Oryza sativa L.

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman pangan penting dan utama di
Indonesia dan beberapa negara lainnya. Kebutuhan akan beras untuk memenuhi
kebutuhan pangan penduduk selalu meningkat dari tahun ke tahun. Terdapat
beberapa jenis beras yaitu beras putih dan beras yang memiliki pigmen warna
yaitu beras merah dan beras hitam (Lee, 2010).
Padi hitam merupakan varietas lokal yang mengandung pigmen, berbeda
dengan padi putih atau padi warna lain (Suardi et al., 2009). Padi hitam umumnya
mempunyai kadar antosianin sehingga mempunyai bulir berwarna ungu. Semakin
tinggi kadar antosianin maka warna ungu pada bulir beras akan semakin pekat
hingga menjadi warna kehitaman (Suliartini et al., 2011). Beras hitam memiliki
kandungan beta karoten dan antosianin sebesar 804,16 mg/100 g dan 393,93 ppm
(Krisamtini dan Heni, 2010a).
Setiap tanaman memerlukan kondisi lingkungan yang sesuai untuk
pertumbuhan dan perkembangannya. Kondisi lingkungan tempat tanaman berada
dalam batas toleransi tanaman tersebut, tetapi seringkali tanaman mengalami
perubahan lingkungan yang dapat menyebabkan menurunnya produktivitas dan
bahkan kematian tanaman. Hal ini menunjukkan bahwa setiap tanaman memiliki
faktor pembatas dan daya toleransi terhadap lingkungan (Purwadi, 2011).
1
2
Cekaman lingkungan adalah kondisi lingkungan yang memberikan tekanan
pada tanaman dan mengakibatkan respon tanaman terhadap faktor lingkungan
tertentu lebih rendah daripada respon optimumnya pada kondisi normal. Cekaman
lingkungan dapat berupa faktor abiotik dan faktor biotik. Faktor abiotik dapat
berupa cahaya, air, suhu dan zat hara dalam tanah, sedangkan yang termasuk
faktor biotik ialah herbivora, parasit atau patogen dan predator (Mahmuddin,
2009).
Penyakit hawar daun merupakan cekaman tumbuhan faktor biotik utama pada
padi di Indonesia dan di negara - negara penghasil padi lainnya di Asia yang
disebabkan oleh Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) (Suryadi, 2008). Penyakit
hawar daun bakteri (HDB) tercatat sebagai salah satu faktor pembatas upaya
peningkatan produksi padi (Pascuzzi, 2007), menurunkan hasil padi 30-40%
(Kadir et al., 2007) dan menurunkan mutu beras yang dihasilkan (Wibowo, 2002).
Pada tanaman padi terdapat senyawa kimia primer (protein, lemak dan
karbohidrat) dan senyawa sekunder (asam organik, mineral dan senyawa fenolik)
berperan penting dalam sistem pertahanan tanaman terhadap infeksi pathogen atau
hama (Kumar dan Sudhar, 1985). Proteomik mempunyai peranan penting pada
fungsi genomik padi dan digunakan untuk mengkaji respon faktor lingkungan
seperti hormon giberelin, JA dan auxin (Yang dan Komatsu, 2004) serta untuk
mengetahui langsung protein target yang berperan dalam respon pertahanan
(Konishi et al., 2001).
Sifat dinamis pada proteome mampu melihat perubahan ekspresi protein
selama siklus sel. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa rangsangan intraseluler dan
3
ekstraseluler seperti suhu, stres serta sinyal apoptosis (Godovac, 2001). Sehingga
dapat menganalisis perbandingan ekspresi pola protein pada sel abnormal dan sel
normal (Banks et al., 2000). Dalam aplikasi pertanian, proteomik dapat
memudahkan identifikasi protein dalam penekanan dan perlawanan terhadap
patogen sehingga dapat memudahkan perbaikan jaringan
dari tanaman yang
terkena patogen (Kim, 2004).
Shah dan Klessing (1999) menyatakan bahwa pada tanaman padi terdapat
Patogenesis Related Protein (PR protein) yang berperan dalam meningkatkan
ketahanan terhadap Xoo. Ekspresi pertahanan pada tanaman dijumpai dengan
munculnya PR Protein dengan berat molekul 17,64 kDa dan juga dari beberapa
defense related enzyme yaitu PAL untuk LOX (Sayari et al., 2014). Kagale et al.,
(2004) melaporkan bahwa pada tanaman yang terkena infeksi Xoo mengalami
peningkatan aktivitas kitinase, peroksidase, polypehol oksidase, b-1,3-glukanase
dan PAL.
