TAKDIR ET AL.: KETAHANAN JAGUNG TERHADAP PATOGEN BULAI
Kendali Genetik Ketahanan Jagung terhadap Patogen Bulai Andi Takdir M.1, R. Neni Iriany M.1, Marsum M. Dahlan1, Achmad Baihaki2, Neni Rostini2, dan Subandi3 2
1 Balai Penelitian Tanaman Serealia Maros Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran Bandung 3 Pemulia Jagung
ABSTRACT. Resistance Control of Corn Genetic to Downy Mildew Pathogen. Downy mildew (DM) caused by Peronosclerospora maydis (Rac.) Shaw. Is an important disease in maize. A set of population consisting F1, F2 BC1.1, and BC1.2 derived from crosses of three resistant and three susceptible maize inbred lines and their parents (P1, P2) was evaluated under highly DM infected nursery in Bogor. The resistant lines were Ki3, Nei9008, dan AMATL-9-1-1-1-1-1-2-B, the susceptible ones were CML357, CML270, dan CML358. The objective was to determine the inheritance nature of the population to the pathogen. High pressure of downy mildew was induced by artificially inoculating the tested materials and spreader rows susceptible plants. Related genetical parameters were calculated. Downy mildew reaction on BC1.1 and BC1.2 were included in the analysis. The result suggested that resistance to Java downy mildew was controlled by incomplete partially dominant single or two genes. This result confirmed that the backcross method was an effective way to transfer resistance gene into susceptible ones. Key words: Inheritance, downy mildew, maize. ABSTRAK. Penyakit bulai (Peronosclerospora maydis (Rac.) Shaw. merupakan salah satu penyakit penting pada jagung. Populasi jagung F1, F 2, BC1.1 , dan BC1.2 hasil persilangan antara tiga tetua galur murni tahan dan tiga tetua galur murni peka serta tetuanya (P1 dan P2) yang dievaluasi pada tingkat infeksi bulai cukup tinggi dilaksanakan di kebun percobaan di Bogor. Ketiga galur tahan adalah Ki3, Nei9008, dan AMATL-9-1-1-1-1-1-2-B, sedang ketiga galur rentan adalah CML357, CML270, dan CML358. Metode inokulasi dengan me- nyemprot sumber inokulum dan materi uji. Pengamatan dilakukan pada umur tanaman 22, 29, dan 36 hari setelah tanam. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa ketahanan genotipe jagung terhadap penyakit bulai dikendalikan oleh gen sederhana oleh satu atau dua gen, dengan aksi gen parsial dominan positif tidak sempurna. Di- rekomendasikan metode pemuliaan ketahanan jagung terhadap pe- nyakit bulai dengan metode silang baik (backcross). Kata kunci: Pewarisan, bulai, jagung.
P
enyaki jamur parasitik pada jagung dapat dikelompokkan menjadi penyakit daun, batang, tongkol, biji, bibit, dan akar. Salah satu jenis penyakit penting pada tanaman jagung adalah penyakit bulai (downy mildew) yang disebabkan oleh cendawan Peronosclerospora maydis. Penyakit bulai dapat menimbulkan gejala sistemik yang meluas ke seluruh bagian tanaman, dan dapat pula menimbulkan gejala lokal. Gejala sistemik hanya terjadi bila jamur dari daun yang terinfeksi dapat mencapai titik tumbuh, sehingga menginfeksi semua daun yang terbentuk oleh titik tumbuh tersebut.
