Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui

Review
Menara Perkebunan, 2009, 77(2),125-137.
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit
melalui induksi perkembangan reproduktif:
homologi molekuler dari tanaman kakao
Possible improvement of oil palm productivity through induced reproductive
development: a molecular homology from cacao trees
Djoko SANTOSO1), SAMANHUDI2) & Tetty CHAIDAMSARI1)
1)
2)
Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan, Bogor 16151, Indonesia
Fakultas Pertanian - Universitas Sebelas Maret, Surakarta 57126, Indonesia
Summary
Flowering plays a vital role in attempts to
improve
crop
productivity.
Flowering
development is controlled at molecular level
through a series of regulated expression of
homeotic genes of MADSBOX which encode
transcription factors. Among plant species,
MADSBOX genes are structurally and
functionally conserved. Our research on cacao
showed that the primary genes involved in the
flowering, TcLFY, TcAP1 and TcAG, have also
very similar characteristics as other plant
species. Homology analysis using online program
of Clustal-W, demonstrated that the TcLFY is
highly homologous to the LFY genes of citrus,
poplar and rubber tree. Similarly TcAP1 is
homologous to the AP1 genes of grapevine,
poplar and citrus. Whereas the TcAG
sequentially has a high homology to the AG of
cotton, poplar and Arabidopsis. The TcAP1 was
complementary functional in the system of a
model plant. Ectopic expression of the AP1
induced early flowering of tobacco plantlets in
vitro. Field trials conducted in cacao plantation
strongly indicated that flowering and fruit setting
were inducible by spraying of VGR formulae.
VGR is known to inhibit biosynthesis of GA
hormone which affects expression of LFY
flowering gene in most plant species. This
flowering improvement has increased the fruit
setting which finally improved the productivity
of cacao. In oil palm homeotic genes were
reported to high level of conservation at their
structures and functions as well. Altered
expression of the MADSBOX genes affects the
development of flowering. Abnormality occurred
in tissue culture derived oil palm, is due to
imbalance expression levels of the flowering
identity genes. A better understanding on the
molecular process of the flowering development
in oil palm should solve the problem of the
abnormality by improving culture conditions and
development of an early detection kit. Moreover,
an opportunity to direct sexual differentiation
leading to improve the productivity of oil palm
will be widely opened.
[Key words : MADSBOX, Elais guineensis,
Theobroma cacao, molecular
homology ].
Ringkasan
Pembungaan memiliki peranan vital untuk
produktivitas tanaman. Inisiasi dan perkembangan
organ tanaman tersebut dikendalikan secara
molekuler melalui serangkaian ekspresi gen-gen
homeotik MADSBOX yang menyandikan faktor
transkripsi. Struktur dan fungsi kelompok gen ini
pada tanaman memiliki tingkat konservasi yang
125
Santoso et al.
tinggi. Penelitian pada tanaman kakao
menunjukkan bahwa gen utama yang berperan
pada pembungaan (TcLFY, TcAP1 dan TcAG)
juga memiliki karakteristik yang sangat mirip
dengan gen yang sama dari spesies tanaman
lainnya. Analisis kekerabatan genetik dengan
program Clustal-W, menunjukkan bahwa TcLFY
memiliki tingkat homologi tertinggi dengan gen
LFY dari tanaman jeruk, poplar dan karet. TcAP1
sangat homologus dengan gen AP1 dari tanaman
anggur, poplar dan jeruk. TcAG secara berurutan
homologus dengan gen AG dari tanaman kapas,
poplar dan Arabidopsis. Gen TcAP1 berfungsi
baik dalam sistem pada tanaman tembakau.
Ekspresi konstitutif TcAP1 pada tanaman
tembakau mampu menginduksi pembungaan
tanaman tersebut in vitro. Penelitian di kebun
menunjukkan
bahwa
pembungaan
dan
pembuahan kakao dapat diinduksi dan ditingkatkan dengan mengaplikasikan formulasi
senyawa VGR. Senyawa ini diketahui sebagai
penghambat biosintesis hormon GA yang pada
kebanyakan tanaman mempengaruhi ekspresi gen
pembungaan LFY. Peningkatan pembungaan ini
diikuti oleh peningkatan pembuahan yang
akhirnya meningkatkan produktivitas tanaman
kakao. Pada tanaman kelapa sawit gen-gen
homeotik juga dilaporkan memiliki konservasi
struktural dan fungsi yang tinggi. Perubahan
ekspresi kelompok gen MADSBOX ini memiliki
pengaruh yang dominan terhadap perkembangan
organ reproduktifnya. Abnormalitas yang terjadi
pada tanaman kelapa sawit asal kultur jaringan
disebabkan antara lain ketidaknormalan tingkat
ekspresi
gen
identitas
pembungaannya.
