ANALISIS KERAGAMAN GENETIK KAYU AFRIKA (Maesopsis eminii Engl.) BERDASARKAN PENANDA RANDOM AMPLIFIED POLYMORPHIC DNA (RAPD)
YULISTIA WULANDARI
DEPARTEMEN SILVIKULTUR FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
RINGKASAN YULISTIA WULANDARI. Analisis Keragan Genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) Berdasarkan Penanda Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD). Dibimbing oleh ISKANDAR ZULKARNAEN SIREGAR. Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) merupakan salah satu jenis kayu yang potensial untuk dikembangkan di Indonesia. Kayunya memiliki banyak kegunaan. Informasi mengenai keragaman genetik Kayu Afrika penting untuk mendukung program konservasi genetik dan pemuliaan pohon. Salah satu cara untuk mengetahui keragaman genetik Kayu Afrika adalah dengan menggunakan analisis DNA. Salah satu penanda molekuler berbasis DNA yang telah banyak diaplikasikan sebagai penanda genetik tanaman adalah RAPD. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis keragaman genetik DNA Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) berdasarkan penanda RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Bahan tanaman yang digunakan dalam penelitian ini adalah 50 anakan Kayu Afrika yang berasal dari 10 pohon plus Kayu Afrika dari 2 populasi. Populasi pertama yaitu Hutan Pendidikan Gunung Walat, Sukabumi (P.002, P.008, P.010, P.015 and P.021) dan populasi kedua yaitu Gunung Mas, Bogor (P.034, P.059, P.065, P.089 and P.096). Analisis DNA dilaksanakan di Ruang Analisis Genetika, Laboratorium Silvikultur, Fakultas Kehutanan, IPB dari OktoberDesember 2006. Analisis keragaman genetik Kayu Afrika dilakukan dengan menggunakan software POPGENE 32. Sedangkan analisis hubungan kekerabatan dilakukan dengan menggunakan software NTSYS ver 2.0. Dalam analisis keragaman genetik Kayu Afrika diperoleh 3 primer yang menghasilkan kualitas amplifikasi paling bagus, yaitu OPY-04, OPY-14 dan OPY-16. Keragaman genetik yang diukur terbagi dalam dua tingkatan, yaitu keragaman genetik dalam populasi dan keragaman genetik antar populasi. Nilai keragaman genetik dalam populasi sebesar 0.1366 sedangkan nilai keragaman genetik antar populasi sebesar 0.1923. Hasil analisis dengan menggunakan POPGENE 32 diperoleh nilai he antar pohon plus berkisar antara 0.0982-0.1635. Nilai keragaman genetik terbesar dimiliki oleh pohon plus P.096 sedangkan nilai keragaman genetik terkecil dimiliki oleh pohon plus P.010. Analisis gerombol menunjukkan adanya 2 kelompok utama yang terbentuk. Kelompok pertama terdiri dari P.002, P.008, P.015 dan P.010 yang berasal dari populasi Sukabumi. Kelompok kedua terdiri dari P.059, P.065 dan P.089 yang merupakan pohon plus dari populasi Bogor. Dari dendogram juga terlihat bahwa terdapat 3 pohon plus yang terpisah dari populasinya, yaitu P.096, P.034 dan P.021. Jarak genetik terdekat antara P.008 dengan P.015 (0.0122) dan jarak genetik terjauh yaitu antara P.034 dengan P.065 (0.1613). Kesimpulan yang diperoleh yaitu Kayu Afrika asal Sukabumi dan Bogor memiliki keragaman genetik yang optimal. Analisis gerombol memperlihatkan pengelompokkan yang jelas berdasarkan posisi geografisnya. Kata kunci : Keragaman genetik, Maesopsis eminii Engl., RAPD