Kerugian akibat penyakit bulai pada jagung sangat bervariasi. Intensitas penularan penyakit ini dapat mencapai 90% (Semangun 1996). Di Lampung pada tahun 1996 kehilangan hasil jagung akibat terinfeksi bulai bahkan mencapai 100% (Subandi et al. 1996). Hal ini serupa juga dilaporkan juga oleh Wasmo dan Said Kontong (2000). Pengendalian penyakit bulai perlu dilakukan secara terpadu, yang mencakup penanaman serentak, pencabutan tanaman sakit diikuti pembakaran atau pembenaman ke dalam tanah, pengaturan pola tanam, pemakaian fungisida, penggunaan varietas tahan. Varietas tahan bulai dapat diperoleh melalui seleksi plasmanutfah yang ada atau melalui persilangan antara tetua terpilih. Evaluasi ketahanan varietas/galur jagung terhadap penyakit bulai telah dilakukan di Balai Pene- litian Tanaman Sereal, Maros. Sejauh ini belum banyak dilaporkan hasil studi pewarisan ketahanan jagung ter- hadap penyakit bulai. Informasi tentang pewarisan suatu karakter mempunyai arti penting dalam menentukan strategi pemuliaan tanaman agar program pemuliaan untuk perbaikan karakter yang diinginkan menjadi efektif. Informasi tentang pewarisan ketahanan tanaman jagung terhadap penyakit bulai sampai saat ini tidak konsisten, bergantung pada populasi yang diteliti. Chang (1972), dan Chang serta Cheng (1968) melaporkan bahwa tanaman tebu (P. sacchari) terhadap bulai dikendalikan oleh gen tunggal dominan DMR, yang terletak pada lengan pendek kromosom 2. Handoo et al. (1970) melaporkan pula bahwa aksi gen aditif dan nonaditif berperan penting dalam kendali ketahanan terhadap bulai strip coklat dan tingkat dominansi berada dalam kisaran dominan parsial. Di Indonesia, penelitian pola pewarisan ketahanan terhadap penyakit bulai pada jagung belum banyak dilakukan sekalipun karakter tersebut memiliki arti cukup penting untuk mengurangi kerugian akibat infeksi jamur P. maydis. Berdasarkan hal tersebut dilaksanakan penelitian untuk memperoleh informasi pola pewarisan penyakit bulai pada tanaman jagung.
101
PENELITIAN PERTANIAN TANAMAN P ANGAN V OL. 22 NO. 2 2003
BAHAN DAN METODE Penelitian dilaksanakan di Instalasi Balai Penelitian Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Tanaman Cimanggu, Bogor, Jawa Barat, pada bulan Maret-Juli 2002. Lokasi penelitian terletak pada ketinggian 240 m dari permukaan laut, jenis tanah Entisol dan tipe curah hujan A menurut Schmidt dan Ferguson. Materi yang dievaluasi meliputi populasi P1, P2, F1, F2, BC 1.1, dan BC 1.2. Sebagai bahan percobaan dipilih dua kelompok galur introduksi yang digunakan sebagai tetua, yaitu tiga pasangan persilangan Ki3 x CML357, Nei9008 x CML270, dan AMATL-CoHS-9-1-1-1-1-1-2-B x CML358, serta kultivar Antasena sebagai sumber inokulum yang ditanam sebagai tanaman baris penyebar (spreader row). Inokulasi dilakukan dengan cara menyemprotkan suspensi spora pada tanaman berumur 7, 9, dan 11 HST, baik pada tanaman baris penyebar maupun ma- teri evaluasi. Populasi F2 tersusun atas tanaman yang berasal dari 10 tongkol F1 dan dilakukan penanaman sebanyak tiga kali. Untuk dapat digabung menjadi satu populasi, terlebih dahulu dilakukan uji Chi-kuadrat (χ2) untuk masing-masing populasi F2, 2 kemudian dilakukan u j i k e h e t e r o g e n i t a s a n χ mengikuti metode Burhnam (1961). Bahan yang digunakan adalah pupuk urea, SP36, dan KCl, serta pestisida carbofuran 3%. Peralatan tanam meliputi traktor, cangkul, tugal, timbangan mekanik, ajir, patok label, handsprayer, plastik hitam, ember, tali rapia, spidol, pensil, dan buku catatan lapangan. Pengamatan dilakukan dengan menghitung intensitas penularan penyakit bulai pada saat tanaman berumur 22, 29, dan 36 HST, dengan cara mencabut tanaman yang tertular bulai, kemudian dipersentasekan terhadap jumlah seluruh tanaman per genotipe. Derajat dominansi diukur berdasarkan nilai tengah kedua tetua (P 1 dan P2) dan famili F1 menggunakan rumus pendugaan nilai potensi rasio (hp) yang digunakan oleh Griffing (1950): hp =
