Variasi genetik Pinus merkusii……
VARIASI GENETIK Pinus merkusii Jung et de Vriese HUTAN ALAM ACEH DAN KEBUN BENIH JEMBER DENGAN METODE ISOENZYM GENETIC VARIATIONS OF Pinus merkusii Jung rt de Vriese FROM NATURAL FOREST OF ACEH AND SEEDLING HOUSE OF JEMBER MEASURED USING THE ISOENZYME METHOD Adistina Fitriani Program Studi Ilmu Kehutanan Fakultas Kehutanan UNLAM Jl. Jend. A. Yani Km.36 Banjarbaru 70714
ABSTRACT Thisexperimentwasaimedto determine thegenetic variations of Pinus merkusii Jung et de Vriese from the Natural Forest of Aceh and those from the Seedling House of Jember. This study used isoenzyme method with three different enzyme systems: esterase (EST), glutamate oxaloacetate transaminase (GOT) andshikimate dehydrogenase (ShDh) to measure genetic variations. Results of this study shown that genetic variations within populations were higher than that of among populations. It was also revealed that there was a genetic relationship between Pinusmerkusii from the Seedling House of Jember and that from the Natural Forest of Aceh. Key words : Pinus merkusii, isoenzyme, genetic variations, genetic, relationship ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui variasi genetik Pinus merkusii Jung et de Vriese yang berlokasi di Kebun Benih Jember serta kekerabatan dengan yang berasaldari Hutan Alam di Aceh. Metode yang di gunakan adalah analisis isoenzym dengan menggunakan tiga sistem enzim yaitu esterase (EST), glutamate oxaloacetate transaminase (GOT)dan shikimate dehydrogenase (ShDh). Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi genetik di dalam populasi lebih tinggi dibanding antar populasi. Dalam penelitian juga ditemukan adanya kekerabatan antara Kebun Benih Jember dengan Hutan Alam di Aceh. Kata kunci : Pinus merkusii, isoenzym, variasi genetik, kekerabatan PENDAHULUAN Pinus merkusii Jung et de Vriese ditemukan pertama kali dengan nama Tusam di daerah Sipirok, Tapanuli Selatan oleh seorang ahli botani dari Jerman - Dr. F. R Junghuhn – pada tahun 1841. Jenis ini tergolong jenis yang cepat tumbuh dan tidak membutuhkan persyaratan khusus. Keistimewaan jenis ini merupakan satu-satunya jenis pinus yang menyebar secara alami ke selatan katulistiwa sampai melewati 2 LS (Harahap, 2000). Pinus merkusiidi Asia Tenggara menyebar di beberapa negara seperti, Burma, Thailand, Vietnam, Laos, Kamboja dan Filipina (Harahap dan Izudin, 2002). Jenis ini merupakan tanaman serbaguna yang selalu diperluas penanamannya. Hal ini di kerenakan setiap bagian pohonnya memiliki kegunaan, antara lain : getah pinus setelah mengalami proses dapat menjadi gondorukem atau terpentinyang akan dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan sabun, resin dan cat. Terpentin dapatdimanfaatkan sebagai bahan industri parfume, obat-obatan dan desinfektan. Hasil kayunya dimanfaatkan untuk konstruksi, korek api, pulp dan kertas serat panjang. Bagian kulitnya dimanfaatkan sebagai bahan bakar dan abunya digunakan untuk bahan campuran pupuk, karena mengandung kalium. (Dahlian dan Hartoyo, 1997).
