...

PDF: Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

PDF: Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
Jurnal AgroBiogen 7(2):119-127
Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
Berdasarkan Delapan Penanda SSR
Nurul Hidayatun*, Chaerani, dan Dwinita W. Utami
Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian, Jl. Tentara Pelajar 3A, Bogor 16111
Telp. (0251) 8337975; Faks. (0251) 8338820; *E-mail: [email protected]
Diajukan: 22 Maret 2011; Diterima: 22 Agustus 2011
ABSTRACT
DNA Fingerprinting of Indonesian 88 Sweet Potato
Germplasm Based on Eight SSR Markers. Nurul
Hidayatun, Chaerani, and Dwinita W. Utami. Indonesia
possesses a great number of sweet potato varieties.
Understanding the diversity and distribution of this genetic
resource is essential for its management and future use. The
objective of this study was to elaborate the molecular
character as DNA finger print of Indonesian sweet potato
germplasm. Eight fluorescent labeled SSR primers were
used to amplify DNA of 88 sweet potato accessions
consisting of improved varieties and landraces collected
from 7 islands in Indonesia. The amplified products were
detected using capillary electrophoresis method in CEQ
Genetic Analysis System machine. A total of 135 alleles
ranging from 8 to 36 alleles per locus with an average of 17
alleles were generated. Each accession had a unique
microsatellite finger print marked by specific combination of
11 to 22 alleles in 8 SSR loci. Dendrogram generated by
UPGMA based on simple matching coefficients produced 4
nonspecific groups at 80% similarity. The groups revealed
the possibilities that the accessions were distributed from
similar genetic resources.
Keywords: Sweet potato, DNA fingerprinting, SSR marker.
ABSTRAK
Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
Berdasarkan Delapan Penanda SSR. Nurul Hidayatun,
Chaerani, dan Dwinita W. Utami. Indonesia memiliki sejumlah besar varietas ubi jalar. Pemahaman mengenai keragaman dan penyebaran sumber daya genetik ubi jalar
penting untuk pengelolaan dan pemanfaatannya di masa
depan. Tujuan penelitian ini ialah untuk mengkaji secara
lebih mendalam karakter molekuler sebagai sidik jari DNA
sumber daya genetik ubi jalar di Indonesia. Delapan primer
SSR berlabel fluoresen digunakan untuk menggandakan
DNA dari 88 aksesi ubi jalar yang terdiri atas varietas unggul
dan lokal yang dikoleksi dari 7 pulau di Indonesia. Produk
penggandaan pada mesin PCR dideteksi menggunakan metode elektroforesis kapiler pada mesin CEQ Genetic Analysis
System. Sebanyak 135 alel dengan kisaran 8 sampai 36 alel
per lokus dan rata-rata 17 alel per lokus terdeteksi. Tiap
aksesi memiliki sidik jari SSR unik yang ditandai dengan
kombinasi spesifik dari 11 sampai 22 alel pada 8 lokus SSR.
Dendrogram yang dibangun menggunakan UPGMA berHak Cipta © 2011, BB-Biogen
dasarkan koefisien simple matching menghasilkan 4 kelompok yang tidak spesifik pada tingkat kesamaan 80%.
Pengelompokan menunjukkan kemungkinan bahwa aksesiaksesi tersebut tersebar dari sumber daya genetik yang
sama.
Kata kunci: Ubi jalar, sidik jari DNA, marka SSR.
PENDAHULUAN
Ubi jalar banyak dibudidayakan oleh masyarakat
Indonesia. Berbagai karakteristik dan keunggulan ubi
jalar menjadikan komoditas ini dipandang potensial
untuk mendukung keamanan dan kelangsungan pangan, khususnya di negara berkembang (Huaman,
2002). Selain mempunyai nilai kalori relatif tinggi, ubi
jalar juga mengandung karbohidrat, protein, serat, lemak, beta-karoten, berbagai asam amino, vitamin, dan
berbagai unsur, seperti Ca, Mg, P, Fe, Na, dan K (Duke,
1983). Khusus pada ubi jalar ungu terdapat anti
oksidan yang tinggi (Teow et al., 2007). Ubi jalar juga
mempunyai kemampuan hidup di lahan marginal dan
toleran terhadap beberapa hama dan gulma.
Indonesia mempunyai tingkat keragaman genetik
plasma nutfah ubi jalar yang tinggi dan merupakan
salah satu dari 15 negara produsen utama ubi jalar
dunia (Campilan, 2009). Di sebagian wilayah Papua,
ubi jalar menjadi makanan pokok dan mencukupi 90%
kebutuhan pangan sehari-hari. Wilayah ini merupakan
pusat keragaman sekunder ubi jalar dunia (Yen, 1974
dalam Mok dan Schmiediche, 1998). Keragaman genetik yang tinggi ini bernilai penting dalam kaitannya
dengan program pemuliaan tanaman, sehingga ubi
jalar perlu dikonservasi untuk menghindari terjadinya
erosi genetik.
Konservasi yang menjamin ketersediaan plasma
nutfah disertai dengan informasi karakteristik, jumlah,
dan distribusi keragaman genetik sangat berguna sebagai dasar pengembangan dan pemanfaatan plasma
nutfah. Metode karakterisasi yang akurat sangat
bermanfaat dalam pembentukan koleksi inti (core
collection) sebagai upaya peningkatan efisiensi pengelolaan plasma nutfah.
120
JURNAL AGROBIOGEN
Pemanfaatan penanda molekuler untuk karakterisasi plasma nutfah memberikan hasil yang lebih
cepat, efektif, akurat, dan tidak bias oleh faktor lingkungan. Dalam pengelolaan plasma nutfah penanda
molekuler semakin banyak digunakan untuk studi keragaman genetik, uji stabilitas dan integritas aksesi,
dan evaluasi hubungan kekerabatan taksonomi (Rao,
2004). Penerapan metode ini dalam analisis plasma
nutfah telah mampu mengidentifikasi adanya duplikasi
aksesi dalam koleksi, sehingga dapat mengurangi jumlah aksesi yang harus dikelola (Rao, 2004; Elameen et
al., 2008). Selain itu, penanda molekuler juga dapat dimanfaatkan untuk identifikasi varietas untuk tujuan
perlindungan varietas tanaman (Huaman dan Zhang,
1997). Penanda molekuler juga semakin banyak digunakan dalam pemanfaatan sumber daya genetik (Rao,
2004).
