Minyak Atsiri Indonesia

Sri Wahyuni, dkk.

SKRINING ISSR PRIMER STUDI PENDAHULUAN KEKERABATAN ANTAR JAHE MERAH, JAHE EMPRIT DAN JAHE BESAR

Sri Wahyuni, D. H. Xu2, N. Bermawie1, H. Tsunematsu2, dan T. Ban2

1) Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat; 2) Japan International Research Centre Agricultural System

Buletin TRO Vo. XV No. 1, 2004

ABSTRAK

Metode untuk mempelajari kekerabatan tanaman secara molekuler telah banyak berkembang, diantaranya adalah ISSR (Inter Simple Sequence Repeats). Pada penelitian ini dilakukan skrining terhadap 28 ISSR primer sebagai studi pendahuluan mengenai primer yang cocok untuk mengetahui hubungan kekerabatan antar jahe merah, jahe besar dan jahe kecil. Genomik DNA diisolasi dari bahan rimpang dengan CTAB. Untuk amplifikasi ISSR digunakan 20 µl total volume yang terdiri atas 30 – 100 ng genomik DNA, 10 pmol primer, 1x PCR buffer, 0,2 mM dNTPs, 1,5 mM MgCl2 dan 0,5 rTaq polymerase yang kemudian diamplifikasi pada thermocycle. Produk amplifikasi dielektroforesis pada 1,5% agarose gel, direndam dalam ethidium bromide dan pola pita yang dihasilkan diamati pada UV transiluminator. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kisaran pola pita yang teramplifikasi adalah 3 – 14 buah. Dari 28 primer yang diskrining 10 primer menghasilkan pola pita polymorphik, tetapi hanya 3 primer yang menampilkan pita polymorphik lebih dari 25% yaitu ISSR 18, ISSR 19, dan ISSR 15. Diantara ketiga kultivar jahe, jahe merah mempunyai kekerabatan lebih jauh dibanding antar jahe besar dan jahe kecil. Masih diperlukan skrining lebih banyak primer untuk mendapatkan primer dengan tingkat polymorphisme tinggi yang sesuai dan dapat digunakan sebagai marka molekuler untuk membedakan antar kultivar jahe tersebut.

Kata kunci : Zingiber officinale, ISSR

ABSTRACT

Screening ISSR primer preliminary study of the relationship between small, big and red ginger Screening ISSR Primer as preliminary study the relationships of small, big and red ginger. A PCR- based method for genetic diversity analysis such as ISSR has been well developed recently. In this research, 28 ISSR primer were screened aiming to study the relationships of red, small and big ginger. Genomic DNA was isolated from rhizome using CTAB based method. The DNA were then amplified in a thermalcycler wite a total volume of 20 µl consisted of 30 – 100 ng genomic DNA, 10 pmol primer, 1x PCR buffer, 0,2 mM dNTPs, 1,5 mM MgCl2 dan 0,5 rTaq polymerase. Electroforesis of the amplification product was carried out on 1,5% agarose gel, stained with ethidium bromide and viewing on UV transiluminator light to see the banding pattern. Results showed that amplified banding pattern of ISSR range from 3 – 14. Among the 28 primers screened, 10 primers showed polymorphic banding pattern but only 3 primers showed polymorphic banas more than 25%, i. e. ISSR 18, ISSR 19, and ISSR 15 respectively. Based on the ISSR data, small and big ginger has closer relationships compared to the red ginger. To find the suitable primers that can be used to distinguished the ginger cultivar and find suitable molecular markers, more primers need to be screened.

Keyword : Zingiber officinale, ISSR 34

PENDAHULUAN

Metode yang berbasis PCR (polymerase chain reaction) untuk mempelajari keragaman genetik atau kekerabatan antar aksesi tanaman telah banyak berkembang seperti RAPD (random amplified polymorphisme DNA), RFLP (restriction fragment length polymorphism), AFLP (amplified fragment length polymorphisme dan ISSR/SSRs (inter simple sequence repeats/simple sequence repeats). Tiap tehnik tidak hanya berbeda dalam metode amplifikasinya tetapi juga berbeda dalam jumlah pola pita yang dihasilkan (teramplifikasi). Jumlah pola pita yang dihasilkan dengan tehnik RAPD atau ISSR/SSRs lebih sedikit bila dibanding dengan RFLP atau AFLP. Biasanya sebanyak 50 – 100 pola pita teramplifikasi pada AFLP yang hasilnya divisualisasikan pada denaturing polyacrylamide gel (Vos et al., 1995), sedangkan pada RAPD atau ISSR jumlah pita yang teramplifikasi hanya sedikit (kurang dari 20 pola pita), dan visualisasi dapat dilakukan pada agarose gel.

