BIODIVERSITAS AGRIKULTUR SEBUAH UPAYA KONSERVASI BERKELANJUTAN Budi Setiadi Daryono, Ph.D.
LABORATORIUM GENETIKA FAKULTAS BIOLOGI UNIVERSITAS GADJAH MADA Yogyakarta, 21 Maret 2015
UNIVERSITAS GADJAH MADA
OUTLINE Sejarah dan perkembangan biodiversitas agrikultur Keanekaragaman genetik dan pemanfaatan biodiversitas melon (Cucumis melo L.)
Upaya konservasi (koleksi, seleksi, dan pemuliaan tanaman)
Pemanfaatan marka molekular untuk pengembangan konservasi
Pemanfaatan sumberdaya genetik
1
Sejarah Biodiversitas Agrikultur Tahun
Agenda
Juni 1987
Tim ad hoc “Working Group of Expert on Biological Diversity” oleh United Nations Environment Programme (UNEP)
Juni 1992
Pembentukan United National Conference on Environment and Development (UNCED) di Rio de Janeiro, Brasil Dibahas Convention on Biological Diversity (CBD) dan plan Agenda 21
Juli 1996
Food and Agriculture Organization (FAO) mengadakan International Technical Conference (ITC) di Leipzig, Jerman yang berfokus pada
Biodiversitas Agrikultur. Dibahas isu-isu terkait konservasi, pendayagunaan, pemantauan, dan manajemen sumberdaya genetik dari tanaman pangan dan agrikultur (PGRFA/Plant Genetic Resources for Food and Agriculture).
Perkembangan Biodiversitas Agrikultur Pentingnya suatu kesadaran cara pandang biodiversitas secara menyeluruh (Holistic View of Biodiversity) (Arora, 1997) : Biodiversitas agrikultur (agricultural biodiversity): Distribusi dan jangkauan keanekaragaman genetik suatu spesies tumbuhan yang mampu digunakan oleh manusia sehingga keanekaragaman genetik dapat dikonservasi dan digunakan/dimanfaatkan secara efisien Keterkaitan antara konservasi dengan penggunaan dan perkembangan jangka panjang suatu organisme harus selaras dan harmoni
2
TARGET 2011-2020 1. Keanekaragaman tumbuhan perlu dipahami, didokumentasi, dan dikenali. 2. Keanekaragaman tumbuhan segera dikonservasi secara efisien. 3. Keanekaragaman tumbuhan digunakan secara berkelanjutan dan seimbang. 4. Peningkatan Pendidikan dan kepedulian terhadap keanekaragaman tumbuhan serta peranannya dalam kehidupan di muka bumi. 5. Keterlibatan dan dukungan masyarakat untuk mewujudkan semua target tersebut.
Suku Cucurbitaceae C. anguria
C. myriocarpus
C. sativus
C. dipsaceus
C. ficifolius
Kerajaan : Plantae Divisi : Spermatophyta Anak Divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledoneae Anak Kelas : Sympetalae Bangsa : Cucurbitales Suku : Cucurbitaceae (98 marga 975 jenis) Marga : Cucumis (511 jenis) Jenis : Cucumis melo L.(50 sub spesies) Tjitrosoepomo (2002), Bates et al. (1990), The Plant List (2010) C. melo var. Christmas
C. melo var. Momordica
C. metuliferus
C. prophetarum
C. Melo var. Golden King
3
Keragaman kultivar melon di Indonesia Nama
Perusahaan Benih