Simple Sequence Repeats (SSR) atau mikrosatelit, sangat berguna untuk berbagai analisis genetik seperti untuk memahami evolusi genom, analisis hubungan filogenetik antar taksa, pemetaan genetik, sidik jari DNA, dan pemetaan fisik. Saat ini, pemanfaatan
SSR untuk studi keragaman genetik telah dilakukan
pada banyak jenis tanaman (Brown dan Kresovich,
1996). Kelebihan SSR dibandingkan dengan penanda
molekuler lain, yaitu penanda ini menghasilkan polimorfisme yang tinggi, bersifat kodominan, dan analisisnya hanya membutuhkan sampel DNA dalam jumlah yang relatif sedikit. SSR dapat mendeteksi jumlah
alel dan tingkat heterosigositas yang tinggi dalam populasi. Karena diwariskan menurut Hukum Mendel,
maka selain untuk penghitungan keragaman genetik
dan pemetaan genetik, penanda ini juga dapat digunakan untuk seleksi genom hasil introgresi, penanda gen
(gen tagging), dan seleksi galur pemuliaan tanaman
berbasis penanda (Marker Assisted Selection/MAS)
(Brown dan Kresovich, 1996).
Di Indonesia penggunaan penanda molekuler
untuk penelitian ubi jalar belum banyak dilakukan
(Hidayatun, 2005). Penelitian ini bertujuan untuk
menganalisis keragaman genetik dan mengeksplorasi
profil/karakter DNA plasma nutfah ubi jalar Indonesia.
Informasi mengenai keragaman genetik ubi jalar akan
bermanfaat dalam usaha perbaikan genetik, upaya
perlindungan varietas, dan peningkatan efisiensi
pengelolaan plasma nutfah.
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian
Dalam penelitian ini digunakan 88 aksesi ubi jalar
yang terdiri atas 8 aksesi ubi jalar varietas unggul, 6
VOL. 7 NO. 2
aksesi klon harapan, dan 74 aksesi varietas lokal yang
berasal dari berbagai wilayah (9 aksesi dari Banten, 18
dari Jawa Barat, 6 dari Jawa Tengah, 11 dari Sumatera,
1 dari Kalimantan, 5 dari Sulawesi Selatan, 7 dari Bali,
10 dari Nusa Tenggara Timur, 1 dari Manokwari, dan 6
aksesi dari Wamena). Varietas lokal dan varietas unggul diambil dari koleksi BB-Biogen Bogor, sedangkan
klon harapan diperoleh dari Balai Penelitian Kacangkacangan dan Umbi-umbian (Balitkabi) Malang.
Informasi dan sekuen dari 8 pasang primer SSR
yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari
hasil penelusuran pustaka mengenai penggunaan SSR
pada ubi jalar (Buteler et al., 1999; Zhang et al., 2000;
CIP, 2004). Sekuen dari 6 primer SSR dimodifikasi dengan tambahan 18 basa nukleotida pada ujung 5’
(Tabel 1). Tambahan basa nukleotida ini merupakan
sekuen primer universal M13 yang berfungsi sebagai
adapter untuk penempelan primer universal M13 berlabel fluoresen dengan produk amplifikasi PCR dengan
primer SSR (Chaerani et al., 2009). Semua primer dipesan dari Invitrogen Corporation, Carlsbad, USA.
Isolasi DNA
Tunas-tunas muda dari tanaman koleksi di KP
Cikeumeuh dan KP Pacet diambil dan dikeringkan
dalam oven. Setelah kering daun digerus hingga menjadi bubuk halus. Sebanyak 25 mg bubuk diekstraksi
DNA-nya menggunakan metode dari Tanaka dan
Nakatani (2001). Metode ini menggunakan larutan
CTAB (Cetyl Trimetyl Amonium Bromide) sebagai
buffer lisis, chloroform isoamyl-alcohol (24 : 1) sebagai
pemisah DNA dari komponen protein, dan RNAse
sebagai pemurni DNA dari komponen RNA. Pemurnian
lanjut dilakukan menggunakan etanol 70% dingin. DNA
yang diperoleh dilarutkan dalam 100 μl TE. Pengukuran konsentrasi DNA dilakukan dengan membandingkan intensitas pita DNA sampel yang dimigrasikan bersama-sama dengan beberapa konsentrasi DNA λ baku
dalam gel agarosa 1%. Untuk konsentrasi kerja, DNA
diencerkan menjadi 10 ng/μl.
Amplifikasi Fragmen SSR dan Elektroforesis
Penggandaan DNA dilakukan dalam mesin PCR
Engine Tetrad® 2 Peltier Thermal Cycler MJ Research.
Komposisi larutan PCR dan kondisi PCR yang digunakan tergantung pada jenis primer (Tabel 1).
Deteksi fragmen hasil amplifikasi dilakukan dengan elektroforesis sistem kapiler dalam mesin
Beckman Coulter CEQ 8000 Genetic Analysis System.
Sebuah jendela penangkap sinyal pada mesin ini mendeteksi fragmen hasil amplifikasi berdasarkan kekuatan sinyal fluoresennya. Elektroforesis dilakukan secara
2011
N. HIDAYATUN ET AL.: Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
121
Tabel 1. Daftar primer SSR, kondisi PCR, dan panel multiloading.
