KERAGAMAN DAN STRUKTUR GENETIK POPULASI JATI SULAWESI TENGGARA BERDASARKAN MARKA MIKROSATELIT
DIRVAMENA BOER
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi ”Keragaman dan Struktur Genetik Populasi Jati Sulawesi Tenggara Berdasarkan Marka Mikrosatelit” adalah karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 disertasi ini. Bogor, Juli 2007 Dirvamena Boer NIM P03600009
ABSTRACT DIRVAMENA BOER. Diversity and Genetic Structure of Southeast Sulawesi Teak Populations Based on Microsatellite Markers. Supervisors: SUDARSONO, SATRIYAS ILYAS, ASEP SETIAWAN, and EDI GUHARDJA. The aim of this research was to study diversity and genetic population structure, dynamical aspect of gene flow through pollens and seeds dispersal and also mating system. This study was carried out at three locations of teak stand populations which indicated human disturbance level using ten markers microsatellite (AGT10, AC44, AC01, AG14, ATC02, AC28, AAG10, dan CPIMS). A total of 46 alleles were detected, with six the highest number allele at AAG10 and AG16 loci. The mean value of polymorphic information content (PIC) of the 10 loci ranged from 0.442 to 0.580. Study of genetic similarity to compare between mature tree and seedling progeny showed the average genetic similarity was calculated based on Dice coefficient for total population of mature and juvenile tree were 51.91% and 54.55%, respectively. The mature tree of Dolok, Warangga and Sampolawa have 60%, 55%, and 73% genetic similarity, respectively. While seedling progeny of Dolok, Warangga, and Sampolawa have 56%, 61%, and 74% genetic similarity, respectively. Study of genetic structure showed the heterozigosity Ha and He were high (for Dolok population were 0.630 and 0.645, respectively). Genetic differentiation FST was 0.112 (11.2% of total genetic variation among population) and showed less deviation from Hardy-Weinberg expectation (Wright’s inbreeding coefficient FIS = 0.009). However, genetic differentiation using AMOVA showed 14% of total variation among population, the remaining 86% occurred within populations. Cluster analysis calculated by Nei’s Distance showed Dolok and Warangga population joint in the same cluster. Parentage analysis successfully detected candidate male parent as much as 30% for Sampolawa, 81% for Dolok, and 87% for Warangga progenies. Analysis parentage for juvenile tree in the field successfully detected 76% pairs of candidate male and female parents. The gene flow through pollen dispersal showed that pollens spread out to all directions by insect vector. Source of pollen for the teak pollination trees mainly came from the teak around the mother tree (30%). The distance average pollen source could pollinate 30.23-39.43 m and furthermost more than 80 m. Whereas, the genetic migration through seed dispersal showed that seedling from their expected parents occurred by the distance average of 34.27 m and the furthermost 68.73 m. The mating system parameters showed the singlelocus outcrossing rate (ts) varied among loci and populations, but multilocus outcrossing rates (tm) were equal to one for Sampolawa and Warangga populations and so it is with biparental inbreeding (tm-ts) was different from zero for Sampolawa and Warangga populations. Biparental inbreeding occured for Dolok population and parental inbreeding for Sampolawa population. Key words:
Tectona grandis, microsatellite, genetic diversity, genetic structure, gene flow, mating system