Melindo-3, Melindo-10, Meteor 92, Action 434, Chia Tai Seed Co.Ltd. Thailand Bianglala, A Plus 675, Sunnet 858, Super (Tanindo, Bisi) Salmon, Morning Sun Sky Rocket, Ten Me, Delicate, New Century, Honey World, Emerald Sweet, Apollo, Red Aroma, Silver Light
Known You Seed Pte. Ltd. Taiwan
Aramis, Sunrise Meta, Amanta, Uranus, Orange Meta
East West Seed Co. (Cap Panah Merah)
Kanaya, Galuh
Balai Penelitian Tanaman Buah Tropika
Bright Meta, Sunrise Meta, Orange Meta, Equator Meta, Snow White Meta
Institut Pertanian Bogor
Sweet M-10
Primasid Andalan Utama
Melodi Gama 1, 2 dan 3, Tacapa, Gama Melon Basket, New GMB, Gama Melon Parfum, Hikadi Aromatik, Hikadi Granat, Hikadi Apel
Lab. Genetika, Fakultas Biologi UGM
Kultivar melon komersial di Indonesia Sky Rocket
A Plus 675
Action 434
Bianglala
Sunnet 858
Super Salmon
4
Persebaran pertanian melon di Indonesia (1999) Sumber : BPS RI (2001)
UNIVERSITAS GADJAH MADA
A
B
C
Penanaman Melon di Indonesia A: Dengan lanjaran B: Tanpa lanjaran C: Dengan Green house
5
Indonesia mengimpor 3,3 ton benih melon setiap tahun dari negara asing (Deptan RI, 2011)
Produksi Melon di Indonesia (BPS, 2012) 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Th 2006 Th 2007 Th 2008 Th 2009 Th 2010 Th 2011
UNIVERSITAS GADJAH MADA
Perusahaan Benih Melon di Indonesia Name
International linkage varieties
Primary activities
Benih Prima Chia-Tai Known you Koreana Novartis Seminis Takii Sakata East West
None Taiwan Korea/Dutch Japan Japan Dutch
bred, test, market test, market test, market test, market test, market test, market test, market test, market bred, test, market
Breed Open pollinated Starting No No No No No No Open pollinated
Sumber : Mather et al. (2002) and Singh (1994)
1 2
6
UNIVERSITAS GADJAH MADA
HAMA DAN PENYAKIT MELON
APLIKASI FUNGISIDA, INSEKTISIDA DAN PESTISIDA PADA BUDIDAYA MELON
7
Upaya Konservasi Berkelanjutan Alam
Wild Type + Varietas
Sumber : Daryono & Genesiska (2012)
Maintenance
Koleksi Field Genebank : pohon, tanaman dalam pot Seed Genebank : benih di dalam storage Seleksi Taksonomi Klasik : karakterisasi morfologis Molecular Assay : RAPD, AFLP, RFLP, SSR
Profits Industri Benih, Ekspor buah Pemerintah Lembaga pendukung konservasi Kelompok Tani Community empowerment
Rejuvenasi Penanaman kembali benih Pemuliaan tanaman Evaluasi
Produk
Tahapan Upaya Konservasi Biodiversitas Agrikultur 1.
Koleksi, karakterisasi dan Biodiversitas plasma nutfah anggota Suku Cucurbitaceae di Indonesia
2.
Seleksi dan pemuliaan tanaman untuk mempelajari pola pewarisan gen resisten terhadap penyakit tanaman (virus dan jamur) pada melon
3. Pemanfaatan marka molekular untuk identifikasi gen-gen yang terkait dengan gen resistensi terhadap penyakit tanaman serta untuk mempelajari keragaman genetik tanaman melon di Indonesia.
