PENGEMBANGAN METODE SELEKSI GALUR MURNI TETUA HIBRIDA JAGUNG PULUT

PENGEMBANGAN METODE SELEKSI GALUR MURNI TETUA HIBRIDA JAGUNG PULUT (waxy corn) TOLERAN KEKERINGAN DAN INTROGRESI GEN opaque-2 (oo) DENGAN MARKA SSRs (Simple Sequence Repeats)

ANDI TAKDIR MAKKULAWU

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi “Pengembangan Metode Seleksi Galur Murni Tetua Hibrida Jagung Pulut (waxy corn) Toleran Kekeringan dan Introgesi Gen opaque-2 (oo) dengan Marka SSRs (Simple Sequence Repeats)”adalah karya saya dengan arahan dari 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 yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan tercantum dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, 18 Agustus 2009

Andi Takdir Makkulawu NRP A161060081

ABSTRACT ANDI TAKDIR MAKKULAWU. Development of selection method corn parent inbred lines for parents at hybrid waxy corn tolerant to drought and introgression of opaque-2 (oo) gene by using SSRs (Simple Sequence Repeats). Supervisors: HAJRIAL ASWIDINNOOR, TRIKOESOEMANINGTYAS, and JAJAH KOSWARA. The Dissertation study the development of selection method corn parent inbred lines for parents at hybrid waxy corn tolerant to drought and introgression of opaque2 (oo) gene by using SSRs (Simple Sequence Repeats). The first experiment was to determine relation of waxy corn genotype kinship based on DNA band pattern by using SSRs marker and correlation among taxonomic distance matrix averages based on morphological performance, and similarity coefficient based on DNA band pattern getting from SSRs marker. The result showed that genetic variance of the tested material was high enough. It was indicated by polymorphism value of 0.62. Dendogram construction based on UPGMA was able to distinguish one genotype to the others. According to genetic similarity, the genotypes could be grouped into three clusters characterized by the genotypes with similar pedigree code with cofenetic correlation coefficient (r) 0.88 categorized good fit for handled waxy corn genotype groups. However, Correlation value between taxonomic distance matrix based on morphological performance and similarity coefficient based on DNA band pattern according to goodness of fit criteria was categorized as very weak. The information could used in selecting the parent and become as one of strategies in hybrid maize breeding program. The second experiment was conducted to estimate combining ability and heterosis value of ten waxy corn genotypes having high amelopectin, tolerance to drought stress environment as parent candidate of hybrid formation. The result indicated that several genotypes having good combining ability value for grain weight character per plant and interval silking anthesis under stress and drought stress environment. Grain weight character per plant on without stress and drought stress environment showed the same combining ability value, while interval silking anthesis on without stress and drought stress environment revealed different combining ability value. This information is important to determine direct or indirect selection method in selecting maize genotypes which tolerant to drought stress environment. The third experiment was conducted to introgress recessive gene opaque-2 mutant from QPM genotypes to waxy corn genotypes by using MAS (Marker Assisted Selection). The result showed that specific SSRs marker phi057 was proved effective and efficient to be used in selecting genotypes of CML141 x PTBC4-7-1BB and CML142 x PTBC4-10-1-BB progenies that were introgressed with homozygote recessive opaque-2 (oo) gene. Selection result utilizing MAS had a tendency to follow relative segregation on every selfing generation and the number of CML141 x PTBC4-7-1-BB and CML142 x PTBC4-10-1-BB progenies were screen with phi057 specific marker. Was identified 57 genotypes of PTBC4-7-1BBo2 and PTBC4-10-1-BBo2 as genetic materials in development of hybrid maize variety having high amilopectin and protein content.

The fourth experiment was carried out to obtain information on yield potency and waxy corn genotypes having opaque-2 gene as parent candidate of hybrid variety development. The result showed that the tested genotypes had good specific combining ability value good enough to one of the good testers either with CML144 or CML156 for grain weight character per plant, and grain weight character performance of top crossing 57 genotypes with the two very varied testers. The effect of environment factor was more dominant than genetic factor on crossing with CML154 and the effect of genetic factor was more dominant than environment factor on crossing with CML156. Inbred genotype of MrP-7-1-20BBo2 had specific combining ability with CML154 and potential parent candidate in the program aimed at obtaining high yielding hybrid. Inbred genotype of MrP-10-1-13BBo2 had good specific combining ability with CML154 and CML156 as well as potential as parent candidate in the program aimed at obtaining high yielding hybrid.