ABSTRAK DIRVAMENA BOER. Keragaman dan Struktur Genetik Populasi Jati Sulawesi Tenggara Berdasarkan Marka Mikrosatelit. Komisi Pembimbing: SUDARSONO, SATRIYAS ILYAS, ASEP SETIAWAN, dan EDI GUHARDJA. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kemiripan genetik individu di dalam populasi tanaman jati, keragaman dan struktur populasi genetik serta aspek dinamiknya akibatnya adanya perpindahan informasi genetik via serbuk sari dan migrasi biji, serta sistem perkawinan pada tanaman jati. Dalam penelitian ini diambil tiga lokasi populasi tegakan jati yang mempunyai level kerusakan akibat adanya aktifitas manusia kemudian dipelajari menggunakan 10 marka mikrosatelit (AG04, AG16, AGT10, AC44, AC01, AG14, ATC02, AC28, AAG10, dan CPIMS) menghasilkan total 43 alel dengan rata-rata banyaknya alel per lokus 4.6 dengan kisaran alel mulai dari dua sampai tujuh alel. Tingkat polimorfisme tertinggi pada lokus AG16 sebesar 0.767, rata-rata untuk semua lokus adalah 0.522. Hasil studi kemiripan genetik terhadap tanaman dewasa dibandingkan dengan benih yang diunduh dari beberapa pohon menunjukkan rata-rata kemiripan genetika yang dihitung menggunakan koefisien Dice pada populasi total tanaman dewasa dan tanaman semai asal Sulawesi Tenggara mempunyai kemiripan genetik berturut turut 51.91% dan 54.55%. Untuk tanaman dewasa kelompok Dolok, Warangga dan Sampolawa mempunyai kemiripan genetika berturut-turut 60%, 55% dan 73%. Tanaman semai kelompok Dolok, Warangga dan Sampolawa mempunyai kemiripan genetika berturut-turut 56%, 61%, dan 74%. Analisis struktur genetik memperlihatkan bahwa nilai heterozigositas Ha dan He mempunyai nilai yang tinggi (tertinggi untuk Dolok adalah 0.630 dan 0.645) dengan nilai He selalu lebih besar daripada Ha. Nilai diferensiasi genetik FST adalah 0.112 atau 11.2% dari total keragaman genetik di antara populasi dan memperlihatkan sedikit penyimpangan dari keseimbangan Hardy-Weinberg harapan (Wright’s inbreeding coefficient FIS=0.009). Akan tetapi diferensiasi genetik yang dihitung dengan AMOVA memperlihatkan 14% terjadi keragaman di antara populasi dan sisanya sekitar 86% terjadi dalam populasi. Analisis cluster yang dihitung menggunakan jarak genetik Nei menunjukkan bahwa populasi Dolok dan Warangga berada pada satu cluster. Analisis tetua yang dilakukan pada tiga populasi jati asal Sulawesi Tenggara berhasil mendeteksi kandidat tetua sebagai sumber serbuk sari pada progeni sebanyak 30% untuk Sampolawa, 81% untuk Dolok dan 87% untuk Warangga. Analisis terhadap tanaman juvenile di lapang untuk mendeteksi pasangan tetua berhasil mendeteksi sebanyak 76%. Analisis lebih lanjut menunjukkan aliran informasi genetik via serbuk sari penyerbukannya terjadi dari segala arah dibantu oleh serangga. Penyerbukan yang terjadi terutama dari sumber serbuk sari dari tetangga terdekat (30%). Rata-rata sumber serbuk sari dapat menyerbuki 30.23-39.43 m dan terjauh lebih dari 80 m. Migrasi genetik melalui penyebaran benih diperkirakan dibantu oleh angin dan air dengan jarak migrasi dari pohon induk benih rata-rata 34.27 m dan terjauh dapat mencapai 68.73 m.
Analisis sistem perkawinan berupa parameter sistem perkawinan diduga di bawah model perkawinan percampuran menggunakan software MLTR menunjukkan derajat penyerbukan silang lokus tunggal (ts) bervariasi di antara lokus dan populasi, tapi derajat penyerbukan silang multilokus (tm) secara statistik sama dengan satu untuk populasi Sampolawa dan Warangga demikian pula dengan koefisien biparental inbreeding (tm-ts) sama dengan nol untuk populasi Sampolawa dan Warangga. Terjadi biparental inbreeding pada populasi Dolok dan parental inbreeding (f) pada Sampolawa. Hal ini menunjukkan bahwa walaupun derajat penyerbukan silang besar namun pada lokasi Dolok dan Sampolawa terjadi proses silang dalam. Kata kunci:
Tectona grandis, mikrosatelit, kemiripan genetik, keragaman genetik, struktur genetik, aliran informasi genetik, sistem perkawinan
© Hak cipta milik IPB, tahun 2007 Hak cipta dilindungi 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
KERAGAMAN DAN STRUKTUR GENETIK POPULASI JATI SULAWESI TENGGARA BERDASARKAN MARKA MIKROSATELIT
DIRVAMENA BOER
Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Departemen Agronomi dan Hortikultura
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Penguji pada Ujian Tertutup :
Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc.