SUMMARY YULISTIA WULANDARI. Genetic Variation Analysis of Maesopsis eminii Engl. Using Randomized Amplified Polymorphic DNA (RAPD). Under Supervision of ISKANDAR ZULKARNAEN SIREGAR. M. eminii is one of potential wood in Indonesia. Its wood can be used for various purposes. An effort to expand M. eminii plantation is carried out by providing high quality seeds. The information about genetic variation is needed to support programs in genetic conservation and tree improvement. DNA analysis has been used to obtain this information. One of genetic markers frequently utilized is RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). The aim of this research is analyze genetic variation of M. eminii based on RAPD marker. Plant materials that used in this research are 50 progenies of 10 plus trees. Five plus trees of M. eminii were selected in each of two populations, namely Hutan Pendidikan Gunung Walat, Sukabumi (P.002, P.008, P.010, P.015 and P.021) and Gunung Mas, Bogor (P.034, P.059, P.065, P.089 and P.096). DNA analysis was conducted at in Genetic analysis room, Sylviculture laboratory, Faculty of Forestry, IPB on October to December 2007. Data analysis of M. eminii was performed using software POPGENE 32 and NTSYS ver 2.0. Three primers were selected for RAPD analysis of M. eminii, namely OPY04, OPY-14 and OPY-16. The genetic variation of M. eminii was examined at two different level, i.g. plus trees and population levels. The average genetic variation of population level (He = 0,1984) is higher than that of plus tree level (0,1366). The genetic variation values among plus trees ranged from 0.0982-0.1635. The highest genetic variation was observed in the progenies of the plus tree coded P.096 and lowest in the progenies of the plus tree coded P.010. Cluster analysis based on UPGMA dendogram showed two significant clusters. The first cluster (Sukabumi population) consisted of plus tree progenies coded P.002, P.008, P.015 and P.010, while second cluster (Bogor population) formed from plus tree progenies coded P.059, P.065 dan P.089. Three progenies of plus trees P.096, P.034 and P.021 was separated from both Sukabumi and Bogor populations. The closest genetic distances are P.008 and P.015 (0.0122) and the longest genetic distances are P.034 and P.065 (0.1613). It could be concluded that M. eminii has optimum genetic variation. Based on UPGMA analysis revealed that clustering was reflected geographically proximity or habitat. Keywords : Genetic variation, Maesopsis eminiii Engl., RAPD
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Analisis Keragaman Genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) Berdasarkan Penanda Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD)” adalah benar-benar hasil karya saya sendiri dengan bimbingan dosen pembimbing Dr. Ir. Iskandar Zulkarnaen Siregar, M. For, Sc. dan belum pernah digunakan sebagai karya ilmiah pada perguruan tinggi atau lembaga manapun. 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 skripsi ini.
Bogor, Januari 2008
Yulistia Wulandari NRP E14203014
Judul
: Analisis Keragaman Genetik Kayu Afrika (Maesopsis Eminii Engl.) Berdasarkan Penanda Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD)
Nama
: Yulistia Wulandari
NIM
: E 14203014
Menyetujui: Dosen Pembimbing,
(Dr. Ir. Iskandar Z. Siregar, M. For. Sc) NIP. 131 878 498
Mengetahui: Dekan Fakultas Kehutanan,
(Dr. Ir. Hendrayanto, M. Agr) NIP. 131 578 788
Tanggal : .........................
