DIFERENSIASI GENETIK POPULASI UDANG JERBUNG (Fenneropenaeus merguiensis De Man) DARI BANTEN, JAWA TENGAH, BENGKULU, KALIMANTAN BARAT, DAN NUSA TENGGARA BARAT
Oleh:
Eni Kusrini
PROGRAM STUDI ILMU PERAIRAN SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
DIFERENSIASI GENETIK POPULASI UDANG JERBUNG (Fenneropenaeus merguiensis De Man) DARI BANTEN, JAWA TENGAH, BENGKULU, KALIMANTAN BARAT, DAN NUSA TENGGARA BARAT
Oleh:
Eni Kusrini
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor
PROGRAM STUDI ILMU PERAIRAN SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
PERNYATAAN
Dengan Ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul: Diferensiasi Genetik Populasi Udang Jerbung (Fenneropenaeus merguiensis De Man) dari Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, dan Nusa Tenggara Barat Adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Agustus 2008
Eni Kusrini
ABSTRACT Eni Kusrini. Genetic Differentiations of banana prawn (Fenneropenaeus merguiensis) population from Banten, Central Java, Bengkulu, West Kalimantan, and West Nusa Tenggara. Under guidance Komar Sumantadinata, Wartono Hadie, and Alimuddin Genetic differentiation (phenotype and genotype) of population is need as base information for banana prawn breeding program. Information of genetic differentiation banana prawn in Indonesia is few, so this study was purposed for determine morphologycally and molecular different banana prawn (Fenneropenaeus merguiensis) from Banten, Central Java, Bengkulu, West Kalimantan, and West Nusa Tenggara. Morphologycally measurement with morphometric method was applied for determine phenotype, and mitochondrial DNA 16S ribosomal RNA analysis with sequencing method for determine genotype different. Results of analysis showed that there were morphometrically genetic variations among banana prawn population studied. Banana prawn from West Kalimantan had highest variation of morphology and Bengkulu lowest variation. Results of Cluster analysis indicated that two main clusters were found, i.e. banana prawn from West Kalimantan, West Nusa Tenggara and Bengkulu as the first cluster, Central Java and Banten as the second cluster. PCR amplification and sequencing of 16S-rRNA mitochondrial DNA region were performed using 5’-CGCCTGTTTAAC-AAAAACAT-3’ and 5’-CCGGTCTGAACTCAGATCATGT3’. Analysis of homology sequences of 16S-rRNA mtDNA show that banana prawn used in this study was Fenneropenaeus merguiensis. Result of family relationship analysis indicated that 5 population of banana prawn can divided into 2 groups, i.e. West Kalimantan and group of Bengkulu-Banten-Central Java-NTB. Banana prawn from West Kalimantan and Bengkulu has specific sequences at 5’ terminal, ACTGACT and C-GAC, respectively. Those sequences may be able to be use as a marker in the breeding program of banana prawn in Indonesia.
RINGKASAN Eni Kusrini. Diferensiasi Genetik Populasi Udang Jerbung (Fenneropenaeus merguiensis De Man) dari Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, dan Nusa Tenggara Barat. Di bawah bimbingan Komar Sumantadinata, Wartono Hadie, dan Alimuddin Diferensiasi genetik (fenotipe dan genotipe) populasi merupakan informasi dasar yang sangat diperlukan untuk pelaksanaan program pemuliaan udang jerbung. Informasi diferensiasi genetik udang jerbung di Indonesia masih sangat sedikit diperoleh, oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk mencari perbedaan secara morfologi dan molekuler udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) dari Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, dan Nusa Tenggara Barat. Pengukuran morfologi dengan metode morfometrik dilakukan untuk mengetahui diferensiasi secara fenotipe, dan analisis DNA mitokondria pada daerah 16S rRNA dengan teknik sekuensing digunakan untuk mengetahui diferensiasi secara genotipe. Pengukuran morfometrik meliputi panjang karapas parsial (PKP), kedalaman karapas (DKP), lebar karapas (LKP), panjang ruas pertama (PRP), panjang ruas kedua (PRD), panjang ruas ketiga (PRT), panjang ruas keempat (PRE), panjang ruas kelima (PRL), panjang ruas keenam (PRN), panjang total (PTO), panjang standar (PBD), panjang rostrum (RST), lingkar abdomen anterior (LAA), lingkar abdomen posterior (LAP), kedalaman ruas keenam (DRN), panjang prosertema (PST), exopod (EXP), endopod (END), telson (TLS), bobot total (BTO), dan bobot tanpa kepala (BTK). Sedangkan pengukuran secara molekuler dilakukan beberapa tahap yaitu mulai dari ekstraksi untuk mendapatkan genom dilakukan berdasarkan modifikasi metode Ovenden (2000), purifikasi genom udang menggunakan kit QIAGEN QIAquick Purification, Amplifikasi dilakukan menggunakan kit Ready-to-Go PCR Beads, Primer yang digunakan untuk amplifikasi sekuens mitokondria adalah 16S rRNA (F): 5’-CGC CTG TTT AAC AAA AAC AT-3’ (20 mer) dan 16S rRNA (R): 5’-CCG GTC TGA ACT CAG ATC ATG T-3’ (22 mer). PCR untuk sekuensing menggunakan primer 16S rRNA dan reagent khusus untuk sekuens DNA; Big Dye (ABI Prism, Foster City, USA). Proses PCR seperti pada amplifikasi biasa, hanya menggunakan satu primer setiap reaksi ditambahkan pewarnaan Big Dye. Hasil penelitian memperlihatkan adanya perbedaan genetik secara morfometrik antar 5 populasi. Ada 13 karakter yang mempunyai pengaruh sangat nyata untuk masing-masing populasi. Udang jerbung dari populasi Kalimantan Barat mempunyai keragaman morfologi yang paling tinggi sedangkan untuk keragaman terendah dimiliki oleh populasi Bengkulu. Hasil dari analisis kluster diperoleh dua kelompok utama yaitu kelompok pertama terdiri atas populasi Kalimantan Barat, Nusa Tenggara Barat, dan Bengkulu, sedangkan kelompok yang kedua adalah populasi Banten dan Jawa Tengah. Jarak genetik yang terjauh dimiliki oleh populasi Jawa Tengah dan Nusa Tenggara Barat dan terdekat dimiliki populasi Banten dan jawa Tengah. Fragmen 16S rRNA mtDNA yang diisolasi dari udang jerbung melalui teknik PCR diperlihatkan pada posisi sekitar 537 bp. Panjang sekuens yang
terbaca dari hasil sekuensing adalah 480 nukleotida, kemudian dilakukan pensejajaran berganda (multiple alignment) dengan data sekuens 16S rRNA mtDNA udang-udang Penaeid lainnya yang tersedia di Bank Gen. Perbedaan sekuens ditemukan pada populasi Pontianak seperti ditunjukkan pada Gambar 8 sebanyak 6 nukleotida (5’-.....ACTGAT.....-3’) untuk sekuens ke-1 sampai ke-6 dan pada populasi Bengkulu sebanyak 4 nukleotida (5’-.....C-GAC.....-3’) di sekuens ke-19, 21, 22, dan 23. Nukleotida yang khusus dimiliki oleh F. merguiensis adalah pada sekuens ke-398 terdapat basa A, sedangkan untuk udang Penaeid yang lain tidak ditemukan. Sekuens tersebut mungkin dapat digunakan sebagai penanda dalam program breeding udang jerbung Indonesia. Homologi hasil analisis blastN untuk susunan basa nukleotida udang jerbung hasil penelitian dengan F. merguiensis yang tersedia di Bank Gen adalah sebesar 98%-100%. Hasil analisis kekerabatan menunjukkan bahwa 5 populasi udang jerbung uji dapat dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu kelompok Kalimantan Barat dan kelompok Bengkulu-Banten-Jawa Tengah-NTB. Perlu penelitian lebih lanjut dengan melakukan pensejajaran nukleotida di bagian 16S RNA utuh dan bagian mitokondria lainnya untuk lebih memantapkan hubungan kekerabatan dan jarak genetik antar populasi udang jerbung. Populasi udang jerbung dari Kalimantan Barat dapat digunakan sebagai bahan untuk selective breeding. KATA KUNCI:
diferensiasi, morfometrik, 16S rRNA mtDNA, Fenneropenaeus merguiensis
LEMBAR PENGESAHAN Nama Lengkap
:
Eni Kusrini
Nomor Pokok
:
C151060291
Program Studi
:
Ilmu Perairan
Judul Tesis
:
Diferensiasi Genetik Populasi Udang Jerbung (Fenneropenaeus merguiensis De Man) dari Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, dan Nusa Tenggara Barat Menyetujui, Komisi Pembimbing, Ketua
Prof. Dr. Ir. Komar Sumantadinata, M.Sc. Anggota
Anggota
Dr. Wartono Hadie, M.Si.
