1 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Padi merupakan

I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Padi merupakan serealia utama penghasil beras yang dikonsumsi sebagai makanan
pokok oleh sebagian besar penduduk. Sekitar 95% padi diproduksi di Asia (Battacharjee et
al., 2002) dan
merupakan satu tanaman pangan paling penting bagi lebih dari 75%
penduduk Asia dan 2,4 milliar populasi dunia. Populasi penduduk Asia akan meningkat
menjadi lebih dari 4,6 milliar pada tahun 2050 sehingga menuntut produksi beras yang
lebih besar (Kush, 1996; Keshavarzi, 1999; Honarnejad et al., 2000). Sebagian besar beras
yang dikonsumsi adalah beras putih, meskipun terdapat banyak kultivar beras termasuk
yang mengandung pigmen warna, seperti beras merah (red rice) dan beras hitam (black
rice). Nama-nama beras tersebut berhubungan dengan warna (hitam, merah atau ungu)
yang dibentuk oleh simpanan antosianin pada lapisan perikarp, kulit biji (seed coat) atau
aleuron (Chaudhary, 2003),
Beras hitam mulai populer dan dikonsumsi sebagai pangan fungsional seiring
dengan meningkatnya taraf hidup masyarakat dan meningkatnya kesadaran akan
pentingnya kesehatan. Beras berwarna memiliki potensi sebagai sumber antioksidan dan
layak sebagai sumber pangan fungsional (Yawadio et al., 2007). Beras hitam memiliki
kandungan antosianin tinggi pada lapisan perikarp, yang memberikan warna ungu gelap
(Ryu et al., 1998 ; Takashi et al., 2001). Antosianin berfungsi sebagai antioksidan yang
dapat membersihkan kolesterol dalam darah, mencegah anemia, berpotensi meningkatkan
ketahanan tubuh terhadap penyakit, memperbaiki kerusakan sel hati (hepatitis dan
chirrosis), mencegah gangguan fungsi ginjal, mencegah kanker/tumor, memperlambat
penuaan (antiaging) (Harmanto, 2008), serta mencegah penyempitan pembuluh nadi
(atherosclerosis) dan penyakit pembuluh jantung (cardiovascular) (Ling et al., 2001 dan
Ling et al., 2002). Beras hitam juga mengandung protein, vitamin, dan mineral yang lebih
1
tinggi daripada beras putih pada umumnya (Suzuki et al., 2004). Apabila dibandingkan
dengan beras putih, beras hitam lebih kaya kandungan unsur besi (Fe), seng (Zn), mangan
(Mn) dan fosfor (P). Kisaran kandungan unsur-unsur tersebut cukup tinggi tergantung
pada varietas, lokasi dan tipe tanah yang berbeda (Qiu et al., 1993; Liu et al., 1995; Zhang,
2000).
Beras hitam lokal mulai berkembang di beberapa daerah di Indonesia dengan nama
yang berbeda-beda. Beberapa nama beras hitam yang dikenal di Indonesia adalah beras
Wulung (Surakarta), beras gadog dari Cibeusi, Subang, Jawa Barat. Menurut Sasongko et
al. (2008), di Sleman Yogyakarta, beras hitam dikenal dengan nama Cempo Ireng
(Kristamtini, 2008) dan ada juga yang menyebut ”beras jlitheng” (Kristamtini, 2009),
sedangkan di Bantul dikenal dengan ”beras Melik”. Di Nusa Tenggara Timur (NTT), beras
hitam dikenal dengan nama Aen Metan dan Hare Kwa (Suhartini dan Suardi, 2010), di
Magelang dikenal dengan nama Jawa Melik baik yang berbulu maupun yang tidak berbulu.
Di daerah lain, beras hitam belum memiliki nama spesifik sehingga hanya disebut beras
hitam dengan asal berkembangnya beras hitam tersebut, misalnya beras hitam Sragen,
beras hitam Bantul (yang berbeda dengan Melik), dan beras hitam Brebes. Nama beras
hitam yang berbeda-beda tersebut belum diketahui persamaan maupun perbedaannya baik
secara morfologi, genetik maupun biokimia (kandungan antosianin total). Oleh karena itu
diperlukan identifikasi fenotipik dan genotipik terhadap beberapa padi beras hitam lokal
Indonesia. Identifikasi agromorfogenetik dan biokimia
diperlukan sebelum dilakukan
persilangan untuk menentukan pilihan tetua yang akan digunakan dengan tujuan untuk
mengetahui ciri sifat dan potensi yang dimiliki suatu kultivar sehingga akan diketahui
keragaman genetiknya. Sesuai dengan Carsono (2008), kegiatan koleksi plasma nutfah
sebagai sumber keragaman, identifikasi dan induksi keragaman, melalui persilangan ataupun
pemindahan gen merupakan tahapan yang harus dilakukan dalam proses kegiatan pemuliaan.
