IDENTIFIKASI SIFAT AROMA TANAMAN PADI MENGGUNAKAN MARKA BERBASIS GEN AROMATIK
BAMBANG PADMADI
DEPARTEMEN BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK BAMBANG PADMADI. Identifikasi Sifat Aroma Tanaman Padi Menggunakan Marka Berbasis Gen Aromatik. Dibimbing oleh DJAROT SASONGKO HAMISENO dan TRI JOKO SANTOSO. Padi sebagai komoditi dasar dapat dibedakan menjadi padi aromatik dan nonaromatik. Perbedaan tersebut didasarkan pada delesi gen pada kromosom 8. Metode konvensional seperti pengecapan merupakan metode yang sering digunakan untuk mendeteksi sifat aroma padi. Marka molekuler berbasis gen merupakan metode baru untuk identifikasi padi aromatik secara akurat dan mempersingkat waktu analisis. Tujuan penelitian ini untuk membedakan jenis padi varietas aromatik dan nonaromatik menggunakan marka molekuler berbasis gen aromatik. Materi genetik padi berupa DNA diisolasi menggunakan metode CTAB dengan cara memecah dinding sel dan mengeluarkan isi sel serta mengendapkan bagian DNAnya. Amplifikasi DNA dilakukan dengan mesin PCR menggunakan primer yang spesifik terhadap sekuen DNA padi aromatik dan hasilnya diperiksa dengan elektroforesis gel agarosa 1.5 %. Amplifikasi menggunakan primer Bradbury menghasilkan ukuran pita 580 bp dan 355 bp untuk padi nonaromatik serta 580 bp dan 257 bp untuk padi aromatik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pola pita DNA padi aromatik dan nonaromatik menggunakan primer Bradbury tidak seluruhnya dapat dibedakan. Pola pita yang dapat dibedakan adalah varietas Mentik Wangi dan Gunung Perak. Sedangkan hasil amplifikasi menggunakan primer RM223 dapat membedakan pola pita padi aromatik dan nonaromatik dengan ukuran pita sebesar 120 bp-160 bp.
ABSTRACT BAMBANG PADMADI. Identification of Rice Aromatic Properties Using Molecular Aromatic Gene-based Marker. Under the direction of DJAROT SASONGKO HAMISENO and TRI JOKO SANTOSO. Rice as a basic commodity can be distinguished between aromatic and nonaromatic. Its different based on gene deletion at chromosom 8. Conventional methods like assessment was method which frequently uses to detect aromatic characteristic of rice. Molecular gene based marker was new method to identify aromatic rice accurately and shorthen analyzing time. The purpose of this research is to distinguish the type of aromatic and nonaromatic variety using aromatic gene-based marker. DNA as rice genetic material was isolated from leaves using CTAB method which broke the cell wall and release the components thus precipitated the DNA. DNA amplification conducted by PCR machine using specific aromatic primer and the result verified by 1.5 % gel agarose electrophoresis. The result of Bradbury primer obtained size of band about 580 bp and 355 bp for nonaromatic, also 580 bp and 257 bp for aromatic. Mentik Wangi and Gunung Perak variety could distinguish to band pattern. Furthermore, RM223 primer can be differentiate both of patterns of aromatic and nonaromatic rice by the band size about 120 bp to 160 bp.
IDENTIFIKASI SIFAT AROMA TANAMAN PADI MENGGUNAKAN MARKA BERBASIS GEN AROMATIK
BAMBANG PADMADI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Biokimia
DEPARTEMEN BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul Nama NRP
: Identifikasi Sifat Aroma Tanaman Padi Menggunakan Marka Berbasis Gen Aromatik : Bambang Padmadi : G84053003
Disetujui Komisi Pembimbing
Drs. Djarot Sasongko H.S., M.S. Ketua
Dr. Tri Joko Santoso Anggota
Diketahui
Dr. drh. Hasim, DEA Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala nikmat dan karunia Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan usulan penelitian ini. Penelitian ini telah dilaksanakan di Laboratorium Biologi Molekuler, Kelompok Peneliti Biologi Molekuler, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian (BB Biogen) dari bulan Maret sampai Juni dengan judul Identifikasi Sifat Aroma Tanaman Padi Menggunakan Marka Berbasis Gen Aromatik. Terima kasih penulis ucapkan kepada Drs. Djarot Sasongko HS, MS. dan Dr. Tri Joko Santoso atas bimbingan dan saran-saran yang diberikan. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada dosen-dosen biokimia, staf biokimia dan peneliti BB Biogen atas semua bantuannya. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Kartika Findy yang selalu membantu pencarian pustaka untuk penulisan skirpsi ini. Ucapan terima kasih disampaikan pula kepada Aderama Ilhami dan Nurani Pertiwi sebagai rekan kerja yang banyak membantu dalam kegiatan penelitian. Penghargaan setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada kedua orang tua dan kakak tercinta atas perhatian, kasih sayang dan doanya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi para pembaca dan bagi ilmu pengetahuan khususnya bidang biokimia.