Agroscientiae
Pinus merkusiidi Sumateraterbagi menjadi tiga strain, yaitu : Aceh meliputi :Pegunungan Selawah Agam, Taman Nasional Gunung Lauser sampai Pegunungan Bukit Barisan, Tapanuli meliputi :daerah Tapanuli hingga Danau Toba dan Kerinci menyebar di Pegunungan Kerinci (Butarbutaret al.,1998). Berkurangnya hutan alam dan hutan tanaman di Indonesia, mengakibatkan semakin berkurangnya variasi genetik dan apabila berlanjut akan mengakibatkan hilangnya informasi genetik. Pengukuran variasi genetik dapat dilakukan dengan bantuan penanda genetik (genetic marker). Penanda genetik di bedakan menjadi dua : penanda morfologi dan penanda molekuler. Penanda molekuler di bedakan menjadi penanda biokimia (Isozim) dan penanda DNA (RAPDs, PCRRLFP,AFLP dan microsatelite) (Na’iem, 2000). Pengkajian keragaman genetik antar individu atau antar populasi merupakan aspek penting dalam upaya pelestrian dan pemanfaatan sumberdaya genetik tanaman. Dalam program pemuliaan pohon, optimalisasi atau maksimalisasi perolehan genetik akan sifat-sifat tertentu dapat dicapai manakala ada cukup peluang untuk melakukan seleksi gen untuk sifat yang diinginkan (Na’iem, 2001). Kelebihan penggunaan isozim adalah mudah dalam
Volume 19 Nomor 3 Desember 2012
143
Adistina Fitriani memisahkan antara genotipe homozigote dan heterozigote pada individu, tidak terpengaruh oleh lingkungan dan resesifitas gen, dapat di identifikasi dengan materi dari berbagai jaringan dengan jumlah sampel banyak dan dalam waktu yang singkat (Na’iem, 2000) Penelitian Kartikawati (1998) menunjukan bahwa hubungan kekerabatan Pinus merkusii antara populasi hutan alam dan hutan tanaman lebih besar bila di bandingkan dengan hubungan kekerabatan di dalam populasi hutan alam maupun di dalam hutan tanaman. Akan tetapi informasi variasi genetik Pinus merkusii untuk Kebun Benih Jember belum diketahui, sehingga tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan kekerabatan Pinus merkusii Kebun Benih Jember (Jantho dan Takengon) dengan yang dari Hutan Alam Aceh (Arul Rengit, Rikit, Uning, Uring dan Kendawi). METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan yang di gunakan adalah jaringan megagametofit benih Pinus merkusii yang bersumber dari Kebun Benih Jember yang terdiri dari Jantho dan Takengon. Pemilihan lokasi ini karena Pinus merkusii pada kebun benih merupakan introduksi dari Aceh. Sedangkan sebagai pembanding diambil dari penelitian Kartikawati (1998) daerah Aceh yang terdiri dari Arul Rengit, Rikit, Uning, Uring dan Kendawi. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah elektroforesis gel polyacrylamide secara vertikal. Penelitian di laboratorium Prosedur kerja di laboratorium pada penelitian ini mengacu pada Sheido (1993). Jaringan megagametofit dari hasil perkecambahan biji Pinus merkusiidihancurkan dengan alat bantu mortar dan pestle di tambah larutan extract buffer 0,5 ml, kemudian di lakukan proses centrifuge selama 20 menit. Selanjutnya larutan sampel akan terpisah, bagian atas yang berwarna bening (supernatant) digunakan sebagai bahan proses elektroforesis dan pellet dibuang. Gel polyacryllamide yang terdiri atas spacer gel dengan konsentrasi 3,75% (atas) dan running gel dengan konsentrasi 