2
Pada saat ini penelitian pemuliaan selain terfokus pada peningkatan daya hasil,
juga ke arah kualitas hasil seperti
kualitas nutrisi, dan sifat lain bernilai komersial
(Baenziger et al., 2009); termasuk perbaikan warna, rasa, aroma, daya simpan dan
kandungan protein serta kesukaan konsumen/market client (Carsono, 2008). Penelitian ke
arah pembentukan kultivar padi beras hitam unggul dengan sifat produktivitas tinggi, umur
genjah, habitus tanaman rendah, kadar antosianin tinggi dan rasa enak /pulen) di Indonesia
berjalan sangat lambat. Penelitian padi beras hitam dan pola pewarisan warna beras hitam
di luar negeri telah dilakukan oleh Hsieh dan Chang (1964); Mingwei et al. (1995); Hu et
al. (1996); Wang dan Qingyao (2007); Sahu et al. (2011) dan Rahman et al. (2013). Pola
pewarisan sifat warna beras dengan materi padi beras hitam lokal Indonesia belum banyak
diketahui. Oleh karena itu penelitian ke arah pembentukan kultivar padi beras hitam
unggul perlu dilakukan mengingat padi beras hitam lokal pada umumnya memiliki
beberapa kelemahan, seperti umur panjang, habitus tanaman tinggi, rasa kurang enak dan
potensi hasil relatif rendah (antara 4 – 5 ton/ha).
Penelitian genetik sifat warna beras dan seleksi berbantuan penanda akan
menunjang usaha pemuliaan untuk dapat melakukan seleksi secara lebih cepat dan tepat
dalam usaha untuk memperoleh kultivar unggul padi beras hitam. Penelitian tentang
kajian genetik warna beras padi adalah kajian keragaman genetik kultivar padi beras hitam
lokal Indonesia untuk sifat agromorfogenetik dan kandungan antosianin total, pengujian
pola pewarisan, aksi gen untuk sifat warna hitam beras, keterpautan penanda mikrosatelit
terkait sifat warna dan seleksi berbantuan penanda pada hasil persilangan padi beras hitam
dengan padi beras putih. Materi yang digunakan dalam penelitian ini adalah kultivar padi
beras hitam lokal Indonesia dan penelitian ini belum pernah dilakukan sebelumnya.
Penelitian dengan menggunakan materi padi beras hitam lokal Indonesia dilakukan
dengan pertimbangan bahwa padi beras hitam lokal Indonesia semakin langka dan hampir
3
punah sehingga penggunaan materi padi beras hitam lokal Indonesia sebagai tetua
persilangan diharapkan dapat mempertahankan keunggulan dan memperbaiki kelemahan
padi beras hitam lokal Indonesia.
Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi molekuler pada awal
tahun 1980-an ditemukan teknologi penanda berbasis DNA. Pabendon et al. (2011)
mengatakan bahwa teknologi penanda DNA dapat digunakan untuk menjawab pertanyaan
yang berhubungan dengan keragaman genetik, klasifikasi, dan filogeni yang berhubungan
dengan pengelolaan plasma nutfah dan alat bantu seleksi dalam pemuliaan melalui penanda
gen. Beberapa teknologi penanda berbasis DNA yang banyak digunakan adalah RFLP
(Restriction Fragment Length Polymorphism), AFLP (Amplified Fragment Length
Polymorphism), SSR (Simple Sequence Repeats), dan SNP (Single Nucleotide
Polymorphism). Teknologi SSR atau penanda mikrosatelit banyak digunakan karena
praktis, akurat, tingkat polimorfisme tinggi, memungkinkan dilakukannya pengamatan
beberapa penanda sekaligus (multiplex), dan sebarannya merata di seluruh bagian genom
(Susanto et al., 2009). Penanda mikrosatelit dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan
memverifikasi suatu kultivar tanaman (Nunome et al., 2003 ; Vosman et al., 2001).
Pemanfaatan penanda DNA dalam proses seleksi materi pemuliaan tanaman disebut
Marker Assisted Selection (MAS). Menurut Azrai (2005), seleksi dengan penanda DNA yang
didasarkan pada sifat genetik bersifat stabil dan tidak terpengaruh lingkungan. Susanto et al.
(2009) mengatakan bahwa MAS dapat diterapkan terhadap tanaman, bahkan pada saat
tanaman masih muda, baik tanaman di rumah kaca maupun di lapangan tanpa terpengaruh
oleh musim. Beberapa keunggulan tersebut menyebabkan seleksi berdasarkan penanda
DNA berpotensi memberikan hasil yang lebih akurat dibandingkan dengan seleksi
berdasarkan fenotipe tanaman yang terpengaruh oleh musim, iklim mikro, bagian tanaman
tertentu (organ specific), dan tahap pertumbuhan tanaman. Oleh karena itu penggunaan MAS
4
berpotensi sebagai terobosan metode pemuliaan yang dapat mengurangi waktu dan biaya
pemuliaan tanaman.