RINGKASAN ANDI TAKDIR MAKKULAWU. Pengembangan Metode Seleksi Galur Murni Tetua Hibrida Jagung Pulut (waxy corn) Toleran Kekeringan dan Introgresi Gen opaque 2 (oo) dengan Marka SSRs (Simple Sequence Repeats). Dibimbing oleh HAJRIAL ASWIDINNOOR, TRIKOESOEMANINGTYAS, dan JAJAH KOSWARA. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan metode seleksi yang dapat mengelompokkan toleransi galur murni jagung pulut (waxy corn) toleran cekaman kekeringan dan marka SSRs yang sesuai untuk introgresi gen opaque 2 (oo) ke dalam jagung pulut. Penelitian ini terdiri dari empat percobaan diantaranya adalah: Percobaan pertama untuk mengetahui hubungan kekerabatan atau jarak genetik 39 galur jagung pulut berdasarkan pola pita DNA memanfaatkan marka SSRs, dan korelasi antara matrik rata-rata jarak taksonomi berdasarkan penampilan morfologi dan koefisien kemiripan berdasarkan pola pita DNA berbasis marka SSRs. Hasil percobaan menunjukkan keragaman genetik cukup tinggi dari materi yang diuji. Hal ini ditunjukkan dengan nilai polimorfisme 0,62. Konstruksi dendogram berdasarkan UPGMA dapat membedakan galur satu dengan lainnya. Berdasarkan kemiripan genetik, galur dapat dikelompokkan menjadi tiga kluster yang dicirikan oleh galur dengan kode pedigree hampir sama. Nilai koefisien korelasi kofenetik (r) sebesar 0,88 menunjukkan good fit untuk kelompok galur jagung pulut yang ditangani. Namun korelasi antara matrik jarak taksonomi berdasarkan penampilan morfologi dengan koefisien kemiripan berdasarkan pola pita DNA menurut kriteria goodness of fit maka nilai korelasi tersebut tergolong sangat lemah. Informasi ini akan efektif dalam menyeleksi tetua dan merupakan salah satu strategi dalam program pemuliaan jagung hibrida. Kegiatan pada percobaan kedua dilakukan untuk mendapatkan informasi nilai daya gabung dan nilai heterosis 10 galur jagung pulut (waxy corn) yang memiliki kandungan amilopektin tinggi dan toleran terhadap lingkungan tercekam kekeringan. Hasil menunjukkan bahwa beberapa genotipe yang memiliki nilai daya gabung yang baik untuk karakter bobot biji per tanaman dan anthesis silking interval pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan. Karakter bobot biji per tanaman pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan menunjukkan perilaku daya gabung yang sama, sedangkan karakter anthesis silking interval pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan menunjukkan perilaku daya gabung yang berbeda. Introgresi gen opaque-2 pada percobaan ketiga dilaksanakan untuk mengintrogresikan gen resesif mutan opaque-2 dari galur QPM ke galur jagung pulut memanfaatkan Marker Assisted Selection (MAS) sebagai alat bantu seleksi. Hasil menunjukkan bahwa marka SSR spesifik phi057 terbukti efektif dan efisien digunakan menyeleksi galur-galur progeni CML141 x PTBC4-7-1-BB dan CML142 x PTBC4-10-1-BB yang telah terintrogresikan dengan gen homosigot resesif opaque 2 (oo). Seleksi menggunakan alat bantu MAS memiliki kecenderungan mengikuti nisbah segeregasi Mendel pada setiap generasi silang dalam (selfing). Evaluasi materi genetik hasil introgresi gen opaque-2 pada percobaan keempat dilaksanakan untuk mendapatkan informasi potensi hasil galur-galur jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 sebagai kandidat tetua hibrida. Hasil percobaan

menunjukkan bahwa genotipe uji memiliki nilai daya gabung khusus cukup baik terhadap salah satu tester baik dengan CML154 maupun dengan CML156 untuk karakter bobot biji per tanaman, pengaruh faktor lingkungan lebih dominan dari faktor genetik pada persilangan dengan CML154 dan pengaruh faktor genetik lebih dominan dari faktor lingkungan pada persilangan dengan CML156, galur MrP-7-120BBo2 memiliki daya gabung khusus dengan CML154 dan galur MrP-10-113BBo2 memiliki daya gabung khusus dengan CML154 dan CML156 serta berpotensi sebagai kandidat tetua dalam program mendapatkan hibrida potensi hasil tinggi. Tujuan akhir yang ingin dicapai pada percobaan ini adalah untuk mendapatkan hibrida yang memiliki kandungan amilopektin, lisin dan triptofan tinggi, toleran terhadap lingkungan cekaman kekeringan dan berdaya hasil tinggi. Dengan berdasar pada tujuan akhir percobaan tersebut dapat direkomendasikan genotipe PTBC4-17-1B (P3) sebagai calon tetua hibrida yang memiliki daya gabung umum yang baik untuk karakter bobot biji per tanaman dan anthesis silking interval pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan. Persilangan P1/P8, P2/P4, P3/P8, P4/P10, dan P5/P8 memiliki nilai efek DGK tinggi untuk karakter bobot biji per tanaman pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan kondisi lingkungan cekaman kekeringan di dua lokasi pengujian.