Penguji pada Ujian Terbuka :
1. Dr. Ir. Ulfah J. Siregar, M.Agr. 2. Dr. Ir. Sugiono Moeljopawiro, M.Sc.
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga disertasi yang berjudul ”Keragaman dan Struktur Genetik Populasi Jati Sulawesi Tenggara Berdasarkan Marka Mikrosatelit” dapat diselesaikan dengan baik. Disertasi ini disusun berdasarkan empat topik penelitian yaitu: (1) Analisis kemiripan genetik (genetic similarity) tanaman jati Sulawesi Tenggara menggunakan marka mikrosatelit, (2) Analisis struktur genetik (genetic structure) populasi jati Sulawesi Tenggara menggunakan marka mikrosatelit, (3) Analisis aliran gen via serbuk sari (gene flow) dan biji (migration) pada tanaman jati Sulawesi Tenggara menggunakan marka mikrosatelit, dan (4) Analisis sistem perkawinan (mating system) tanaman jati Sulawesi Tenggara menggunakan marka mikrosatelit. Penulis menyampaikan ucapan terimakasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Prof. Dr. Ir. Sudarsono, M.Sc. selaku ketua komisi pembimbing, Dr. Ir. Satriyas Ilyas, MS., Dr. Ir. Asep Setiawan, MS. dan Prof. Dr. Ir. Edi Guhardja, M.Sc. yang masing-masing sebagai anggota komisi, atas semua arahan, bimbingan dan motivasi yang diberikan kepada penulis mulai dari perencanaan, pelaksanaan, sampai penyelesaian penulisan penelitian disertasi ini. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc. (selaku penguji luar komisi pada ujian tertutup), Dr. Ir. Ulfah J. Siregar, M.Agr., dan Dr. Ir. Sugiono Moeljopawiro, M.Sc. (selaku penguji luar komisi pada ujian terbuka), atas masukan yang diberikan demi kesempurnaan disertasi ini. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dekan dan Rektor Universitas Haluoleo atas izin dan kesempatan yang diberikan kepada penulis dalam mengikuti pendidikan program doktor di Sekolah Pascasarjana IPB. Ucapan terimakasih yang sama ditujukan kepada Rektor IPB, Dekan Sekolah Pascasarjana IPB dan staf, Ketua Program Studi Agronomi dan staf atas segala motivasi dan pelayanan akademik hingga segala persyaratan program doktor di IPB dapat dipenuhi. Begitu juga ucapan terimakasih yang tak terhingga kepada Ketua Laboratorium Molekular Biologi Tanaman (PMB) IPB, ketua laboratorium PSPT-
IPB, ketua laboratorium BIORIN, PAU-IPB. atas kesempatan untuk melakukan kegiatan penelitian dan pemakaian peralatan laboratorium. Serta seluruh staf dan rekan-rekan teknisi atas segala kesempatan, bantuan dan pelayanan kepada penulis berupa bahan dan peralatan yang diperlukan dalam penelitian ini. Terimakasih penulis sampaikan pula kepada Yth: Prof. Dr. Ir. Didy Sopandie, M.Agr. yang telah memimpin sidang dalam Ujian Terbuka dan Dr. Ir. Aris Munandar MS yang telah memimpin sidang Ujian Tertutup sehingga dapat berjalan lancar dan penuh hikmat. Terimakasih juga penulis sampaikan kepada pengelola Beasiswa Program Pascasarjana (BPPS) Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional atas dukungan finansial yang diberikan berupa bantuan beasiswa pendidikan program doktor selama tiga tahun, juga kepada pemberi dana penelitian yaitu European Commission, Inco-Dev ICA4-CT-2001-10094 yang diketuai oleh Prof. Dr. Ir. Sudarsono, M.Sc. Terimakasih juga disampaikan kepada semua rekan-rekan mahasiswa seperjuangan di Laboratorium Molekular Biologi Tanaman (PMB) IPB atas kebersamaan dan kesempatan saling diskusi selama penelitian berlangsung. Juga kepada semua rekan-rekan sesama mahasiswa Pascarjana IPB. Tak lupa disampaikan ucapan terimakasih kepada ayahanda Drs. Boerhanudin Jacoub. Dt.T (alm) dan ibunda Bayana Biran tersayang atas segala ketulusan doa restu dan dorongan moril, juga kepada seluruh kakak dan adik atas semangat dan doanya. Kepada istri tercinta dan anak-anak tersayang, atas segala pendampingan, doa dan dorongan semangat untuk meraih sukses. Semoga Allah SWT menjadikan suatu keberkahan dan manfaat atas segala keberhasilan yang penulis capai saat ini. Bogor, Agustus 2007
Dirvamena Boer
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 17 Desember 1962 sebagai anak keempat dari enam bersaudara dari keluarga Boerhanuddin Jacoub dan Bayana Biran. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Biologi, FMIPA, Institut Pertanian Bogor, lulus pada tahun 1989 dengan gelar Ir. Pada tahun 1995 penulis melanjutkan pendidikan S2 di Universitas Goettingen dan menamatkannya pada tahun 1997 dengan gelar M.Sc.Agr. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program studi Agronomi, pada perguruan tinggi IPB diperoleh pada tahun 2000. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia. Penulis bekerja sebagai staf pengajar di Jurusan Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Haluoleo di Kendari sejak tahun.1990 sampai sekarang.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL..................................................................................................xv DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvii DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................... xviii DAFTAR SINGKATAN ......................................................................................xix GLOSARI