8
KOLEKSI ANGGOTA CUCURBIT DI INDONESIA
TIMUNSURI (7) BARTEK (3) BLEWAH (2)
Collection of melon cultivars in Asia
5 cultivars 1 cultivar 5 cultivars 1 cultivar
1 cultivar 74 cultivars 1 cultivar 5 cultivars
1 cultivar
20 cultivars 1 cultivar 1 cultivar 5 cultivars
1 cultivar
2 cultivars
1 cultivar
3 cultivars
1 cultivar
7 cultivars
9
KOLEKSI ANGGOTA CUCURBIT DI ASIA Lab. Genetika Fak. Biologi UGM memiliki koleksi 119 varietas melon yang berasal dari 19 negara di dunia. Varietas melon Yamatouri, Mawatauri, Kohimeuri, PI 161375, and PI 371795 memiliki resistensi terhadap lebih dari satu macam virus cucurbit. Sumber potensial untuk ketahanan terhadap virus dan powdery mildew dalam program pemuliaan tanaman melon
Reaksi CMV, PRSV-P, CGMMV, and KGMMV pada Biodiversitas melon Reactions1
Cultivars
Country and Company origin
CMV-B2
CMV-Pepo
PRSV-P
CGMMV
KGMMV
Yamatouri
Japan
R
R
R
S
S
Vakharman
Turkmenistan
S
S
S
S
S
Mawatauri
Japan
R
R
S
S
R
Andes
Japan (Sakata)
S
S
S
S
S
Shinjong
Inner-Mongolian
R
S
S
S
S
Dua Gang Tay
Vietnam
T
S
S
S
S
Dua Hoang Kim
Vietnam
T
T
S
S
S
Dua An Tiem 95
Vietnam
S
S
S
S
S
Blewah-Bhisma
Indonesia
S
S
S
S
S
Kohimeuri
Japan
R
R
R
S
R
Timunsuri-Samarinda
Indonesia
S
S
S
S
S
Blewah Sragen
Indonesia
S
S
S
S
S
Tembikai-susu
Malaysia
S
S
S
S
S
Sunnet 858
Thailand
S
S
S
S
S
Miyamauri
Japan
R
S
S
S
S
New-melon
Japan
T
T
S
S
S
Sanuki-shirouri
Japan (Takii)
R
R
S
S
S
Katsura-shirouri
Japan (Takii)
T
T
S
S
S
Prince
Japan (Sakata)
T
S
S
S
S
PI 161375
Korea
R
R
S
S
R
PI 414723
India
S
S
R
S
S
PI 371795
India
R
T
R
T
R
Other 74 cultivars
Asian countries
S
S
S
S
S
Kinmei
Japan (Sakata)
S
S
S
S
S
1Judgment
by symptom, ELISA, and RT-PCR; R: Resistant; S: Susceptible; T: Tolerance
10
RISET: Virologi dan Mikologi Pada Tanaman Melon Survei keanekaragaman virus pada melon di Indonesia sejak tahun 2000 sampai sekarang terdapat 4 genus: Cucumovirus, Potyvirus, Tobamovirus dan Begomovirus
CMV
KGMMV
CGMMV
BEGOMOVIRUS
Daryono et. al.,2005. J. Phytopathology 153 (10): 588-595.
11
Infeksi Powdery Mildew pada Melon di Indonesia A
B
A
C
Podosphaera xanthii A : Fibrosin bodies B : Cytoplasm C : Conidia Aristya & Daryono (2007)
Seleksi resistensi terhadap Powdery Mildew pada melon komersialdengan menggunakan metode inokulasi
INOKULASI
- Relatif lama - Membutuhkan perawatan intensif - Prosedur rumit
12
Skema penelitian pemuliaan tanaman kultivar Yamatouri
X
1984: (H. Ogawa) ♀Mawatauri
♂Andes
X
2000: ♀ Yamatouri
♂Vakharman
2001:
X ♀ F1
♂ Vakharman
Self-pollination: X
2002: F2
♀F1
BCs
♂ Yamatouri
Self-pollination: 2004:
F4
NILs 2005-to date BCr
Skema penelitian pemuliaan tanaman kultivar TACAPA
♀ Action 434
♂ PI 371795
PM RESISTANT F1 Action 434
(Aristya and Daryono, 2007)
13
Testcross ♀ PI 371795
♀ Action 434
♂ F1 PI 371795
Testcross PI 371795 (Daryono and Qurrahman, 2008)
Daryono et. al., 2005. Plant Breeding 124 (4):487-490.