7,5% (bawah) disiapkan. Supernatant disuntikan kedalam polyacrylamide yang telah disiapkan sebanyak 10 mili Ampere untuk tiap lubang sampel. Proses elektroforesis memerlukan waktu 180 – 200 menit dengan dialiri arus listrik sebesar 100 mili ampere 0 dengan suhu 4 C. Apabila bromophenol blue sudah berada kurang lebih 0,5 – 1,0 cm di atas running gel maka proses elektroforesis dapat dihentikan. Proses staining dilakukan dengan menggunakan larutan pewarna Esterase (EST), Glutamate Oxaloacetate Transaminase (GOT) dan Shikimate Dehydrogenase (ShDH) dengan meletakkan gel yang telah dikeluarkan ke dalam bak plastik yang berukuran 20 cm x 15 cm. Pengamatan banding
144
pattern harus segera dilakukan setelah proses staining selesai agar tidak terjadi over staining yang berakibat pola berkas tidak dapat terbaca. Gel dapat disimpan setelah dilakukan proses fiksasi dan pengeringan dengan menggunakan kertas kaca sesuai dengan ukuran masing-masing gel. Informasi pada kertas kaca meliputi enzim yang digunakan, nomer individu, populasi, dan tanggal pelaksanaan proses elektroforesis. Tahap selanjutnya melakukan observasi gel dengan memberi kode alel untuk setiap lokus pada pita-pita (band) yang ada pada lembaran gel. Posisi masingmasing band ditentukan oleh nilai Rf yaitu jarak rasio antara permukaan gel dengan posisi band dan posisi tanda garis biru. Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan, yang sebelumnya telah dilakukan oleh Kartikawati (1998) pada hutan alam populasi Aceh. Besarnya tingkat variasi genetik masing-masing populasi diketahui melalui persentase lokus polimorfik (PI), rata-rata jumlah alel per lokus (Na) dan heterozigositas harapan (Ho). Analisis Pinus merkusii yang diperoleh dari hutan tanaman Jember (Jantho dan Takengon) dilakukan dengan menyertakan hasil penelitian terdahulu oleh Kartikawati (1998) di Hutan Alam Aceh (Arul Rengit, Uning, Rikit, Uring, dan Kendawi). Analisis Data 1. Variasi genetik dalam populasi dapat diketahui melalui perhitungan frekuensi alel, persentase lokus polimorfik (PI), rata-rata jumlah alel perlokus (Na), heterozigositas harapan (He : expected heterozigosity) dan heterozigositas observasi (Ho : observed heterozygosity). 2. Variasi genetik antar populasi dapat diamati dengan mengetahui Fis : rerata koefisien inbreeding individu dalam sub populasi, Gst : nilai relatif dari perbedaan gen antar subpopulasi. 3. Analisis kluster/kelompok dengan menggunakan metode UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmatic Mean). HASIL DAN PEMBAHASAN Variasi Genetik Hasil penelitian dengan menggunakan tiga sistem enzim yaitu EST, GOT dan ShDh, diperoleh 28 alel dengan enam lokus polimorfik yang terdiri dari Est-1, Est-2, Est-3, Got-1, Got-2 dan Shd-1. Populasi Pinus merkusii pada hutan alam dan hutan tanaman memiliki struktur tegakan dan permudaan yang berbeda. Berdasarkan hasil analisis dapat dilihat bahwa variasi genetik (He) terbesar berada di Hutan Alam Aceh daerah Arul Rengit senilai 0.3426 dan yang terkecil terletak di Hutan Tanaman Jember, populasi Janto senilai 0.2367. Nilai ini jauh lebih tinggi di bandingkan dengan keragaman genetik jenis konifer senilai 0.207 (Hamrick et al., 1989) (Tabel 2).Variasi genetik yang cukup besar pada Hutan Alam Aceh