Primer dan warna
pelabelnya
Panel
Primer forward (5’ ke 3’)
multi-loading
ASUSP1 (D4)
1
IB03 (D4)
1
IB21 (D3)
1
IB324 (D2)
1
ASUSP3 (D2)
2
ASUSP6B (D4)
2
ASUSP16 (D4)
2
TGT AAA ACG ACG GCC AGT1 GAC
AAC GTA ACA TAC AGC ACC C
TGT AAA ACG ACG GCC AGT AGT
GTA GAG TTG AAG AGC GAG CA
TGT AAA ACG ACG GCC AGT GAT
CGA GGA GAA GCT CCA CA
TGT AAA ACG ACG GCC AGT TTT
GGC ATG GGC CTG TAT T
TGT AAA ACG ACG GCC AGT CGT
ATT CCT CGT CCG GTC TCC TCG
TGT AAA ACG ACG GCC AGT CAG
CCC ATA CAA ACT CAA ATC CAA C
CCC ACA ACA TCT CCG CCT AC
IB316 (D3)
2
CAA ACG CAC AAC GCT GTC
Primer reverse (5’ ke 3’)
Ukuran
alel (pb)
Reaksi Program
PCR
PCR
GAG GTT TGG AAG TAG GGT AGG
AAG AC
CCA TAG ACC CAT TGA TGA AG
125-150
12
A4
255-274
1
A
GCC GGC AAA TTA AGT CCA TC
171-207
1
A
GTT CTT CTG CAC TGC CTG ATT C
137-156
1
A
GCA GGG GCA TTT TCG TCA TTA
ACA TC
CAT AGT CCA TGC TCG ATT GGC
TTT CG
CCC GCC ACT TCA TAC TCT CTT
CAC TC
CGC GTC CCG CTT ATT TAA C
155-270
1
A
143-171
1
A
83-132
23
B5
123-147
2
B
1
Sekuen primer universal M13 yang berfungsi sebagai adapter penempelan primer M13 berlabel fluoresen dengan produk PCR primer SSR; 21×
buffer PCR, 0,25 mM dNTP, 2,5 mM MgCl2, 0,15 μM primer forward, 0,35 μM primer reverse, 0,35 μM primer M13 berlabel fluoresen, 0,5 U
TaqPolymerase, dan 25 ng DNA; 31× buffer PCR, 0,3 mM dNTP, 0,75 mM MgCl2, 0,3 μM primer forward, 0,3 μM primer reverse, 0,75 U
TaqPolymerase, dan 20 ng DNA; 45 menit denaturasi pada suhu 94oC diikuti dengan 30 siklus tahapan yang terdiri dari 30 detik denaturasi pada
suhu 94oC, 45 detik penempelan primer pada suhu 55oC, 45 detik perpanjangan basa pada suhu 72oC, diikuti dengan 8 siklus tahapan yang
terdiri dari 30 detik denaturasi pada 94oC, 45 detik penempelan primer pada suhu 53oC, 45 detik perpanjangan basa pada suhu 72oC, dan
diakhiri dengan satu siklus perpanjangan basa pada suhu 72oC selama 10 menit; 5touchdown PCR: 4 menit denaturasi pada suhu 95oC diikuti
o
o
dengan 13 siklus tahapan yang terdiri dari 45 detik denaturasi pada suhu 95 C, 45 detik penempelan primer pada suhu 61,5 C, 30 detik
perpanjangan basa pada suhu 72oC dengan penurunan suhu 0,5oC per siklusnya, diikuti dengan 27 siklus tahapan yang terdiri dari 45 detik
denaturasi pada 95oC, 45 detik penempelan primer pada suhu 55oC, 30 detik perpanjangan basa pada suhu 72oC, dan diakhiri dengan satu
siklus perpanjangan basa pada suhu 72oC selama 5 menit.
multiloading, yaitu dengan memuat beberapa produk
PCR dari beberapa primer secara bersama-sama
dalam satu sumur. Penyusunan set panel multiloading
mengacu pada warna dan kisaran ukuran alel yang
dihasilkan dari masing-masing primer (Chaerani et al.
2009). Volume masing-masing hasil PCR yang dicampurkan dalam set multiloading ditentukan berdasarkan pada kekuatan sinyal pelabel fluoresen yang diperoleh dari hasil optimasi (Hidayatun, 2005).
Koleksi Data
Keluaran dari program CEQ 8000 Genetic Analysis
System berupa grafik dengan puncak-puncak (peaks)
yang menunjukkan hasil amplifikasi. Setiap satu puncak yang representatif dianggap sebagai satu fragmen.
Dengan mengikuti terminologi umum SSR sebagai penanda multialelik, setiap pasang primer dianggap sebagai satu lokus dan satu puncak dianggap sebagai
satu alel. Identifikasi dan skoring alel dilakukan secara
otomatis menggunakan “CEQ Fragment Analysis
software” yang menghasilkan data fragmen berikut
ukuran panjang basanya (pb). Data kontinyu yang dihasilkan dikelompokkan berdasarkan kategori yang
mengacu pada motif ulangan (repeat) SSR yang diapit
oleh setiap pasang primer SSR. Selanjutnya data dikonversi ke dalam sistem biner, yaitu skor ‘1’ menyatakan kemunculan alel dan ‘0’ untuk ketidakmunculan
alel. Data hilang (missing data) dinyatakan sebagai
‘-9’.
Analisis Kemiripan dan Analisis Gerombol
(Cluster Analysis)
Analisis gerombol dilakukan untuk mengetahui
pengelompokan antar aksesi ubi jalar. Dari data biner
dibuat data matriks kemiripan (similarity) yang mencerminkan jarak taksonomis atau jarak genetik antar
aksesi. Sebagai satu unit taksonomi, setiap aksesi dibandingkan dengan aksesi lain berdasarkan keberadaan alel yang dimilikinya. Penghitungan tingkat kemiripan antar aksesi dilakukan berdasarkan koefisien
simple matching (Sokal dan Michener, 1958 dalam
Sokal dan Sneath, 1962). Data matriks kemiripan ini dikelompokkan
menggunakan
prosedur
SAHN
(Sequential
Agglomerative
Hierarchial
Nested
clustering method) menggunakan metode UPGMA
(Unweighted Pair Group Method based on Arithmetic
mean). Kedua prosedur ini terdapat dalam NTSYS-pc
ver. 2.01.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Primer SSR
Analisis terhadap 88 aksesi ubi jalar menggunakan 8 SSR mendapatkan 135 alel dengan rata-rata 17
122
JURNAL AGROBIOGEN
alel per lokus SSR. Enam puluh satu alel (45%) di
antaranya merupakan alel berfrekuensi <5% dari seluruh aksesi (alel jarang). Primer ASUSP3 menghasilkan jumlah alel tertinggi (36), sedangkan IB324 terendah (Tabel 2).