(F1 - MP) 1/2 (HP - LP)
dimana: hp = Nilai rasio potensi, HP= Nilai rata-rata tetua tinggi, LP = Nilai rata-rata tetua rendah, MP= Nilai rata-rata kedua tetua. Dari nilai rasio potensi tersebut derajat dominansi dapat diduga dari gen yang bersangkutan sebagai berikut:
102
hp = 0,
= aksi gen yang terjadi aditif (tidak ada dominan), -1 = hp = +1 = dominan sempurna, -1 < hp < 0, = dominan negatif tidak sempurna, 0 < hp <1, = dominan positif tidak sempurna, -1 < hp < 1, = dominan lebih (over dominan). Untuk mempelajari pola segregasi pada fenotipe F 2 digunakan uji Chi-kuadrat (Little and Hill 1978): 2
2
χ =
(Oi - E i) Ei
di mana: Oi = Jumlah fenotipe ke-i menurut hasil pengamatan, Ei = Jumlah fenotipe ke-i yang diharapkan berdasarkan hipotesis, dengan kriteria keputusan rasio sesuai dengan hipotesis apabila χ2 2 hitung < χ tabel.
HASIL DAN PEMBAHASAN Nilai potensi rasio karakter indeks penyakit pada persilangan Ki3 x CML357, Nei9008 x CML270, dan AMATL-CoHS-9-1-1-1-1-1-2-B x CML358 disajikan pada Tabel 1. Tingkat penularan penyakit pada famili F 1 berada di antara nilai tengah tetua dengan nilai tetua tahan. Secara skematis, posisi relatif nilai rata-rata F1 terhadap kedua tetuanya dapat dilihat pada Gambar 1. Ekspresi gejala ringan pada tetua tahan adalah dominan terhadap ekspresi gejala berat pada tetua rentan. Pendekatan nilai potensi rasio (hp) pada kisaran -1 dan 0 menunjukkan bahwa ekspresi tahan adalah dominan tidak sempurna terhadap ekspresi rentan. Gen dominan tersebut berada pada tetua tahan, Pada tetua rentan, allel dalam kondisi resesif. Famili F 1 yang merupakan hasil persilangan antara tetua tahan dengan tetua rentan, memperlihatkan respons tahan yang relatif seragam. Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian Gomes et al. (1963), Chang dan Cheng (1968), dan Aday (1974) bahwa ketahanan terhadap penyakit bulai pada jagung dikendalikan oleh sedikit gen yang bersifat parsial dominan. Hal yang sama juga diperoleh Pamin (1980) bahwa ketahanan terhadap penyakit bulai dikendalikan oleh gen-gen yang tidak banyak jumlahnya serta memiliki derajat dominasi yang berada dalam selang parsial dominan. Tetapi penelitian lainnya menunjukkan bahwa ketahanan penyakit bulai dikendalikan oleh gen dominan sempurna (Asnani and Bhusan 1970; Hakim and Dahlan 1972; Mochizuki 1974).
TAKDIR ET AL.: KETAHANAN JAGUNG TERHADAP PATOGEN BULAI
Estimasi derajat kecocokan nisbah segregasi pada populasi F 2 terhadap beberapa nisbah hipotetik disajikan pada Tabel 2. Hasil uji heterogenitas χ2 menunjukkan bahwa masing-masing nilai Chi-kuadrat F2 homogen, sehingga hasil pengamatan antarpopulasi F2 dapat digabungkan sebagai satu data. Pola segregasi pada populasi F 2 memberikan indikasi bahwa karakter ketahanan memperlihatkan pola pewarisan genetik yang sederhana dan mengikuti pola segregasi hukum Mendel (Tabel 2). Uji Chi-kuadrat (χ2) gabungan untuk derajat kecocokan nisbah segregasi populasi F2 terhadap berbagai nisbah hipotetik berdasarkan dua kelas ketahanan menunjukkan bahwa pola segregasi dari ketiga populasi F2 cocok terhadap nisbah 3:1. Pada persilangan 2 Ki3 x CML357, nilai χ = 0,0027 dengan nilai peluang (P) 0,98-0,95. Pada persilangan Nei9008 x CML270, nilai 2 χ = 0,0306 dengan nilai peluang (P) 0,90-0,80. Pada pasangan persilangan AMATL-CoHS-9-1-1-1-1-1-2-B x CML358 nilai χ2 = 0,0319 dengan nilai peluang (P) 0,90-0,80.
