ANALISIS PENGELOMPOKAN DAN HUBUNGAN KEKERABATAN SPESIES ANGGREK PHALAENOPSIS BERDASARKAN KUNCI DETERMINASI DAN MARKA RAPD
OLEH: KRISTINA DFVIATMINI
PROGRAM PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN B O W R BOGOR 2002
ABSTRAK KRISTINA DWIATMINI. Analisis Pengelompokan dan Hubungan Kekerabatan Spesies Anggrek Phalaenopsis Berdasarkan Kunci Determinasi dan Marka RAPD. Dibimbing oleh NURHAYATI A MATTJIK, HAJRIAL ASWIDINNOOR, dan NURITA L TORUAN-MATIUS. Bunga anggrek Bulan (salah satu spesiedjenis dari marga Phalaenopsrs) adalah puspa pesona bangsa Indonesia. Di Indonesia terdapat kira-kira 26 spesies Phalaenopsls yang endemik dari 70 spesies yang dilaporkan. Tanaman anggrek merupakan jenis tanaman yang mempunyai keragaman fenotipik yang sangat besar. Anggrek juga tanaman yang dapat cross fertrl secara intergenerik, sehingga konsep s p i e s secara biologi pada anggrek menjadi rancu. Sampai saat ini sering terjadi pergeseran pengelompokan dan perubahan nama pada suatu jenis anggrek. Karena itu perlu dilakukan penelitian hubungan kekerabatan spesies-spesies Phalaenopsrs dengan menggunakan teknik molekuler untuk melengkapi sistem klasifikasi yang hanya mengandalkan karakter morfologi tanaman. Penelitian dllakukan di Laboratorium Biologi molekuler dan Imunologi, Unit Penelitian Bioteknologi Perkebunul, Bogor dari bulan September 2001 sarnpai April 2002. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengelompokan spesies-spesies anggrek Phalaenopsrs berdasarkan penanda morfologi yang dijadikan basis penyusunan kunci determinasi, mengetahui hubungan kekerabatan berdasarkan analisis pola pita DNA dan mengetahui seberapa jauh keselarasan,korelasi keduanya Enam belas primer digunakan untuk mengamplifikasi DNA berdasu Polymerase Chain Reaction (PCR) dan menghasilkan 300 hgrnen DNA yang polimorfik. Dendrogram tanaman anggrek Phalaenopsis dari data RAPD menggunakan koefisien kemiripan DICE, dari data morfologi menggunakan rumus jarak taksonomi (koefisien DIST) dan korelasi antara matriks kerniripan dan matriks jarak menggunakan fasilitas MXCOMP pada program NTSYS versi 2.02. Analisis komponen utama (KU) dilakukan untuk mengetahui pita-pita yang berperan dan posisi relatif pengelompokan secara terpisah 19 spesies yang diuji. Hubungan kekerabatan berdasarkan koefisien kemiripan Dice adalah antara 0.24 - 0.66 (jarak genetik antara 0.34 - 0.76). Sedangkan jarak taksonomi berdasarkan koefisien Dist adalah 1.42 - 0.08. Nilai korelasi ( r ) antara matriks kemiripan dan matriks jarak adalah kecil yaitu -0.38197, dengan nilai koefisien determinasi R' = 0.1459. Nilai koefisien determinasi yang sangat kecil menunjukkan bahwa hanya 15 % data morfologi dapat untuk mengestimasi kemiripan genetiknya. Hasil analisis komponen utama menunjukkan terdapat 231 pita yang berperan dalam pengelompokan secara terpisah 19 spesies anggrek Phalaenopsis. Pada pemetaan 2 dimensi (KU-1 dan KU-2) menunjukkan 19 genotipe anggrek tersebut tersebar pada tiga kuadran yang berbeda dimana P. amabilis terpisah dengan genotipe lainnya. Terdapat nilai korelasi yang besar yaitu 97.4 % antara pita 0PA38g0 dengan KU-1. Pita tersebut dirniliki secara bersama oleh P. amabilis dm P. schillerana (seksi Phalaenopsis), P. celebensis dan P. equestris (seksi Stauroglotis), P. viridis dan P. h ~ ~ e k -(seki r . ! Fuscatae). J i b KU-1 dan KU-2 dipetakan dengan KU-3 maka terdapat
enam genotipe anggrek yang mempunyai posisi relatif dekat yaitu P. pantherina, P. cornucervi, P. manii, P. amboinensis, P. micholitzi, dan P. lueddemmaniana 'pulchra'. Enam genotipe tersebut mempunyai korelasi antara pita OPA3760dan KU-2 sebesar 80.2 %. Nilai korelasi yang besar (> 0.80) juga ditunjukkan oleh pita-pita OPAl ism, OPA1610m,dan OPBS1900,kemungkinan merupakan pita spesifik namun tidak dapat dipakai untuk menentukan karakter yang disandi. Analisis gabungan antara data morfologi dan data RAPD menghasilkan pengelompokan terbaik dengan kemiripan genetik berdasarkan koefisien Dice antara 0.20 - 0.70.