AgroscientiaeISSN 0854-2333
Variasi genetik Pinus merkusii…… populasi Arul Rengit disebabkan oleh adanya seleksi alam, yang diperoleh sebagai hasil kemampuan bertahan jenis ini terhadap lingkungan.Besarnya nilai keragaman genetik dalam populasi dibandingkan antar populasi dapat dimungkinkan karena terjadinya proses adaptasi dengan lingkungannya (Widyatmokoet al., 2009). Tingginya variasi genetik di dalam populasi merupakan fenomena umum pada species pinus, di mana dari 20 species konifer yang di teliti mempunyai heterozigositas harapan masing-masing senilai 67,7, 2,29 dan 2,07 (Ledig, 1986). Pinus merkusii yang kebanyakan tumbuh di Jawa merupakan hasil introduksi pada dekade 1920, dari populasi yang tidak di ketahui dengan jumlah induk yang tidak terekam jelas, akan tetapi Pinus merkusii ini diprediksi berasal dari Aceh (Hardiyanto, 2003). Prediksi ini diperoleh berdasarkan analisa fenotif yang terlihat jelas pada kesamaan bentuk batang dan tekstur kulit. Hutan tanaman Jember merupakan hasil eksplorasi pada tahun 1995 untuk daerah Janto, Takengon dan Blengkejeran dengan tujuan untuk meningkatkan basis genetik Pinus merkusii di pulau Jawa (Danarto et al.,2000). Kecilnya nilai heterozigositas harapan hutan tanaman Jember populasi Janto dapat diakibatkan karena adanya migrasi keluar populasi yang mengakibatkan pertukaran gen antar populasi pada spesies yang sama, sehingga terjadi perubahan frekuensi alel. Jumlah alel perlokus terendah terdapat pada Kebun Benih Jember populasi Jantho dan Takengon senilai 2,170 dan tertinggi terdapat pada Hutan Alam Aceh didaerah Rikit dan Kendawi senilai 3,500
Jumlah sampel Lokus polimorfik Rata-rata jumlahalel/lokus He perpopulasi Ho perpopulasi Gst perpopulasi F-is perpopulasi
(Tabel 1), menggambarkan besarnya pengaruh lingkungan di Hutan Alam Aceh terhadap genotif populasi Rikit dan Kendawi, baik itu dari segi topografi ataupun dari penyerbukan yang dibantu oleh serangga, burung dan angin.Menurut Mouna & Harju(1989) tingginya variasi dalam species pinus disebabkan bantuan angin sebagain media pollinisasi, produksi bunga yang banyak, migrasi serbuk sari dan lebih efektif dalam populasi yang besar. Hal ini didukung dengan tingginya nilai heterozigositas teramati (Ho) pada Hutan Alam Aceh populasi Kendawi senilai 0,216 dan nilai yang terendah pada Kebun Benih Jember populasi Jantho senilai 0,057(Tabel 1). Hasil analisa ini mendukung Indeks fiksasi (F-is) yang tinggi senilai 0,757. Tingginya nilai indeks fiksasi diakibatkan karena tingginya tingkat inbreeding pada populasi ini yang berakibat bertambahnya lokus genotif yang homozigote. Menurut Danarto (2001) pola inbreeding termasuk pola yang ekstrim yang akan berakibat fiksasi gen yang tidak seimbang.Rerata variasi genetik total antar populasi (Gst) senilai 0,249(Tabel 1), merupakan sumbangan alel yang diberikan dari 7 populasi yang diteliti. Mutasi, seleksi alam dan inbreeding memberikan sumbangan besar dalam pembentukan rare allel. Jarak genetik antar populasiseperti yang tercantumpadaTabel 3 berkisar antara 0,041 (JantoTakengon) hingga 0,413 (Jantho-Kendawi). Sedangkan identitas genetik antar pasangan populasi berkisar antara 0,662 (Jantho-Kendawi) hingga 0,960 (Jantho-Takengon).