Pemahaman yang lebih baik terhadap proses
molekuler dari perkembangan organ reproduktif
kelapa sawit akan membantu mengatasi masalah
abnormalitas
tersebut,
misalnya
dengan
memperbaiki kondisi kultur yang lebih sesuai dan
mengembangkan suatu kit untuk deteksi dini
abnormalitas sawit hasil kultur jaringan. Selain
itu, peluang untuk mengarahkan diferensiasi
bunga sawit ke arah peningkatan produksi juga
menjadi terbuka lebar.
Pendahuluan
Peningkatan produktivitas tanaman
masih menjadi salah satu program
pemuliaan kelapa sawit yang diharapkan
selain dapat meningkatkan produksi total,
juga meningkatkan daya saing komoditas
minyak sawit karena biaya produksinya
menjadi
lebih
rendah.
Peningkatan
produktivitas tanaman dapat ditempuh
setidaknya melalui dua pendekatan, yaitu
pemakaian bibit unggul yang memiliki
potensi produksi tinggi atau teknik budidaya
yang
intensif
untuk
mendapat-kan
produktivitas nyata
yang optimal. Di
lapangan, sering terjadi kesenjangan yang
besar antara produksi potensial dengan
produksi nyata. Misalnya potensi produksi
varietas atau klon kelapa sawit tertentu
adalah 40 ton TBS (tandan buah segar) per
ha, namun kenyataan di lapang produksinya
hanya 25 ton TBS atau bahkan kurang dari
20 ton TBS/ha. Produktivitas kebun kelapa
sawit di Indonesia tergolong rendah, ratarata nasional hanya sekitar 20,25 ton
TBS/ha/ tahun (Suryana et al., 2007). Secara
umum, produktivitas kebun kelapa sawit
Indonesia lebih rendah daripada Malaysia.
Menurut Tony-Liwang
dalam Anonim
(2007) produksi nasional hanya sekitar
15 ton TBS/ha/tahun sedangkan di Malaysia
mencapai 25 ton TBS/ha/tahun.
Jumlah buah atau berat TBS merupakan
parameter utama yang digunakan untuk
menentukan produktivitas tanaman atau
kebun kelapa sawit. Secara kuantitatif
seluler jumlah dan kualitas buah ini ditentukan sejak awal fase pembungaan. Oleh
karena itu riset yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi
buah seyogianya dilakukan juga di tingkat
126
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui induksi……
bunga. Bahkan dengan kemajuan bidang
biologi molekuler yang pesat, riset juga
harus mengkaji aspek genetik karena inisiasi
dan perkembangan bunga dikendalikan di
tingkat molekuler melalui ekspresi gen-gen
hometik atau pada tanaman disebut
MADSBOX.
Artikel ini merupakan ulasan perkembangan riset di bidang biologi molekuler
tentang gen-gen homeotik dalam proses
pembungaan dua tanaman perkebunan
kelapa sawit dan kakao (Santoso, 2006).
Analisa komparatif dilakukan untuk melihat
kemungkinan peningkatan produktivitas
tanaman kelapa sawit dengan pengetahuan
praktis pada kakao dan referensi pada kelapa
sawit tentang gen-gen homeotik yang telah
dipublikasikan antara lain oleh Adam et al.
(2007)
Perkembangan bunga dikendalikan oleh gen
MADSBOX
Pembungaan pada tanaman dikendalikan oleh sejumlah faktor endogen
maupun lingkungan. Studi pada tanaman
model Arabidopsis menunjukkan bahwa
yang termasuk faktor lingkungan pemicu
terjadinya pembungaan adalah kondisi
cahaya, suhu, dan cekaman. Sedangkan
faktor endogen yang berpengaruh antara lain
adalah umur tanaman, kandungan hormon,
sukrosa dan sebagainya. Secara molekuler,
proses pembungaan tanaman berlangsung
mengikuti empat alur pensinyalan (signaling
pathways) yang diilustrasikan sebagai model
pada Gambar 1 (Blázquez, 2000). Model ini
dibuat berdasarkan interaksi genetik antara
beberapa mutan pada gen-gen saat (Time),
meristem dan identitas organ pembungaan.