ISSR merupakan marker yang berkembang lebih akhir dibanding RAPD dan RFLP dan dapat pula digunakan untuk mempelajari keragaman genetik pada tanaman. ISSR/SSRs dikenal juga dengan istilah microsatelite yaitu berupa pengulangan mono, di, atau trinucleotida yang biasanya terdiri atas 4 – 10 unit pengulangan, membentang pada utas DNA. Susunan basa yang demikian merupakan karakteristik dari nuklear genom dan bervariasi antar spesies atau populasi. Pada ISSR pendeteksian genetik polymorphisme tanpa perlu lebih dahulu mengetahui susunan basa (sequence) dari genomik tanaman diantara susunan basa yang berulang, asal susunan basa berulang tersebut mewakili secara luas dan menyebar di seluruh genom. Terdapat beberapa type ISSR primer yaitu : (1) Un-anchored primer (primer tak berjangkar). Amplifikasi dengan primer tak berjangkar terjadi bila susunan basa yang berulang jaraknya dekat dengan template (2 – 3 kb) serta orientasinya terbalik. Bersifat multipel produk sehingga jumlah pola pita yang dihasilkan dapat lebih dari satu. (2) Anchored primer (primer berjangkar) yaitu primer dengan penambahan beberapa basa tidak berulang pada posisi ‘3 atau ‘5 di awal atau akhir susunan basa pada primer yang digunakan yang fungsinya adalah untuk memastikan target amplifikasi.

Tehnik ISSR digunakan untuk mempelajari keragaman genetik diantaranya pada tanaman teh (Mondal, 2002; Lai et al., 2001) dan Botrycum pumicola (Camacho dan Liston, 2001). Pada dasarnya pada ISSR untuk menginisiasi bagian tertentu utas DNA pada daerah dekat diantara pengulangan mikrosatelit menggunakan primer berjangkar pada posisi 5` atau ‘3 diawal/akhir primer dengan 2 sampai 4 tambahan basa tidak berulang (Zietkiewicz at el., 1994).

Jahe telah lama dikenal dan diusahakan di Indonesia. Prediksi areal pengusahaan jahe pada tahun 2002 35 adalah 25.139 hektar (Anon, 2002a) dan ekspor jahe segar pada tahun sebelumnya sebesar 6.826 ton, setara dengan U$ 3577,5 dengan negara tujuan utama Jepang, Hongkong, Korea, China, Singapura, Malaysia, Eropa, Timur tengah dan Amerika (Anon, 2002b). Berdasar penampakan morfologi tanaman, Rostiana et al., (1991) mengelompokan jahe menjadi tiga tipe yaitu jahe merah, jahe gajah (jahe besar) dan jahe emprit. Penggunaan ketiga tipe jahe tersebut utamanya berbeda. Jahe merah dan jahe emprit biasa digunakan untuk obat, selain dapat digunakan pula untuk bumbu masak. Jahe gajah digunakan untuk makanan (pickel), bahanminuman (beverage) dan bumbu masak. De Guzman dan Siemonsma (1999) juga mencatat dikenal tiga type jahe yaitu (1) jahe badak = jahe gajah = jahe putih besar, (2) jahe merah = jahe sunti and (3) jahe putih kecil = jahe emprit. Rimpang ketiga tipe tersebut berbeda dalam ukuran, warna, aroma serta komposisi kimianya dan dapat dipertimbangkan sebagai kultivar. Jahe besar mempunyai ukuran rimpang besar, aroma kurang menyengat dan kurang berserat. Jahe merah mempunyai ukuran rimpang kecil, warna kulit rimpang merah, aroma menyengat dan banyak seratnya. Jahe putih mempunyai ukuran rimpang kecil, warna kulit rimpang krem, aroma menyengat dan daging rimpang berserat.