14
PEMANFAATAN MARKA MOLEKULAR UNTUK IDENTIFIKASI GEN KETAHANAN TERHADAP PENYAKIT DAN KERGAMAN GENETIK TANAMAN MELON DI INDONESIA
Identifikasi dan pengembangan marka RAPD yang terkait dengan gen resistensi CMV-B2 (Creb-2) pada melon M YR VH MTAN
M YR VH
1050 bp 1046 bp
SCAPB-051046
Creb-2 13.3 cM
M YR VH MT AN
M YR VH SCAPB051046 6.7 cM
SCOPE-14541 550 bp
SCOPE14541
541 bp
Dua marka RAPD teridentifikasi terkait dengan gen resistensi CMV-B2 pada melon Yamatouri. Marka ini kemudian dikembangakan dan didesain menjadi marka Sequence Characterized Amplified Region (SCAR) dan digunakan untuk linkage analysis pada populasi F2 melon. M : Marka, YR : Yamatouri, VH : Vakharman, MT : Mawatauri, AN : Andes
Linkage analysis dari marka SCAR dengan lokus Creb-2
15
Seleksi resistensi terhadap Powdery Mildew pada melon komersial dengan menggunakan marka SCAR
1 = DNA Ladder 100bp, 2 = PI 371795, 3 = GMB,4 = Elegance, 5 = TACAPA, 6 = Fantasy, 7 = MG-1, 8 = Action 434
Studi Keanekaragaman Genetik melon Berdasarkan Penanda Molekular a
b
g
e
h
l
p
d
c
i
m
q
f
k
j
o
n
r
s
Gambar 19. Keamekaragaman buah melon dan anggota Cucurbitaceae yang digunakan dalam penelitian. GMB (a),MG-1 (b), PI 371795 (c), Andes (d), Action 434 (e), Glamour (f), MAI 119 (g), Ladika (h), Astros (i), Sumo (j), Monami Red (k), Elegant (l), Fantasy (m), Sky Rocket (n) Virgo (o), timun (p), timun suri (q), barteh (r), dan blewah (s).
16
KERAGAMAN GENETIK MELON 0,85
0,87 0,93
0,81 0,91 0,9
0,935
0,71
0,64 0,89
0,68 0,68
0,92 0,88
0,873
Gambar Dendogram similaritas dari 15 kultivar melon, timun, timun suri, barteh, dan blewah berdasar karakter molekular RAPD dengan metode UPGMA.
Hubungan Fenetik Kultivar MG 3 dan Melon Komersial Lain Berdasar Penelitian Huda (2012) 87 %
65 %
92 %
Hasil konstruksi dendogram melon kultivar MG 3 dengan melon komersial lain dengan Multi Variate Statistical Package (MVSP) berdasarkan prosentase similiaritas
Foot er text here
34
October, 10th 2014
17
UNIVERSITAS GADJAH MADA
PENGEMBANGAN PROGRAM PEMULIAAN MELON UNTUK KETAHANAN TERHADAP VIRUS DAN JAMUR DI INDONESIA
LAHAN UNIVERSITAS: 35 HA
GREENHOUSE
Pengembangan Program Pemuliaan Melon di Lab. Genetika, Fakultas Biologi, UGM KEUNGGULAN KULTIVAR TACAPA : 1. Manis (Brix: 9-11%) 2. Berat buah: 2,0-3,5 kg 3. Daya simpan > 20 hari 4. Panen: 60 hari setelah semai 5. Daging buah: hijau-kuning 6. Tahan jamur dan tanah karst
TACAPA
18
Pengembangan Program Pemuliaan Melon di Lab. Genetika, Fakultas Biologi, UGM KEUNGGULAN KULTIVAR MG-1 : 1. Manis (Brix: 9-12%) 2. Berat buah: 1.7-2.5 kg 3. Panen: 55-57 hari setelah semai 4. Daging buah: oranye 5. Diperkaya β-karoten (2862,44 ug/100 gr) 6. Tahan virus dan jamur
Melodi Gama 1
Pengembangan Program Pemuliaan Melon di Lab. Genetika, Fakultas Biologi, UGM KEUNGGULAN KULTIVAR GMB : 1. Manis (Brix: 10-12%) 2. Buah seperti bola basket 3. Berat buah: 1.7-2.2 kg 4. Panen: 55-57 hari setelah semai 5. Diperkaya β-karoten (2900,76 ug/100 g) 6. Tahan jamur
Gama Melon Basket