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

PENGEMBANGAN METODE SELEKSI GALUR MURNI TETUA HIBRIDA JAGUNG PULUT (waxy corn) TOLERAN KEKERINGAN DAN INTROGRESI GEN opaque-2 (oo) DENGAN MARKA SSRs (Simple Sequence Repeats)

ANDI TAKDIR MAKKULAWU

Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Agronomi dan Hortikultura

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009

Judul Disertasi

: Pengembangan Metode Seleksi Galur Murni Jagung Pulut (waxy corn) Toleran Kekeringan dan Introgresi Gen opaque-2 (oo) dengan Marka SSRs (Simple Sequence Repeats)

Nama

: Andi Takdir Makkulawu

NIM

: A161060081

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, MSc. Ketua

Prof. Dr. Ir. Jajah Koswara Anggota

Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, MSc. Anggota

Mengetahui Ketua Program Studi Agronomi dan Hortikultura

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, MS.

Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.

Tanggal Ujian: 18 Agustus 2009

Tanggal Lulus:

Penguji pada Ujian Tertutup : 1. Dr. Ir. Muhammad Syukur MP. (Staf Pengajar Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor) 2. Dr. Ir. Edi Santosa MSc. (Staf Pengajar Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor) Penguji pada Ujian Terbuka : 1. Prof. Dr. Ir. Sriani Sujiprihati MSc. (Profesor dan Staf Pengajar Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor) 2. Dr. Firdaus Kasim (Peneliti pada Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian)

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Oktober 2006 sampai Februari 2009 ini ialah Kekeringan, dengan judul “ PENGEMBANGAN METODE SELEKSI GALUR MURNI TETUA HIBRIDA JAGUNG PULUT (waxy corn) TOLERAN KEKERINGAN DAN INTROGRESI GEN opaque-2 (oo) DENGAN MARKA SSRs (Simple Sequence Repeats)”dilaksanakan di KP. Maros, KP. Bajeng, Laboratorium Molekuler Balitsereal, KP. Cikeumeuh BBBiogen Bogor, dan KP. Muneng Balitkabi Probolinggo. Disertasi ini memuat empat bab yang merupakan pengembangan dari naskah artikel yang diajukan ke jurnal ilmiah. Bab I berjudul Analisis Keragaman Genetik Galur-galur Jagung Pulut (waxy corn) Berbasis Marka SSRs (Simple Sequence Repeats) dan Korelasinya dengan Karakter Morfologi, telah diterbitkan (Penelitian Pertanian Vol. 28 No. 1: 9 - 18), Bab II Daya Gabung Karakter Hasil dan Komponen Hasil Galur-galur Jagung Pulut (waxy corn) pada Kondisi Lingkungan Tanpa Cekaman dan Lingkungan Tercekam Kekeringan, Bab III Introgres Galur Jagung Pulut (waxy corn) dengan Gen Resesif Mutan opaque-2, memanfaatkan Alat Bantu MAS (Marker Assisted Selection), dan Bab IV Penampilan Galur-galur Jagung Pulut (waxy corn) yang Memiliki Gen opaque-2 hasil Persilangan Testcross. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, MSc., Dr. Ir. Trikoesoemaningtyas, MSc., dan Prof. Dr. Ir. Jajah Koswara, selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran, kepada Dr. Ir. Muhammad Syukur MP. dan Dr. Ir. Edi Santosa MSc. sebagai penguji luar komisi pembimbing pada ujian tertutup serta Prof. Dr. Ir. Sriani Sujiprihati MSc. dan Dr. Firdaus Kasim sebagai penguji luar komisi pembimbing pada ujian terbuka. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Kepala Badan Litbang Pertanian dan Ketua Komisi Pembinaan Tenaga Badan Litbang Pertanian Departemen Pertanian beserta staf, Kepala Balai Penelitian Tanaman Serealia Maros beserta staf, Kepala KP. Cikeumeuh Balai Besar Penelitian Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik (BB Biogen) Bogor beserta staf, Kepala KP. Muneng Balai Penelitian Tanaman Kacang-kacangan dan Umbi-umbian Malang beserta staf, Kepala KP. Maros, KP. Bajeng, dan Koordinator Laboratorium Molekuler Balai Penelitian Tanaman Serealia beserta staf, yang telah membantu selama penelitian dan pengumpulan data. Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyelesaian disertasi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari rekan-rekan peneliti dan teknisi. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Sampara, Sunarto, Munadi Robert, Hasan, Sunarto M., Sriono, Ahmad Dadang, Julaiha, Haryati SP., Hasnah SP., Rismayanti SP., Usman, Arifuddin, Hamzah, Abd. Haris, Stepanus Misi,

