi dengan RTSV hanya menunjukkan gejala kerdil saja.
Terdapat beberapa faktor yang secara langsung mempengaruhi munculnya penyakit tungro antara lain, adanya bibit padi yang terinfeksi virus, varietas padi yang rentan, adanya vektor, manajemen pengendalian yang buruk serta kondisi iklim dan cuaca yang menunjang aktifitas vektor (Agrios, 2005; Zeigler and Savary, 2010). Faktor-faktor tersebut terakumulasi dan sebagai akibatnya tanaman padi berproduksi rendah dan petani mengalami kerugian (Zeigler and Savary,
2010). Contoh beberapa daerah yang diketahui pernah mengalami peningkatan penyakit tungro antara lain di Sulawesi Selatan intensitas penyakit dimulai dari 10% sampai lebih dari 50% (Pakki et al., 2010); Di Surakarta pada tahun 1995 terjadi ledakan penyakit tungro yang mengakibatkan 12.340 ha sawah puso; Di Nusa Tenggara Barat pada tahun 1998/1999 terjadi ledakan penyakit pada 10.000-15.000 ha sawah; Di Bali pada tahun 1980 menyebabkan kerusakan pada 16.000 ha sawah (Fauziah dan Pakki, 2012). Puslitbangtan (1995) memperkirakan kerugian finansial yang ditimbulkan akibat serangan tungro di Surakarta sebesar Rp 25 Miliar.
Berdasarkan pada kenyataan tentang besarnya nilai kerugian yang ditimbulkan, maka penyakit tungro pada tanaman padi perlu dikendalikan. Namun demikian dalam pelaksanaannya, penerapan metode pengendalian penyakit untuk mengendalikan penyakit tungro tersebut perlu mempertimbangkan prinsip-prinsip pengelolaan hama dan penyakit secara terpadu yaitu menjamin kelestarian ekologi atau ekosistem dari habitat dimana tanaman tersebut dibudidayakan (dalam hal ini adalah sawah) dan juga organisme bukan sasaran.
Pengendalian penyakit tungro dapat dilakukan dengan menggunakan insektisida untuk mengendalikan serangga vektor yang menyebarkan virus tersebut. Tetapi penggunaan insektisida dapat menyebabkan matinya organisme bukan sasaran dan predator, resistensi dan resurgensi, mencemari lingkungan dan membahayakan kesehatan manusia (Horne and Page, 2008; Bhat, 2012; Tiongco et al., 2008). Tanaman padi menunjukkan ketahanan terhadap penyakit tungro jika tanaman padi tersebut tahan terhadap salah satu wereng sebagai vektor dan atau
tahan terhadap virus tungro. Oleh karena itu, pengendalian yang lebih menguntungkan, efisien, mudah, murah dan ramah lingkungan adalah penggunaan varietas unggul tahan tungro (Koenning et al., 2001; Castagnone-Sereno, 2002; Cruz et al., 2003; Khus, 1980; Balai Besar Tanaman Padi, 2017).
Berbagai upaya pengendalian secara fisik dan kimia penyakit tungro telah dilakukan, baik dengan target pengendalian terhadap virusnya maupun vektornya, tetapi pengendalian dengan varietas tahan dianggap yang paling efektif (Darajat, et al. 2004) . Beberapa varietas padi tahan tungro sudah dilepas di Indonesia, seperti Tukad Unda, Tukad Petanu, Tukad Balian, Kalimas, dan Bondoyudo (Daradjat et al. 2004; Fauziah dan Widiarta, 2012), tetapi varietas tersebut bersifat spesifik lokasi (Fauziah dan Widiarta, 2012) sehingga tidak berkembang luas di masyarakat. Sedangkan kebanyakan varietas elit yang berkembang disentra-sentra produksi padi adalah varietas yang tidak tahan tungro. Selain itu, masalah utama dalam hal pengandalian penyakit tungro adalah kemampuan virus untuk meregerasikan kemampuan patogenisitasnya. Dahal et al., (1990) menyatakan bahwa sifat tahan pada varietas tahan tidak berlangsung lama sehingga perlu diganti dengan varietas tahan yang baru. Oleh karena itu, untuk menekan kehilangan hasil padi akibat tungro, perbaikan sifat ketahanan varietas elit perlu dilakukan, menyesuaikan dengan perkembangan strain virus yang ada di lapangan. Sumber gen tahan tungro sudah banyak diketahui dari sejumlah plasma nutfah padi lokal, seperti Cempa Siam, Cempo Nyonya, Horeng, Kangkungan, dan Mayang Terurai (BB Padi 2010) meski belum jelas mekanisme sifat ketahanannya.
Mekanisme ketahanan tanaman terhadap patogen merupakan hasil interaksi kompatibilitas dan inkompatiblitas antar patogen dan inangnya (Flor (1956) in Brown, 1981). Ketika interaksi antara patogen dan inang bersifat kompatibel, maka patogen akan menguasai inang dan menjadi bersifat patogenik, tetapi sebaliknya jika interaksinya bersifat inkompatibel sehingga tanaman dianggap bersifat tahan. Mekanisme ini sangat ditentukan oleh kesesuaian interaksi antara genotipe patogen virus dengan genotipe tanaman inangnya. Oleh karena itu, dalam program perakitan tanaman tahan virus perlu memahami latar belakang genetik dari patogen dan tanaman inang agar dapat membuat strategi pengendalian secara efektif dan efisien.