Secara umum faktor atau sinyal
diterima oleh reseptor kemudian ditransmisikan ke dalam nukleus yang menyebabkan terjadinya ekspresi serangkaian gen
yang akhirnya mengarah pada pembentukan
bunga (Sung et al., 2003). Pada alur cahaya
(kiri), cahaya ditangkap oleh reseptor
cahaya. Dalam kondisi cahaya mencukupi
(long-day), interaksi ini akan mengaktifkan
alur pensinyalan long-day. Pada alur ini,
gen-gen meristem pembungaan diaktivasi
oleh FLOWERING LOCUS T (FT). Pada
tanaman tahunan (parennial), protein ini
juga dikenali sebagai sinyal florigenik
universal yang bersifat sistemik (Lifschitz &
Eshed, 2006; Shalit et al., 2009). Jika
kondisi cahaya tidak mencukupi, insiasi
pembungaan sangat tergantung pada alur
pensinyalan GA (kanan) ataupun alur suhu
(kedua dari kiri). Status metabolit tanaman
direfleksikan sebagai jumlah sukrosa yang
beredar, juga menginduksi terjadinya pembungaan (kedua dari kanan). Target dari
gen-gen saat pembungaan yang menyandikan faktor transkripsi, adalah gen-gen
meristem pembungaan seperti LFY dan AP1
(hijau) yang mengaktifkan gen-gen identitas
organ pembungaan. Kekuatan gen LFY
sebagai penginduksi pembungaan tanaman
dilaporkan juga dari percobaan in vitro
menggunakan konstruk 35S::LFY (Putterill
et al., 2004).
Secara struktur gen-gen di dalam alur
pensinyalan pembungaan ini termasuk
kelompok gen homeotik yang sering disebut
MADSBOX dan memiliki struktur yang
unik dengan tingkat konservasi
tinggi
pada domain MADS-nya. Secara fungsi
molekuler gen-gen MADSBOX menyandi
protein-protein yang dapat mengaktifkan
proses transkripsi dari gen target (faktor
126
Santoso et al.
Cahaya
Suhu
Nutrisi
GA1-5
ADG1
PGM
CO
FCA
LD
Reseptor
GA
VRN2
Sukrosa
FT
FLC
X
Y
AP1 FUL
LFY
Pembungaan
Gambar 1. Alur pensinyalan perkembangan bunga.
Figure 1. Signaling pathway of flower development.
transkripsi). Secara morfologis MADSBOX
memiliki fungsi homeotik, menentukan
wujud fisik perkembangan reproduktif pada
eukariot. Dibandingkan dengan kelompok
eukariot lainnnya. Faktor transkripsi yang
disandi oleh MADSBOX pada tanaman
tingkat tinggi memiliki keunikan struktur
MIKC (Theissen et al., 2000).
Gen utama pembungaan tanaman kakao
terkonservasi
Mekanisme molekuler dari proses
pembungaan telah diungkap banyak pada
spesies tanaman herbal semusim. Pada
spesies tanaman tahunan tropis seperti
kelapa sawit dan kakao informasi molekuler
tentang proses pembungaan masih sangat
terbatas. Isolasi dan karakterisasi tiga gen
utama yang berperan dalam proses pembungaan kakao (Theobroma cacao L.) telah
dilakukan di Balai Penelitian Bioteknologi
Perkebunan Indonesia. Masing-masing dari
ketiga gen tersebut adalah TcLFY, TcAP1
dan TcAG.
Keberadaan gen LFY pada kakao dapat
dideteksi menggunakan teknik PCR dengan
primer heterologous yang dirancang berdasarkan daerah terkonservasi dari gen
tersebut. Dengan informasi sekuen dari
fragmen (gDNA) TcLFY yang terdeteksi
tersebut, klon genomik 2,7 kb dapat diisolasi
meng-gunakan teknik genome walking.
Analisis BlastX (http://www.ncbi.nlm. nih.
gov/) membuktikan bahwa 2,5 kb dari DNA
yang terisolasi tersebut adalah homolog
LEAFY full length.
Analisis penjajaran majemuk (multiple
alignment analysis) menggunakan program
online
(http://www.ebi.ac.uk/clustalW.)
menunjukkan bahwa LFY kakao memiliki
homologi yang tinggi dengan homolognya
dari spesies tanaman tahunan berkayu
(Gambar 2). Pohon filogenetik tersebut
menunjukkan bahwa TcLFY memiliki
hubungan genetik yang sangat dekat dengan
gen LFY dari tanaman jeruk (CsLFY). Gen
tersebut berada pada klaster genetik yang
sama dengan poplar (Pb), karet (Hb), akasia
(Am), tembakau (Nt), tomat (Le), apel (Md),
dan anggur (Vv). Homolog LFY ini berada
pada cabang yang berlainan dengan LFY
dari Arabidopsis (At), ataupun dari kelompok monokotil jagung (Zm) dan padi (Os).
Pada model ABC genetik pembungaan
di Arabidopsis, AP1 adalah satu dari dua gen
tipe A, yang bertanggung-jawab untuk
127
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui induksi……
AtLFYY
EgLFYY
ZmFL1
TcLFY
OsFL
CsLFY
PbLFY
HbLFY
AmL
VvLFY
NtFL2
LeFLO
MdAFL2
MdAFL1
Gambar 2. Pohon filogenetik protein Lfy dari kakao dan homolognya dari beberapa spesies tanaman
lainnya.
