PERILAKU DEFENSI DAN KARAKTERISASI GEN DUGAAN PADA

PERILAKU DEFENSIF DAN KARAKTERISASI
GEN DUGAAN PADA QTL sting-2 LEBAH MADU
Apis cerana (Fab.) (HYMENOPTERA: APIDAE)
APRIANI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Perilaku Defensif dan
Karakterisasi Gen Dugaan pada QTL Sting-2 Lebah Madu Apis cerana (Fab.)
(Hymenoptera: Apidae) adalah karya saya bersama komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juni 2009
Apriani
NIM G352070061
ABSTRACT
APRIANI Defensive Behaviour and Characterization Predicted Gene of
Quantitative Trait Loci (QTL) sting-2 Genes Apis cerana (Fab.) (Hymenoptera:
Apidae). Supervised by RIKA RAFFIUDIN and UTUT WIDYASTUTI.
Apis cerana that mostly keep in Indonesia rural beekeeper showed high
aggressive trait. That behavior might be due to the genetics factor as studied by
previous researchers in Apis mellifera, it was controlled by genes expressed in
Quantitative Trait Loci (QTL) sting-2. The objectives of this study were to
examine the defensive behavior pattern of A. cerana during 6 am – 4 pm and to
characterize 36L17.1, 36L17.14, and 36L17.15 predicted genes of QTL sting-2. A.
cerana. Defensive observations were carried out in Tanjungsari Sumedang and
Nyalindung Sukabumi, West Java by using nine colonies for each location.
Twenty µl of isopentyl acetate (IPA) was pipetted to the black cotton ball as the
defensive stimulus and were performed between 6 am - 4 pm (two hrs interval).
One A. cerana colony was used for 36L17.1, 36L17.14, and 36L17.15 of QTL
sting-2 A. cerana genes characterization. Defensive behavior of A. cerana as
shown in balling to the black cotton ball was high at 8 am and 10 pm in
Nyalindung, while it was high at 6 and 10 am in Tanjungsari. Characterization of
the genes revealed that length (bp) and percent identity (%) of the predicted genes
in QTL sting-2 A. cerana 36L17.1, 36L17.14, and 36L17.15 to A. mellifera were
179 bp (93%), 171 bp (90%) and 206 bp (97%) bp, respectively. Therefore, total
length (bp) has been characterization of the predicted genes QTL sting-2 A.
cerana were 556 bp. Predicted gene 36L17.15 digested with AccIII and CfoI
revealed the same sites as A. mellifera.
Key words: Apis cerana, isopentyl acetate, defensive, predicted genes in QTL
sting-2
RINGKASAN
APRIANI. Perilaku Defensif dan Karakterisasi Gen Dugaan pada QTL sting-2
Lebah Madu Apis cerana (Fab.) (Hymenoptera: Apidae). Dibimbing oleh RIKA
RAFFIUDIN, UTUT WIDYASTUTI
Apis cerana (Fab.) (Hymenoptera:Apidae) merupakan kelompok serangga
sosial yang banyak diternakkan masyarakat, khususnya masyarakat pedesaan dan
kawasan sekitar hutan. Di Indonesia lebah ini banyak diternakan masyarakat
kedua setelah lebah impor Eropa Apis mellifera (Linn.) (Hymenoptera: Apidae).
Nyalindung (Sukabumi) dan Tanjungsari (Sumedang) adalah lokasi A.
cerana banyak dibudidayakan oleh masyarakat. Namun masyarakat masih
menghadapi banyak kendala dalam menangani A. cerana ini, terutama sifat
agresifnya yang tinggi. Sifat agresif A. cerana ditunjukkan dengan bentuk
perilaku defensif, yang tujuannya adalah untuk mempertahankan sumberdaya dan
keutuhan koloni terutama dari serangan predator. Predator utama yang sering
dijumpai pada lebah ini adalah jenis Tabuhan Vespa sp (Hymenoptera: Vespidae).
Perilaku defensif pada A. mellifera ditunjukan dengan perilaku menyengat.
Penelitian mengenai kisaran harian perilaku menyengat yang dilakukan A.
mellifera adansonii di Ghana sudah dilakukan. Informasi perilaku menyengat
yang tinggi selama aktivitas harian (pukul 06-00-18.00) pada A. mellifera
adansonii terjadi pukul 06.00 dan 10.00. Respon defensif A. mellifera adansonii
pada penelitian ini diketahui memiliki korelasi positif terhadap aktivitas terbang
lebah keluar sarang mencari pakan. Informasi ini dapat menjadi rekomendasi
mengenai waktu yang tepat untuk menangani lebah ini. Pada A. cerana informasi
mengenai kisaran harian perilaku defensif belum pernah ada, sedangkan selama
ini diketahui banyak masyarakat pedesaan dan kawasan sekitar hutan khususnya
yang menangani lebah ini sebagai sumber mata pencaharian.