Fransiskus Misi, Yosepina Soben, Mahda, Martina Ranggi, Muzdalifah Isnaini SP.MP., Sigit Budisantoso SP., Ir. Andi Haris Talanca, Ir. Suskandari Kartikaningrum MP., Dr. Mappanganggang S. Pabage, Dr. A. M. Adnan, Dr. Muhammad Azrai, Dr. Marcia Bunga Pabendon, Ir. Nuning Agro Subekti MSc., Sri Sunarti SP., Ir. Sumarni Singgih MS., Ir. Muslimah Hamdani, Ir. Muh. Yasin HG. MS., Roy Efendi SP., MSi., dan Amin Nur, SP.MSi. Kepada Pimpinan dan Dosen SPs IPB, penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih atas segala bimbingan dan pembinaannya selama penulis menyelesaikan studi, terutama kepada Ketua Program Studi Agronomi dan Pemuliaan Bioteknologi Tanaman beserta staf yang telah membantu penulis selama mengikuti studi di IPB. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa Program Studi Agronomi, Pemuliaan Bioteknologi Tanaman yakni Ir. Rr. Sri Hartati MS., Indrastuti Aprianti SP., Enung Sri Mulyaningsih SP., MS., Ir. Dwi Wahyu Ganefianti MS., Ir. Rubiyo MS., dan rekan-rekan mahasiswa program studi Agronomi angkatan 2006 serta mahasiswa program studi Pemuliaan dan Bioteknologi angkatan 2007 atas segala bantuan, dukungan dan kebersamaannya selama penulis mengikuti studi di SPs IPB. Ungkapan rasa hormat, bangga, penghargaan setinggi-tingginya dan terima kasih penulis sampaikan kepada isteri tercinta Rafidah Neni Iriany M. SSi. MP. atas curahan kasih sayang dan perhatiannya, kepada Ayahanda tercinta Andi Kessi Makkulawu SH., Ibunda tercinta Andi Paiga BA. dan Andi Muddariah (Almarhum), Mertua Massi Patintingi dan St. Aminah (Almarhum), Ipar Rosmani, Siti Ruaedah, Ir. Mustakim, Andi Nuryansah ST. MS., Andi Sahar ST., dr. Asni, Adik-adikku Andi Anggriah M., Andi Muliana M. SE., Andi Ridwan M. ST. MT., Andi Wahyani M. AMd., Andi Panaungi M., Andi Ismail M., dan Andi Nur Rahma M. SP., serta seluruh keluarga, ucapan terima kasih atas segala doa dan kasih sayangnya, hormat penulis khusus disampaikan kepada keluarga almarhum Dr. Marsum M. Dahlan, atas bimbingan dan segala doa serta kasih sayangnya. Kepada Prof. Dr. Ir. Andi Hasanuddin MSc. penulis ucapkan terima kasih atas arahan dan bimbingan selama penulis memulai karier sampai sekarang. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat terhadap pengembangan ilmu pengetahuan. Bogor, 18 Agustus 2009

Andi Takdir Makkulawu

DAFTAR RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sengkang Kabupaten Wajo Sulawesi Selatan pada tanggal 3 Februari 1971 sebagai anak sulung pasangan Andi Kessi Makkulawu dan Andi Muddariah (Almarhum). Pendidikan sarjana di Program Studi Agronomi, Fakultas Pertanian Universitas Muslim Indonesia Ujung Pandang, lulus pada tahun 1994. Pada tahun 2000, penulis diterima di Program Studi Pemuliaan Tanaman pada Program Pascasarjana UNPAD dan menamatkan pada tahun 2003.

Kesempatan untuk

melanjutkan ke program doktor pada Program Studi Agronomi dan Hortikulturan IPB diperoleh pada tahun 2006. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Badan Litbang Pertanian Departemen Pertanian Republik Indonesia. Penulis bekerja sebagai peneliti pada Kelti Pemuliaan Tanaman di Balai Penelitian Tanaman Serealia sejak tahun 1995 sampai sekarang dan ditempatkan di Maros.

