40
Status terkini riset terkait toleransi terhadap Kering Alur Sadap (KAS) pada tanaman karet Hingga saat ini, KAS masih menjadi permasalahan utama dari perkebunan karet di negaranegara produsen di dunia, tak terkecuali di Indonesia. Dalam beberapa tahun terakhir tema riset internasional yang diarahkan dalam usaha rangka mengatasi permasalahan KAS mengusung beberapa tema utama yaitu (1) pengembangan batang bawah klonal, (2) pengembangan sumber daya molekuler, (3) analisis fungsional dari sistem antioksidan, serta (4) analisis genetik dan genomik terkait toleransi terhadap KAS. Dari tema tersebut diharapkan solusi terbaik terhadap permasalahan KAS dapat ditemukan.
Ilustrasi penyakit Kering Alur Sadap dimana aliran lateks terhenti (bawah) dibanding panel sadap normal (atas). Telah lama diketahui bahwa metabolisme intrinsik dari klon-klon karet merupakan faktor penyebab sensitivitas tanaman karet (Hevea brasiliensis) terhadap penyakit fisiologis yang disebut Kering Alur Sadap (KAS) [1, 2]. Perubahan metabolism tersebut diperkirakan disebabkan oleh perilaku penyadapan berlebihan dan tidak memperhatikan kemampuan produksi tanaman. Kondisi ini diperparah oleh perubahan kondisi lingkungan [3]. Penyakit ini merupakan salah satu ancaman terbesar terhadap produksi karet alam di dunia dan menjadi salah satu alasan kenapa klon-klon karet terbaik tidak dapat mencapai potensi produksi optimalnya. Hingga saat ini, KAS masih menjadi permasalahan utama dari perkebunan karet di negaranegara produsen di dunia, tak terkecuali di Indonesia. Sebesar 12-20% produksi tahunan dari karet alam diperkirakan hilang akibat insiden KAS pada tanaman produktif sebesar 20-50% [4, 5]. Gejala KAS ditandai dengan terhentinya sementara aliran lateks saat kondisi tanaman mencapai tingkat stres oksidatif tertentu sehingga disebut dengan Reactive Oxygen SpeciesTPD (ROS-TPD). Kondisi ini bersifat sementara dan tanaman dapat sembuh kembali setelah www.iribb.org | Oktober 2016 | 4(2), 40-44
Riza Arief Putranto - Peneliti PPBBI
41
pengistirahatan. Pada kondisi lanjut, KAS dapat berkembang menjadi deformasi histologis dan menjadi Brown-Bast TPD (BB-TPD) [6]. Dalam beberapa tahun terakhir tema riset internasional yang diarahkan dalam usaha rangka mengatasi permasalahan KAS mengusung beberapa tema utama yaitu (1) pengembangan batang bawah klonal, (2) pengembangan sumber daya molekuler, (3) analisis fungsional dari sistem antioksidan, serta (4) analisis genetik dan genomik terkait toleransi terhadap KAS. Pengembangan batang bawah klonal Tanaman karet diperbanyak dengan cara okulasi batang atas pada batang bawah yang berasal dari biji (seedling). Tanaman karet bersifat alogami sehingga batang bawah menyebabkan heterogeneitas dalam perkebunan. Terlebih, tingkat inkompatibilitas batang bawah dan atas dapat menginduksi sensibilitas terhadap KAS [3]. Dengan teknologi mikropropagasi saat ini, perbanyakan batang bawah klonal dari tanaman karet bukan hal yang mustahil. Teknologi tersebut memungkinkan inisiasi seleksi klon batang bawah yang telah beradaptasi terhadap cekaman lingkungan. Transfer teknologi microcutting dari batang bawah klonal yang dikembangkan oleh CIRAD, Prancis telah diberikan kepada perusahaan Agromillora, Spanyol. Perusahaan tersebut bertanggung jawab dalam produksi massal dari batang bawah yang nantinya akan diuji lapang secara luas sehingga dapat digunakan untuk mempelajari interaksi batang atas dan bawah secara lebih komprehensif. Pengembangan sumber daya molekuler Tanaman karet memiliki genom yang diperkirakan berukuran 2.1 Gb. Sekuen genom tersebut sangat heterozigot dimana frekuensi perulangan sekuen (repeated sequences) sangat tinggi sehingga menyulitkan proses perakitan kembali sekuen pasca sekuensing (assembling). Draft sekuen genom pertama yang dipublikasi pada tahun 2013 memperlihatkan hal tersebut [7]. Kolaborasi internasional antara CIRAD – partner di Tiongkok yang terdiri dari Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences (CATAS) dan Beijing Institute of Genomics (BIG) telah memperoleh sekuen genom yang berfungsi sebagai referensi (reference genome) [8]. Selain usaha perakitan database genomik, CIRAD bekerjasama dengan PT Riset Perkebunan Nusantara (RPN) yang dimandatkan kepada Pusat Penelitian Bioteknologi dan Bioindustri Indonesia (PPBBI) serta Pusat Penelitian Karet (PPK) berinvestasi dalam pengembangan database transkriptomik dan mikro-transkriptomik sebagai referensi (reference transcriptome). Teknologi Next Generation