Tabel 1. Lokus polimorfik, rata-rata jumlah alel, He, Ho, Gst dan F-is Table 1. Polymorphic locus, mean of allel, He, Ho, Gst and F-is POPULASI Arul Janto Takengon Uring Uning Rikit Kendawi Rengit Jember Jember Aceh Aceh Aceh Aceh Aceh 38 38 38 31 43 66 61 100 100 100 100 100 100 100 2,170
2,170
3,170
3,000
2,670
3,500
3,500
0,237 0,057 0,491 0,757
0,318 0,112 0,234 0,616
0,343 0,197 0,121 0,423
0,319 0,198 0,132 0,379
0,289 0,178 0,316 0,382
0,331 0,236 0,275 0,286
0,345 0,216 0,177 0,373
Rerata
0,312 0,249
Tabel 2. Hasil penelitian studi variasi genetik pada beberapa kelompok tanaman. Table 2. Results of study on genetic variations for different plants HeterozigositasHarapan Jenis Sumber (He) Jeniskonifer Jenisdaunlebar
0,207 0,211
Hamrick et al. (1981) Hamrick dan Loveless (1989)
Semuajenistanaman
0,141
Hamrick (1979)
Agroscientiae
Volume 19 Nomor 3 Desember 2012
145
Adistina Fitriani
Populasi Janto Jember Takengon Jember Arul Rengit Aceh Uring Aceh Uning Aceh Rikit Aceh Kendawi Aceh
Tabel 3. Jarak genetik diantara pertanaman Pinus merkusii Table 3. Genetic distance of studied Pinus merkusii Janto Takengon Arul Rengit Uring Uning Jember Jember Aceh Aceh Aceh 0,041 0,449 0,413 0,389 0,960 0,526 0,487 0,474 0,638 0,591 0,004 0,010 0,662 0,615 0,996 0,009 0,678 0,622 0,990 0,991 0,648 0,609 0,995 0,991 0,993 0,662 0,629 0,992 0,991 0,991
Hubungan kekerabatan antar populasi digambarkan melalui dendrogram, sehingga terbentuk dua kluster utama Gambar 1. Gambar 1 memperlihatkan bahwa populasi Arul Rengit, Uring, Uning, Rikit dan Kendawi membentuk kluster pertama. Sedangkan populasi Jantho, dan Takengon membentuk kluster kedua (Gambar 1). 0,004
Janto Jember
Rikit Aceh 0,434 0,495 0,005 0,009 0,007 0,997
Kendawi Aceh 0,413 0,463 0,008 0,009 0,009 0,003 -
untuk mengembangkan populasi perbanyakan yang superior, menjaga viabilitas dan ukuran populasi dalam populasi dasar dan populasi pemuliaan dan mencapai hal tersebut secara ekonomis. Perolehan genetik yang terbesar dicapai melalui seleksi yang efektif pada populasi yang bekerja baik, luas dan variabel dimana hubungan kekerabatan dikendalikan pada generasi berikutnya (Hardiyanto, 2000).
Takengon Jember
SIMPULAN 0,007
0,442
Arul Rengit Aceh Uring Aceh
0,009
0,054
0,006
Rikit Aceh Kendawi Aceh
1. Besarnya variasi genetik di dalam populasi masih tinggi, di tunjukkan oleh heterozigositas harapan (He) senilai 0,312. Sedangkan variasi genetik antar populasi masih rendah senilai 0,249. 2. Berdasarkan jarak genetik dan analisis klaster di peroleh kekerabatan yang erat antara hutan alam Aceh dengan kebun benih Jember. DAFTAR PUSTAKA
Uning Aceh
Gambar 1. Hasil analisis kelompok pada 7 populasi P. merkusii diHutan Alam Aceh dan Kebun Benih Jember Figure 1. Result of cluster analysis for 7 populations of P. merkusii from Aceh Natural Forest and Jember Seedling House Implikasi Pada Program KonservasiPinus merkusii
Pemuliaan
dan
Studi variasi genetik bertujuan untuk mengetahui besarnya variasi genetik di dalam dan antar populasi pada penyebaran alami. Dengan adanya informasi tentang perbedaan genetik di dalam dan antar individu dari populasi Hutan Alam Aceh dan Kebun Benih Jember, maka pihak terkait dapat melakukan tindakan pemuliaan dan konservasi yang akan di lakukan. Berdasarkan analisis kluster yang telah dilakukan maka program pemuliaan yang dilakukan harus menjaga hubungan kekerabatan dalam persilangan sehingga keragaman genetik masingmasing populasi dapat dipertahankan. Tujuan utama pemuliaan adalah untuk memulikan secara progresif populasi dasar dan populasi pemuliaan, memperbanyak material yang telah dimuliakan
146
Butarbutar, T. R. M. S. Harahap dan P. Murdiana. 1998. Evaluasi Pertumbuhan Tanaman Pinus merkusii di Aceh Tengah. Buletin Penelitian Kehutanan Pematang Siantar 13(4):330. Dahliani, E. dan Hartoyo. 1997. Komponen Kimia Terpentin dari Getah Tusam (Pinus merkusii) Asal Kalimantan Barat. Info Hasil Hutan. Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan 4(1):38-39. Danarto, S. 2001. Genetika Populasi. Materi Kursus Dasar-Dasar Genetika Hutan. Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada 20-26 Agustus 2001. Yogyakarta. Danarto, S. E. B. Hardiyanto, M. Na’iem dan O. H. Soeseno. 2000. Strategi Pemuliaan Pinus merkusii Generasi Kedua. Prosiding Seminar Nasional Status Silvikultur 1999. Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. 137-143. Hamrick, J. L. dan Godt, M. J. W. 1989. Allozyme Diversity inPlant Species. In Brown, A. H. D, Clegg, M. T, Kahler, A. L, Weis, B. S (EDS). Plant Population Genetic, Breeding and Genetic Resouces, Sinauer. Sunderland. Mass. USA.