Pada populasi F 2 yang sesuai dengan nisbah uji 3:1, pola tersebut dominan sempurna. Hal ini ditunjang oleh hasil uji Chi-kuadrat untuk derajat kecocokan rasio segregasi BC1.1 dan BC1.2 (Tabel 3). Uji Chi-kuadrat terhadap pola segregasi populasi BC 1.1 dan BC 1.2 untuk masing-masing pasangan persilangan dan uji heterogenitas memperlihatkan bahwa hasil dari semua waktu tanam homogen pada taraf uji 0,05 maka semua data tersebut dapat digabungkan. Analisis populasi silang balik (BC1.1 dan BC1.2) memperlihatkan bahwa persilangan Ki3 x CML357, Nei9008 x CML270, dan AMATL-CoHS-9-1-1-1-1-1-2-B x CML358, silang balik ke tetua jantan (tahan) BC 1.1 dan silang balik ke tetua betina (rentan) BC 1.2 memiliki nilai 2 χ yang sesuai dengan nisbah 1:1 pada taraf uji 0,05. Populasi BC1.1 yang berasal dari persilangan antara F1 dengan P1 (tetua tahan), mendekati tetua tahan. Sebaliknya, populasi BC 1.2 yang berasal dari persilangan F1 dengan P2 (tetua rentan) mendekati tetua rentan. Kenyataan ini sejalan dengan Hukum Mendel I bahwa pada pembentukan gamet-gamet ke dua gen yang me-
Tabel 1. Tingkat penularan penyakit bulai pada tetua (P1 dan P2 ) dan famili F 1, serta nilai potensi rasio (hp). Bogor, 2002. Tingkat penularan Family P1 P2 F1 hp
Ki 3 x CML 357
Nei 9008 x CML 270
AMATL-CoHS-9-1-1-1-1-1-2-B x CML 358
22,667 60,654 26,749 -0,785
16,415 85,372 18,561 -0,938
19,807 65,020 21,822 -0,911
Nilai pada tabel merupakan nilai rata-rata.
P1
F1
MP
P2
22,67
26,75
41,66
60,65
Ki3 x CML357
P1
F1
MP
P2
16,42
18,56
50,89
85,37
Nei9008 x CML270
P1
F1
MP
P2
19,81
21,82
42,41
65,02
AMATL-CoHS-9-1-1--1-1-1-2-B x CML358
Gambar 1. Skema posisi tingkat penularan penyakit bulai pada famili F1 secara relatif terhadap nilai rata-rata tetua tahan (P1) dan tetua rentan (P2), serta nilai tengah kedua tetua (MP). Bogor, 2002.