Figure 2. Phylogenetic tree of Lfy proteins of and its homologs of other several plant species.
pembentukan sepal dan petal. Selain itu,
faktor transkripsi MADSBOX ini juga
berfungsi dalam meristem pembungaan.
Untuk melihat fungsi TcAP1 dalam
meristematik pembungaan, dilakukan RTPCR menggunakan RNA total dari jaringan
pembungaan. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa ekspresi TcAP1 terdeteksi
pada bantalan bunga, yaitu jaringan
meristem dimana bunga biasanya muncul
(Gambar 3). Selanjutnya, ekspresi ektopik
dari gen TcAP1 terbukti bahwa produknya
dapat menginduksi pembungaan pada
planlet tembakau in vitro (data tidak
ditampilkan). Untuk menguji fungsi gen
identitas pembungaan tipe A, ekspresi
spatial TcAP1 pada beberapa jaringan kakao
diuji dengan teknik RT-PCR dengan primer
yang sama. Hasil pengujian menunjukkan
bahwa transkrip TcAP1 dijumpai banyak di
jaringan sepal dan petal. Ekspresi pada
lingkaran yang lebih dalam dari bunga
kakao sangat rendah atau tidak terdeteksi
(Santoso, 2006). Hasil ini membuktikan
bahwa TcAP1 memiliki fungsi A pada
model ABC.
Telah dilakukan kloning dari cDNA
penyandi faktor transkripsi TcAP1, suatu
homolog AP1 dari kakao. Protein deduksi
dari klon cDNA dari TcAP1 yang sekuen cds
lengkapnya berukuran sekitar 0,9kb
digunakan dalam analisis homologi dengan
sekuen-sekuen DNA ataupun proteinnya
yang dapat diakses dari GenBank (http://
www.ncbi.nlm.nih.gov/).
Protein
yang
dihasilkan memiliki tingkat homologi
tertinggi (85 %) dengan homolognya dari
anggur, Vitis vinifera AP1-like protein
(AAT07447), kemudian dengan Populus
balsamifera PTAP1-1 (AY615964), dan
128
Santoso et al.
pb
400
200
1
2
3
4
5
6
Gambar 3. RT-PCR dengan RNA dari beberapa jaringan kakao. Panel atas RNA total yang digunakan.
Lini 1 marka DNA, 2-6 adalah dari kuncup, bantalan berbunga, bantalan pasif, bantalan
bertunas, dan jaringan daun.
Figure 3. RT-PCR using total RNA of several cacao tissues. Top panel is the total RNA, Lane 1 is DNA
marker, 2-6 are from flower bud, active, pasive flower cushions, shooting cusion, and leaf
respectively.
Citrus sinensis AP1. Homolog AP1 dari
kelompok dikotil ini agak jauh dari
homolognya dari kelompok monokotil
seperti Oryza sativa dan Zea mays AP1
(Gambar 4).
Pola ekspresi TcAP1 ini sangat
mungkin merupakan refleksi dari fungsinya
sebagai gen identitas pembungaan tipe A
dari model ABC, dimana gen tersebut yang
berperan dalam pembentukan sepal (Mandel
& Yanofsky, 1995; Ferrandiz et al., 2000).
Kenyataannya dari hasil analisis pola
ekspresi spatial yang dilakukan lebih lanjut
menggunakan
RT-PCR,
menunjukkan
fungsi fungsi A dari model ABC. TcAP1
diekspresikan sangat kuat pada sepal dan
petal. (data tidak ditunjukkan, Chaidamsari,
2005).
Homolog gen AG telah diklon melalui
pustaka cDNA kakao (TcAG) (Chaidamsari
et al., 2006). Mirip dengan AG dari Arabidopsis, TcAG diekspresikan pada dua
lingkaran (whorls) yang lebih dalam dari
bunga kakao (Gambar 5).Transkrip dijumpai
banyak pada jaringan stamen dan ovari,
sedangkan pada jaringan sepal dan petal,
ekspresinya tidak terdeteksi (Chaidamsari
et al., 2006).
Untuk meneliti lebih lanjut fungsi
homeotik TcAG dilakukan transgenesis
dengan Arabidopsis. Overekspresi AG diharapkan memberikan perubahan homeotik
pada lingkaran pertama dan kedua. Hasil
percobaan menunjukkan bahwa ekspresi
ektopik TcAG pada Arabidopsis transgenik
menghasilkan fenotipe seperti mutan ap2
dengan tingkat yang lemah hingga kuat.
Namun, fenotipe mutan tersebut berkorelasi
positif dengan level transkrip TcAG dalam
tanaman transgenik tersebut (Gambar 6).