SllJRAT PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyatan dalam tesis saya yang berjudul :
"ANALISIS PENGELOMPOKAN DAN HUBUNGAN KEKERABATAN SPESIES ANGGREK PHALAENOPSIS BERDASARKAN KUNCI DETERMINASI DAN MARKA RAPD" merupakan gagasan atau has11 peilelitian tesis saya sendiri, dengan pembimbingan Komisi Pembimbing kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya. Tesis ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar pada program sejenis di perguruan tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas
dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, September 2002
& Krist a Dwiatmini '
ANALISIS PENGELOMPOKAN DAN HUBUNGAN KEKERABATAN SPESIES ANGGREK PHALAENOPSIS BERDASARKAN KUNCI DETERMINASI DAN MARKA RAPD
KRISTINA DWIATMINI
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Agronomi
PROGRAM PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2002
: Analisis Pengelompokan dan Hubungan Kekerabatan Spesies
Judul Tesis
Anggrek Phalaenopsis Berdasarkan Kunci Deterrninasi dan Marka RAPD Nama Mahasiswa
: Kristina Dwiatrnini
Nomor Pokok
: 99635
Program Studi
: Agronomi
Menyetujui 1. Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Nurhayati A. Mattjik. MS Ketua
Dr. Hairial Aswidinnoor, MSc Anggota
2.Ketua Program Studi Agrono
2%-
Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, MS
Tanggal lulus :
2 7 SEP 2002
Dr. ~ d t L.a Toruan Matius, MS APU Anggota
rogram Pascasajana
frida Manuwoto, MSc
RJWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 25 Desember 1966 di Sukoharjo, Jawa Tengah, sebagai anak kedua dari delapan bersaudara, puteri dari pasangan R. Sastromadyono dan Ibu Suminah. Pada tahun 1996 menikah dengan Eko Artanto dan dikaruniai dua orang putera yaitu Yonatan Kristanto Nugroho (4.5 tahun) dan Yohanes Kristanto Raharjo (1 tahun). Pada tahun 1979 penulis menyelesaikan sekolah dasar di SD Kristen Sukoharjo dan berturut-turut pada tahun 1982 tamat dari SMP N 2 Sukoharjo dan tahun 1985 tamat dari SMA N Sukoharjo. Selanjutnya melalui program PMDK penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor, Fakultas Pertanian dengan program studi Hama dan Penyakit Tumbuhan. Fenulis memperoleh gelar sajana pertanian pada tahun 1990. Setelah bekerja di swasta selama 3 tahun, pada tahun 1993 penulis diterima sebagai staf peneliti di Sub Balai Penelitian Hortikultura Cipanas yang selanjutnya menjadi Balai Penelitian Tanaman Hias Segunung. Penulis mengkuti program Magister Sains pada Program Studi Agronomi/Pemuliaan Tanaman sejak tahun 1999. Penulis memperoleh bantuan dana penelitian dan beasiswa dari PAATP pada akhir
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Kasih atas berkat dan karunia-Nya yang selalu dilimpahkan sehingga penulis &pat menyelesaikan &is ini.
Terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Nurhayati A Mattjik, MS sebagai ketua komisi pembimbing dan Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, MSc serta Dr. Nurita L Toruan-Matius, MS APU sebagai anggota komisi pembimbing, atas segala bimbingan dan bantuannya dari awal penelitian hingga selesainya penulisan tesis. Penyelesaian penelitian ini tidak lepas dari bantuan dana proyek PAATP, Badan Litbang Pertanian. Kepada mereka yang telah banyak berperan, penulis juga ingin berterima kasih kepada Dr. M. Kosim Kardin, MSc atas saran, petunjuk dan sebagian material tanaman yang digunakan dalam penelitian, juga kepada Bapak Ir. Rizal Jafaarer atas material tanaman dan bantuan identifikasinya, Bapak Tolhas Hutabarat, Dipl. Kim., mbak Nanik dan mbak Umi atas bantuan dan kerjasama di laboratorium. Kepada rekan-rekan mahasiswa program studi agronomi angkatan 99 talc lupa diucapkan terima kasih atas dorongan dan semua bantuan yang diberikan selama masa perkuliahan, penelitian dan penulisan tesis. Kesuksesan dan keberhasilan studi ini tidak terlepas dari pengertian, bantuan serta doa seluruh keluarga. Atas semua ini, dengan sepenuh hati penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak dan Ibu mertua (almarhurnah), ayah dan ibu dan terutarna kepada suarni dan anak-anak yang telah turut berkorban dalam banyak hal. Semoga Tuhan melimpahkan anugerah-Nya kepada kita semua. Akhirnya penulis berharap semoga tesis ini dapat memberikan informasi yang bermanfaat. Bogor, September 2002
Kristina Dwiatmini
DAFTAR IS1 Halaman DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN FENDAHULUAN
Latar Belakang Tujuan Penelitian Hipotesis TINJAUAN PUSTAKA
Genus Phalaenopsis dan Sejarah Klasifikasi Penanda Morfologi clan Penanda Molekuler RAPD Kaitan antara Penanda Morfologi dan Molekuler BAHAN DAN METODE Bahan Tanaman Bahan Kimia dan Peralatan Metode Penelitian Pelaksanaan Percobaan Analisis Data
Tahapan Percobaan Untuk Analisis RAPD Analisis Polimorfisme dengan RAPD Pengelompokan Berdasarkan Kunci Determinasi Pengelompokan Gabungan Data RAPD dan Data Biner Fenotipik Korelasi antara Matriks Tingkat Kemiripan Genetik dan Matriks Jarak Taksonomi
xii ...