Tiap pasang primer menghasilkan perbedaan
kisaran ukuran dan jumlah alel yang teramplifikasi.
Dalam penelitian ini terlihat kecenderungan adanya
korelasi positif antara jumlah alel total dalam satu
lokus dengan jumlah alel jarang yang terdeteksi pada
setiap aksesi yang dianalisis. ASUSP3 dan ASUSP16
yang memiliki kisaran ukuran alel terluas (berturutturut 115 dan 49 pb) menghasilkan jumlah alel total
(36 dan 29 alel) dan jumlah alel jarang terbanyak (15
dan 12 alel). Kedua lokus ini juga menghasilkan 1-6
alel per aksesi ubi jalar (Tabel 3).
Nilai PIC (Polymorphic Information Content) yang
menunjukkan tingkat kemampuan dari penanda SSR
untuk membedakan antar aksesi yang diteliti, tingkat
heterosigositas, dan keragaman genetik, sulit ditentukan pada spesies poliploid seperti ubi jalar. Frekuensi
alel per lokus dalam kasus lokus multialelik tidak dapat dihitung meskipun penanda yang digunakan bersifat kodominan, karena dosis setiap alel tidak dapat
ditentukan (De Silva et al., 2005; Zhang et al., 2000).
Karena keterbatasan tersebut, Zhang et al. (2000)
menghitung heterosigositas aktual sebagai persentase
aksesi yang heterosigot dari seluruh aksesi yang diteliti
pada tiap-tiap lokus. Mengacu dari model perhitungan
heterosigositas tersebut, diketahui primer ASUSP3 dan
ASUSP16 dalam penelitian ini menghasilkan lokus dengan tingkat heterosigositas yang tinggi, berturut-turut
99 dan 96% (Tabel 2). Primer lain yang juga menghasilkan heterosigositas tinggi adalah primer IB316 dan
IB21, berturut-turut 92 dan 68%. Sementara itu, primer
ASUSP1, ASUSP6B, dan IB324 menghasilkan jumlah
alel total dan alel jarang yang relatif sedikit dengan
tingkat heterosigositas yang rendah (<13%).
VOL. 7 NO. 2
Kekayaan Alel Ubi Jalar Indonesia
Setiap aksesi ubi jalar memiliki 11-22 alel dengan
kombinasi yang beragam dari kedelapan lokus SSR
yang diamati, dan pada setiap aksesi ditemukan 1-6
alel per lokus (Tabel 3, Gambar 1). Tingginya jumlah
alel yang dihasilkan (135) menunjukkan kekayaan alel
aksesi ubi jalar Indonesia dan mendukung pernyataan
bahwa Indonesia merupakan salah satu pusat keragaman sekunder ubi jalar dunia. Fenomena yang sama
juga terdeteksi oleh Hidayatun (2005) yang menganalisis 96 aksesi ubi jalar dengan 9 primer SSR dan
mendeteksi sebanyak 118 alel. Tingginya jumlah alel
pada ubi jalar dipengaruhi oleh tingkat ploidi dan pola
persilangannya. Ubi jalar adalah spesies heksaploid
(mempunyai 6 set kromosom), sehingga dalam satu
lokus dapat ditemukan 1-6 alel.
Jumlah alel yang terdeteksi menunjukkan heterosigositas dari aksesi yang dianalisis. Kondisi munculnya satu alel mengindikasikan sifat homosigot, sedangkan ditemukannya lebih dari satu alel mengindikasikan sifat heterosigot pada suatu lokus tertentu.
Sebagai contoh, Gambar 1 menunjukkan varietas
Kuning yang homosigot pada lokus ASUSP1 dan IB324,
dan heterosigot pada lokus IB21 dan IB03.
Kedelapan lokus yang diamati dalam penelitian
ini dapat mendeteksi heterosigositas ubi jalar dengan
tingkat antara 8 hingga 99% (Tabel 2). Yen (1982)
menyatakan bahwa secara alami ubi jalar bersifat
heterosigot, sehingga dalam satu lokus ditemukan
lebih dari satu alel. Hasil serupa juga dilaporkan oleh
Karuri et al. (2010) bahwa 89 aksesi ubi jalar Kenya
yang dianalisis dengan 6 primer SSR menunjukkan
kisaran heterosigositas antara 20-100%.
Selain karena tingkat ploidinya yang tinggi, sifat
serasi silang (outcrossing, self incompatible) menyebabkan ubi jalar secara alami bersifat heterosigot. Menurut Yen (1982), walaupun pada umumnya perbanyakan ubi jalar dilakukan secara vegetatif, kemung-
Tabel 2. Variasi ukuran dan jumlah alel pada 8 lokus SSR yang ditemukan dalam 88 aksesi ubi jalar.