Klon TcAG dengan cds lengkap
memiliki panjang DNA 939pb atau sama
dengan protein yang terdiri dari 241 asam
amino. Analisis penjajaran dengan sekuen
protein yang ada di GenBank menunjukkan
homolognya dari tanaman kapas Gossypium
hirsutum AG-like protein GhMADS-3
(86,3%), kemudian dengan tanaman poplar
129
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui induksi……
AtAGL8
ScAGL8
LeTDR4
StTF
PhFPB26
ZmM4
EgAP1
OsAP1
VvFUL-L
VvAP1-L
NtMADS
PtAP1-1
NtAP1-2
MdMB
TcAP1
MdAP1-L
SaAP1
BoAP1
AtAP1
CsAP1
Gambar 4. Pohon filogenetik TcAP1 dengan AP1 atau MADS BOX dari spesies tanaman lainnya.
TcAP1 sangat dekat dengan homolognya dari tanaman poplar dan jeruk.
Figure 4.
.
Phylogenetic tree of TcAPI and the homologs of other plant species. TcAPI is closely
related to the homologs of the poplar and citrus.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Gambar 5. Produk RT-PCR dengan RNA berbagai jaringan kakao dan primer spesifik TcAG. Lini 1-10
adalah daun, bantalan bertunas, pasif, berbunga, kuncup bunga, sepal, petal, staminod,
pistil dan ovari. Panel atas adalah RNA total yang digunakan.
Figure 5. RT-PCR product using total RNA of several cacao tissues using TcAG specific primers.
Lanes 1-10 are from leaf, shooting, positive and active flower cushion, flower bud, sepal,
petal, staminode, pistil and ovary respectively. Top panel is the total RNA.
130
Santoso et al.
A
B
C
D
Gambar 6. Morfologi bunga A. thaliana. (A) bunga galur liar. (B) Fenotipe bunga ekspresi lemah dari
TcAG, sepal dan petal yang lebih kecil. (C) Overekspresi TcAG mengakibatkan hilangnya
petal dan munculnya sepal mirip karpel. (D) Overekspresi TcAG juga memberikan struktur
mirip ovul (tanda anak panah).
Figure 6. Morphology of A. thaliana flowers. (A) wild type flower. (B) flower fenotipe expressing
weakly TcAG, sepal and petal are smaller. (C) Overexpression of TcAG causing the
absence of petal and forming carpel like sepal. (D) Overexpression of TcAG is also forming
ovule like structure (arrows).
PTAG1 dan PTAG2 (84,6%), Sedangkan terhadap AG Arabidopsis dan tomat, TcAG memiliki
kekerabatan genetik yang agak jauh (data tidak ditunjukkan).
Formulasi VGR meningkatkan pembungaan dan produktivitas tanaman kakao
Salah satu alur pensinyalan pada pembungaan tanaman adalah alur homonal GA (giberelic
acid). Pada tataran praktis, inhibitor GA sering digunakan dalam kultur teknis tanaman untuk
meningkatkan produktivitas tanaman karena rendahnya hormon ini pada level tertentu dapat
meng-hambat pertumbuhan vegetatif sehingga memberi kompensasi bagi organ reproduktif
tanaman seperti bunga untuk berkembang lebih baik.
Percobaan lapang menggunakan formulasi dengan komposisi tertentu menun-jukkan bahwa
dengan aplikasi formula FISCA (flower inducing substances for cacao) yang berbahan aktif VGR
(vegetative growth retardant) dapat meningkatkan pembungaan tanaman kakao (Samanhudi
et
al., 2006). Diantara formulasi yang diuji,
P-1S dan C-2000S adalah formula terkuat sebagai
penginduksi pembungaan pada tanaman kakao (Gambar 7 kanan). Kedua formula tersebut dapat
menginduksi tana-man kakao dewasa untuk berbunga lebih awal tiga minggu maupun lebih
banyak 200-300% (pada 11 minggu setelah penyem131
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui induksi……
protan) daripada perlakuan kontrol (Gambar
7 kiri). Perlakuan ini juga meningkatkan
jumlah pentil (buah muda) yang terbentuk
dan berkembang kemudian lebih dari 100%
(data tidak ditunjukkan).
Meskipun mekanisme molekuler dari
pembungaan terinduksi ini belum diketahui
pasti, namun dari data percobaan yang telah
dilaporkan, diduga kuat tetap mengikuti alur
pensinyalan pembungaan sebagaimana
diuraikan di atas. VGR menghambat biosintesis GA. Hormon ini menekan
pertumbuhan vegetatif sehingga sukrosa
produk fotosintesis teralokasi lebih banyak
ke jaringan meristem dimana gen-gen
homeotik dapat berubah ekspresinya.
Kondisi metabolit yang kaya sukrosa ini
menyebabkan alur pensinyalan nutrisi
(kedua dari kanan pada Gambar 1) menjadi
aktif yang akhirnya terjadi pembungaan.