Kekerabatan diantara ketiga kultivar jahe tersebut secara molekuler belum banyak dipelajari. Berdasarkan data AFLP (amplified fragment length polymorphism) pada 22 aksesi plasma nutfah jahe yang terdiri atas jahe merah, jahe kecil dan jahe besar diperoleh bahwa jahe merah mempunyai kekerabatan yang lebih jauh dengan jahe besar, namun demikian belum diperoleh marka yang dapat membedakan ketiga tipe jahe tersebut dengan jelas (Wahyuni et al., 2003). Pada penelitian ini dilakukan skrining terhadap ISSR primer untuk mengetahui dan menentukan primer yang sesuai sebagai studi pendahuluan untuk mempelajari kekerabatan antar ketiga tipe jahe (jahe merah, jahe emprit dan jahe gajah).

BAHAN DAN METODE

Penelitian dilakukan di Laboratorium Biological Resources Division, Japan International Research Centre Agricultural System, Tsukuba, Jepang, Januari – Maret 2003.

Genomic DNA diisolasi dari rimpang  jahe dengan CTAB (cetyltrimethyl ammonium bromide) berdasar metode Doyle dan Doyle (1990). Untuk memudahkan dalam penggerusan rimpang, sebelum ditambahkan nitrogen cair daging rimpang dibersihkan kulitnya kemudian diiris tipis/halus. DNA yang diperoleh kemudian dimurnikan dengan cara diekstraksi ulang menggunakan magnet silika (silica beads) dari paket ekstraksi DNA MagExtractor Plant Genome Kit, Toyobo. Co. agar diperoleh kualitas DNA yang dapat diamplifikasi dengan ISSR. Konsentrasi DNA dalam larutan kemudian diperkirakan dengan mengelektroforesis sejumlah sampel (2 µl) dicampur larutan pewarna (loading buffer yang terdiri dari xylene, xyanol dan glycerol) pada agarose gel pada konsentrasi 0,8%. Sebagai pembanding digunakan DNA dengan konsentrasi berbeda yang telah diketahui diikutkan pada saat elektroforesis pada sumur tersendiri. Hasil elektroforesis kemudian diamati dibawah direndam dalam 1% ethidium bromide selama 30  menit dan diamati dibawah lampu UV transiluminator sehingga dapat dihitung konsentrasi DNA setiap sampel hasil ekstraksi yang diperoleh.

Untuk amplifikasi ISSR, total campuran yang digunakan adalah sebanyak 20 µl terdiri dari 30 – 100 ng genomic DNA, 10 pmol primer, 1x PCR buffer, 0,2 mM dNTPs, 1,5 mM MgCl2, and 0,5 Unit rTaq polymerase. Diusahakan pencampuran larutan homogen dan kegiatan dilakukan pada kondisi dingin (diatas es). Amplifikasi dilakukan menggunakan thermocycle dengan tahapan program sebagai berikut: Denaturasi awal pada kondisi 94ºC selama 2 min, dilanjutkan dengan 40 putaran yang terdiri dari denaturasi pada 94ºC selama 30 s, amplifikasi 52ºC selama 45 s, dan extension pada 72ºC of 2 min. Setelah selesai 40 putaran selanjutnya diakhiri dengan final extension pada 72ºC selama 7 min. Hasil dari reaksi kemudian dielektroforesis pada garose gel pada konsentrasi 1,5%. Gel kemudian diwarnai dengan Ethidium bromide dan diamati dibawah UV transiluminator untuk melihat pola pita yang dihasilkan.

Sebanyak 28 primer diskrining untuk melihat jumlah pola pita yang teramplifikasi pada setiap primer, demikian pula tingkat polymorphismenya. Primer yang menampilkan polimorphisme kemudian dihitung ada tidaknya pola pita pada kultivar yang berdeda. Berdasar pola pita tersebut kemudian dihitung matrik kesamaan antar kultivar yang dihitung berdasarkan Dice algoritme yang terdapat dalam paket program NTSYSpc (Exeter software).