Lokus
ASUSP1
IB03
IB21
IB324
ASUSP3
ASUSP6B
ASUSP16
IB316
1
Kisaran ukuran
alel (pb)
Jumlah
alel
Alel dominan (pb) dan
persentase frekuensinya1
Jumlah dan persentase
alel jarang2
Heterosigositas
aktual (%)3
125-170
255-274
171-207
137-178
155-270
140-171
83-132
123-147
11
16
10
8
36
10
29
15
136 (77%)
274 (66%)
203 (56%)
147 (52%)
172 (60%)
153 (32%)
84 (61%)
130 (50%)
9 (75%)
5 (31%)
4 (40%)
4 (50%)
15 (41%)
6 (60%)
12 (41%)
6 (40%)
8,0
95,3
68,3
12,6
98,9
10,0
95,5
92,0
2
Alel dominan adalah alel dalam satu lokus tertentu yang dimiliki oleh >30% aksesi yang diteliti; Alel jarang adalah alel
dalam satu lokus tertentu yang dimiliki oleh ≤5% aksesi yang diteliti; 3Dihitung berdasarkan persentase aksesi heterosigot
dari seluruh aksesi yang diteliti pada sebuah lokus.
2011
N. HIDAYATUN ET AL.: Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
123
Tabel 3. Jumlah alel yang dimiliki oleh masing-masing aksesi ubi jalar pada 8 lokus SSR.
Kelompok/asal
Boko
Borobudur
Cangkuang
Kalasan
Kidal
Prambanan
Sari
Sewu
Ac Merah
Ac Putih
Ir Melati
Bogor Merah
Racik Kuning
Sawentar
Mantang Bayabon
Mantang Ceubug
Mantang Jambu
Mantang Racik
Mantang Waluh
Ubi Jalar Hijau
Ubi Jalar Merah
Ubi Jalar Putih
Ubi Jalar Ungu
Boled Kuning
Bulhok
Ciceh 32
Deli
Jahe
Jonggol
Lampeneng
Lombok
Mantang Merah
Selo Bali
Selo Banyuwangi
Selo Bun
Selo Dadag
Selo Gunung Kawi
Selo Klemen
Selo Metir
Bakok
Bao
Betong
Ijeng
Jangga
VUN1
VUN
VUN
VUN
VUN
VUN
VUN
VUN
Klon2
Klon
Klon
Klon
Klon
Klon
Banten
Banten
Banten
Banten
Banten
Banten
Banten
Banten
Banten
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Bali
Bali
Bali
Bali
Bali
Bali
Bali
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
1VUN
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
4
6
4
3
4
4
5
6
4
4
4
4
3
3
3
5
3
5
4
4
4
3
2
3
3
4
4
4
2
4
4
4
4
5
4
3
4
4
5
5
4
3
6
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
0
1
1
0
2
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
2
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
4
3
3
3
3
5
3
4
6
3
5
2
3
2
1
4
3
2
4
5
3
4
3
2
6
3
3
2
3
3
2
3
4
3
3
3
3
4
3
1
3
4
2
3
2
3
3
3
1
2
4
4
1
2
5
3
3
1
2
2
2
3
3
3
2
3
2
3
2
4
3
2
2
3
3
4
3
2
4
2
3
2
3
2
3
2
2
2
2
1
1
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
0
2
0
2
1
2
1
2
2
1
1
2
2
1
2
2
2
2
2
1
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
4
3
3
1
1
2
3
3
3
3
4
3
1
2
3
2
3
2
3
3
3
2
2
3
2
3
3
3
1
3
3
2
3
4
3
2
3
2
3
2
3
4
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
Total
alel
per
aksesi
18
18
21
17
17
13
16
19
22
19
18
22
19
17
11
13
18
15
17
18
18
18
18
13
14
19
18
16
17
14
16
17
19
18
17
20
16
17
18
18
16
17
17
19
Jumlah alel pada tiap lokus
Nama aksesi
Kelompok/asal
Mentik
Nadri
No. 1
No. 113
No. 8
Papola
Roti
Sanggabuana
Unknown
Bestek Mangkokan
Bogol Merah
Ganteng
L. Purbalingga
Patangpuluhan
Super
Si Botol
Gowi Doma
Gowi Dumaduma
Gowi Jari 2
Gowi Mayo
Gowi Siaali
Gowi Sinali 5
Gowi Sovo
Goidohene 2
Markunah
Unknown Sumatera
Lokal Samarinda-3
Lammelamba Keboh
Mangole Pakau
Ubi Ambon
Ubi Merah
Ubi Jalar 234
Kempo
Koja
Manegot
Telo
Wunut
Bekau Genenav
Hosit
Illival
Kila
Kua kue
Kuning
Musan
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Tengah
Jawa Tengah
Jawa Tengah
Jawa Tengah
Jawa Tengah
Jawa Tengah
Sumatera Utara
Sumatera Barat
Sumatera Barat
Sumatera Barat
Sumatera Barat
Sumatera Barat
Sumatera Barat
Sumatera Barat
Sumatera
Sumatera
Sumatera
Kalimantan
Kalimantan
Sulawesi Selatan
Sulawesi Selatan
Sulawesi Selatan
Sulawesi Selatan
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Nusa Tenggara Timur
Manokwari
Wamena
Wamena
Wamena
Wamena
Wamena
Wamena
ASUSP1
ASUSP3
ASUSP6B
ASUSP16
IB03
IB21
IB316
IB324
Nama aksesi
ASUSP1
ASUSP3
ASUSP6B
ASUSP16
IB03
IB21
IB316
IB324
Jumlah alel pada tiap lokus
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
5
5
6
4
3
4
5
4
4
3
3
4
2
3
4
3
4
3
5
3
5
3
5
3
4
5
4
4
4
3
5
5
4
5
4
3
5
4
5
5
4
1
3
4
1
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
2
1
1
1
1
3
1
1
1
1
2
1
1
1
3
3
3
4
3
3
3
3
2
4
3
2
4
3
3
1
3
3
3
4
1
4
3
3
3
4
3
2
2
4
6
3
4
2
3
2
3
3
3
3
3
4
2
4
2
3
3
3
4
2
2
3
3
3
1
3
2
3
3
5
2
3
2
2
2
2
4
2
0
3
3
3
3
2
3
3
2
3
3
3
3
3
2
3
3
0
2
3
2
1
2
2
2
2
2
1
1
1
2
2
0
3
1
1
0
2
2
1
2
1
1
0
2
1
1
2
2
1
1
2
2
2
2
2
1
1
2
0
2
1
2
2
2
3
3
4
3
2
1
3
3
3
2
2
2
3
2
3
2
2
1
3
1
2
2
2
3
2
3
2
2
3
2
3
3
2
2
2
2
2
2
3
2
2
2
0
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
2
Total
alel
per
aksesi
18
19
22
20
18
17
16
17
16
17
14
16
13
18
17
16
14
17
16
16
14
15
19
14
15
19
16
16
16
16
21
19
18
17
17
17
17
16
17
17
18
11
14
17
= Varietas Unggul Nasional, 2Klon = klon harapan hasil pemuliaan dari Balitkabi, Malang.