19
Pengembangan Program Pemuliaan Melon di Lab. Genetika, Fakultas Biologi, UGM KEUNGGULAN KULTIVAR MG-3 : 1. Manis (Brix: 9-12%) 2. Daya simpan > 15 hari 3. Berat buah: 2-2.7 kg 4. Panen: 55-57 hari setelah semai 5. Diperkaya β-karoten (3351,48 ug/100 g) 6. Tahan virus dan jamur 7. Dapat disemai pada musim hujan dan kemarau
Melodi Gama 3
Pengembangan Program Pemuliaan Melon di Lab. Genetika, Fakultas Biologi, UGM KEUNGGULAN KULTIVAR GMP : 1. Daya simpan panjang > 20 hari 2. Ukuran buah kecil (seukuran apel) 3. Berat buah: 50-300 gram 4. Aroma kuat 5. Produksi buah: 4-8 buah/pohon 6. Bahan mentah untuk parfum dan kosmetik
Gama Melon Parfum
20
Pengembangan Program Pemuliaan Melon di Lab. Genetika, Fakultas Biologi, UGM KEUNGGULAN KULTIVAR HIKADI : 1. Manis (Brix: 9-12%) 2. Daya simpan > 20 hari 3. Ukuran buah kecil (seukuran apel) 4. Berat buah: 250-650 gram 5. Bearoma wangi 6. Produksi buah: 2-6 buah/pohon 7. Dapat dikemas sebagai buah tangan
HIKADI
UNIVERSITAS GADJAH MADA
UJI MULTI LOKASI 2009-SEKARANG
YOGYAKARTA HASIL: 28.125 ton/ha
JAWA BARAT HASIL: 23.2 ton/ha
JAWA TENGAH HASIL: 18.25 ton/ha
JAWA TIMUR HASIL: 17.88 ton/ha
21
PANEN PERDANA MELODI GAMA-1 DENGAN MENTERI PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN (PROF. DR. BAMBANG SUDIBYO, M.A.) PADA 27 JUNI 2009 DI LAHAN UGM
PENGEMBANGAN PRODUK GAMA MELON
22
Pengenalan Produk ke Pasar RESEARCH WEEK UGM, 2010-2014
Riset Kolaborasi dengan Perusahaan Benih Swasta Nasional dan Internasional
23
Workshop Penanaman Melom dan Kerjasama antara Petani Melon, Peneliti, Pemerintah dan Industri di Fakultas Biologi UGM (Nov. 2011)
BENIH GAMA MELON UNTUK COMMUNITY EMPOWERMENT
24
IMPLEMENTASI GLOBAL STRATEGY FOR PLANT CONSERVATION
UNIVERSITAS, BALITBANG, PERUSAHAAN BENIH DAN KELOMPOK MASYARAKAT/NGO
Seed Production by Industry
KESIMPULAN Keanekaragaman Genetik dan Konservasi Tumbuhan
1. Koleksi (GenBank dan Seed Bank), karakterisasi, seleksi, rejuvenasi dan pemuliaan tanaman diperlukan dalam pengembangan konservasi Biodiversitas Agrikultur. 2. Aplikasi Biologi Molekular berperan penting dalam membantu kajian keanekaragaman genetik serta proses seleksi plasma nutfah secara efisien. 3.
Diperlukan keterlibatan semua pihak dalam mempelajari, memahami, mengkonservasi, dan memanfaatkan sumberdaya genetik secara efisien.
25
UCAPAN TERIMA KASIH UNIVERSITAS GADJAH MADA YAHYA ALAYDRUS GANIES RIZA ARISTYA DWI ANDI LISTIAWAN ESTIYANI INDRANINGSIH SIGIT DWI MARYANTO IKHAN NUR HUDA RAMDHAN NUGRAHA KARINA AYU ANINDITA SHOLIHATUN NISA ACHDIYAT ARGIANSYAH YASIR SIDIQ RIZKO HADI ANNAS RABBANI M. IMAM FATKHUROHMAN
DR. JAMES MC CRAIGHT
PROF. KEIKO T. NATSUAKI NATIONAL INSTITUTE OF VEGETABLES AND TEA SCIENCE-JAPAN
DR. NOBUKO FUKINO
UCAPAN TERIMA KASIH KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN REPUBLIK INDONESIA
KEMENTRIAN RISET DAN TEKNOLOGI REPUBLIK INDONESIA
INDONESIA TORAY SCIENCE FOUNDATION KEMENTRIAN KEUANGAN REPUBLIK INDONESIA SHAFERS Ltd. NEW ZEALAND
26
TERIMA KASIH
27