B. Perumusan Masalah
Pengembangan padi beras hitam di Indonesia berjalan lambat. Di luar negeri,
seperti Afrika dan Tiongkok, padi beras hitam telah berkembang sejak lama walaupun
masih terbatas untuk keperluan adat dan kesehatan. Lambatnya pengembangan padi beras
hitam di Indonesia karena kelemahan yang dimiliki
padi beras hitam, seperti umur
panjang, habitus tanaman tinggi, dan rendahnya potensi hasil (4-5 ton/ha).
Perakitan
kultivar unggul padi beras hitam dengan umur pendek, habitus tanaman rendah, pulen dan
daya hasil tinggi merupakan salah satu upaya pengembangan padi beras hitam. Keberhasilan
pemuliaan sangat tergantung pada keragaman genetik, peran gen dan metode seleksi.
Identifikasi agromorfogenetik dan kandungan antosianin total dilakukan untuk dapat
mengetahui keragaman genetik padi beras hitam lokal sehingga dapat dipilih sebagai tetua
persilangan. Pola pewarisan sifat warna padi beras hitam dapat diduga dengan melihat pola
segregasi pada populasi.
Berdasarkan hasil penelitian Reddy (1996), Chang dan Jordan (1963), Takahashi
(1982), Kinoshita dan Takahashi (1991), Sahu et al. (2011), Sastry (1978), Lei et al.
(2006), Furukawa et al. (2006), Nagao et al. (1957), Mingwei et al. (1995), Wang dan
Qingyao (2007), dan Rahman et al. (2013) tentang pola pewarisan sifat warna beras
terdapat perbedaan pola pewarisan sifat warna dan jumlah gen pengendali sifat warna
beras, yang diduga dipengaruhi oleh pilihan tetua yang digunakan. Oleh karena itu perlu
pendekatan menggunakan beberapa kombinasi persilangan dengan resiproknya untuk
melihat gen yang mengatur sifat warna hitam pada perikarp padi beras hitam lokal
Indonesia.
5
Dalam kaitannya dengan seleksi, penggunaan penanda mikrosatelit sebagai alat
seleksi berbantuan penanda DNA (Marker Assisted Selection = MAS) diharapkan dapat
membantu mempercepat proses seleksi materi pemuliaan tanaman hasil persilangan sehingga
proses perakitan varietas baru lebih efisien.
C. Tujuan Penelitian
1.
Mendapatkan informasi keragaman genetik kultivar padi beras hitam lokal Indonesia
untuk sifat agromorfogenetik dan kandungan antosianin total.
2.
Mengetahui dan mempelajari parameter genetik yaitu peran gen dan pola segregasi
sifat warna beras pada beberapa persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih.
3.
Mendapatkan informasi keterpautan penanda mikrosatelit dengan sifat warna beras
dan efektifitasnya untuk seleksi berbantuan penanda DNA pada populasi hasil
persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih.
D. Keaslian dan Kebaruan Penelitian
Informasi penelitian tentang pola pewarisan sifat warna beras telah dilakukan di
luar Indonesia yaitu Reddy (1996), Chang dan Jordan (1963), Takahashi (1982), Kinoshita
dan Takahashi (1991), Sahu et al. (2011), Sastry (1978), Lei et al. (2006), Furukawa et al.
(2006), Nagao et al. (1957), Mingwei et al. (1995), Wang dan Qingyao (2007), dan
Rahman et al. (2013). Informasi tentang pola pewarisan, parameter genetik sifat warna
beras menggunakan metode klasik, kuantitatif dan pendekatan molekuler sebagai metode
seleksi berbantuan penanda DNA dengan materi kultivar padi beras hitam lokal Indonesia
pada persilangan antara padi beras hitam dengan padi beras putih sampai saat ini belum
dilaporkan. Kultivar lokal padi beras hitam yang digunakan dalam penelitian ini adalah
koleksi Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Yogyakarta yang merupakan hasil
eksplorasi di daerah Yogyakarta dan daerah-daerah lain di Indonesia.
6
E. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi dan tambahan
khasanah keilmuan untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi serta tata laksana seleksi
yang sesuai pada pemuliaan padi beras hitam melalui pemaparan tentang kajian genetik
warna beras padi. Informasi dan tambahan keilmuan tersebut meliputi informasi tentang
keragaman agromorfogenetik dan kandungan antosianin total dari kultivar-kultivar padi
beras hitam lokal Indonesia, peran gen, pola pewarisan, keterkaitan penanda mikrosatelit
dengan sifat warna dan penggunaan penanda molekuler berbantuan DNA sebagai metode
seleksi pada persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih.
7