Dr. Alimuddin Mengetahui,
Ketua Program Studi Pascasarjana Ilmu Perairan
Prof.Dr.Ir. Enang Harris, M.S. M.S.
Dekan Sekolah
Prof.Dr.Ir. Khairil Anwar Notodiputro,
PRAKATA Puji syukur Alhamdulillahirobil’alamin penulis panjatkan kehadlirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, nikmat, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan studi dan penulisan tesis ini. Tema yang penulis pilih untuk penelitian adalah Diferensiasi Genetik Populasi Udang Jerbung (Fenneropenaeus merguiensis De Man) dari Populasi Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, Dan Nusa Tenggara Barat. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi informasi dasar dalam program pemuliaan udang jerbung di Indonesia. Atas selesainya penelitian dan penulisan tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Komar Sumantadinata, Dr. Wartono Hadie, dan Dr. Alimuddin selaku komisi pembimbing, Kepala Pusat Riset Perikanan Budidaya yang telah memberikan kesempatan beasiswa melalui biaya pengembangan pegawai Badan Riset Kelautan dan Perikanan, Prof. Ris. Dr. Achmad Sudradjat yang telah memberikan fasilitas penuh beserta pembiayaan selama penelitian, Dr. Haryanti, APU dan Ir. Andi Parenrengi, M.Sc. yang telah banyak membantu dalam proses penelitian dan penyusunan tesis.
Semoga hasil penelitian ini
bermanfaat. Amin.
Bogor, Agustus 2008 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis adalah putri kedua dari lima bersaudara dari pasangan Soepardjo Al Riyo Sudibyo dan Sumiyati yang dilahirkan di Klaten, Jawa Tengah pada tanggal 13 September.
Pendidikan sarjana ditempuh pada Fakultas Biologi,
program studi Iktiologi, Universitas Jenderal Soedirman di Purwokerto dan diterima sebagai CPNS di Pusat Penelitian dan Pengembangan Perikanan, Departemen Pertanian 31 Maret 2000 dan sejak berdirnya Depatemen Kelautan dan Perikanan menjadi Pusat Riset Perikanan Budidaya sampai sekarang. Kesempatan untuk melanjutkan ke Sekolah Pascasarjana program studi Ilmu Perairan di Institut Pertanian Bogor diperoleh dari pengembangan pegawai Badan Riset Kelautan dan Perikanan, DKP.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................. ii DAFTAR GAMBAR......................................................................................... iii DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... iv I.
PENDAHULUAN..................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2. Perumusan dan Pendekatan Masalah ................................................ 2 1.3. Tujuan ............................................................................................... 3 1.4. Manfaat Penelitian ............................................................................ 3
II.
TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 4 2.1 Sistematika dan Biologi Udang Jerbung ........................................... 4 2.2 Morfometrik Udang .......................................................................... 7 2.3 Keragaman Genetik........................................................................... 9 2.4 DNA Mitokondria ............................................................................. 12 2.5 Hubungan Kekerabatan dan Jarak Genetik ....................................... 13
III. BAHAN DAN METODE......................................................................... 14 3.1 Waktu dan Tempat ............................................................................ 14 3.2 Lokasi Pengambilan dan Penanganan sampel................................... 14 3.3 Metode Penelitian ............................................................................. 14 3.3.1. Pengukuranmorfometrik ....................................................... 15 3.3.2. Ekstraksi dan purifikasi genom............................................. 16 3.3.3. Amplifikasi PCR DNA mitokondria..................................... 17 3.3.4. Sekuensin .............................................................................. 18 3.4. Analisis Data ..................................................................................... 19 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 20 4.1. Hasil .................................................................................................. 20 4.1.1. Diferensiasi Morfometrik...................................................... 20 4.1.2. Diferensiasi Molekuler.......................................................... 23 3.2. Pembahasan....................................................................................... 27 V.
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 35 5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 35 5.2. Saran.................................................................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 36
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Ringkasan karakter morfometrik udang yang diukur untuk pembandingan keragaman fenotipe modifikasi dari Dall (1957) dan Lester (1983) ........................................................................................ 16 Tabel 2. Jenis dan jumlah bahan untuk amplifikasi PCR................................... 17 Tabel 3. Karakter morfometrik udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) dengan analisis Canonical Discriminant Univariate Statistics............ 20 Tabel 4. Nilai percampuran fenotipe dalam dan antar populasi (%) udang jerbung yang menunjukkan sharing component antar populasi........... 21 Tabel 5. Nilai matrik jarak genetik antar populasi udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) dari Banten, Jawa tengah, Bengkulu, Kalbar, dan NTB .................................................................................. 22
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.