....................................................................................................xx
1.
PENDAHULUAN ............................................................................................1 Latar Belakang ......................................................................................... 1 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3
2.
TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................4 Tanaman Jati (Tectona grandis Linn.f.)................................................... 4 Klasifikasi Jati .................................................................................. 4 Daerah Penyebaran Jati .................................................................... 4 Karakter Vegetatif, Generatif, dan Pembungaan Jati............................... 5 Karakter Vegetatif ............................................................................ 5 Karakter Generatif ............................................................................ 6 Karakter Biologi Pembungaan ......................................................... 6 Marka Genetik.......................................................................................... 7 DNA Mikrosatelit............................................................................. 8 Daerah DNA Mikrosatelit ................................................................ 8 Keungulan DNA Mikrosatelit .......................................................... 9 Sistem Reproduksi Seksual Tanaman .................................................... 10 Sistem Seksual................................................................................ 10 Sistem Aliran Informasi Genetik (Gene Flow) .............................. 11 Sistem Perkawinan (Mating System) .............................................. 11
3.
METODE UMUM PENELITIAN .................................................................14 Ruang Lingkup Penelitian...................................................................... 14 Tempat dan Waktu ................................................................................. 14 Bahan dan Metode Penelitian ................................................................ 14 Bahan Tanaman .............................................................................. 14 Prosedur Molekular dengan Marka Mikrosatelit............................ 16
4.
ANALISIS KEMIRIPAN DAN KERAGAMAN GENETIK TANAMAN JATI SULAWESI TENGGARA MENGGUNAKAN MARKA MIKROSATELIT (Genetic similarity and diversity analysis of teak from originated Southeast Sulawesi by using microsatellite markers)...................20 Abstract .................................................................................................. 20 Abstrak ................................................................................................... 20 Pendahuluan ........................................................................................... 21
xii
Bahan dan Metode ................................................................................. 22 Material Tanaman........................................................................... 22 Isolasi serta Penentuan Kualitas dan Kuantitas DNA .................... 22 Amplifikasi PCR dan Gel Electroforesis........................................ 23 Analisis Data .................................................................................. 23 Hasil ....................................................................................................... 24 Profil Pita Mikrosatelit ................................................................... 24 Kemiripan Genetika di dalam Populasi.......................................... 27 Pembahasan............................................................................................ 32 Kesimpulan dan Saran............................................................................ 34 Daftar Pustaka ........................................................................................ 34 5.
