IDENTIFIKASI KEMIRIPAN GENETIK BEBERAPA
advertisement
IDENTIFIKASI KEMIRIPAN GENETIK BEBERAPA GENOTIPE Saccharum spp.SUMATERA UTARA DENGAN VARIETAS TEBU TOLERAN KEKERINGAN (PS 864 DAN PSJT 941) MENGGUNAKAN PENANDA RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHISM DNA TESIS Oleh: RAMOTI ULI AGNES SAMOSIR 127001002/AGROEKOTEKNOLOGI PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015 Universitas Sumatera Utara IDENTIFIKASI KEMIRIPAN GENETIK BEBERAPA GENOTIPE Saccharum spp.SUMATERA UTARA DENGAN VARIETAS TEBU TOLERAN KEKERINGAN (PS 864 DAN PSJT 941) MENGGUNAKAN PENANDA RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHISM DNA TESIS O l e h: RAMOTI ULI AGNES SAMOSIR 127001002/AGROEKOTEKNOLOGI Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Master Pertanian di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015 Universitas Sumatera Utara LEMBAR PENGESAHAN Judul Tesis Nama NIM Program Studi : IDENTIFIKASI KEMIRIPAN GENETIK BEBERAPA GENOTIPE Saccharum spp.SUMATERA UTARA DENGAN VARIETAS TEBU TOLERAN KEKERINGAN (PS 864 DAN PSJT 941) MENGGUNAKAN PENANDA RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHISM DNA : Ramoti Uli Agnes Samosir : 127001002 : Agroekoteknologi Disetujui oleh, Komisi Pembimbing Dr. Ir. Lollie Agustina P. Putri, MSi Ketua Luthfi A.M Siregar,SP,MSc,PhD. Anggota Diketahui oleh, Ketua Program Studi Dekan Fakultas Pertanian Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP Prof. Dr. Ir. Darma Bakti, MS Tanggal Lulus: 27 Januari 2015 Universitas Sumatera Utara Telah Diuji Pada Tanggal: 27 Januri 2015 PANITIA PENGUJI TESIS: Ketua : Dr. Ir. Lollie Agustina P.Putri, MSi Anggota : Luthfi A.M Siregar,SP,MSc,PhD Prof. Dr. Drs. Dwi Suryanto, MSc Prof. Dr. Ir. Rosmayati, MS Dr. Diana Sofia, SP, MP Universitas Sumatera Utara ABSTRAK RAMOTI ULI AGNES SAMOSIR. Identifikasi Kemiripan Genetik Beberapa Genotipe Saccharum spp.Sumatera UtaraDenganVarietas Tebu Toleran Kekeringan (PS 864 dan PSJT 941) Menggunakan Penanda Random Amplified Polymorphism DNA. Dibimbing oleh LOLLIE AGUSTINA P. PUTRI dan LUTHFI A.M SIREGAR. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui kemiripan genetik beberapa aksesi Saccharum spp. Sumatera Utara dengan varietas tebu toleran kekeringan (PS 864 dan PSJT 941). Sebanyak 30 aksesi Saccharum spp. Sumatera Utara dianalisis kemiripan genetiknya menggunakan penanda RAPD. Dari 14 primer yang di skrining, 10 primer mampu mengamplifikasi template DNA yang menghasilkan fragmen DNA yang reproduktif. Sebanyak 70 pita polimorfik diskoring dari 10 primer yang digunakan. Jumlah produk amplifikasi per primer berkisar 5 (OPN 03) 9 (OPA 04, OPC 18, OPD 03). Ukuran produk amplifikasi 196-1973 bp. Rataan persentase polimorphik dan Polymorphic Information Content (PIC) ke-10 primer yang digunakan adalah 98,75% dan 0,454. Jarak genetik dan pembentukan dendogram dianalisis dengan bantuan Software Darwin 5.05. Koefisien kemiripan Dice digunakan untuk membentuk dendogram. Dari hasil analisis jarak genetik dan dendogram, 30 aksesi Saccharum spp. Sumatera Utara dikelompokkan menjadi 3 kelompok. Koefisien jarak genetik berkisar 0,067 (Gambas Hamparan Perak/Gambas Sunggal)-0,783 (Gelagah Medan Helvetia/Berastagi Sibolangit). PS 864 dan PSJT 941 terdapat pada kelompok yang sama. Aksesi yang mempunyai kemiripan genetik paling dekat dengan PS 864 adalah PS 882 dan PSJT 941 adalah Kidang Kencana. Koefisien kemiripan 0,828 dan 0,787. Kata Kunci: Saccharum spp, toleran kekeringan, RAPD, DNA, primer dan kemiripan genetik Universitas Sumatera Utara ABSTRACT RAMOTI ULI AGNES SAMOSIR. Genetic Similarity Identification of North SumatraSaccharum spp. Genotypes withSugarcane Drought-Tolerant Varieties(PS 864 and PSJT 941) Using Random Amplified Polymorphism DNA Marker. Supervised by LOLLIE AGUSTINA P. PUTRI andLUTHFI A.M SIREGAR. The objectiveof this research was to determine thegenetic similarity ofNorth SumatraSaccharum spp.accessions withsugarcane drought-tolerantvarieties(PS 864andPSJT941).A total of30accessionsof North SumatraSaccharum spp.has been analyzedfor similarity usingRAPDmarker. Fourteendecamer primerswerescreened and tenprimerswere able to amplify DNA template that could producereproductiveDNA fragments. A total 70 polymorphic bands were scored with 10 primers. The number of amplification products per primer ranged from 5(OPN03)to 9(OPA 04, OPC 18, OPD03). Size the amplification products ranged from 196 to 1973 bp. Meanpercentagepolymorphic and PolymorphicInformationContentof10 primers usedwas98,75% and 0,443.Genetic distanceand dendogram formationwere analyzedusing Darwin5.05software. Dicesimilarity