Pengaruh inhibitor dari biosintesis GA
terhadap pembungaan pada kakao ini terjadi
melalui penghambatan perkembangan tunas
(vegetatif) yang memberikan konsekuensi
pada realokasi asimilat (sukrosa) untuk
mendukung perkembangan reproduktif
(Wilkie et al., 2008).
Gen homeotik kelapa sawit memiliki struktur
dan fungsi yang terkonservasi
Sebagai tanaman tahunan, bunga
kelapa sawit terbentuk sepanjang tahun. Dari
setiap ketiak pelepah daun yang telah
berumur dapat terbentuk satu kali satu
tandan bunga jantan atau satu tandan bunga
Gambar 7. Bantalan bunga tanaman kakao beberapa minggu setelah penyemprotan. Panel kiri kontrol
dengan air = tidak muncul bunga (atas), selanjutnya muncul tunas (bawah). Panel kanan
dengan FISCA, muncul bunga.
Figure 7.
Flower cushions of cacao trees several weeks after the spray. Left panel is control spryed
with water only=no flower (top), then forming shoot (lower). Right panels were spryed with
FISCA, forming flowers.
132
Santoso et al.
betina secara terpisah. Namun kadangkadang bunga jantan dan betina terdapat
bersamaan di dalam satu tandan (Adam
et al., 2005). Perbedaan antara kedua jenis
bunga tersebut antara lain bunga jantan
memiliki organ staminat ”tunggal” (individual) sedangkan bunga betina membentuk
triad yang terdiri dari satu pistilat yang
diapit oleh dua staminat. Kapan terjadinya
diferensiasi seksual ini, belum ada informasi
pasti. Diferensiasi diperkirakan terjadi antara
17 – 25 bulan sebelum antesis (Lubis, 1992).
Namun demikian, rasio antara bunga betina
dengan bunga jantan dipengaruhi oleh faktor
endogen umur tanaman dan faktor lingkungan seperti status nutrisi dan air. Pada
umur tanaman tiga tahun rasio bunga betina
per bunga total (sex-ratio) sekitar 95% dan
menurun hingga menjadi 50% pada umur
tanaman 10 tahun (Lubis, 1992).
Secara genetika molekuler, perkembangan organ reproduktif tanaman kelapa
sawit termasuk belum banyak ketahui.
Beberapa tahun terakhir, dijumpai sejumlah
laporan hasil riset dasar molekuler tentang
pembungaan kelapa sawit. Studi ini diawali
dari fenomena bunga abnormal atau buah
mantled yang dijumpai pada tanaman kelapa
sawit hasil kultur jaringan (Morchillo et al.,
2005; Alwee et al., 2006; Adam et al.,
2007). Dari laporan tersebut disimpulkan
bahwa perkembangan bunga pada kelapa
sawit secara genetika molekuler lebih
mengikuti model ABC, bukan model
modified ABC seperti pada beberapa spesies
monokot tertentu. Selanjutnya gen-gen
MADSBOX pada kelapa sawit yang telah
diklon dan terkait dengan perkembangan
Tabel 1. Pola ekspresi lima gen MADSBOX kelapa sawit dan fenotipe dari ekspresi ektopiknya
Table 1 .Expression patterns of five MADSBOX genes of oil palm and the phenotypes from their ectopic
expressions.
Pola ekspresi
Gen
Sawit mantel
Fenotipenya pada
A.thaliana
Fungsi
terduga
Bunga jantan
Bunga betina
EgSQUA1
Inflorescence &
meristem bunga
Inflorescence &
meristem bunga
Tidak terpengaruh
Jangkung (banyak
ruas)
A
EgDEF1
Stamen & petal
Staminod & petal
Ekspresi rendah
pada kedua seks
Tak ada perubahan
yang nampak
B
EgGLO2
Sepal, petal &
stamen
Sepal & petal
Ekspresi rendah
pada kedua seks
Berubah dari sepal ke
petal
B
EgAG2
Semua whorls
pada yg muda
Ovul/primordia
karpel
Rendah pada
bunga betina
Tak ada perubahan
yang nampak
C dan/
atau D
EgAGL2-1
Petal & stamen
Petal & primordia
ovul
Ekspresi rendah
pada kedua seks
Sepal & petal mirip;
bunga dlm bunga
E
Sumber: Adam et al. (2007)
133
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui induksi……
terkonservasi. Riset yang mempelajari pola
ekspresi beberapa gen EgMADSBOX pada
tiga jenis bunga, yaitu bunga jantan, betina
dan mutan mantled mengindikasikan fungsi
hometik yang terkonsevasi dalam model
ABC (Tabel 1). Transkrip EgSQUA1
ditemukan hanya pada meristem baik bunga
jantan, betina maupun mantel, namun tidak
terdeteksi pada sepal. Hal ini diduga karena
perbedaan, dimana secara morfologi baik
sepal maupun petal bunga sawit, keduanya
lebih bersifat petaloib. Fungsi meristematik
pembungaan dari EgSQUA1 sejajar dengan
AP1 pada spesies tanaman lainnya. Namun
fungsinya sebagai tipe A dalam model ABC
masih perlu dikonfirmasi lebih lanjut.