ANALISIS STRUKTUR GENETIK POPULASI JATI ASAL SULAWESI TENGGARA MENGGUNAKAN MARKA MIKROSATELIT (Genetic structure analysis of Southeast Sulawesi teak populations based on microsatellite markers)..............................................................................36 Abstract .................................................................................................. 36 Abstrak ................................................................................................... 36 Pendahuluan ........................................................................................... 37 Bahan dan Metode ................................................................................. 38 Tempat dan Waktu ......................................................................... 38 Bahan Tanaman .............................................................................. 38 Analisis Data .................................................................................. 38 Hasil ....................................................................................................... 45 Pembahasan............................................................................................ 50 Kesimpulan dan Saran............................................................................ 52 Daftar Pustaka ........................................................................................ 52
6.
ANALISIS ALIRAN INFORMASI GENETIK VIA SERBUK SARI DAN PENYEBARAN BENIH TANAMAN JATI ASAL SULAWESI TENGGARA MENGGUNAKAN MARKA MIKROSATELIT (Gene flow via pollen and seed dispersal analysis of teak from Southeast Sulawesi by using microsatellite markers) .....................................................54 Abstract .................................................................................................. 54 Abstrak ................................................................................................... 54 Pendahuluan ........................................................................................... 55 Bahan dan Metode ................................................................................. 56 Material Populasi dan Ekstrasi DNA ............................................. 56 Analisis Marka Mikrosatelit ........................................................... 57 Analisis Data .................................................................................. 57 Hasil ....................................................................................................... 58 Pembahasan............................................................................................ 63 Kesimpulan dan Saran............................................................................ 64 Daftar Pustaka ........................................................................................ 65
xiii
7.
ANALISIS SITEM PERKAWINAN TANAMAN JATI SULAWESI TENGGARA MENGGUNAKAN MARKA MIKROSATELIT (Mating system analysis of teak from Southeast Sulawesi by using microsatellite markers) ....................................................................................................66 Abstract .................................................................................................. 66 Abstract .................................................................................................. 66 Pendahuluan ........................................................................................... 67 Bahan dan Metode ................................................................................. 68 Material Tanaman dan Isolasi DNA............................................... 68 Analisis Penanda Mikrosatelit........................................................ 68 Analisis Data .................................................................................. 69 Hasil ....................................................................................................... 70 Pembahasan............................................................................................ 73 Kesimpulan dan Saran............................................................................ 75 Daftar Pustaka ........................................................................................ 76
8.
PEMBAHASAN UMUM...............................................................................77
9.
KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................81
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................83 LAMPIRAN
....................................................................................................87
xiv