Kim et al., (2007), meneliti keterlibatan lima gen yang menyandi enzim dalam
biosintesis antosianin yaitu PAL, kalkon sintase (CHS), flavanon 3β - hidroksilase
(F3H), dihidroflavonol 4-reduktase (DFR), dan antosianidin sintase (ANS).
Fenilalanin ammonia liase (PAL) adalah enzim yang diinduksi pada jalur
fenilpropanoid dalam biosintesis berbagai produk alami fenilpropanoid seperti
lignin, pigmen, flavonoid, dan fitoaleksin. Senyawa biologis aktif yang berada
dalam tanaman bertindak sebagai elisitor yaitu untuk menginduksi resistensi pada
tanaman inang sehingga dapat mengurangi penyebaran dan pelebaran infeksi
(Vidhyasekaran, 1992). Aktivitas PAL dipengaruhi oleh respon biotik dan abiotik
4
termasuk serangan patogen, jaringan yang terluka, radiasi UV, paparan logam
berat, suhu rendah, dan rendahnya tingkat nitrogen, fosfat, atau ion (Dixon dan
Paiva, 1995).
Aktivitas PAL merupakan respon stres yang bisa dijadikan kontrol regulasi.
Kontrol aktivitas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu penghambatan
produk, regulasi transkripsi dan translasi, post translational inaktivasi dan
proteolisis, enzim/kompartemensi subselular, dan regulasi umpan balik metabolit
(Adomas et al., 2007).
Saat ini diketahui berbagai varietas padi hitam dengan kandungan antosianin
yang bervariasi. Beberapa tanaman padi hitam yang mempunyai kadar antosianin
tinggi yaitu cempo ireng 428,39 mg/100 g, pari ireng 230,48 mg/100 g, padi hitam
magelang 196,34 mg/100 g. Sedangkan varietas padi hitam yang mempunyai
kadar antosianin rendah adalah melik 100,06 mg/100 g, jlitheng 53,22 mg/100 g,
dan padi hitam bantul 90,22 mg/100 g (Kristamtini, 2014). Dengan perbedaan
kadar antosianin pada berbagai varietas menarik digunakan untuk menganalisis
perbedaan pathway dalam mekanisme pertahanan tanaman yang terinfeksi bakteri
Xoo.
Pada saat ini studi mengenai mekanisme pertahanan padi hitam terhadap
patogen belum diketahui dalam literatur sehingga pada penelitian ini dirancang
untuk mengetahui mekanisme jalur pertahanan pada berbagai variasi padi hitam
yang terserang penyakit hawar daun bakteri.
5
B. Permasalahan
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka permasalahan yang
dapat diangkat dalam penelitian ini antara lain:
1. Bagaimanakah tingkat ketahanan padi hitam setelah infeksi Xoo?
2. Bagaimanakah aktivitas enzim Phenilalanine Ammonia Lyase pada padi hitam
setelah infeksi Xoo?
3. Bagaimanakah profil protein padi hitam (Oryza sativa L.) setelah infeksi Xoo?
C. Tujuan
Berdasarkan permasalahan yang diajukan, maka tujuan dilakukannya
penelitian yaitu:
1. Menganalisis tingkat ketahanan padi hitam setelah infeksi Xoo.
2. Menganalisis aktivitas enzim Phenilalanine Ammonia Lyase pada padi hitam
setelah infeksi Xoo.
3. Mengetahui profil protein padi hitam (Oryza sativa L.) setelah infeksi Xoo
dengan menganalisis berat molekul protein.
6
D. Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini meliputi:
1. Memberikan informasi mengenai tingkat ketahanan padi hitam terhadap infeksi
Xoo dengan menggunakan AUDPC.
2. Memberikan informasi mengenai aktivitas enzim Phenilalanine Ammonia
Lyase setelah infeksi Xoo pada padi hitam sebagai pertahanan suatu tanaman
terhadap infeksi.
3. Memberikan informasi mengenai profil protein pada padi hitam setelah infeksi
Xoo.