Pada penelitian ini dipelajari aktivitas terbang dan respon perilaku defensif
A. cerana. Koloni A. cerana yang digunakan yaitu sebanyak 18 koloni dari dua
lokasi yaitu Nyalindung (9 koloni) dan Tangjungsari (9 koloni). Metode dalam
menguji respon perilaku defensif A. cerana pada penelitian ini dilakukan dengan
menggunakan alat uji agresivitas dan stimulus feromon tanda bahaya (alarm
pheromone) lebah yaitu isopentil asetat (IPA). Alat uji agresifitas yang digunakan
berdasarkan penelitian perilaku defensif pada A. mellifera. Alat tersebut berupa
bandul yang dibungkus kain hitam (diameter 3cm) dan digantung diujung tongkat.
Pada bandul tersebut ditetesi 20 µl IPA 98% sebagai stimulus berupa feromon
tanda bahaya. Feromon tanda bahaya merupakan feromon yang dikeluarkan pada
sengat lebah dan menjadi sinyal bagi anggota koloni lainnya untuk melakukan
aksi defensif atau bertahan. Pertahanan yang dilakukan lebah ini terutama dalam
bentuk perilaku menyerang dengan menyengat.
Bandul yang telah ditetesi IPA tersebut diposisikan sejauh 10 cm di depan
lubang sarang dengan digerak-gerakkan kekiri dan kekanan. Banyaknya jumlah
lebah yang menyerang dan menyengat teridentifikasi sebagai respon defensif
terhadap gangguan. Semua respon yang terjadi selama pengamatan direkam
menggunakan handycam. Selama pengamatan perlakuan dicatat juga data
lingkungan berupa kelembaban udara, temperatur udara, dan kecerahan udara.
Pengamatan perilaku defensif dan aktivitas terbang dilakukan pada pukul
06.00, 08.00, 10.00, 12.00, 14.00, dan 16.00 WIB (dua kali ulangan, interval 30
menit tiap waktu pengamatan). Jumlah individu yang terhitung pada aktivitas
terbang digunakan untuk mempelajari keterkaitan antara aktivitas terbang dengan
respon perilaku defensif.
Pada pengamatan aktivitas terbang, koloni A. cerana asal Nyalindung dan
Tanjungsari memperlihatkan aktivitas terbang yang tinggi pada waktu yang sama
yaitu pukul 06.00 dan 08.00. Terdapat lima urutan respon perilaku defensif A.
cerana Perilaku tersebut adalah (1) menjaga sarang (D1) (2) Penambahan A.
cerana di sekitar lubang sarang (D2) (3) Terbang mendekati bandul (D3) (4)
berkumpul membentuk struktur seperti bola (balling) pada lubang sarang (D4)
dan (5) balling pada bandul (D5). Berdasarkan perilaku defensif respon perilaku
balling di bandul yang tinggi di Nyalindung terjadi pada pukul 08.00 dan 10.00.
Sedangkan di Tanjungsari terjadi pada pukul 06.00 dan 10.00. Respon ini sama
dengan perilaku menyengat yang terjadi pada A. mellifera adansonii yang juga
terjadi pada pukul 06.00 dan 10.00.
Aktivitas terbang banyak terjadi pada pukul 06.00 dan 08.00 di kedua lokasi
penelitian. Aktivitas terbang A. cerana dipengaruhi oleh faktor lingkungan yaitu
suhu udara, kelembaban dan intensitas cahaya. Apabila kelembaban tinggi, maka
aktivitas terbang A. cerana meningkat. Apabila suhu meningkat maka aktivitas
terbang A. cerana menurun. Suhu udara (temperatur) merupakan faktor
lingkungan yang paling penting untuk aktivitas lebah. Kisaran waktu terjadinya
perilaku defensif pada A. cerana dapat menjadi dasar dalam penanganan usaha
budidaya A. cerana, khususnya rekomendasi mengenai waktu untuk menangani A.
cerana, yaitu pada saat perilaku defensif rendah.
Perilaku defensif pada lebah dipengaruhi oleh lingkungan dan genetik.
Perilaku defensif diketahui merupakan perilaku yang menunjukkan variasi yang
kontinu dan dikontrol oleh banyak gen (poligen). Beberapa gen yang mengontrol
suatu perilaku yang bersifat kontinu dan berada dalam satu lokus disebut dengan
Quantitative Trait Loci (QTL). QTL sting-2 adalah daerah pada kromosom lebah
yang bertanggung jawab dalam perilaku defensif pada A. mellifera. Terdapat 15
(36L17.1-36L17.15) gen dugaan (predicted genes) pada QTL sting-2 yang
bertanggung jawab untuk perilaku defensif pada A. mellifera. Sedangkan pada A.
cerana keberadaan gen ini belum diketahui dan belum ada informasi mengenai
gen dugaan pada QTL sting-2 A. cerana.
Berdasarkan data gen dugaan A. mellifera yang sudah terkarakterisasi, pada
penelitian ini dilakukan karakterisasi pada A. cerana. Karakterisasi gen dugaan
pada QTL sting-2 A. cerana dilakukan melalui tahapan ekstraksi DNA,
amplifikasi DNA, elektroforesis & visualisasi DNA serta sequencing (perunutan)
DNA. Elektroforesis dilakukan menggunakan PAGE 6% (Polyacrilamide Gel
Electrophoresis) dan pewarnaan DNA dengan perak nitrat. DNA yang diperoleh
kemudian disekuen di Lembaga Biologi Molekular Charoen Phokphand, Jakarta.