DAFTAR TABEL Halaman 3.1. Koordinat posisi geografis populasi jati dari Sulawesi Tenggara ..................15 3.2. Nama dan sekuen primer mikrosatelit berasal dari project jati TEAKDIV ICA4-2000-20053...........................................................................................19 4.1. Pohon induk dan tanaman semai jati yang dikoleksi dipilih secara acak pada tiga lokasi populasi jati asal Sulawesi Tenggara dianalisis menggunakan 10 lokus mikrosatelit ...............................................................22 4.2. Jumlah alel dan polymorphic information content (angka yang di dalam tanda kurung) berdasarkan 10 lokus mikrosatelit pada populasi tanaman jati asal Sulawesi Tenggara ............................................................................25 4.3. Matrik kemiripan genetik di antara 20 tanaman dewasa (di bawah diagonal) dan 20 tanaman semai (di atas diagonal) populasi jati asal Sampolawa ....................................................................................................28 4.4. Matrik kemiripan genetik 20 tanaman dewasa (di bawah diagonal) dan 20 tanaman semai (di atas diagonal) populasi jati asal Dolok........................29 4.5. Matrik kemiripan genetik 20 tanaman dewasa (di bawah diagonal) dan 20 tanaman semai (di atas diagonal) populasi jati asal Warangga .................30 5.1. Jumlah alel dan tingkat polimorfisme 10 lokus mikrosatelit pada tanaman jati asal Sulawesi Tenggara..............................................................46 5.2. Frekuensi alel 10 lokus mikrosatelit pada tiga populasi jati asal Sulawesi Tenggara ....................................................................................................47 5.3. Keragaman genetik jati berdasarkan nilai heterosigositas dan nilai FIS .........48 5.4. Nilai F-statistik populasi jati asal Sulawesi Tenggara....................................48 5.5. AMOVA populasi jati asal Sulawesi Tenggara berdasarkan 10 lokus mikrosatelit ....................................................................................................49 6.1. Koleksi progeni famili half-sib jati dari 13-19 pohon induk benih serta semua tanaman jati yang diindentifikasi berpotensi sebagai sumber serbuk sari pada tiga lokasi yang memiliki level kerusakan akibat aktivitas manusia dianalisis menggunakan 10 penanda mikrosatelit .............57 7.1. Progeni famili half-sib jati dari 13-19 pohon induk benih yang dikoleksi pada tiga lokasi yang memiliki level kerusakan akibat aktivitas manusia dianalisis menggunakan 10 penanda mikrosatelit ..........................................68
xv
7.2. Derajat penyerbukan silang berdasarkan lokus tunggal (ts) dan nilai frekuensi serbuk sari (pollen) dan ovule dari alel yang sering muncul untuk tiga populasi jati asal Sulawesi Tenggara, Pop = populasi; A = banyaknya alel; f = koefisien parental inbreeding; SE = Standart Error; S = Sampolawa; T = Dolok; W = Warangga..................................................72 7.3. Parameter sistem perkawinan dari tiga populasi jati Sulawesi Tenggara. Parameter yang diuji meliputi derajat outcrossing multilokus (tm), derajat outcrossing rata-rata lokus tunggal (ts), biparental inbreeding (tm-ts), koefisien parental inbreeding (f), korelasi t dugaan (rt), korelasi p dugaan (rp), kerapatan tanaman per hektar (Nr)..............................................73
xvi
DAFTAR GAMBAR Halaman 3.1. Peta lokasi tempat pengambilan sampel populasi jati di Kabupaten Muna (Dolok dan Warangga) dan Kabupaten Buton (Sampolawa) .........................15 4.1. Dendrogram kemiripan genetika jati tanaman dewasa hasil analisis kluster dengan metode pengelompokan UPGMA berdasarkan 10 primer mikrosatelit hasil amplifikasi..........................................................................26 4.2. Dendrogram kemiripan genetika jati tanaman semai hasil analisis kluster dengan metode pengelompokan UPGMA berdasarkan 10 primer mikrosatelit hasil amplifikasi..........................................................................27 4.3. Analisis komponen utama dari data kemiripan jati tanaman dewasa asal Sulawesi Tenggara berdasarkan 10 primer mikrosatelit hasil amplifikasi, yang dipetakan ke dalam bentuk tiga sumbu komponen utama yang pertama ....................................................................................................31 4.4. Analisis komponen utama dari data kemiripan jati tanaman semai asal Sulawesi Tenggara berdasarkan 10 primer mikrosatelit hasil amplifikasi, yang dipetakan ke dalam bentuk tiga sumbu komponen utama yang pertama ....................................................................................................31 5.1. Contoh profil pola pita lokus AC01 pada tanaman jati...................................45 5.2. Dendrogram jarak genetik antar populasi jati berdasarkan jarak genetik Nei ....................................................................................................50 6.1. Contoh profil pola pita lokus AG16 pada tanaman jati ..................................59 6.2. Perpindahan informasi genetik (gene flow) via serbuk sari ...........................59 6.3. Jarak dan sumber serbuk sari untuk lokasi Sampolawa (atas), Dolok (tengah) dan Warangga (bawah).....................................................................60 6.4. Perpindahan informasi genetik melalui benih ................................................61 6.5. Analisis tetua (parentage analysis) via benih untuk populasi Dolok.............62 7.1. Contoh profil pola pita lokus AC28 pada tanaman jati ..................................71
xvii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1.
Peta posisi relatif tanaman jati di lokasi Dolok ..............................................88
2.
Peta posisi relatif tanaman jati di lokasi Warangga........................................89
3.
Peta posisi relatif tanaman jati di lokasi Wadila.............................................90
4.
Analisis tetua jantan terhadap famili half-sib turunan dari pohon induk benih jati asal populasi Sampolawa................................................................91
5.