kinan terjadinya hibridisasi masih terpelihara, sehingga
potensi terjadinya varian baru masih tinggi. Terutama
pada wilayah di mana ubi jalar teradaptasi secara luas
seperti di Papua, variasi alel yang tinggi lebih mungkin
disebabkan oleh adanya persilangan yang terjadi secara kebetulan, dibandingkan penyebab lain, seperti
mutasi somatik, pertukaran varietas antar area dan
asal introduksi. Tingkat ploidi ubi jalar dan sifat serasi
silang menyumbang pada tingginya heterosigositas
yang kemudian difiksasi melalui propagasi secara
vegetatif.
Pada penelitian ini tidak ditemukan penyempitan
atau penurunan variasi alel yang merupakan fenomena yang umum terjadi sebagai akibat dari seleksi terus
menerus dalam kegiatan pemuliaan. Varietas unggul
dan klon harapan ubi jalar memiliki kisaran jumlah
alel yang cukup tinggi (13-22 alel) dan tidak jauh berbeda dari jumlah alel yang dimiliki oleh varietas lokal
(11-22 alel). Bahkan dari tiga aksesi yang memiliki
jumlah alel tertinggi (22 alel), dua di antaranya merupakan klon harapan, yaitu Ac Merah dan Bogor Merah.
Hal ini menunjukkan bahwa tingkat penurunan variasi
124
JURNAL AGROBIOGEN
VOL. 7 NO. 2
Kuning C01_08052214JR
60.000
55.000
136,32
Asusp 1
Asusp 1
Intensitas sinyal fluoresen
50.000
45.000
40.000
35.000
147,30
M32+
M32+
30.000
203,46
M21
M21
25.000
20.000
181,21
1821
1821
15.000
10.000
140
5.000
120
130
140
180
150 200
220
240
238,19
255,19
265
200
1803
273,87
1803
260
1803
238,82
200
0
0
150
200
Ukuran alel mikrosatelit (pb)
250
300
Gambar 1. Elektroforegram aksesi Kuning yang dianalisis dengan empat primer SSR ASUSP1 (warna biru, 136
pb), IB324 (hitam, 145 pb), IB21 (hijau, 182 dan 204 pb), dan IB03 (biru, 265 dan 273 pb).
alel pada varietas unggul masih relatif rendah atau
bahkan mungkin tidak terjadi. Program pemuliaan pada ubi jalar yang biasa dilakukan dengan sistem persilangan terbuka (open pollination) dengan memanfaatkan tetua yang beragam dan sistem silang ganda
(polycross breeding) memungkinkan ikut dipertahankannya keragaman genetik varietas baru yang dihasilkan. Diketahui bahwa varietas unggul Indonesia merupakan hasil persilangan bebas dari klon-klon induk
varietas lokal maupun klon turunan dari tanaman hasil
introduksi (Suhartina, 2005).
Keragaman Genetik dan Sidik Jari Ubi Jalar
Indonesia
Setiap aksesi mempunyai identitas yang unik dan
tidak ditemukan adanya aksesi yang identik. Tabel 3
menunjukkan bahwa setiap aksesi mempunyai kombinasi alel yang berbeda dari aksesi lainnya. Kombinasi
alel yang unik ini menjadi identitas atau sidik jari dari
masing-masing aksesi ubi jalar Indonesia. Selain kombinasi alelnya, keberadaan alel jarang pada setiap
aksesi menyumbang keunikan pada komposisi alel
yang dimilikinya. Dari seluruh alel yang terdeteksi,
hampir setengah (45%) dari total alel yang diperoleh
merupakan alel jarang.
Analisis gerombol juga menunjukkan keunikan
dari setiap aksesi yang diteliti. Identitas setiap aksesi
dan posisinya dalam dendogram disusun dan ditentukan oleh kombinasi alel yang dimilikinya. Pada tingkat
kemiripan 80% ke-88 aksesi ubi jalar terbagi dalam 4
klaster yang terdiri atas 2 klaster minor, yang masing-
masing beranggotakan hanya satu aksesi dan 2 klaster
umum yang beranggotakan 86 aksesi lainnya. Kedua
klaster umum ini membentuk beberapa subklaster.
Pada tingkat kemiripan 95% hampir semua aksesi
berdiri sendiri (Gambar 2). Aksesi Bao dan Betong (keduanya berasal dari Nusa Tenggara Timur) memiliki
tingkat kemiripan yang sangat tinggi, dengan koefisien
kesamaan sebesar 0,95 (data tidak diperlihatkan) dan
tampak menempati satu garis yang sama pada dendogram.