Bidang penelitian yang menjadi tanggung jawab peneliti ialah pemuliaan

tanaman jagung. Tujuh varietas jagung hibrida three way cros yang telah dirilis adalah Semar 4 sampai Semar 10 dan satu hibrida single cros adalah Bima 1, dimana penulis sebagai salah seorang anggota tim teknisi, Tiga varietas jagung bersari bebas yang telah dirilis adalah Srikandi Kuning-1, Srikandi Putih-1 dan Anoman, dimana penulis sebagai salah seorang anggota Tim Pemulia, dan sebagai Pemulia Utama pada lima varietas jagung hibrida silang tunggal adalah Bima 2 Bantimurung, Bima 3 Bantimurung, Bima 4, Bima 5 dan Bima 6 yang telah dirilis oleh Departemen Pertanian Republik Indonesia. Kegiatan sebelum mengikuti program S3, penulis menjadi anggota Perhimpunan Ilmu Pemuliaan Tanaman sampai sekarang, juga mendapat kesempatan mengikuti The First Annual Meeting ” Enhancing Maize Productivity in Drought-Prone Environments in East and Southeast Asia”pada tanggal 20 - 24 March 2006 at Ebina House Bangkok, Thailand. AMNET (Asian Maize Network) kerjasama antara ADB (Asian Development Bank) dengan CIMMYT (International Maize and Wheat Inprovement Centre). Mengikuti International Plant Breeding Symposium (IPBS) di Mexico City 21 –25 Agustus 2006 dan dua buah karya ilmiah berjudul ” Combining ability of CIMMYT maize lines with two Indonesia tester parents”dan “ Hybrid maize adaptations at several locations in Indonesia”telah disajikan pada International Plant Breeding Symposium tersebut. Tidak kurang dari dua puluh artikel telah diterbitkan pada jurnal ilmiah dalam negeri yang terakreditasi.

BIODATA Nama

: Andi Takdir Makkulawu

Tempat/Tgl.Lahir

: Wajo/3 Februari 1971

Instansi

: Balai Penelitian Tanaman Serealia Maros

Jabatan

: Pemulia Tanaman Jagung

Alamat Kantor: Jl. Dr. Ratulangi No.274 Po.Box 1173 Makassar, Telp. 0411 371016, 371961. Fax. 0411 371961 E-mail: [email protected], [email protected] Maros 90514 Sulawesi Selatan. Alamat Rumah

: Jl. Kacang Hijau No.72 Komplek Balitsereal Maros Telp. 0411 371 764/081343890234 Kel: Allepolea Kec: LAU, Kab: Maros, Sulawesi Selatan 90511

Alamat E-mail: [email protected] Riwayat Pendidikan: 1983 SD Negeri 3 - 5 Sengkang, Kab.Wajo 1986 SMP Negeri 1 Sengkang, Kab.Wajo 1989 SMA Negeri 1 Sengkang, Kab. Wajo 1993 Ir. Universitas Muslim Indonesia (Agronomi) 2003 MP. Universitas Padjadjaran (Pemuliaan Tanaman) Riwayat/Pengalaman Kerja: 1995 –Sekarang: Peneliti Pemuliaan pada Balai Penelitian Tanaman Serealia. 1999 –Sekarang: Terdaftar sebagai Anggota Perhimpunan Ilmu Pemuliaan Tanaman Indonesia (PERIPI). 1995 –2001: Teknisi pada rilis varietas jagung hibrida Semar 4 –Semar 10 dan Bima 1. 2004 –2006: Anggota tim pemulia pada rilis varietas jagung bersaribebas Srikandi Putih-1, Srikandi Kuning-1, dan Anoman-1. 20 - 24 March 2006 mengikuti The First Annual Meeting ” Enhancing Maize Productivity in Drought-Prone Environments in East and Southeast Asia”at Ebina House Bangkok, Thailand. AMNET (Asian Maize Network) kerjasama antara ADB (Asian Development Bank) dengan CIMMYT (International Maize and Wheat Inprovement Centre). 21 –25 Agustus 2006 Mengikuti International Plant Breeding Symposium (IPBS) di Mexico City. 2007 –2008: Pemulia utama pada rilis varietas jagung hibrida Bima 2 Bantimurung, Bima 3 Bantimurung, Bima 4, Bima 5, dan Bima 6.

viii

DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................

xvii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................

xix

BAB I. PENDAHULUAN ................................................................

1

Latar Belakang ............................................................................

1

Indentifikasi Masalah ..................................................................

5

Tujuan Penelitian ........................................................................

5

Hipotesis .....................................................................................