Bogor, Agustus 2009
Bambang Padmadi
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Wonogiri, Jawa Tengah pada tanggal 29 Desember 1986 dari ayahanda Martoswito dan ibunda Sakem. Penulis merupakan anak ke empat dari empat bersaudara. Tahun 2005 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Wonogiri dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) pada Departemen Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA). Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah mengikuti kegiatan Praktik Lapangan di Laboratorium Mikrobiologi PT Frisian Flag Indonesia (PT FFI) Jakarta selama periode Juli sampai dengan Agustus 2008 dengan judul Kontrol Mutu Susu Bubuk terhadap Bakteri Staphylococcus aureus. Disamping itu penulis aktif menjadi pengurus himpunan profesi (Himpro) Biokimia, Community of Research and Education in Biochemistry (CREBs), pada Departemen Pengembang Sumber Daya Mahasiswa (PSDM) periode 2006/2007 dan periode 2007/2008. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum Biokimia Umum untuk Mahasiswa S1 departemen Biologi dan Teknologi Hasil Perikanan, serta asisten praktikum mata kuliah Biokimia Klinis untuk mahasiswa S1 Biokimia tahun ajaran 2008/2009. Penulis juga aktif sebagai pengajar (I-Smart) bimbingan belajar PRIMAGAMATM untuk mata pelajaran Matematika SD, SMP, dan SMA dari tahun 2007 sampai sekarang.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ..........................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................
ix
PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Padi Aromatik dan Nonaromatik.......................................................... Metode deteksi Padi Aromatik dan Nonaromatik ................................ Marka Molekuler ................................................................................ Polymerase Chain Reaction (PCR) ...................................................... Elektroforesis ......................................................................................
1 3 4 5 6
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat .................................................................................... Metode Penelitian ................................................................................
7 7
HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Kualitas DNA Padi ....................................................................... 9 Amplifikasi DNA Menggunakan Primer Bradbury .............................. 10 Amplifikasi DNA dengan Kombinasi Primer ..................................... 11 Amplifikasi DNA dengan Primer RM223 ............................................ 11 SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 11 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 12 LAMPIRAN ................................................................................................... 14
DAFTAR TABEL Halaman 1 Perbandingan sifat-sifat morfologik dan fisiologik ras padi ......................... 2 2 Sekuen dan nama primer ............................................................................. 6 3 Pengukuran konsentrasi dan kemurnian DNA ............................................. 9
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Contoh varietas padi aromatik dan nonaromatik .......................................