Sequencing (NGS) melalui RNA sequencing digunakan dalam kolaborasi tersebut. Kolaborasi tersebut telah menghasilkan informasi terkait regulasi transkripsi dan pasca-transkripsi gen-gen kandidat [6, 9-12] yang saat ini tengah divalidasi menggunakan analisis degradom pada tanaman karet. Di sisi lain, analisis menggunakan RNA-sequencing juga tengah dilakukan oleh tim dari Tiongkok dalam rangka mengidentifikasi gen-gen yang diperkirakan menjadi marka dari munculnya KAS pada tanaman karet. Analisis tersebut dilakukan pada klon-klon dari Tiongkok [13-17]. Analisis fungsional dari sistem antioksidan Cekaman oksidatif bertanggung jawab dalam disfungsi sel yang akhirnya menyebabkan koagulasi partikel karet di dalam sel latisifer. Sindrom KAS yang berpengaruh secara nyata terhadap produksi karet alam diperparah dengan cekaman abiotik yang meningkatkan tingkat cekaman oksidatif di dalam sel. Peningkatan kadar antioksidan di dalam tanaman karet telah berhasil dibuktikan dengan transgenesis [12]. Modifikasi pada tanaman karet tersebut telah meningkatkan vigor dan toleransi tanaman terhadap cekaman abiotik dibanding tanaman www.iribb.org | Oktober 2016 | 4(2), 40-44
Riza Arief Putranto - Peneliti PPBBI
42
kontrol. Riset lanjutan dalam rangka mengkarakterisasi sistem oksidatif (ROS) terkait produksi karet alam dan koagulasi partikel karet tengah dilakukan di CIRAD, Prancis (Pascal Montoro, komunikasi pribadi). Analisis menyeluruh dari sistem reduksi oksidasi (redoks) pada tanaman karet juga tengah dilakukan. Studi yang dilaksanakan di Prancis ini tengah berusaha mengidentifikasi seluruh gen yang mengkode enzim-enzim terkait sistem detoksifikasi ROS dan faktor-faktor transkripsi yang mengendalikan ekspresi gen-gen kunci tersebut, terutama yang termasuk dalam siklus askorbat/glutation [18, 19]. Regulasi transkripsi dan pasca-transkripsi dari RNA mikro (miRNA) juga telah dilaksanakan [20-22]. Ke depannya, pendekatan proteomik, terutama difokuskan kepada redoksom dan juga metabolomik telah direncanakan agar peneliti mendapatkan pemahaman yang jelas terhadap faktor-faktor utama dari toleransi pada cekaman oksidatif dalam konteks KAS (Pascal Montoro, komunikasi pribadi). Keanekaragaman dari sistem redoks dapat diaplikasikan pada plasma nutfah Hevea dimana metodologi analisis harus dikembangkan terlebih dahulu. Pendekatan riset ini akan menawarkan sifat fenotip baru yang bermanfaat dalam peningkatan pertahanan alami tanaman karet terhadap cekaman biotik dan abiotik. Analisis genetik dan genomik terkait toleransi terhadap KAS Toleransi terhadap KAS dalam jangka panjang dipertimbangkan sebagai sebuah karakter yang tidak diturunkan (non-heritable trait) oleh para pemulia tanaman karet. Eksperimen dalam bidang agrofisiologi memperlihatkan bahwa penerapan sistem penyadapan karet yang intensif dapat digunakan untuk membedakan klon-klon sensitif dan toleran terhadap KAS [6]. Hasil riset tersebut memperlihatkan bahwa sebuah eksperimen lapang dengan menggunakan sistem eksploitasi intensif dapat digunakan dalam analisis genetik terkait toleransi terhadap KAS. Oleh sebab itu, dalam kolaborasi tripartit antara CIRAD – PPK – PPBBI, analisis tersebut tengah dilakukan pada populasi biparental (klon PB 260 sensitif x SP 217 toleran terhadap KAS) di berbagai lokasi dengan kondisi eko-klimat yang berbeda (untuk memahami efek lingkungan). Studi ini diharapkan akan membawa pada pengembangan marka-marka potensial serta mengidentifikasi gen-gen yang berada dalam lokus sifat kuantitatif (QTL) terkait toleransi terhadap KAS. Referensi 1.
2.
3. 4.
Eliathe EAA, Edmond KK, Mathurin OK, Justin LY, Pierre NAS, Kouadio D, et al. Detection of Hevea brasiliensis clones yield potential and susceptibility to tapping panel dryness in Côte d’Ivoire using the 32 and 35 KDa lutoidic proteins. African Journal of Biotechnology. 2012;11(44):10200-6. Obouayeba S, Soumahin E. Relationship between tapping intensity and tapping panel dryness susceptibility of some clones of Hevea brasiliensis in Southwestern Côte d’Ivoire. Agriculture and Biology Journal of North America. 2011;2(8):1151-9. Jacob J. Review on tapping panel dryness in rubber tree. Workshop on the tapping panel dryness in rubber tree; 2005; Kottayam: Rubber Research Insitute of India. de Faÿ E, Moraes LAC, Moraes VHdF. Cyanogenesis and the onset of tapping panel dryness in rubber tree. Pesquisa Agropecuária Brasileira. 2010;45:1372-80.
www.iribb.org | Oktober 2016 | 4(2), 40-44
Riza Arief Putranto - Peneliti PPBBI
43
5.