Analisis tetua jantan terhadap famili half-sib turunan dari pohon induk benih jati asal populasi Dolok ........................................................................92
6.
Analisis tetua jantan terhadap famili half-sib turunan dari pohon induk benih jati asal populasi Warangga ..................................................................94
7.
Analisis tetua jantan terhadap tanaman juvenil (J) dari lapang untuk tanaman jati asal populasi Dolok....................................................................97
8.
Prosedur isolasi DNA .....................................................................................98
9.
Prosedur elektroforesis polyacrylamide .......................................................108
10. Daftar bahan kimia yang dibutuhkan............................................................115 11. Persemaian benih jati....................................................................................116
xviii
DAFTAR SINGKATAN ADP AFLP AMOVA ATGC bp BT cm cpDNA cpSSR CTAB db dCTP dGTP DNA dNTP EDTA F HCl KCl LS LU m MgCl2 ml mM ng NH4 ns NTSYS o C OD P PCR pH Pmol PVPP R RAPD RFLP SAS SSR TBE Tm UPGMA µl
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
adenosine diphosphate Amplified Fragment Length Polymorphism analysis molecular of variance Adenine, Thymine, Guanine, dan Cytosine base pair Bujur Timur sentimeter chloroplast DNA chloroplast Simple Sequence Repeat hexadecyltrimethyl-ammonium bromide derajad bebas deoxy Cytidine Tri Phosphate deoxy Guanidine Tri Phosphate deoxyribonucleid acid deoxy Nucleotide Tri Phosphate Ethylene Diamine Tetracetic Acid Forward asam chloride kalium chloride Lintang Selatan Lintang Utara meter magnesium chloride mililiter milimolar nanogram methane non significant numerical taxonomy system derajat Celsius (centigrade) optic dissociation probability polymerase chain reaction derajat kemasaman piko mol polyvinylpolypyrrolidone. reverse Random Amplified Polymorphic DNA Restriction Fragment Length Polymorphism Statistical analysis system Simple sequence repeats Trizma Boric EDTA Temperature melting Unweighted Pair-Group Method Arithmetic Average mikro liter
xix
GLOSARI Alel: Variasi gen pada satu lokus Anelling: Temperatur untuk proses menempelnya primer pada utas cetakan Anemophily: Pergerakan gamet jantan (serbuk sari) dengan vektor berupa angin Apomiksis: Terjadinya biji tanpa penggabungan gamet jantan dan betina Autochonous: Suatu populasi yang belum dipindahkan oleh manusia dalam hal ini jika tumbuh di habitat alami atau aslinya Autogami: Tanaman menyerbuk sendiri Biparental inbreeding, (tm - ts): Inbreeding yang terjadi karena perkawinan kerabat dekat Bootstrapping: Merupakan cara non-parametrik untuk mendapatkan nilai standar errror atau ragam dengan cara membuat set data ulangan dengan teknik sampling dari set data original dengan teknik pemulihan. Cleistogami: Serbuk sari berasal dari bunga yang sama, fertilisasi terjadi saat bunga mekar Differensiasi genetik: Perbedaan genetik antar populasi Dioecy: Tanaman yang hanya memiliki bunga betina saja atau bunga jantan saja. Eksotik: Suatu populasi yang dipindahkan secara sengaja dan tumbuh di luar penyebaran alaminya Elektroforesis gel: Elektroforesis yang dikerjakan pada matriks gel sehingga molekul dengan muatan listrik yang sama dapat dipisahkan berdasarkan ukurannya. Elektroforesis: Pemisahan molekul berdasarkan muatan listriknya Etidium bromid: senyawa bersifat fluorescen yang dapat menyisip di antara pasangan basa dalam molekul DNA untai ganda, yang dipakai untuk deteksi DNA Frekuensi alel: Proporsi tipe alel dari suatu lokus di dalam suatu populasi Frekuensi genotipe: Proporsi tipe genotipe di dalam suatu populasi Galat