103
PENELITIAN PERTANIAN TANAMAN P ANGAN V OL. 22 NO. 2 2003 Tabel 2. Nilai Chi-kuadrat rata-rata untuk derajat kecocokan nisbah segregasi populasi F2 terhadap beberapa nisbah hipotetik. Bogor, 2002. Tanaman tertular Persilangan
Nisbah yang diuji
Observasi
Expected*)
Sehat
Bulai
Sehat
Bulai
χ2
(P)
Ki3 x CML357
3:1 15:1 13:3 9:7
57 57 57 57
32 32 32 32
67,00 63,80 59,47 49,80
22,00 25,33 29,67 39,33
0,0027 2,2894 0,2241 2,6078
0,98-0,95 0,20-0,10 0,70-0,50 0,20-0,10
Nei9008 x CML270
3:1 15:1 13:3 9:7
43 43 43 43
48 48 48 48
68,62 70,28 45,62 32,95
22,38 20,72 45,67 58,33
0,0306 46,5060 0,2057 5,2360
0,90-0,80 < 0,05 0,70-0,50 0,05-0,02
3:1 15:1 13:3 9:7
47 47 47 47
47 47 47 47
71,00 53,00 49,67 43,33
23,00 41,33 44,67 51,00
0,0319 1,4821 0,2729 0,6164
0,90-0,80 0,30-0,20 0,70-0,50 0,50-0,30
AMATL-CoHS-9-11-1-1-1-2-B x CML368
χ2 .05 = 3,841
dan χ2 .01 = 6,635. *) Nilai expected merupakan nilai terkoreksi terhadap besarnya tingkat serangan pada masing-masing tetuanya (P Resisten dan PRentan) contoh berikut: Diketahui: P1 = A1A1 = tahan, Observed bulai = 13,71 P2 = A2A2 = rentan, Observed bulai = 44,00 F1 = A1A2 = tahan, Expected bulai = 13,71 A1A1,A1A2 A2A2 F2 = Expected bulai = 21,2825 tahan Rentan Exp.Bulai = (0,75 x 13,71) + (0,25 x 44,00) = 21,2825 Exp.Sehat =
ΣTan.-Exp. Bulai
Tabel 3. Nilai Chi-kuadrat rata-rata untuk derajat kecocokan segregasi populasi BC1.1 dan BC1.2 terhadap nisbah dipotetik model dominan monogenik untuk persilangan F 1 dengan parental P1 tahan dan P2 rentan. Bogor, 2002. Jumlah tanaman terserang Persilangan
Ki3 x CML357 Nei9008 x CML270 AMATL-CoHS-9-1-11-1-1-2-B x CML358
Nisbah diuji BC1.1 BC1.2 BC1.1 BC1.2 BC1.1 BC1.2
Observasi
1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1
χ2
Expected*)
Sehat
Bulai
Sehat
Bulai
69 52 73 35 70 39
23 41 17 60 21 53
68,98 51,50 74,00 34,00 71,00 39,60
23,00 41,60 16,00 61,00 20,00 52,67
0,0019 0,0287 0,0265 0,0623 0,0160 0,0018
(P)
0,98-,095 0,90-0,80 0,90-0,80 0,80 0,90 0,95-0,90
χ2 .05 = 3,841 dan χ2 .01 = 6,635. *) Nilai expected merupakan nilai terkoreksi terhadap besarnya tingkat serangan pada masing-masing tetuanya (P Resisten dan PRentan) contoh berikut: Diketahui: P1 = A1A1 = tahan, Observed bulai = 13,71 P2 = A2A2 = rentan, Observed bulai = 44,00 F1 = A1A2 = tahan, Expected bulai = 13,71 BC1.1 = A1A1, A1A2 = tahan, Expected bulai = 13,71 A1A2, A2A2 BC1.2 = Expected bulai = 28,85 Resistan Rentan Exp.Bulai = (0,50 x 13,71) + (0,50 x 44,00) = 28,85 Exp.Sehat = ΣTan.-Exp. Bulai
rupakan pasangan akan disegregasikan ke dalam dua sel anak (Cowder 1997). Hal tersebut juga menggambarkan tidak ada faktor lain di luar kromosom yang mempengaruhi ketahanan penyakit bulai. Uji χ2 pada BC 1.1 dan BC 1.2 sesuai nisbah 1:1. Interaksi yang demikian dalam pewarisan karak104
ter ketahanan terhadap penyakit bulai menunjukkan bahwa karakter tersebut bukan tipe general resistance atau horisontal resistance, melainkan tipe ketahanan race specific atau vertical resistance. Dengan demikian ketahanan tersebut akan mampu bertahan pada satu ras patogen saja.