6

Diagram Alir Penelitian ..............................................................

6

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .....................................................

9

Jagung Pulut (waxy corn) ...........................................................

9

Jagung Bermutu Protein Tinggi

.................................................

10

Marka SSRs (Simple Sequence Repeats) ....................................

13

Peningkatan Produksi Jagung dan Permasalahannya .................

15

Strategi Pengembangan Varietas Toleran Kekeringan ................

16

BAB III. ANALISIS KERAGAMAN GENETIK GALUR-GALUR JAGUNG PULUT (waxy corn) BERBASIS MARKA SSRs (Simple Sequence Repeats) DAN KORELASINYA DENGAN KARAKTER MORFOLOGI ........................... Abstrak ........................................................................................

26 26

Pendahuluan ................................................................................

28

Bahan dan Metode ......................................................................

30

Hasil dan Pembahasan ................................................................

38

Kesimpulan .................................................................................

46

BAB IV. DAYA GABUNG KARAKTER HASIL dan KOMPONEN HASIL GALUR-GALUR JAGUNG PULUT (waxy corn) pada KONDISI LINGKUNGAN TANPA CEKAMAN dan LINGKUNGAN TERCEKAM KEKERINGAN ................................................................. Abstrak ........................................................................................

47 47

Pendahuluan ................................................................................

49

Bahan dan Metode ......................................................................

51

Hasil Pembahasan .......................................................................

57

Kesimpulan .................................................................................

83

BAB V. INTROGRES GALUR JAGUNG PULUT (waxy corn) GEN RESESIF MUTAN opaque-2 (oo) ke dalam JAGUNG PULUT MEMANFAATKAN ALAT BANTU MAS (Marker Assisted Selection) .................................... Abstrak ........................................................................................

85 85

Pendahuluan ................................................................................

87

Bahan dan Metode ......................................................................

89

Hasil Pembahasan .......................................................................

94

Kesimpulan .................................................................................

98

BAB VI. PENAMPILAN GALUR-GALUR JAGUNG PULUT (waxy corn) YANG MEMILIKI GEN opaque-2 (oo) HASIL SILANG PUNCAK (Testcross) ............................ Abstrak ........................................................................................

99 99

Pendahuluan ................................................................................

101

Bahan dan Metode ......................................................................

105

Hasil Pembahasan .......................................................................

109

Kesimpulan .................................................................................

124

BAB VI. PEMBAHASAN UMUM .................................................

125

BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................

135

Kesimpulan .................................................................................

135

Saran ...........................................................................................

137

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... LAMPIRAN .....................................................................................

138 148

-xii-

DAFTAR TABEL Halaman 1.

Ev a l ua s iPopul a s ipa d aCe ka ma nKe k e r i ng a n …………. …...

22

2.

Peningkatan Populasi Pool 2 atas Cekaman Kering …………

23

3.

Varietas umur genjah dan toleran kekeringan yang telah dilepas oleh Badan Litbang Pertanian .....................................

25

Materi genetik galur-galur jagung pulut (waxy corn) yang digunakan ................................................................................

30

Sekuen dari 20 marka mikrosatelit yang digunakan dalam penelitian .................................................................................

31

6.

Kriteria goodness of fit b e r da s a r ka nni l a ikor e l a s i…………. .

37

7.

Profil data marka mikrosatelit hasil karakterisasi pada galur jagung pulut menggunakan 20 marka SSRs ……. …..……….

39

Matrik rata-rata jarak taksonomi diantara genotip jagung pulut berdasarkan penampilan morfologi (di bawah diagonal) dan matrik tingkat kemiripan genetik berdasarkan pola pita DNA ( dia t a sdi a g ona l ) …………………………………………….

45

9.

Materi genetik yang digunakan dalam persilangan diallel ......

51

10.

Analisis varians perbedaan genotip .........................................

54

11.

Analisis varians daya gabung metode I model 1 dari Griffing

54

12.

Kuadrat tengah perbedaan antara genotipe karakter bobot biji per tanaman dan anthesis silking interval pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan tercekam kekeringan di Muneng dan Maros pada MK2008 ...................

57

Analisis gabungan karakter bobot biji per tanaman (gram) hasil persilangan dialel genotipe (1-100), lokasi (MarosMuneng), dan lingkungan (tanpa cekaman dan cekaman kekeringan) pada MK2008 …………………………………. .

58

4. 5.

8.

13.

-xiii-

14.

15

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

Analisis gabungan karakter anthesis silking interval (hari) hasil persilangan dialel genotipe (1-100), lokasi (MarosMuneng), dan lingkungan (tanpa cekaman dan cekaman kekeringan) pada MK2008 …………………………………. .