Xlll
PEMBAHASAN
Hubungan Kekerabatan Berdasarkan Analisis Marka RAPD Pengelompokan Berdasarkan Kunci Determinasi Pengelompokan Berdasarkan Gabungan Data RAPD dan Fenotipik Keselarasan Pengelompokan Berdasar RAPD dan Karakter Fenotipik KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Halarnan 1
Kriteria goodness offir
2
Kuantitas DNA hasil ekstraksi pada 2 1 spesies anggrek Phalaenopsis dibandingkan dengan besamya pita DNA lamda
3
Jenis primer, susunan basa nukleotida, persentase kandungan GIC dan jumlah pita yang diseleksi
4
Jenis primer, susunan basa nukleotida, kandungan G/C, dan jumlah pita hasil amplifikasi
5
Matriks perkiraan kesamaan koefisien DICE pada 19 spesies Phalaenopsis
6
Katagorial nilai karakter pembeda fenotipe pada 1Y spesies dalam genus Phalaenopsis
7
Matriks perkiraan jarak genetik koefisien DIST pada 18 spesies Phalaenopsis
8
Matriks perkiraan kemiripan genetik koefisien DICE pada 18 spesies Phalaenopsis dengan data gabungan
22
DAFTAR GAMBAR Malaman Bagan alir analisis data
23
Kuantitas DNA total 20 spesies Phalaenopsis dari bahan daun
24
Kualitas DNA total 20 spesies Phalaenopsis didigesti EcoHl
26
Tujuh belas primer hasil seleksi menggunakan DNA cetakan P. violaceae 'Borneo' Profil pita DNA 19 spesies Phalaenopsis hasil amplfikasi ~nenggunakanprimer OPA 11 Dendogram 19 spesies Phalaenopsis menggunakan 16 primer, dengan h g s i DICE dan metode UPGMA pada Program NTSYS 2.02. Pemetaan 19 genotipe Phalaenopsis berdasar 2 dan 3 KU Pengelompokan spesies Phalaenopsis berdasar kunci determinasi cara non katagorial Dendogram 18 spesies anggrek dalam genus Phalaenopsis berbasis karakter fenotipik dengan prosedur STAND dan h g s i SlMMINT diolah dengan progran NTSYS versi 2.02. Dendrogram 18 spesies anggrek Phalaenopsis hail analisis klaster berdasarkan data biner gabungan RAPD dm fenotipik dangan metode UPGMA pada program NTSYS 2.02. Diagram hubungan antara matiks taksonomi berdasarkan fenotipe dengan matiks kemiripan genetik berdasarkan RAPD dari 18 genotipe anggrek Phalaenopsis.
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Daftar Sgesies Anggrek Phalaenopsis yang digunakan untuk penelitian.
69
Komposisi pereaksi dan buffer untuk analisis DNA tanaman anggrek.
70
Data biner 19 spesies Phalaenopsis menggunakan 16 primer acak dekamer.
71
Nilai kategorial fenotipik 18 spesies anggrek dalarn genus Plzalaenopsis.
77
Transformasi nilai katagorial karakter fenotipik menjadi data biner.
78
Nilai komponen utarna dari pita-pita hasil arnplifikasi
81
Teladan analisis pengelompokan berdasarkan data fenotip menggunakan rumus Average Taxonomic Distance.
86
Teladan analisis pengelompokan berdasarkan pola pita DNA menggunakan koefisien DICE (rumus Nei dan Li, 1978)
88
Teladan analisis korelasi antara matriks koefisien kemiripan dengan matriks rata-rata jarak taksonomi dengan korelasi rank sperman
91
Profil pita DNA 19 spesies Phalaenopsis menggucakan primer; OPA 1, OPA 2, OPA 3, OPA 4, OPA 7, OPA 11, OPA 13 dan OPA 16
92
Profil pita DNA 19 spesies Phalaenopsis menggunakan primer; OPB 5, OPB 7, OPB 10, OPB 17, OPC 6, OPC 9, OPD 5 dan OPN 16
93
12
Variasi tonjolan bibir (kalus) beberapa Phalaenopsis
13
Variasi bentuk bibir beberapa Phalaenopsis
14
Variasi bentuk bibir dan detail bunga beberapa Phalaenopsis
15
Foto bunga beberapa spesies Phalaenopsis