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan pada bulan Oktber s.d Desember 2006 adalah keragaman genetik Kayu Afrika, dengan judul Analisis Keragaman Genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) Berdasarkan Penanda Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis keragaman genetik Kayu Afrika yang merupakan salah satu jenis kayu potensial di Indonesia. Karya ilmiah ini memuat metodologi penelitian dengan menggunakan teknik RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) serta hasil analisis genetik pada 10 populasi Kayu Afrika yang berasal dari Sukabumi dan Bogor. Selain itu, disajikan juga implikasi hasil penelitian terhadap program pemuliaan dan konservasi genetik Kayu Afrika. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Iskandar Z. Siregar, M.For.Sc. selaku dosen pembimbing yang penuh kesabaran memberikan dorongan, bimbingan, arahan dan masukan kepada penulis selama awal penelitian hingga penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Mirza Dikari Kusrini dan Dr. Ir. Juang Rata Matangaran, MS selaku dosen penguji, Bapak Zulfahmi, S. Hut, M. Si, Tedi Yunanto, S.Hut dan teman-teman BDH 40 serta semua pihak yang telah membantu terselesaikannya penelitian dan skripsi ini. Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih yang paling dalam kepada orang tua penulis, Bapak, Mamah dan adik-adik tercinta yang senantiasa memberikan dukungan, doa dan kasih sayang kepada penulis. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2008 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Ciamis tanggal 5 Juli 1986 sebagai putri dari pasangan Udin dan Dra. Cicih Sutarsih. Penulis merupakan anak pertama dari empat bersaudara. Pada tahun 1996 penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar Negeri 1 Karang Ampel, Ciamis dan melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 1 Sukadana sampai tahun 2000. Tahun 2003 penulis menyelesaikan pendidikan di SMU Negeri 2 Ciamis dan pada tahun yang sama melanjutkan pendidikan Sarjana (S1) di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Budidaya Hutan, Departemen Manajemen Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Selama menuntut ilmu di IPB, penulis pernah aktif dalam sejumlah organisasi kemahasiswaan yakni sebagai staff Human Resources Development (HRD) Asean Forestry Student Association (AFSA) LC IPB periode 2004-2005, 2005-2006, dan sebagai Sekretaris Umum Paguyuban Mahasiswa Galuh Ciamis (PMGC) periode 2003-2004. Penulis juga pernah menjadi asisten mata kuliah Genetika Hutan dan Pemuliaan Pohon Hutan untuk program Sarjana pada tahun ajaran 2007/2008. Selain itu, penulis mengikuti Praktek Pengenalan dan Pengelolaan Hutan (P3H). Praktek Umum Kehutanan (PUK) dilaksanakan di KPH Banyumas Barat, Cilacap dan KPH Banyumas Timur, Baturaden. Sedangkan Praktek Umum Pengelolaan Hutan (PUPH) dilaksanakan di KPH Ngawi, Perum Perhutani Unit I Jawa Tengah dari bulan Juli sampai Agustus 2006. Pada bulan April sampai Juni 2007 penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapang (PKL) di PT. International Nickel Indonesia (PT. INCO) Sorowako, Sulawesi Selatan. Untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan IPB, penulis menyelesaikan skripsi dengan judul ”Analisis Keragaman Genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) berdasarkan Penanda Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD)” yang dibimbing oleh Dr. Ir. Iskandar Zulkarnaen Siregar, M. For. Sc.
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR....................................................................................
i
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR......................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................
v
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian ...................................................................
3
1.3 Hipotesis.................................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian .................................................................
3
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.)...................................
4
2.2 Keragaman Genetik................................................................
6
2.3 Penanda Genetik ....................................................................
7
2.4 PCR (Polymerase Chain Reaction)........................................
8
2.5 RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)..................... 10 BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................ 11 3.2 Alat dan Bahan....................................................................... 11 3.3 Metode Penelitian .................................................................. 13 3.3.1 Ekstraksi DNA ........................................................... 14 3.3.2 Seleksi Primer ............................................................ 15 3.3.3 PCR (Polymerase Chain Reaction)............................ 16 3.3.4 Pengujian Kualitas DNA (Elektroforesis).................. 16 3.4 Analisis Data .......................................................................... 18
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil 4.1.1 Optimasi Ekstraksi DNA............................................ 19 4.1.2 Seleksi Primer ............................................................ 20
4.2
Interpretasi dan Analisis Data 4.2.1 Keragaman Genetik di Dalam dan Antar Populasi Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.)....................... 25 4.2.2 Hubungan Kekerabatan Antar Populasi Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.)............................................ 26
4.3
Pembahasan 4.3.1 Keragaman Genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) .......................................................................... 28 4.3.2 Hubungan Kekerabatan Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) ............................................................... 30 4.3.3 Implikasi
Keragaman
Genetik
Kayu
Afrika
(Maesopsis eminii Engl.) untuk Program Pemuliaan dan Konservasi Genetik ............................................. 31 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................ 33 5.2 Saran....................................................................................... 33
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 34 LAMPIRAN.................................................................................................... 36
DAFTAR TABEL No. 1.