Morfologi secara umum udang jerbung, Fenneropenaeus merguiensis .................................................................................... 5
Gambar 2.
Lokasi pengambilan sampel........................................................... 14
Gambar 3.
Variabel-variabel morfometrik udang (Lester, 1983) .................... 15
Gambar 4.
Penyebaran karakter morfologi udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) dari Banten, Jawa tengah, Bengkulu, Kalbar, dan NTB ............................................................................ 22
Gambar 5.
Dendrogram jarak genetik udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) dari Banten, Jawa tengah, Bengkulu, Kalbar, dan NTB ............................................................................ 23
Gambar 6.
Fragmen tunggal daerah 16S rRNA mtDNA, yang diamplifikasi dari mtDNA udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis). M = penanda100 bp (QIAGEN) 1-16 = mt DNA udang jerbung................................................................................. 23
Gambar 7.
Kromatografi (atas) dan pembacaan sekuens fragmen 16S rRNA mtDNA (bawah) udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) ...................................................... 24
Gambar 8.
Multiple alignment 480 bp sekuens fragmen dari 16S rRNA mtDNA udang jerbung hasil penelitian dengan Feneropenaeus merguiensis dan udang Penaeid yang lain di Bank Gen. Titik-titik menandakan nukleotida tersebut identik dengan sekuen di atasnya ........................................................................... 26
Gambar 9.
Dendrogram UPGMA berdasarkan nukleotida daerah 16S rRNA mtDNA udang jerbung (Feneropenaeus merguiensis) berukuran 480 bp dari Bengkulu, Jawa Tengah, Banten, NTB, dan Kalimantan Barat..................................................................... 26
Gambar 10. Dendrogram udang jerbung hasil penelitian dengan Fenneropenaeus merguiensis populasi lain dari Bank Gen berdasarkan sekuens nukleotida 16S rRNA mtDNA dengan panjang 480 bp .................................................................. 32 Gambar 11. Dendrogram udang jerbung hasil penelitian dengan udang-udang Penaeid dari populasi lain dari Bank Gen berdasarkan sekuens nukleotida 16S rRNA mtDNA dengan panjang 480 bp ................ 33 Gambar 12. Dendrogram udang jerbung hasil penelitian dengan beberapa kelas Crustacea yang lain, berdasarkan sekuens nukleotida 16S rRNA mtDNA dengan panjang 480 bp (Bank Gen)................................. 44
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1.
Hasil pembacaan kromatografi selengkapnya............................. 40
Lampiran 2.
Hasil perunutan sebagian 16S rRNA mtDNA Fenneropenaeus merguiensis asal Thailand ........................................................... 45
Lampiran 3.
Homologi udang jerbung hasil penelitian dengan Fenneropenaeus merguiensis dan udang-udang Penaeid di Bank Gen berdasarkan analisis Blast ............................................................................... 46
RINGKASAN Eni Kusrini. Diferensiasi Genetik Populasi Udang Jerbung (Fenneropenaeus merguiensis De Man) dari Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, dan Nusa Tenggara Barat. Di bawah bimbingan Komar Sumantadinata, Wartono Hadie, dan Alimuddin Diferensiasi genetik (fenotipe dan genotipe) populasi merupakan informasi dasar yang sangat diperlukan untuk pelaksanaan program pemuliaan udang jerbung. Informasi diferensiasi genetik udang jerbung di Indonesia masih sangat sedikit diperoleh, oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk mencari perbedaan secara morfologi dan molekuler udang jerbung (Fenneropenaeus merguiensis) dari Banten, Jawa Tengah, Bengkulu, Kalimantan Barat, dan Nusa Tenggara Barat. Pengukuran morfologi dengan metode morfometrik