60

Kuadrat tengah genotipe, DGU, DGK, dan resiprokal pada persilangan diallel (10 x 10) genotipe jagung pulut pada kondisi tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan diMune ngda nMa r os , MK2008 …………………………….

61

Estimasi varian komponen genetik persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan MK2008 .......................

62

Nilai efek daya gabung umum 10 genotipe jagung pulut pada kondisi tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan MK2008 …………. . ……………………………………........

62

Nilai efek DGK persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan MK2008 ………………………………

63

Nilai efek DGK persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut karakter bobot biji per tanaman pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan MK2008

65

Nilai efek DGK persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut karakter anthesis silking interval pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan MK2008 ................................................................

66

Penampilan tetua, F1, dan jarak genetik karakter bobot biji per tanaman persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan cekaman kekeringan di Muneng dan Maros pada MK2008 ...................

68

Penampilan nilai heterosis rata-rata tetua, heterosis rata-rata tetua tertinggi, dan nilai jarak genetik karakter bobot biji per tanaman persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan cekaman kekeringan di Muneng dan Maros MK2008 ...........................

70

Sepuluh genotipe terbaik berdasarkan penampilan nilai heterosis rata-rata tetua, dan heterosis rata-rata tetua tertinggi karakter bobot biji per tanaman persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan cekaman kekeringan di Muneng dan Maros MK2008 ….

72

-xiv-

24.

Penampilan tetua, F1, dan jarak genetik karakter anthesis silking interval persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan cekaman kekeringan di Muneng dan Maros MK2008 ...........................

73

Penampilan nilai heterosis rata-rata tetua, heterosis rata-rata tetua tertinggi, dan nilai jarak genetik karakter anthesis silking interval persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan cekaman kekeringan di Muneng dan Maros MK2008 ……………………………. .

75

Sepuluh genotipe terbaik berdasarkan penampilan nilai heterosis rata-rata tetua, dan heterosis rata-rata tetua tertinggi anthesis silking interval (ASI) persilangan diallel 10 x 10 genotipe jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan cekaman kekeringan di Muneng dan Maros MK2008 ….

77

Rata-rata bobot biji per tanaman, potensi hasil, penurunan hasil, dan indeks sensifitas cekaman kekeringan dari persilangan diallel 10 x 10 tanaman jagung pulut pada kondisi tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan di Muneng MK2008 ....................................................................

78

Rata-rata bobot biji per tanaman, potensi hasil, penurunan hasil, dan indeks sensifitas cekaman kekeringan dari persilangan diallel 10 x 10 pada tanaman jagung pulut pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan di Maros MK2008 ………………………………

81

Jumlah individu tanaman yang terdeteksi memiliki gen opaque-2 pada masing-masing generasi berdasarkan pola pita memanfaatkan alat bantu MAS dengan marka SSRs phi057 ..

97

Materi genetik yang digunakan dalam persilangan silang punc a k( t e s t e rpa r e ntCML154da nCML156) ………………

105

31.

Analisis varians perbedaan genotip …………………………

108

32.

Analisis gabungan tester parent CML154 dan CML156 di l oka s iMa r osMH2008/ 2009 …………………………………

109

Penampilan hibrida silang puncak (Set I), karakter bobot biji per tanaman genotipe jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 di Maros MH2008/2009 ………………………. ....

110

Penampilan hibrida silang puncak (Set II), karakter bobot biji per tanaman genotipe jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 di Maros MH2008/2009 ..........................................

112

25.

26.

27.

28.

29.

30.

33.

34.

-xv-

35.

36.

37.

38

Persentase relatif hibrida silang puncak (set I; tester CML154) terhadap tiga varietas pembanding, karakter bobot biji per tanaman jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 di Maros MH2008/2009 .........................................................................

115

Persentase relatif hibrida silang puncak (set I; tester CML156) terhadap tiga varietas pembanding, karakter bobot biji per tanaman jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 di Maros MH2008/2009 ……………………. . . ………………………. .

117

Persentase relatif hibrida silang puncak (set II; tester CML154) terhadap tiga varietas pembanding, karakter bobot biji per tanaman jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 di Maros MH2008/2009 ..............................................................

120

Persentase relatif hibrida silang puncak (set II; tester CML156) terhadap tiga varietas pembanding, karakter bobot biji per tanaman jagung pulut yang memiliki gen opaque-2 di Maros MH2008/2009 ..............................................................

122

-xvi-

DAFTAR GAMBAR

1.