Halaman Data populasi dan jumlah sampel Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) yang digunakan dalam analisis RAPD .......................................
11
2.
Alat dan bahan dalam analisis RAPD ...................................................
12
3.
Komposisis bahan untuk ekstraksi daun Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.)..........................................................................................
14
4.
Komposisi bahan untuk reaksi PCR pada teknik RAPD .....................
15
5.
Urutan basa nukleotida 20 primer (Operon Technology) .....................
16
6.
Tahapan-tahapan dalam proses PCR untuk teknik RAPD....................
16
7.
Kualitas pita DNA yang diamplifikasi masing-masing primer.............
22
8.
Jumlah lokus yang diinterpretasi dari primer OPY-04, OPY-14 dan OPY-16 .................................................................................................
24
Nilai Na, Ne, He dan PLP untuk seluruh populasi Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.).......................................................................
25
Rata-rata keragaman genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) untuk masing-masing populasi..............................................................
26
Jarak genetik antar pohon plus Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.)
26
9. 10. 11.
DAFTAR GAMBAR
No
Halaman
1.
Ciri morfologi Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) ...........................
5
2.
Siklus pembentukan molekul DNA baru dalam proses PCR..................
9
3.
Anakan Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) ...................................... 12
4.
Bagan prosedur teknik analisis RAPD.................................................... 13
5.
Cara penilaian pita dengan sistem skoring.............................................. 18
6.
Profil DNA Kayu Afrika hasil ekstraksi ................................................. 19
7.
Profil DNA Kayu Afrika hasil seleksi primer tahap 1 ............................ 20
8.
Profil DNA Kayu Afrika hasil seleksi primer tahap 2 ............................ 21
9.
Profil DNA hasil PCR dengan menggunakan primer OPY-04............... 23
10.
Profil DNA hasil PCR dengan menggunakan primer OPY-14............... 23
11.
Profil DNA hasil PCR dengan menggunakan primer OPY-16............... 23
12.
Dendogram jarak genetik Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.).......... 27
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Halaman
1. Profil DNA Kayu Afrika hasil PCR........................................................... 37 2. Hasil skoring pita DNA.............................................................................. 40 3. Dendogram jarak genetik antar individu Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.).......................................................................................................... 43
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) adalah jenis kayu endemik dari
Afrika yang termasuk kedalam famili Rhamnaceae dan dikenal dengan nama lokal Manii. Kayu Afrika merupakan jenis kayu yang kurang dikenal, tetapi banyak terdapat di hutan alam Indonesia, khususnya di daerah Jawa Barat. Pertama kali diperkenalkan di Indonesia pada tahun 1920 dan mulai dibudidayakan di daerah Jawa, Sumatra, dan Kalimantan. Dalam pembangunan Hutan Tanaman, Kayu Afrika sudah mulai dimanfaatkan sebagai tanaman pengganti sengon. Kayu Afrika juga dapat dimanfaatkan sebagai tanaman pengkayaan, yaitu sebagai tanaman tepi dan tanaman pembatas (JICA 2003). Pohon Kayu Afrika memiliki daur hidup yang panjang, yaitu antara 30-40 tahun. Jenis ini biasanya dapat tumbuh pada berbagai kondisi lingkungan. Kayu Afrika juga merupakan jenis pohon cepat tumbuh (fast growing species) dan serbaguna. Pertumbuhannya yang optimal mampu mencapai riap 33 m3/ha. Kayunya memiliki kelas kekuatan dari sedang sampai kuat sehingga bagus untuk