dilakukan untuk mengetahui diferensiasi secara fenotipe, dan analisis DNA mitokondria pada daerah 16S rRNA dengan teknik sekuensing digunakan untuk mengetahui diferensiasi secara genotipe. Pengukuran morfometrik meliputi panjang karapas parsial (PKP), kedalaman karapas (DKP), lebar karapas (LKP), panjang ruas pertama (PRP), panjang ruas kedua (PRD), panjang ruas ketiga (PRT), panjang ruas keempat (PRE), panjang ruas kelima (PRL), panjang ruas keenam (PRN), panjang total (PTO), panjang standar (PBD), panjang rostrum (RST), lingkar abdomen anterior (LAA), lingkar abdomen posterior (LAP), kedalaman ruas keenam (DRN), panjang prosertema (PST), exopod (EXP), endopod (END), telson (TLS), bobot total (BTO), dan bobot tanpa kepala (BTK). Sedangkan pengukuran secara molekuler dilakukan beberapa tahap yaitu mulai dari ekstraksi untuk mendapatkan genom dilakukan berdasarkan modifikasi metode Ovenden (2000), purifikasi genom udang menggunakan kit QIAGEN QIAquick Purification, Amplifikasi dilakukan menggunakan kit Ready-to-Go PCR Beads, Primer yang digunakan untuk amplifikasi sekuens mitokondria adalah 16S rRNA (F): 5’-CGC CTG TTT AAC AAA AAC AT-3’ (20 mer) dan 16S rRNA (R): 5’-CCG GTC TGA ACT CAG ATC ATG T-3’ (22 mer). PCR untuk sekuensing menggunakan primer 16S rRNA dan reagent khusus untuk sekuens DNA; Big Dye (ABI Prism, Foster City, USA). Proses PCR seperti pada amplifikasi biasa, hanya menggunakan satu primer setiap reaksi ditambahkan pewarnaan Big Dye. Hasil penelitian memperlihatkan adanya perbedaan genetik secara morfometrik antar 5 populasi. Ada 13 karakter yang mempunyai pengaruh sangat nyata untuk masing-masing populasi. Udang jerbung dari populasi Kalimantan Barat mempunyai keragaman morfologi yang paling tinggi sedangkan untuk keragaman terendah dimiliki oleh populasi Bengkulu. Hasil dari analisis kluster diperoleh dua kelompok utama yaitu kelompok pertama terdiri atas populasi Kalimantan Barat, Nusa Tenggara Barat, dan Bengkulu, sedangkan kelompok yang kedua adalah populasi Banten dan Jawa Tengah. Jarak genetik yang terjauh dimiliki oleh populasi Jawa Tengah dan Nusa Tenggara Barat dan terdekat dimiliki populasi Banten dan jawa Tengah. Fragmen 16S rRNA mtDNA yang diisolasi dari udang jerbung melalui teknik PCR diperlihatkan pada posisi sekitar 537 bp. Panjang sekuens yang
terbaca dari hasil sekuensing adalah 480 nukleotida, kemudian dilakukan pensejajaran berganda (multiple alignment) dengan data sekuens 16S rRNA mtDNA udang-udang Penaeid lainnya yang tersedia di Bank Gen. Perbedaan sekuens ditemukan pada populasi Pontianak seperti ditunjukkan pada Gambar 8 sebanyak 6 nukleotida (5’-.....ACTGAT.....-3’) untuk sekuens ke-1 sampai ke-6 dan pada populasi Bengkulu sebanyak 4 nukleotida (5’-.....C-GAC.....-3’) di sekuens ke-19, 21, 22, dan 23. Nukleotida yang khusus dimiliki oleh F. merguiensis adalah pada sekuens ke-398 terdapat basa A, sedangkan untuk udang Penaeid yang lain tidak ditemukan. Sekuens tersebut mungkin dapat digunakan sebagai penanda dalam program breeding udang jerbung Indonesia. Homologi hasil analisis blastN untuk susunan basa nukleotida udang jerbung hasil penelitian dengan F. merguiensis yang tersedia di Bank Gen adalah sebesar 98%-100%. Hasil analisis kekerabatan menunjukkan bahwa 5 populasi udang jerbung uji dapat dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu kelompok Kalimantan Barat dan kelompok Bengkulu-Banten-Jawa Tengah-NTB. Perlu penelitian lebih lanjut dengan melakukan pensejajaran nukleotida di bagian 16S RNA utuh dan bagian mitokondria lainnya untuk lebih memantapkan hubungan kekerabatan dan jarak genetik antar populasi udang jerbung. Populasi udang jerbung dari Kalimantan Barat dapat digunakan sebagai bahan untuk selective breeding. KATA KUNCI: diferensiasi, morfometrik, Fenneropenaeus merguiensis
16S
rRNA
mtDNA,