TAKDIR ET AL.: KETAHANAN JAGUNG TERHADAP PATOGEN BULAI
Uji Chi-kuadrat untuk derajat kecocokan nisbah segregasi populasi F2 dan BC1.1 dari tiga kombinasi persilangan memperlihatkan bahwa pola pewarisan karakter ketahanan terhadap penyakit bulai pada keenam galur jagung identik satu sama lain. Adanya kesamaan pada pola pewarisan belum berarti terdapatnya kesamaan di dalam gen-gennya. Hal ini masih perlu ditelaah lebih lanjut, mengingat pentingnya arti keragaman genetik bagi pemuliaan tanaman.
KESIMPULAN DAN SARAN Pola pewarisan ketahanan genetik jagung terhadap penyakit bulai mengikuti pola segregasi 3:1 dengan nilai derajat dominansi antara -1 dan 0, dengan aksi gennya adalah dominan positif tidak sempurna. Metode pemuliaan ketahanan jagung terhadap penyakit bulai yang direkomendasikan adalah metode silang balik (backcross) yang sesuai dan efektif untuk transfer gen ketahanan terhadap penyakit bulai dari tetua tahan ke tetua rentan.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada ketua kelti Pemulian Tanaman Balai Penelitian Tanaman Sereal di Maros beserta staf, dan Kepala Instalasi Balai Penelitian Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian di Bogor beserta staf, yang telah banyak membantu penulis dalam persiapan dan pelaksanaan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA Aday, B. A. 1974. The Philippine program in breeding for resistance to downy mildew of maize. Proc. Symposium on Downy Mildew of Maize. Tokyo. Agric. Res., Series No.8:207-244. Asnani, V. L. and B. Bhusan. 1970. Inheritance study on the brown stripe downy mildew of maize. Indian Phytopathol. 23:220-230. Burhnam, C. R. 1961. Methods in Plant Genetics. University of Minnesota. Minneapols. 267p. (unpublish). Chang, S. C. 1972. Breeding for sugarcane downy mildew resistance in corn in Taiwan. The Eighth Inter-Asian Corn Improvement Workshop Proceedings. 114-115. Chang, S. C. and C. P. Cheng. 1968. Inheritance of resistance to Sclerospora sacchari Miyaki in corn. The Fifth Inter-Asian Corn Improvement Workshop Proceedings. 105-109. Gomez, A. A., F. A. Aqualisan, R. M. Payson, and A. G. Calub. 1963. Preliminary studies on the inheritance of the reaction of corn to downy mildew disease. The Philippines Agriculturist. 47: 113-116. Griffing., B. 1950. An analysis of quantitative gene actions by constant parent regression and related techniques. Genetics (35): 303-321. Hakim,R., and M. Dahlan. 1972. Segregating behavior of Sclerospora maydis of corn. Paper presented at Southeast Asia Regional Symposium on plant disease in the tropics. Yogyakarta, Sept. 11-15, 1972. Handoo, M. I., B. L. Renfro, and M. M. Payak. 1970. On the inheritance of resistance to Sclerophthora rayssiae var. zeae in maize. Indian Phytopathol. 23:231-249. Little, T. M., and F. J. Hills. 1978. Agricultural experimentation design and analysis. John Wiley and Sons. New York. 349p. Mochizuki, N. 1974. Inheritance of host resistance to downy mildew disease of maize. Proc. Symposium on Downy Mildew of Maize. Tokyo. Agric. Res., Series No.8:179-193. Pamin, K. 1980. Pendugaan parameter-parameter genetik dan evaluasi kemajuan seleksi galur S1 dan S2 pada suatu varietas jagung komposit. Tesis. Institut Pertanian Bogor. 90p. Semangun. 1996. Pengantar Ilmu Penyakit Tumbuhan. Gadjah Mada University Press. p. 32-33, 411-424. Subandi, M. Sudjadi, dan D. Pasaribu. 1996. Laporan Hasil Pemantauan Penyakit Bulai dan Benih pada Pertanaman Jagung Hibrida. 5 p. Wasmo Wakman dan M. Said Kontong. 2000. Pengendalian penyakit bulai pada tanaman jagung dengan varietas tahan dan aplikasi fungisida metalaksil. Penelitian Pertanian. 19 (2): 38-42.
105