6.
7. 8. 9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18. 19.
Okoma KM, Dian K, Obouayeba S, Elabo AAE, N'guetta ASP. Seasonal variation of tapping panel dryness expression in rubber tree Hevea brasiliensis in Côte d'Ivoire. Agriculture and Biology Journal of North America. 2011;2:559-69. Putranto R-A, Herlinawati E, Rio M, Leclercq J, Piyatrakul P, Gohet E, et al. Involvement of Ethylene in the Latex Metabolism and Tapping Panel Dryness of Hevea brasiliensis. International Journal of Molecular Sciences. 2015;16(8):17885. Rahman AYA, Usharraj A, Misra B, Thottathil G, Jayasekaran K, Feng Y, et al. Draft genome sequence of the rubber tree Hevea brasiliensis. BMC Genomics. 2013;14(1):75. Tang C, Yang M, Fang Y, Luo Y, Gao S, Xiao X, et al. The rubber tree genome reveals new insights into rubber production and species adaptation. Nature Plants. 2016:16073. Putranto R-A, Duan C, Kuswanhadi, Chaidamsari T, Rio M, Piyatrakul P, et al. Ethylene Response Factors Are Controlled by Multiple Harvesting Stresses in Hevea brasiliensis. PLoS ONE. 2015;10(4):e0123618. Putranto RA, Kuswanhadi, Montoro P. Molecular response of Hevea brasiliensis Ethylene Response Factors (HbERFs) as expression marker genes in response to ethephon stimulation in rubber tree clones. Menara Perkebunan. 2014;82:70-80. Piyatrakul P, Yang M, Putranto R-A, Pirrello J, Dessailly F, Hu S, et al. Sequence and Expression Analyses of Ethylene Response Factors Highly Expressed in Latex Cells from Hevea brasiliensis. PLoS ONE. 2014;9(6):e99367. Lestari R, Putranto RA, Piyatrakul P, Duan C, Rio M, Martin F, et al., editors. Identification of signalling factors involved in the regulation of laticifer metabolism by tapping and Ethephon stimulation in Hevea brasiliensis. IRRDB International Rubber Conference; 2014. Liu H, Deng Z, Chen J, Wang S, Hao L, Li D. Genome-wide identification and expression analysis of the metacaspase gene family in Hevea brasiliensis. Plant Physiology and Biochemistry. 2016;105:90-101. Li D, Wang X, Deng Z, Liu H, Yang H, He G. Transcriptome analyses reveal molecular mechanism underlying tapping panel dryness of rubber tree (Hevea brasiliensis). Scientific Reports. 2016;6:23540. Deng Z, Chen J, Leclercq J, Zhou Z, Liu C, Liu H, et al. Expression profiles, characterization and function of HbTCTP in rubber tree (Hevea brasiliensis). Frontiers in Plant Science. 2016;7. Liu JP, Xia ZQ, Tian XY, Li YJ. Transcriptome sequencing and analysis of rubber tree (Hevea brasiliensis Muell.) to discover putative genes associated with tapping panel dryness (TPD). BMC Genomics. 2015;16:398. Li D, Deng Z, Liu C, Zhao M, Guo H, Xia Z, et al. Molecular cloning, expression profiles, and characterization of a novel polyphenol oxidase (PPO) gene in Hevea brasiliensis. Bioscience, biotechnology, and biochemistry. 2014;78(10):1648-55. Leclercq J, Szabolcs T, Martin F, Montoro P. Development of a new pCAMBIA binary vector using Gateway® technology. Plasmid. 2015;81:50-4. Leclercq J, Martin F, Sanier C, Clement-Vidal A, Fabre D, Oliver G, et al. Overexpression of a cytosolic isoform of the HbCuZnSOD gene in Hevea brasiliensis changes its response to a water deficit. Plant Mol Biol. 2012;80(3):255-72.
www.iribb.org | Oktober 2016 | 4(2), 40-44
Riza Arief Putranto - Peneliti PPBBI
44
20. Gébelin V, Leclercq J, Kuswanhadi, Argout X, Chaidamsari T, Hu S, et al. The small RNA profile in latex from Hevea brasiliensis trees is affected by tapping panel dryness. Tree Physiology. 2013;33(10):1084-98. 21. Gébelin V, Leclercq J, Hu S, Tang C, Montoro P. Regulation of MIR Genes in Response to Abiotic Stress in Hevea brasiliensis. International Journal of Molecular Sciences. 2013;14(10):19587-604. 22. Gébelin V, Argout X, Engchuan W, Pitollat B, Duan C, Montoro P, et al. Identification of novel microRNAs in Hevea brasiliensis and computational prediction of their targets. BMC Plant Biol. 2012;12:18.
www.iribb.org | Oktober 2016 | 4(2), 40-44
Riza Arief Putranto - Peneliti PPBBI