2
2 Perbandingan sekuen DNA padi aromatik dan nonaromatik ......................
3
3 Tahapan amplifikasi DNA ........................................................................
6
4 DNA belum dimurnikan ........................................................................... 10 5 DNA sudah dimurnikan ............................................................................ 10 6 Pola amplifikasi, kombinasi primer, dan ukuran ......................................... 10 7 Pola pita DNA menggunakan primer Bradbury ........................................ 11 8 Pola pita DNA menggunakan kombinasi primer ....................................... 12 9 Pola pita DNA menggunakan primer RM223 ............................................ 12
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Tahapan alur penelitian ............................................................................ 15 2 Isolasi DNA Daun Padi Menggunakan Metode CTAB ............................. 16 3 Pengenceran Konsentrasi DNA ................................................................ 17
1
PENDAHULUAN Padi merupakan tanaman pangan penting yang ditanam hampir sepertiga dari jumlah total bahan pangan di dunia. Padi juga menyediakan bahan pangan pokok dan 35-60% kalorinya dikonsumsi lebih dari 2.7 milyar penduduk dunia. Sekitar 80% total jumlah padi yang ditanam, 55% merupakan padi lahan sawah irigasi dan 25% sisanya adalah padi tadah hujan yang berada pada dataran rendah (Gorantla et al 2005). Kebutuhan beras nasional pada tahun 2007 mencapai 30,91 juta ton dengan asumsi konsumsi per kapita rata-rata 139 kg per tahun. Indonesia dengan rata-rata pertumbuhan penduduk 1,7 persen per tahun dan luas areal panen 11,8 juta hektar dihadapkan pada ancaman rawan pangan pada tahun 2030 (Pasaribu 2006). Ketahanan pangan merupakan program utama pemerintah untuk mencukupi kebutuhan pangan seluruh penduduk. Program tersebut meliputi ketersediaaan dan keterjangkauan pangan dalam jumlah cukup serta bermutu. Target dari program ketahanan pangan adalah meningkatkan produksi padi nasional agar seluruh kebutuhan beras dapat dipenuhi dari dalam negeri. Usaha peningkatan produksi padi dilakukan dengan peningkatan produktivitas padi di daerah yang belum optimal. Kendala yang ditemui dalam usaha peningkatan produktivitas padi tersebut adalah terbatasnya terobosan teknologi baru khususnya varietas unggul serta alih fungsi lahan subur untuk kepentingan industri, perumahan dan penggunaan lahan non pertanian lainnya (Krisnamurthi 2006). Kualitas jenis padi akan berpengaruh pada selera makan masyarakat. Secara umum masyarakat akan berusaha memilih kualitas jenis padi yang baik. Salah satu parameter yang menjadi tolak ukur pemilihan kualitas jenis padi adalah sifat aroma pada padi. Sifat aroma ini merupakan salah satu keunggulan jenis padi. Namun demikian, masyarakat masih merasa kesulitan dengan terbatasnya jenis padi aromatik pada pasaran. Hal tersebut disebabkan oleh mahalnya padi aromatik karena padi tersebut hanya bisa ditanam pada kondisi tanah tertentu atau hanya dapat ditanam pada daerah tertentu (Bradbury et al 2005). Perkembangan teknik biologi molekuler yang semakin pesat dapat menjadi solusi terhadap kendala pengembangan
produktivitas padi serta mempermudah pekerjaan analisis sampai pada tahap molekuler. Marka molekuler (penanda molekuler) merupakan salah satu contoh perkembangan teknik biologi molekuler. Bradbury et al. (2005) telah berhasil mengidentifikasi padi aromatik dan nonaromatik berdasarkan marka molekuler berbasis gen badh2. Gen badh2 merupakan gen penyandi aroma wangi yang terdapat pada padi aromatik. Deteksi dini untuk membedakan jenis padi aromatik dan nonaromatik sangat diperlukan pada pembibitan. Hal tersebut sangat membantu peneliti dan petani dalam menentukan jenis padi yang akan ditanam secara tepat. Adanya perbedaan gen pada sekuen padi aromatik dan nonaromatik dapat digunakan untuk deteksi jenis padi tersebut.
TINJAUAN PUSTAKA Padi Aromatik dan Nonaromatik Menurut Tjitrosoepomo (1923), tanaman padi (Oryza sativa L.) diklasifikasikan dalam Divisi Spermatophyta, Sub Divisi Angiospermae, Class Monocotyledone, Ordo Poales/Glumiflorae, Famili Graminae, Genus Oryza, dan Spesies Oryza sativa. Menurut Manurung dan Ismunadji (1999), akar tanaman padi digolongkan ke dalam tipe akar serabut. Akar primer (radikula) yang tumbuh sewaktu berkecambah selanjutnya akan digantikan oleh akar adventif. Menurut Harahap et al. (1993) daun tanaman padi tumbuh berselang-seling pada batang, satu daun pada tiap buku. Tiap daun terdiri atas (1) helai daun; (2) pelepah daun yang membungkus ruas.; (3) telinga daun (auricle); (4) lidah daun (ligule). Daun teratas disebut daun bendera. Batang terdiri atas beberapa ruas yang dibatasi oleh buku. Daun dan tunas (anakan) tumbuh pada buku. Pada permulaan stadia tumbuh hanya terdiri atas pelepah-pelepah daun dan ruas yang tertumpuk padat. Secara umum padi dapat tumbuh di daerah tropis/subtropis pada 45° LU sampai 45° LS dengan curah hujan yang baik adalah 200 mm/bulan atau 1500-2000 mm/tahun. Di dataran rendah padi tumbuh pada ketinggian 0-650 m dpl dengan temperatur 22-27 °C sedangkan di dataran tinggi 6501500 meter dpl dengan temperatur 19-23 °C. Tipe pertumbuhan padi adalah tegak dan merumpun. Umur berbunganya beragam