coefficientwas usedtoconstruct thedendogram. Based on analysisof geneticdistanceanddendogram,30accessions ofSaccharum spp.North Sumatragroupedinto 3clusters. Genetic distancecoefficients ranged from0,067 (Gambas Hamparan Perak/Gambas Sunggal) to 0,783 (Gelagah Medan Helvetia/Berastagi Sibolangit). PS864andPSJT 941wasin the same cluster. Genetic similarity accession closest with PS 864 was PS 882 and PSJT 941 was Kidang Kencana. The similarity coefficient is 0,828 and 0,787. Keywords: Saccharum spp, drought tolerant, RAPD, DNA, primer and genetic similarity Universitas Sumatera Utara UCAPAN TERIMA KASIH Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dan program studi Agroekoteknologi, Program Pascasarjana Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Ibu Dr. Ir. Lollie Agustina P.Putri, M.Si selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Luthfi A.M Siregar,SP,M.Sc,Ph.D selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak memberikan motivasi, masukan, bimbingan dan saran baik sewaktu penelitian maupun saat penyelesaian tesis ini. 2. Bapak Prof. Dr. Drs. Dwi Suryanto, M.Sc, Ibu Prof. Dr. Ir. Rosmayati, MS dan Ibu Dr. Diana Sofia, SP, MP selaku komisi penguji pada ujian akhir tesis, serta dosen Program Studi Agroekoteknologi atas ilmu dan pengetahuan yang diberikan selama menempuh pendidikan. 3. Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,M.Sc (CTM),SP.A (K)., Direktur Pasca Sarjana USU Bapak Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE, Dekan Fakultas Pertanian USU Bapak Prof. Dr. Ir. Darma Bakti, MS dan Ketua Program Studi Agroekoteknologi Bapak Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti program pasca Sarjana Pertanian di USU. 4. Kementerian Pertanian selaku sponsor biaya pendidikan melalui Program Beasiswa Pascasarjana 2012-2014 yang telah memberikan bantuan biaya pendidikan. Universitas Sumatera Utara 5. Kepala Balai Besar Perbenihan dan Proteksi Perkebunan Sumatera Utara atas kesempatan yang diberikan untuk menempuh pendidikan di USU. 6. PT. Perkebunan Nusantara II Riset Pengembangan Tebu Sei Semayang atas izin untuk pengambilan sampel bahan tanaman di Kebun Koleksi Sei Semayang dan Tanjung Jati. 7. Ibu dr Tetty Aman Nasution selaku Kepala Laboratorium Terpadu Fakultas Kedokteran USU beserta staf (Bu Mardiyah, Pak Indra, Bu Eli) yang telah memberikan izin serta bantuan didalam pelaksanaan penelitian 8. Ayahanda K. Samosir dan Ibunda R. Pakpahan atas limpahan doa, kasih sayang dan motivasi, serta adik-adik dan keponakan saya yang menjadi penyemangat selama ini. 9. Teman-teman AET angkatan 2012 (Retta, Dame, Ariani, Deden, Nani, Makruf) dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian pendidikan, penelitian dan penulisan tesis ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Kiranya tesis ini bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan pengembangan tebu di Sumatera Utara. Medan, Maret 2015 Penulis Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas kehendakNya penulis dapat menyelesaikan tesis ini yang berjudul “Identifikasi Kemiripan Genetik Beberapa Genotipe Saccharum spp Sumatera Utara Dengan Varietas Tebu Toleran Kekeringan (PS 864 dan PSJT 941) Menggunakan Penanda Random Amplified Polymorphism DNA” yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar magister pada Program Pascasarjana Agroekoteknologi di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Lollie Agustina P. Putri, M.Si selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Luthfi A.M Siregar, SP, M.Sc.Ph.D, selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan selama melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini. Karya ilmiah ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis menerima kritik dan saran yang membangun. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan dapat memberikan sumbangan bagi kemajuan ilmu dan teknologi. Medan, Maret 2015 Penulis Universitas Sumatera Utara RIWAYAT HIDUP Ramoti Uli Agnes Samosir, dilahirkan di Samosir pada tanggal 3 Agustus 1975, merupakan anak pertama dari enam bersaudara dari pasangan Bapak K. Samosir dan Ibu R. Pakpahan. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD RK Santo Paulus Onanrunggu pada tahun 1987 dan Sekolah Menengah Pertama di SMP RK Bakti Mulia Onanrunggu pada tahun 1990. Pada tahun 1990, penulis melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Umum di SMU RK Budi Mulia Pematang Siantar. Selanjutnya pada tahun 1993 melanjutkan kuliah di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara dan selesai pada tahun 1998. Pada tahun 2005 penulis diterima sebagai staf Pengawas Benih Tanaman di Direktorat Jenderal Perkebunan, Kementerian Pertanian dan ditempatkan di Balai Besar Perbenihan dan Proteksi Tanaman Perkebunan Medan hingga berkesempatan melanjutkan pendidikan Pasca Sarjana di Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara pada bulan September 2012. Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK......................................................................................................... i ABSTRACT....................................................................................................... ii UCAPAN TERIMAKASIH.............................................................................. iii KATA PENGANTAR....................................................................................... v RIWAYAT HIDUP........................................................................................... vi DAFTAR ISI...................................................................................................... vii DAFTAR TABEL…………………………………………………………….. ix DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………. x DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………….. xi PENDAHULUAN............................................................................................. Latar Belakang............................................................................................ Perumusan Masalah.................................................................................... Tujuan Penelitian........................................................................................ Hipotesis..................................................................................................... Manfaat Penelitian...................................................................................... 1 1 3 4 4 4 TINJAUAN PUSTAKA.................................................................................... Asal Usul, Taksonomi dan Genetik............................................................ Morfologi Umum Saccharum spp.............................................................. Genotipe Saccharum spp di Sumatera Utara.............................................. Varietas Tebu Toleran Kekeringan............................................................. Penanda Random Amplified Polimorphism DNA (RAPD)……………... Keuntungan penggunaan penanda RAPD………………………….. Prinsip analisa DNA dengan RAPD……………………………….. Penggunaan Penanda RAPD Pada Saccharum spp.................................... 6 6 9 13 14 14 15 16 17 BAHAN DAN METODE.................................................................................. Tempat dan Waktu...................................................................................... Bahan dan Alat…………………………………………………………… Bahan tanaman................................................................................... Bahan kimia....................................................................................... Alat..................................................................................................... Pelaksanaan Penelitian................................................................................ Pengambilan sampel daun.................................................................. Isolasi dan pemurnian DNA.............................................................. 19 19 19 19 20 20 21 21 21 Universitas Sumatera Utara Uji kualitas DNA.............................................................................. Seleksi primer................................................................................... Amplifikasi PCR............................................................................... Elektroforesis..................................................................................... Analisis Data RAPD........................................................................... 23 24 25 25 26 HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................................ Hasil............................................................................................................ Kualitas DNA .................................................................................... Amplifikasi PCR dan elektroforesis................................................... Identifikasi Penanda Genotip Spesifik Berdasarkan Analisis RAPD................................................................................................. Analisis kemiripan berdasarkan jarak genetik dan pola pengelompokan………………………...