Alel-alel yang spesifik untuk suatu kelompok/
wilayah tertentu tidak ditemukan di antara ke-88
genotipe. Hasil analisis gerombol juga menunjukkan
bahwa secara keseluruhan tidak ada klaster atau
subklaster yang secara jelas memisahkan aksesi ubi
jalar berdasarkan kelompok/wilayah asalnya. Hal ini
berarti bahwa kekayaan alel masing-masing kelompok/wilayah tinggi akan tetapi tidak jauh berbeda
dengan kelompok/wilayah yang lain. Fenomena ini
juga terlihat pada profil dendogramnya yang menunjukkan bahwa pada tingkat kemiripan 80% aksesi ubi
jalar terbagi menjadi hanya 4 klaster yang tidak dapat
dibedakan berdasarkan kelompok atau asal wilayahnya. Kemiripan alel antar wilayah tersebut dimungkinkan oleh kesamaan asalnya. Berdasarkan karakter
morfologi (Kurniawan, 2002) dan karakter DNA SSRnya (Hidayatun, 2005) diduga bahwa Papua merupakan salah satu pusat asal atau jalur awal distribusi ubi
jalar Indonesia. Mengacu pada Yen (1982), dimungkinkan bahwa di wilayah Papua terjadi pengayaan variasi
genetik yang menyebabkan kekayaan alel yang tinggi,
akan tetapi setelah terdistribusi pada berbagai wilayah
2011
N. HIDAYATUN ET AL.: Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
Nama Aksesi
Ac Merah
Lokal Samarinda 3
Bakok
Ubi Merah
Bestek Mangkokan
Ir Melati
Ubi Ambon
Selo Klemen
Selo Dadag
Selo Metik
Bao
Betong
Lammelamba Keboh
Selo Bun
Mangole Pakau
Selo Bali
Kuning
Mantang Merah
No. 8
Deli
Ganteng
Papola
Unknown Sumatera
Gowi Sinali 5
Mentik
Mantang Ceubug
Selo Banyuwangi
Mantang Racik
Goidohene 2
Jahe
No. 113
Gowi Dumaduma
Lampeneng
Sari
GowiJari2
Roti
No. 1
Ijeng
Sewu
Unknown
BogolMerah
Kidal
Sawentar
Ciceh 32
Gowi Mayo
Markunah
Patangpuluhan
Boko
Borobudur
Gowi Sovo
Cangkuang
Kalasan 1
Gowi Siaali
Mantang Bavabon
BogorMerah
Boled Kuning
Sanggabuana
Bulhok
Super
Racik Kuning
Ubi alar 234
Koja
Jangga
Lombok
Manegot
Ubi jalar ungu
Jonggol
Kempo
Ubi jalar merah
Ac Putih
Gowi Doma
Mantang Jambu
Kua kue
L Purbalingga
Musan
Wunut
Bekau Genenav
Si Botol
Ubi jalar hijau
Hosit
Prambanan
Illival
Kila
Nadri
Mantang Waluh
Telo
Selo Gunung Kawi
Ubi jalar putih
0,79
0,83
0,87
Koefisien
0,91
125
Kelompok/Asal
Klon
Kalimantan
NTT
Banten
Jawa Tengah
Klon
Sulawesi Selatan
Bali
Bali
Bali
NTT
NTT
Kalimantan
Bali
Sulawesi Selatan
Bali
Wamena
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Tengah
Jawa Barat
Sumatera
Sumatera Barat
Jawa Barat
Banten
Bali
Banten
Sumatera
Jawa Barat
Jawa Barat
Sumatera Barat
Jawa Barat
VUN
Sumatera Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
NTT
VUN
Jawa Barat
Jawa Tengah
VUN
Klon
Jawa Barat
Sumatera Barat
Sumatera
Jawa Tengah
VUN
VUN
Sumatera Barat
VUN
VUN
Sumatera Barat
Banten
Klon
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Barat
Jawa Tengah
Klon
Sulawesi Selatan
NTT
NTT
Jawa Barat
NTT
Banten
Jawa Barat
NTT
Banten
Klon
Sumatera Barat
Banten
Wamena
Jawa Tengah
Wamena
NTT
Manokwari
Sumatera Utara
Banten
Wamena
VUN
Wamena
Wamena
Jawa Barat
Banten
NTT
Bali
Banten
0,95
Gambar 2. Pengelompokan 88 aksesi ubi jalar berdasarkan 8 penanda SSR yang dianalisis dengan metode UPGMA
dan koefisien kemiripan simple matching.
di Indonesia peningkatan variasi genetik kurang terdeteksi mengingat area pertanaman di luar Papua
yang relatif lebih sempit dan penerapan sistem budi
daya propagasi vegetatif.
Secara umum terlihat adanya variasi genetik yang
tinggi antar genotipe, akan tetapi relatif rendah antar
kelompok aksesi. Fenomena ini juga ditemui dalam
beberapa koleksi ubi jalar di Kenya (Karuri et al.,
2010), Brazil (Veasey et al., 2008), dan Tanzania
(Elameen et al., 2008). Tingginya variasi genetik antar
genotipe, yang ditunjukkan oleh jumlah kandungan
alelnya, berkaitan dengan sifat heterosigositas ubi jalar, sedangkan rendahnya variasi genetik antar kelompok aksesi ditunjang oleh propagasi secara vegetatif.
126
JURNAL AGROBIOGEN
KESIMPULAN
1. Primer ASUSP3, ASUSP16, IB316, dan IB03 menghasilkan lokus dengan tingkat heterosigositas yang
tinggi (>90%) dan dapat digunakan sebagai pembeda dari ubi jalar yang cenderung bersifat
heterosigot.
2. Aksesi-aksesi ubi jalar Indonesia memiliki identitas
unik pada 8 lokus SSR yang diteliti.
3. Kemiripan alel pada ubi jalar dari berbagai wilayah
Indonesia diduga karena kesamaan asalnya. Variasi
genetik yang tinggi merupakan sifat alami ubi jalar
yang cenderung heterosigot dikarenakan tingkat
ploidi dan sifat serasi silangnya.
UCAPAN TERIMA KASIH
VOL. 7 NO. 2
Duke, J.A. 1983. Handbook of energy crops. Purdue
University. http://www.hort.purdue.edu/newcrop/dukeenergy/dukeindek.html. [Desember 2005].
Elameen, A., S. Fjellheim, A. Larsen, O.A. Rognli, L.
Sundheim, S. Msolla, E. Masumba, K. Mtunda, and S.
S. Klemsdal. 2008. Analysis of genetic diversity in a
sweet potato (Ipomoea batatas L.) germplasm collection
from Tanzania as revealed by AFLP. Genet. Resour.