Data DNA berupa hasil sekuensing diedit dengan program Genetyx Win versi 4.0.
Alignment (penjajaran) DNA dilakukan menggunakan program ClustalX.
Penjajaran DNA dilakukan untuk menganalisis kemiripan (homologi) sekuen
DNA. Penjajaran DNA dilakukan berdasarkan gen dugaan A. mellifera dan data
genom lebah A. mellifera (BLAST Honey bee sequences) melalui situs NCBI
(www.ncbi.nlm.nih.gov).
Ukuran pita DNA hasil amplifikasi (amplikon) pada gen dugaan 36L17.1,
36L17.14 dan 36L17.15 A. cerana pada gel berturut-turut sekitar 180, 185, dan
200 pasang basa (pb). Ukuran pita DNA ini masing-masing diprediksi
berdasarkan sekuen DNA yang diapit tiap pasang primer berdasarkan sekuen
DNA gen dugaan pada QTL sting-2 A. mellifera. Sedangkan hasil sekuens gen
dugaan A. cerana 36L17.1 menggunakan pasangan primer F3R3 menghasilkan
panjang basa sebesar 179 pasang basa (pb). Hasil sekuens gen 36L17.14
menggunakan pasangan primer F3R9 dan 36L17.15 menggunakan pasangan
primer F6R6 berturut-turut sebesar 171, dan 206 pb.
Setelah disejajarkan dengan data genom lebah A. mellifera (BLAST Honey
bee Sequences) gen dugaan 36L17.14 dan 36L17.15 A. cerana dengan data genom
A. mellifera homolog pada GenBank dengan nomor aksesi NW_001253303.
Sedangkan gen dugaan 36L71.1 homolog pada data genom A. mellifera GenBank
dengan nomor aksesi NW_001253228.
Hasil analisis homologi sekuen gen dugaan A. cerana dengan A. mellifera
menunjukkan adanya kesamaan dan perbedaan pada sekuen antara keduanya.
Persentase kesamaan sekuen gen dugaan A. cerana 36L17.1, 36L17.14, dan
36L17.15 dengan A. mellifera pada analisis homologi berturut-turut adalah 23.40,
38.52, dan 72.10%. Sedangkan analisis homologi melalui BLAST
memperlihatkan nilai tingkat kesamaan dan Expectation value (E-value) untuk
masing-masing gen dugaan tersebut berturut-turut sebesar 93% (3e-22), 90% (2e38), dan 97% (1e-92). Dari ketiga gen dugaan A. cerana tersebut, nilai E-value
gen dugaan 36L17.15 memiliki nilai E-value lebih rendah. Berdasarkan hasil
tersebut dieksplorasi keragaman DNA berdasarkan situs restriksi. Analisis enzim
resriksi (PCR-RFLP) menggunakan AccIII dan CfoI menunjukkan satu situs
pemotongan. Situs pemotongan restriksi A. cerana juga terdapat pada A. mellifera,
namun posisi pemotongannya berbeda.
Besarnya ukuran gen dugaan pada QTL sting-2 A. cerana yang berhasil
dikarakterisasi pada penelitian ini adalah 556 pasang basa. Sedangkan gen dugaan
sting-2 A. mellifera yang telah dikarakterisasi besarnya sekitar 81.000 pasang
basa. Hal ini menandakan bahwa masih sebagian besar gen dugaan pada QTL
sting-2 A. cerana yang belum diketahui sekuen basanya dan perlu dilakukan
karakterisasi. QTL sting-2 pada A. mellifera diketahui mengekspresikan perilaku
menjaga sarang. Berdasarkan penelitian ini untuk membuktikan ekspresi perilaku
tesebut maka perlu dianalisis mRNA pada gen dugaan A. cerana (36L17.1,
36L17.14 dan 36L17.15) terutama pada A. cerana penjaga sarang.
Kata kunci: Apis cerana, perilaku defensif, gen dugaan, QTL sting-2
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencamtumkan
atau menyebutkan sumber. Pengutipan untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan , penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah; dan pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
PERILAKU DEFENSIF DAN KARAKTERISASI
GEN DUGAAN PADA QTL sting-2 LEBAH MADU
Apis cerana (Fab.) (HYMENOPTERA: APIDAE)
APRIANI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Tesis
: Perilaku Defensif dan Karakterisasi Gen Dugaan pada
QTL sting-2 Lebah Madu Apis cerana (Fab.)
(Hymenoptera: Apidae)
Nama
: Apriani
NIM
: G352070061
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Utut Widyastuti, M.Si
Dr. Ir. Rika Raffiudin, M.Si
Ketua
Anggota
Diketahui
Ketua Mayor Biosains Hewan
Dr. Bambang Suryobroto
Tanggal Ujian: 29 Mei 2009
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
Tanggal Lulus:
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Purnama Hidayat