AgroscientiaeISSN 0854-2333
Variasi genetik Pinus merkusii…… Hardiyanto, E. B. 2003. Pemuliaan Pinus dan Manfaatnya Dalam Pengelolaan Hutan. Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian dan Pengembangan Pengelolaan Hutan Pinus. Yogyakarta. Hardiyanto, E. B. 2000. Genetik dan Strategi Pemuliaan Acacia mangium .Prosiding Seminar Nasional Status Silvikultur 1999. Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. 155-161. Harahap, R. M. S. 2000. Keragaman Sifat dan Data Ekologi Populasi Alam Pinus merkusii di Aceh, Tapanili dan Kerinci. Prosiding Seminar Nasional Status Silvikultur 1999. Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. 228-231. Harahap, R. M. S. dan E. Izuddin. 2002. Konifer di Sumatera Bagian Utara. Konifera. Pematang Siantar. No.1/XVII:66-67. Kartikawati, N. K. 1998. Studi Variasi Genetik Tusam (Pinus merkusii Jungh et de Vriese) Pada Hutan Alam di Aceh dan Hutan Tanaman di Jawa Dengan Metode Analisis Isozim. Tesis S2. Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Ledig, F. T. 1986. Heterozygosity, Heterosis and Fitnerr in Outbreeding Plants. In: Conservation in Biology. The Science of Scarcity and Diversity (ed. M. E. Soule) pp. 77-104, Sinauer, Sunderland. USA.
Agroscientiae
Muona, O.dan Harju, A. 1989. Effective Population Sizes, Genetic Variability and Mating System in Natural Stands and Seed Orchards of Pinus sylvestris. Silvae Genetica 38:221-228. Na’iem, M. 2000. Aplikasi Isozim Sebagai Penanda Molekuler Untuk Program Konservasi dan Pemuliaan. Makalah disajikan alam Lokakarya Konservasi Ek-situ, Pemuliaan Pohon dan Pembangunan Hutan Meranti. Yogyakarta 4-5 Oktober 2000. Nai’em, M. 2001. Konservasi Sumberdaya Genetik Dalam Pemuliaan Pohon. Dalam : Seminar Sehari Peletakkan Dasar-Dasar Strategi Pemuliaan Pohon Hutan di Indonesia dalam rangka 70 tahun Prof. Dr. Hj. Oemi Hani’in Soeseno. Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Sheido, K. 1993. Manual Isozym Analysis. Japan International Cooperation Agency (JICA) and Directorat General of Reforestation and Land Rehabilitation. Ministry of Forestry in Indonesia. Widyatmoko, A.Y. P.B.C., Afritanti, R., D. Taryono, Rimbawanto, A. 2009. Keragaman Genetik Lima Populasi Grynops verstegii di Lombok Menggunakan Penanda RAPD. Jurnal Pemuliaan Tanaman Hutan 3(1):1-10.
Volume 19 Nomor 3 Desember 2012
147