Crop. Evol. 55:397-408.
Hidayatun, N. 2005. Pemanfaatan penanda SSR untuk studi
keragaman genetik ubi jalar Indonesia. Tesis S2.
Program Studi Sekolah Pasca Sarjana. Institut
Pertanian Bogor. 63 hlm.
Huaman, Z. 2002. Botany, orygin, evolution and biodiversity
of the sweet potato. In Sweet Potato: Sweet Potato
Germplasm Management. Training manual sect 1-2.
CIP, Lima, Peru. p. 1-11.
Ucapan
terima
kasih diberikan kepada
Dr. Muhammad Jusuf dari Balitkabi, Malang atas
bantuannya berupa informasi dan materi genetik ubi
jalar. Ucapan terima kasih juga diberikan kepada
Sujarno, Ma’sumah, dan Siti Yuriah atas bantuannya
dalam koleksi sampel dan persiapan DNA. Penelitian
didanai APBN 2007 nomor proyek 3209.0/01809.0/XII/2007.1525.0460.A5.
Huaman, Z. and D. Zhang. 1997. Sweetpotato. In D. Fuccillo,
L. Sears, and P. Stapleton. (eds.) Bio-diversity in Trust:
Conservation on Use of Plant Genetic Resources in
CGIAR. Cambridge University Press, Cambridge, USA.
p. 29-38.
DAFTAR PUSTAKA
Kurniawan, H. 2002. Diversitas genetik plasma nutfah ubi
jalar (Ipomoea batatas (L.) Lamb.) asal Indonesia
berdasarkan analisis kluster karakter fenotipik. Tesis
S2. Program Pendidikan Magister Program Studi Ilmu
Tanaman Bidang Kajian Utama Pemuliaan Tanaman. Universitas Padjadjaran, Bandung. 111 hlm.
Brown, S.M. and S. Kresovich. 1996. Molecular characterization for plant genetic resources. p. 80-97. In A.H.
Paterson (ed.) Genome Mapping in Plants. R.G Landes
Company and Academic Press, Inc.
Buteler, M., R.L. Jaret, and D.R. La Bonte. 1999. Sequence
characterization of microsatellites in diploid and
polyploid Ipomoea. Theor. Appl. Genet. 99:123-132.
Campilan, D. 2009. Sweetpotato in Southeast Asia:
assessing the primary functions of a secondary crop
Part II. p. 469-478. In G. Loebenstein and G.
Thottappilly (eds.) The Sweetpotato Springer Science
and Business Media.
Chaerani, N. Hidayatun, dan D.W. Utami. 2009. Pengembangan set multipleks penanda DNA SSR untuk
analisis variasi genetik padi dan kedelai. J. AgroBiogen
5(2):57-64.
CIP. 2004. Application for financial support in SP1
commisions and research: Application of molecular
marker for gene pool division and heterosis estimation
under drought stress condition in sweet potato.
http://www.generationco.org. [April 2004].
De Silva, H.N., A.J. Hall, E. Rikkerink, M.A. McNeilage, and
L.G. Fraser. 2005. Estimation of allele frequencies in
polyploids under certain patterns of inheritance.
Heredity 95:327-334.
Karuri, H.W., E.M. Ateka, R. Amata, A.B. Nyende, A.W.T.
Muigai, E. Mwasame, and S.T. Gichuki. 2010.
Evaluating diversity among Kenyan sweet potato
genotypes using morphological and SSR markers. J.
Agric. Biol. 12:33-38.
Mok, I.G. and P. Schmiediche. 1998. Collecting, Characterizing, and Maintaining Sweetpotato Germ-plasm in
Indonesia. International Potato Center (CIP), ESEAP
Regional Office, Bogor, Indonesia. http://www.
papuaweb.org/dlib/tema/ubi/mok - schmiediche - 1998 germplasm.pdf. [Mei 2011].
Rao, N.K. 2004. Plant genetic resources: Advancing
conservation and use through biotechnology. African J.
Biotech. 3(2):136-145.
Sokal, R. and P.H.A. Sneath. 1962. Principles of Numerical
Taxonomy. W.H. Freeman. Co. San Francisco. London.
359 p.
Suhartina. 2005. Deskripsi Varietas Unggul Kacangkacangan dan Umbi-umbian. Balai Penelitian Tanaman
Kacang-kacangan dan Umbi-umbian. Malang. hlm. 139153.
Tanaka, M. and M. Nakatani. 2001. Protocol for RAPD
analysis of sweet potato. Apresiasi Introduksi Analisa
DNA Ubi Jalar. Bogor, 6-7 Agustus 2001. hlm 1. (tidak
dipublikasi).
2011
N. HIDAYATUN ET AL.: Sidik Jari DNA 88 Plasma Nutfah Ubi Jalar di Indonesia
Teow, C.C., V. Truong, R.F. McFeeters, R.L. Thompson,
K.V. Pecota, and G.C. Yencho. 2007. Antioxidant
activities, phenolic and β-carotene contents of sweet
potato genotypes with varying flesh colours. Food
Chemistry 103:829-838.
Veasey E.A., A. Borges, M.S. Rosa, J.R. Queiroz-Silva, E.A.
Bressan, and N. Peroni. 2008. Genetic diversity in
Brazilian sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.,
Solanales, Convolvulaceae) landraces assessed with
microsatellite markers. Gen. Mol. Biol. 31(3):725-733.
127
Yen, D.E. 1982. Sweet potato in historical perspective. In
R.L. Villareal and T.D. Grigs (eds.) Sweet Potato.
Proceeding of the First International Symposium.
AVRDC Publication. No. 82-172. Tainan. Taiwan.
Zhang, D.P., D. Carbajulca, L. Ojeda, G. Rossel, S. Milla, C.
Herrera, and M. Ghislain. 2000. Microsatellite analysis
of genetic diversity in sweet potato varieties from Latin
America. CIP Program Report. CIP Lima, Peru.
Fly UP