Bagan alur kegiatan penelitian disertasi ..................................

Halaman 7

2.

Hubungan antara hasil (g/tanaman) dengan waktu keluarnya rambut pada kondisi lingkungan cekaman kekeringan (Grant et al. 1989) ...............................................................................

25

Visualisasi pola pita DNA menggunakan marka SSR phi109188 melalui elektroforesis vertikal 4,5% PAGE (Polyacrylamide Gel Electrophoresis) ....................................

38

Dendogram 39 galur jagung pulut menggunakan 20 marka SSRs dan dikonstruksi berdasarkan koefisien kemiripan Jaccard .....................................................................................

40

Posisi relatif 39 galur jagung pulut (waxy corn) menggunakan 20 marka SSRs berdasarkan hasil analisis PcoA dua dimensi

42

Dendrogram 10 galur jagung pulut (waxy corn) hasil analisis klaster berdasarkan pola pita DNA dengan metode UPGMA menggunakan 20 praimer SSRs ……………………………. .

43

Dendrogam 10 genotip jagung pulut (waxy corn) hasil analisis klaster berdasarkan penampilan morfologi dengan me t odeUPGMApa da7ka r a kt e r ……………………………

44

Profil pita DNA individu tanaman generasi F2 set I: CML 141(101) x PTBC4-7-1-B (102) hasil PCR yang divisualisasi dengan gel polyacrilamid menggunakan primer SSR spesifik phi 057 .....................................................................................

94

Profil pita DNA individu tanaman generasi F2 set II: CML 142 (104) x PTBC4-10-1-B (105) hasil PCR yang divisualisasi dengan gel polyacrilamid menggunakan primer SSR spesifik phi 057 ……………………………………………………….

94

Profil pita DNA individu tanaman generasi F3 set I: CML 141(101) x PTBC4-7-1-B (102) hasil PCR yang divisualisasi dengan gel polyacrilamid menggunakan primer SSR spesifik phi 057 ……………………………………………………….

96

Profil pita DNA individu tanaman generasi F3 set II: CML 142 (104) x PTBC4-10-1-B (105) hasil PCR yang divisualisasi dengan gel polyacrilamid menggunakan primer SSR spesifik phi 057 ……………………………………………………….

96

3.

4.

5. 6.

7.

8.

9.

10.

11.

-xvii-

12.

13.

Penampilan tongkol galur jagung set I: CML 141(101) x PTBC4-7-1-B (102) dan set II: CML 142 (104) x PTBC4-10-1B (105) hasil introgresi gen homosigot resesif opaque-2 pada generasi F3 …………………………………………………. . .

97

Penampilan biji jagung hasil introgresi gen homosigot resesif opaque-2 pada generasi F3. Tampak gambar atas (A) biji jagung dan lingkar tongkol set I: PTBC4-7-1-BBo2 (102), dan gambar bawah (B) biji jagung dan lingkar tongkol set II: PTBC4-10-1-BBo2 ( 105) …………………………………….

97

-xviii-

DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1.

Komposisi reaksi PCR, konsentrasi akhir, dan volume ……..

149

2.

Proses amplifikasi dan visualisasi pola pita DNA ..................

149

3.

Skema persilangan diallel penuh .............................................

149

4.

Matriks jarak genetik hasil karakterisasi 39 galur jagung pulut (waxy corn) berbasis marka SSRs (Single Sequence Repeats)

150

Tata letak percobaan pengujian daya gabung, maternal efek, dan efek heterosis karakter hasil pada kondisi lingkungan tanpa cekaman dan lingkungan cekaman kekeringan MK2008

151

6.

Silsilah Materi Genetik yang digunakan dalam penelitian .....

152

7.

Skema kegiatan persilangan dengan metode RILs (Recombinant Inbreed Lines) ..................................................

152

Data pengamatan curah hujan di Muneng dari Januari – Nov e mbe r2008 ……………………………………………. . .

153

Data pengamatan curah hujan di Maros dari Januari – Nov e mbe r2008 ……………………………………………. . .

154

Data lengas tanah percobaan pada kondisi lingkungan tanpa c e ka ma ndiMune ngMK2008 ……………………………….

155

Data lengas tanah percobaan pada kondisi lingkungan cekaman kekeringan di Mune ngMK2008 …………………. .

156

Data lengas tanah percobaan pada kondisi lingkungan tanpa c e ka ma ndiMa r osMK2008 …………………………………

157

Data lengas tanah percobaan pada kondisi lingkungan c e ka ma nke k e r i ng a ndiMa r osMK2008 …………………….

158

5.

8. 9. 10. 11. 12. 13.

-xix-