…………………………… Analisis kemiripan berdasarkan pola pita dan jumlah fragmen DNA………………………………………………………………… Analisis faktorial................................................................................. Pembahasan................................................................................................. Kualitas DNA dan kesesuaian primer……………………………… Polimorpisme 10 primer RAPD, PIC dan penanda genotipe spesifik pada 30 aksesi Saccharum sppSumatera Utara…………………….. Pengelompokan aksesi dan kemiripan genetik…………………....... Analisis Faktorial…………………………………………………… 28 28 28 28 KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................ Kesimpulan................................................................................................. Saran........................................................................................................... 51 51 51 DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ 52 LAMPIRAN………………………………………………………………...... 56 32 33 37 41 41 41 42 43 50 Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL No Teks Halaman 1. Varietas yang sedang ditanam dan dikembangkan di PT.Perkebunan Nusantara II Sumatera Utara………………………………………………. 13 2. Bahan tanamandan lokasi pengambilan sampel……………….………...... 19 3. Daftar primer RAPD yang digunakan untuk genotyping 30 aksesi Saccharum sppSumatera Utara………………………………………........ 24 4. DaftarprimerRAPDdenganjumlahpitaperaksesi, jumlahpitamonomorfikdanpolimorphik, persentase polimorphisme, rentang ukuranpitaDNA dan tingkat keinformatifan masing-masing primer pada30 genotipeSaccharum spp Sumatera 29 Utara……………………..................... 5. Identifikasi aksesi dengan penanda genotipe spesifik……………………... 33 6. Matriks jarak atau ketidaksamaan genetik untuk kombinasi pasangan 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara……………………………………. 34 7. Kemiripan pita DNA varietas PS 864 dengan aksesi yang berada pada cabang yang sama dalam sub kelompok ………………………………….. 38 8. Kemiripan pita DNA varietas PSJT 941 dengan aksesi yang berada pada cabang yang sama dalam sub kelompok ………………………………….. 39 Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR No Teks Halaman 1. Bagan alir penelitian identifikasi kemiripan genetik beberapa genotipe tebu (Saccharum spp.) Sumatera Utaradengan varietas PS 864 dan PSJT 941 toleran kekeringan menggunakanRAPD ……………………. 5 2. Bagian batang(daun diklentek) ……………………………….………... 9 3. Bagiandaun(dilepasdari batang)…...………………………………….. 10 4. Perangkat dan tunas akar……………………………………………....... 10 5. Diagram propagul Saccharum spp……………………………………….. 11 6. Profil uji kualitas DNA 30 aksesi Saccharum spp dari beberapa lokasi di Sumatera Utara…..…………………………………………………… 28 7. Pola pita RAPD 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara yang diamplifikasi dengan primer OPB 10…………………..………….......... 30 8. Pola pita RAPD 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara yang diamplifikasi dengan primer OPB 18…………………………..……….. 31 9. Pola pita RAPD 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara yang diamplifikasi dengan primer OPC 04…………..……………………….. 31 10. Pola pita RAPD 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara yang diamplifikasi dengan primer OPC 19……………………..…………….. 32 11. Pola pita RAPD 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara yang diamplifikasi dengan primer OPD 03…………..……………………...... 32 12. Dendogram 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara berdasarkan Matrix Dissimilarity Simple Matching……………………...……………..... 35 13. Profil radial neighbour-joining tree 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara berdasarkan analisis Matrix Dissimilarity Simple Matching…….... 36 14. Perbandingan pola pita dan jumlah fragmen DNA pada varietas PS 864 dan PSJT 941 dengan menggunakan 10 primer RAPD………………… 37 15. Perbandingan pola pita dan jumlah fragmen DNA pada varietas BZ 134 dengan menggunakan 10 primer RAPD………………………………… 38 16. Hubungan genetik 30 aksesi Saccharum spp berdasarkan analisis faktorial, aksis 1 (horizontal), aksis 2 ( vertikal)………………………... 41 Universitas Sumatera Utara DAFTAR LAMPIRAN No Teks Halaman 1. Deskripsi pembuatan larutan stok dan larutan buffer (larutan kerja)……. 56 2. Hasil visualisasi pola pita RAPD 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara pada 9 primer…………………………………...…………………. 58 3. Profil pita spesifik beberapa aksesi pada 4 primer RAPD…….………… 4. Tabel Rekapitulasi Ukuran Pita DNA 30 Aksesi Saccharum spp Sumatera Utara Dengan Menggunakan 10 Primer RAPD………………. 63 5. Peta Sebaran Titik Lokasi Pengambilan Sampel………………………… 67 6. Profil dan deskripsi 30 aksesi Saccharum spp Sumatera Utara…………. 61 68 Universitas Sumatera Utara