Virus adalah organisme yang paling sederhana dari sisi genom berikut gen-gen fungsional yang dimilikinya, sehingga untuk melengkapi siklus hidupnya harus menggunakan mesin translasi inangnya (Lindbo and Falk, 2017). Hal ini yang menjadi salah satu faktor pengendalian virus dengan pendekatan kimiawi sukar diterapkan, karena bahan kimia yang berpengaruh terhadap virus akan memberikan dampak negatif terhadap sel inangnya. Salah satu strategi pengendalian virus yang efektif adalah dengan pendekatan proteksi silang yang diperkenalkan oleh McKinney (1929) terhadap Tobacco Mosaic Virus (TMV). Hasil penelitian McKinney (1929) menunjukkan bahwa tanaman tembakau yang sudah terinfeksi oleh satu strain virus akan bersifat resisten terhadap virus berikutnya yang memiliki kekerabatan sangat dekat dengan TMV. Ternyata strategi proteksi silang ini juga efektif untuk mengendalikan papaya ring spot virus (PRSV) dan Zucchini Yelow Mosaic Virus (ZYMV) (Ziebell and Carr,
2010). Mekanisme proteksi silang sangat berkaitan dengan proses replikasi virus dalam sel tanaman inang. Virus galur lemah dapat menghambat proses transkripsi, translasi dan replikasi virus galur kuat sehingga gagal dalam memperbanyak diri dalam sel inang (Ziebell et al., 2007). DNA untai ganda yang mirip dengan RTBV diketahui terintegrasi dalam genom tanaman inang padi yang dinamakan endogenous-like RTBV (ERTBV) (Bhat et al. 2016). Sampai saat ini , mekanisme integrasi genom virus ke dalam genom inangnya belum banyak dipahami, tetapi sudah banyak dilaporkan dari golongan pararetrovirus yang memiliki genom berupa DNA untai ganda (Hull and Mathews, 2004). Mekanisme integrasi diduga terjadi melalui proses non-homolog end-joining yang tidak melibatkan mesin enzimatik retrotransposons (Feschotte dan Gilbert, 2012). Kunii et al., (2004) menyebutkan bahwa Oryza sativa dan O. rufipogon yang berasal dari Asia (daerah endemik tungro) memiliki jumlah segmen endogenous RTBV yang lebih banyak jika dibandingkan dengan di daerah lain dimana penyakit tungro padi tidak di temukan.
Endogenous RTBV adalah salinan atau fragmen virus eksogen yang pernah dimasukkan ke dalam sel induk dan dapat diwariskan (Benveniste dan Todaro, 1974, Holmes, 2011, Jaenisch, 1976). Menurut Chen et al., (2014) integrasi tersebut telah terjadi lebih dari 160.000 tahun yang lalu. Selanjutnya, sebagian besar fragmen endogenous RTBV mengakumulasi mutasi acak yang dianggap berpengaruh pada ekspresi gen-gen inangnya. Kobayashi dan Ikeda (1992) melaporkan bahwa kehadiran endogenous RTBV pada genom padi Asia berdampak pada tingkat resistensi. Spesies padi Afrika, Oryza glaberrima dan O.
barthii, menunjukkan nekrosis sistemik yang jauh lebih berat dibandingkan dengan spesies padi lain yang ada di Asia Selatan dan Tenggara setelah inokulasi baik RTBV maupun RTSV. Namun, selama virus eksogen telah menjadi endogen, akan berperilaku seperti elemen genetik lainnya, sehingga menjadi target seleksi, mutasi, pergeseran genetik dan melakukan koevolusi dengan genom inang (Jern dan Coffin, 2008). Pemahaman terhadap endogenous RTBV tidak hanya dapat memahami dinamika evolusi antara virus dan inangnya, tetapi juga berkontribusi untuk lebih memahami struktur dan fungsi genom inang, termasuk mutasi dan efeknya terhadap proses-proses fisiologis (Feschotte dan Gilbert, 2012, Jern and Coffin , 2008). Oleh karena itu, penelitian jumlah fragmen (copy number) dan identifikasi posisi integrasi dapat memahami tingkat fungsional fragmen ERTBV kehidupan inangnya, termasuk sifat resistensi terhadap virus patogen itu sendiri.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pada uraian di atas maka yang menjadi masalah dalam penelitian ini adalah
(1) Bagaimana sifat ketahanan berbagai varietas padi lokal di Indonesia terhadap penyakit tungro
(2) Dimana posisi fragmen endogenous RTBV yang terintegrasi pada genom padi lokal
(3) Berapa jumlah salinan fragmen endogenous RTBV yang terintegrasi pada genom padi lokal
(4) Bagaimana asosiasi antara jumlah salinan fragmen endogenous RTBV dengan sifat ketahanan varietas lokal
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan yang akan dicapai pada penelitian ini adalah :
1. Untuk mengeksplor dan mengidentifikasi sifat ketahanan berbagai varietas padi lokal di Indonesia terhadap penyakit tungro
2. Untuk mengidentifikasi posisi fragmen endogenous RTBV yang terintegrasi pada genom padi lokal
3. Untuk mengidentifikasi jumlah salinan fragmen endogenous RTBV yang terintegrasi pada genom padi lokal
4. Untuk mengevaluasi asosiasi antara jumlah salinan fragmen endogenous RTBV dengan sifat ketahanan padi lokal
1.3 Manfaat Penelitian
1. Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai referensi untuk menjaga terpeliharanya sumber daya genetik pertanian yang dapat digunakan untuk merakit varietas unggul yang tahan terhadap penyakit tungro
2. Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan untuk memperkaya teori pengendalian penyakit tanaman bahwa sifat ketahanan tanaman dikendalikan juga oleh gen endogenous yang terintegrasi ke dalam genom inangnya
3. Hasil penelitian ini dapat diharapkan menghasilkan rujukan tentang bahan primer endogenous RTBV yang akan digunakan pada penelitian-penelitian biomolekuler penyakit tungro di waktu-waktu yang akan datang.