konstruksi, kotak, dan tiang (Dephut 2002). Menurut Wahyudi et al. (2003) kayu ini potensial sebagai bahan pembuat pulp, sebagai bahan baku kayu lapis dan papan partikel. Salah satu upaya untuk mengembangkan jenis ini adalah dengan menyediakan benih-benih yang memiliki kualitas tinggi agar menghasilkan pohon dan hasil kayu yang bermutu. Benih yang berkualitas diperoleh dari pohon-pohon yang memiliki fenotipe yang baik seperti batang lurus, bebas cabang tinggi dan tahan terhadap serangan hama dan penyakit. Pohon-pohon itu disebut sebagai pohon plus dan merupakan sumber benih utama untuk penanaman. Selain itu, untuk menjamin keberadaan populasinya maka populasi Kayu Afrika harus memiliki keragaman genetik yang tinggi. Sampai saat ini analisis mengenai keragaman genetik dari Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) belum ada, sehingga upaya penelaahannya menjadi sangat penting. Pengetahuan tentang keragaman genetik penting bagi program
pemuliaan karena memberikan dasar untuk pengembangan tanaman selanjutnya. Keragaman genetik ini digunakan sebagai bahan seleksi genotipe yang dikehendaki. Salah satu pendekatan yang dapat dilakukan untuk estimasi variabilitas genotipe adalah dengan menggunakan metode baru berdasarkan analisis molekuler. Pengembangan bidang molekuler dengan analisis DNA (Deoxyribo Nucleic Acid) sudah sering digunakan untuk mengkarakterisasi variasi genetik dan kekerabatan dalam satu genus, spesies, kultivar atau aksesi. Menurut Henry (1997) informasi yang dihasilkan dari analisis DNA juga berguna untuk penentuan hubungan kekerabatan dan filogenetik individu setelah mengalami evolusi karena pengaruh waktu, tempat dan varietas yang digunakan. Dewasa ini telah berkembang berbagai jenis penanda molekuler diantaranya adalah isoenzim, RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism), AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphisms), SSR (Simple Sequence Repeat) atau mikrosatelit. Analisis molekuler dapat memberikan perbedaan yang jelas dengan melihat perbedaan pola pita DNA. Salah satu penanda molekuler berbasis DNA yang telah banyak diaplikasikan sebagai penanda genetik tanaman adalah RAPD. Penanda ini menjadi salah satu alternatif penanda genetik berbasis DNA karena tekniknya lebih cepat, lebih mudah dan lebih murah dibandingkan dengan RFLP, SSR, dan AFLP (Darmono 1996 diacu dalam Robiah 2004). Penanda RAPD telah banyak digunakan untuk menganalisis keragaman pada tanaman pertanian maupun tanaman kehutanan. Pada bidang pertanian, penanda RAPD telah digunakan untuk menganalisa keanekaragaman plasma nutfah jeruk (Karsinah 1999), menganalisa keanekaragaman genetik pisang introduksi (Musa spp.) (Robiah 2004). Sedangkan dalam bidang kehutanan, penanda RAPD untuk menganalisis keragaman Jati Muna (Tectona grandis Linn. F) (Lengkana 2006), untuk menganalisis keragaman genetik empat populasi Eusideroxylon zwageri asal Kalimantan (Sulistyawati et al. 2004) dan untuk menganalisis keragaman genetik Araucaria cunninghamii (Widyatmoko et al. 2004).
1.2
Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis keragaman genetik
DNA Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.) berdasarkan penanda RAPD.
1.3
Hipotesis 1. Berdasarkan penanda RAPD didapatkan keanekaragaman profil DNA didalam dan antar populasi kayu afrika (Maesopsis eminii Engl.). 2. Terdapat hubungan kekerabatan yang dekat antar pohon plus kayu afrika (Maesopsis eminii Engl.) dari populasi yang sama, dan terdapat hubungan kekerabatan yang jauh antar pohon plus dari populasi yang berbeda.
1.4
Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pola
keragaman genetik dan hubungan kekerabatan didalam dan antar populasi Kayu Afrika yang merupakan informasi dasar untuk bahan pertimbangan dalam penentuan strategi pemenuhan kebutuhan bahan tanaman Kayu Afrika berkualitas. Informasi tersebut juga akan dibutuhkan untuk program konservasi sumberdaya genetik dan pemuliaan Kayu Afrika (Maesopsis eminii Engl.).