Peningkatan produktivitas sawit melalui
perbaikan perkembangan organ reproduktif
Ada dua aspek molekuler dari pembungaan melalui mana peningkatan produktivitas tanaman kelapa sawit dapat
ditingkatkan. Pertama adalah perbanyakan
klonal yang menghasilkan bibit kelapa sawit
dengan tingkat abnormalitas rendah. Kedua,
membuat struktur genetik atau kondisi
budidaya tanaman kelapa sawit yang
memiliki sex-ratio terjaga relatif tinggi.
Kedua pemikiran tersebut didasarkan pada
pertimbangan ilmiah (state of the art) hingga
saat ini sebagaimana tertera pada Tabel 2.
Peningkatan produktivitas melalui per-
Tabel 2. Pendekatan molekuler dalam peningkatan produktivitas kelapa sawit.
Table 2. Molecular approaches toward possible improvement of oil palm productivity.
State of the Art
Kelanjutan/ Konsekuensi
1. Perbanyakan klonal tanaman kelapa sawit unggul
• Teknologi kloning tanaman kelapa sawit telah
cukup maju
• Bibit sawit klonal dgn abnormalitas rendah (<5%):
meningkatkan produksi hingga 40%
• Proses molekuler terjadinya abnormalitas sawit
mulai terungkap, adanya peran gen-gen MADSBOX
¾ Penyempurnaan teknologi: kondisi
hormonal atau kultur yang mungkin
berpengaruh
¾ Mekanisme rinci/ pasti terjadinya
abnormalitas
¾ Menciptakan kit diagnostik untuk
deteksi dini abnormalitas
2. Peningkatan sex-ratio tanaman kelapa sawit
• Proses molekuler pembungaan terkonservasi
mengikuti model ABC
• Pada sistem kakao berlaku model ABC,
produktivitas tanaman dapat ditingkatkan dengan
kondisi buatan (aplikasi) VGR
• Adanya konservasi fungsi sistem pembungaan
kakao dgn kelapa sawit
¾ Mekanisme rinci dari proses
molekuler diferensiasi seksual
¾ Faktor penentu dalam proses
diferensiasi seksual
¾ Formulasi nutrisi/ hormonal yang
efektif dan ekonomis meningkatkan
sex-rasio
134
Santoso et al.
banyakan klonal terdapat tiga poin
pertimbangan sebagaimana tertera pada
kolom kiri State of the Art. Tiga tindak
lanjut yang perlu diselesaikan untuk tahap
tingkat tepat guna (kolom kanan). Pertama
adalah penyempurnaan teknologi, terutama
optimasi kondisi kultur. Dalam hal
peningkatan produktivitas melalui peningkatan sex-ratio kelanjutan pertama yang
harus dilakukan adalah mengungkap mekanisme dari proses molekuler diferensiasi
seksual. Setelah itu, skrining/pengujian
faktor-faktor penentu, kemudian untuk
membawanya ke tingkat tepat guna
diperlukan menyusun formulasi yang efektif
dan ekonomis sehingga meningkatkan sexratio tanaman kelapa sawit di kebun.
Laporan sebelumnya menyebutkan antara
lain defoliasi pada tanaman kelapa sawit
dapat menurunkan sex-rationya (Corley
et al., 1995), demikian sebaliknya cadangan
fotosintat mempengaruhi sex-ratio juga
(Williams & Thomas, 1970). Menurut
Corley (1976) zat pengatur tumbuh (ZPT)
juga memberikan pengaruh terhadap sexratio tanaman kelapa sawit. GA menurunkan
sex-ratio tanaman kelapa sawit.
Kesimpulan
Sebagaimana tanaman lainnya, mekanisme molekuler dari proses pembungaan
tanaman kelapa sawit terindikasi mengikuti
model ABC. Pengetahuan yang lebih
mendalam tentang hal tersebut akan membuka peluang bagi peningkatan produktivitas
tanaman melalui dua pendekatan yaitu
perbanyakan klonal tanaman kelapa sawit
unggul, dan peningkatan sex-ratio tanaman
kelapa sawit.
Daftar Pustaka
Adam, H., S. Jouannic, J. Escoute, Y. Duval,
J. L. Verdeil & J.W. Tregear (2005).
Reproductive developmental complexity in
the African oil palm (Elaeis guineensis).
Am. J. Bot., 92, 1836–1852.