lingkungan: Faktor kesalahan yang diperhitungkan akibat kemungkinan kesalahan waktu pemilihan tanaman, akibat dari faktor lingkungan yang dianggap tidak homogen. Geitonogami: Serbuk sari berasal dari bunga berbeda pada tanaman yang sama Gen: Suatu segmen DNA yang mengkode molekul RNA dan atau molekul polipeptida Gene flow, aliran gen: Proses transportasi informasi genetik melalui transportasi serbuk sari (penyebaran gamet jantan) dan transportasi melalui benih. Gene pool: All of the alleles present and carried by the population Genetika: Suatu cabang ilmu dalam biologi yang mempelajari hal-hal yang berhubungan dengan gen. Genom: Seperangkat lengkap gen dalam suatu organisme Half-sib: Keturunan dari garis ibu Klon: Tanaman hasil perbanyakan secara vegetatif dimana tanaman tersebut merupakan duplikat yang susunan genetiknya sama. Kromosom: Struktur pembawa sifat keturunan dan berada dalam nukleus. Mating system, sistem perkawinan: Sistem perkawinan pada tanaman terdiri atas selfing, outcrossing, dan campuran
xx
Mikrosatelit, simple sequence repeats, SSR: Merupakan unit pengulangan 1-6 pasangan basa. Primer SSR dibentuk berdasarkan kepada conserved flanking region (daerah pengapit konservatif) lokus SSR, yang mana bisa dihasilkan amplifikasi PCR pada lokus SSR tersebut. Hasil produk PCR bisa dielektroforesis yang dapat dibedakan menurut jumlah unit pengulangan dalam alel-alel SSR yang muncul. Mixed mating model, model perkawinan campuran: Zigot yang terbentuk dapat berasal dari selfing atau outcrossing yang terjadi secara acak Multilocus outcrossing rates, derajat penyerbukan silang multilokus, tm: Derajat penyerbukan silang, yang dihitung berdasarkan pola variasi pada banyak lokus gen Outcrossing rate, derajat outcrossing, t: Proporsi relatif dari ovul yang dibuahi oleh serbuk sari asing Outcrossing, penyerbukan silang: Bila ovul dibuahi oleh serbuk sari dari tanaman lain Parentage analysis, analisis tetua: Analisis untuk mendapatkan pasangan tetua dari setiap individu keturunan berdasarkan data genetik mereka. Parental inbreeding, f: Inbreeding akibat dari selfing Pemuliaan Tanaman: Suatu metode secara sistematis merakit keragaman genetik menjadi bentuk yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Penguji (tester): Suatu tanaman atau barisan tanaman yang digunakan untuk mengevaluasi atau mengenal genotipe tanaman lain. Plasmanutfah: Koleksi tanaman/gen yang merupakan material (bahan) keturunan. Progeni: Keturunan Protandri: Bunga yang benang sarinya lebih dulu matang daripada putik, bilamana putiknya masak, maka benangsarinya telah layu dengan semua tepungsari telah mati sehingga hampir selalu bunga tersebut mengalami penyerbukan silang. Provenan: Merupakan contoh sejumlah pohon dari populasi yang telah beradaptasi secara evolusi di suatu habitat tertentu Seleksi: Usaha untuk mendapatkan tanaman yang mempunyai sifat genetik yang baik, yaitu dengan cara memilihnya di antara tanaman lain dengan mengenali ciri-cirinya. Selfing rate, derajat selfing, s: Proporsi relatif dari ovul yang dibuahi oleh serbuk sari sendiri atau kerabat dekat Selfing, penyerbukan sendiri: Bila ovul dibuahi oleh serbuk sari sendiri atau kerabat dekat Singlelocus outcrossing rate, derajat penyerbukan silang lokus tunggal, ts: Derajat penyerbukan silang, yang dihitung berdasarkan pola variasi pada satu lokus gen Tekanan lingkungan: Faktor pembatas dari lingkungan, yang mengakibatkan produksi tanaman menurun, misalnya pH, salinitas dan sebagainya. Xenogami: Pembuahan terjadi bila serbuk sari dari satu tanaman sampai ke kepala putik yang receptive (siap dibuahi) dari tanaman lain dari jenis yang sama. Zoophily: Pergerakan gamet jantan (serbuk sari) dengan vektor berupa hewan
xxi