Adam, H., S. Juannic, F. Morcillo, J.L Verdell,
Y. Duval & J.W. Tregear (2007).
Determination of flower structure in Elaeis
guineensis: Do palms use the same
homeotic genes as other species? Ann. Bot.,
100, 1-12.
Alwee, S.S., C.G. Van der Linden, J. Van der
Schoot, S. de Folter, G.C. Angenent & S.C.
Cheah (2006). Characterization of oil palm
MADS box genes in relation to the mantled
flower abnormality. Plant Cell, Tiss. &
Org. Cult., 85, 331–344.
Anonim (2007). Meski produsen nomor satu,
produktivitas sawit Indonesia rendah.
ANTARA NEWS. http://www.antara. co.id/
arc/2007/7/20
Blasquez, M. A. (2000). Flower developmental
pathways. J. Cell Sci.,113, 3547-8.
Chaidamsari, T., Samanhudi, H. Sugiarti,
D.
Santoso,
G.C.Angenent
&
R. A. de Maagd (2006). Isolation and
characterization of an AGAMOUS homologue from cocoa. Plant Sci., 170, 968-975.
Corley, R.H.V. (1976). Sex differentiation in oil
palm: Effects of growth regulators. J. Exp.
Bot ., 27, 553-558.
Corley, R.H.V., M. Ng & C. R. Donough (1995).
Effects of defoliation on sex differentiation
in oil palm clones. Experiment. Agricult.,
31, 177-190.
135
Kemungkinan peningkatan produktivitas kelapa sawit melalui induksi……
Ferrandiz, C., Q. Gu, R. Martienssen &
M. F. Yanofsky (2000). Redundant
regulation of meristem identity and plant
architecture by FRUITFULL, APETALA1
and CAULIFLOWER. Development, 127,
4725-4734.
Santoso, D. (2006). Molecular and Genetic
Engineering Studies Toward Improvement
of Cacao Bean Production. Bogor,
Indonesian
Biotechnology
Research
Institute for Estate Crops. 133p.
Lifschitz, E. & Y. Eshed (2006) Universal
florigenic signals triggered by FT
homologues regulate growth and flowering
cycles in perennial day-neutral tomato.
J. Experimen. Bot., 57, 3405–3414.
Shalit, A., A. Rozman, A. Goldshmidt,
J.P. Alvarez, J.L. Bowman, Y. Eshed &
E. Lifschitz (2009). The flowering hormone
florigen functions as a general systemic
regulator of growth and termination. PNAS,
106, 8392-8397.
Lubis, A. U. (1992). Kelapa Sawit (Elaeis
guineensis Jacq.) di Indonesia. Pusat
Pematang Siantar, Penelitian Perkebunan
Marihat-Bandar Kuala
Sung, Z. R., L. J. Chen & Y. H. Moon (2003).
Molecular mechanism of shoot determinacy
and flowering in Arabidopsis. Hort Sci., 38,
1325-1327.
Mandel, M. A. & M. F. Yanofsky (1995). A
gene triggering flower formation in
Arabidopsis. Nature, 377, 522-524.
Suryana, A., D. H. Goenadi, L. Erningpraja,
B. Drajat, B. Hutabarat & A. Kurniawan
(2007). Prospek Dan Arah Pengembangan
Agribisnis Kelapa Sawit. Edisi Kedua.
Jakarta,
Badan
Penelitian
dan
Pengembangan Pertanian - Departemen
Pertanian. 36p.
Morchillo, F., C. Gagneur, H. Adam, F. Richaud,
R. Singh, S-C Cheah, A. Rival, Y. Duval
& J.W. Tregear (2005). Somaclonal
variation in micro-propagated oil palm.
Characterization two novel genes with
enhanced expression in epigenetically
abnormal cell lines and in response to
auxin. Tree Physiol., 26, 1-10.
Putterill, J., R. Laurie & R. Macknight (2004).
It's time to flower: the genetic control of
flowering time. BioEssays, 26, 1-11.
Samanhudi, R. Poerwanto, Sobir, A Purwito,
D. Santoso (2006). Aplikasi paklobutrazol
dan CCC untuk menginduksi pembungaan
tanaman kakao (Theobroma Cacao L.)
Agrosains, 8 (1), 7-12.
Theissen, G., A. Becker, A. Di Rosa, A. Kanno,
J.T. Kim & T. Munster (2000). A short
history of MADS-box genes in plants.
Plant Mol. Biol., 42, 115-149.
Wilkie, J.D, M. Sedgley & Trevor Olesen (2008).
Regulation of floral initiation in
horticultural trees. J. Experiment. Bot., 59,
3215–3228.
Williams, C. N. & R.L. Thomas (1970).
Observations on sex differentiation in the
oil palm, Elaeis guineensis L. Ann. Bot.,
34, 937-963.
136