HASIL PENELITIAN

0g1

Gambar 1. Pola pita yang teramplifikasi dengan ISSR. Figure 1. ISSR amplified banding patterns

Pada umumnya kedua puluh delapan primer yang diskrining dapat menghasilkan pola pita yang teramplifikasi dengan jumlah berkisar antara 4 – 14 buah dan umumnya pada kisaran ukuran 500 – 2300 kb. (Gambar 1). Pola pita yang teramplifikasi tersebut terdiri dari pola pita utama (major bands) yang ditandai oleh penampakan pita yang lebih jelas dan tebal serta pola tidak utama pita (minor bands) yang penampilan pitanya lebih tipis dan kadang kurang jelas. Pita utama biasanya merupakan ekspresi dari gen utama yang mengendalikan sifat-sifat tertentu.

Sequence (susunan basa) dari primer yang terdiri dari pasangan basa berulang dua (dimer), berulang tiga (trimer) dan berulang empat (tetra mer) serta jumlah pola pita yang teramplifikasi pada setiap primer tersebut (Tabel 1). Polymorphisme yang terjadi antara jahe merah, jahe emprit dan jahe besar dari 28 primer yang diskrining terjadi hanya pada 10 primer dengan rata-rata tingkat polymorphisme rendah.

0t1

Primer yang memberikan polymorphisme diatas 30 % hanyalah tiga primer yaitu ISSR 15, ISSR 18 dan ISSR 19 yang mempunyai susunan basa berulang AAC. Umumnya penggunaan ISSR memberikan tingkat polimorphisme yang tinggi. Pada Botrychium pumicula (Ophioglossaceae) dari 6 primer terpilih rata-rata polymorphismenya sebesar 51,72%, dan tertinggi adalah 73,33% (Camacho dan Liston. 2001), pada barley dari 13 primer yang digunakan dihasilkan 70 pola pita yang 100% polymorphic (Russel et al., 1997), sementara pada teh pola pita polymorphic sebesar 84% (Mondal, 2002). Bila dikelompokkan lebih lanjut berdasar jumlah susunan basa berulang maka kisaran pola pita yang teramplifikasi antar penggunaan tiga atau empat pasangan basa berulang memberikan hasil yang sama, tetapi tingkat polimorphisme yang terjadi lebih besar pada penggunaan tiga pasangan basa berulang (Tabel 2).

0t2

Sementara penggunaan dua pasangan basa berulang pada primer memberikan hasil yaitu, baik jumlah pita yang teramplifikasi maupun persen polymorphisme yang diperoleh paling rendah. Disini tidak ada hubungan dengan semakin panjang susunan basa berulang dengan jumlah pita yang teramplifikasi dengan tingkat polymorphismnya. Hal ini sesuai dengan penggunaan ISSR pada tanaman the yang menunjukkan bahwa tidak ada hubungan yang jelas antara panjang susunan basa berulang dengan tingkat polymorphisme yang dihasilkan (Mondal, 2002). Sebaliknya studi pada manusia menunjukkan bahwa semakin panjang susunan basa berulang pada primer menghasilkan tingkat polymorphisme yang lebih tinggi (Weber, 1990).

Susunan basa berbeda disetiap individu, namun demikian biasanya individu yang mempunyai kekerabatan dekat secara genetic mempunyai kesamaan susunan basa lebih banyak bila dibanding dengan individu yang kekerabatannya lebih jauh. Berdasar DNA sequence dari daerah nuclear ITS (internal transcribe spacer) dan plasmid matK data, Alpinia galanga dan Alpinia conchigera berada dalam satu sub cluster, dan berbeda sub cluster dengan Renealmia battenbergiana, walaupun dalam cluster yang sama dalam famili zingiberaceae (Kress et al., 2002). Sequence (susunan basa) dari kloroplast DNA pada tanaman Alpinia galanga dan Alpinia conchigera pada daerah antara trnL (UAA) 3’ dan trnF (GAA) yang terdiri dari 310 susunan basa hanya berbeda satu basa, sedang dengan Renealmia battenbergiana berbeda sebanyak 16 basa (Rangsiruji, 1999).

Berdasar ISSR polymorphisme, antar jahe besar, jahe merah dan jahe kecil, kesamaan diantara ketiganya berdasarkan rata-rata perbedaan jarak terdekat (Average taxonomic distance), yang paling besar adalah antara jahe besar dengan jahe kecil yaitu sebesar 0,5263, sebaliknya kesamaan terkecil adalah antara jahe besar dengan jahe merah 0,2105 (Tabel 3).

0t3

Hasil penelitian Wahyuni, et al. (2003), penggunaan tehnik AFLP untuk mempelajari keragaman genetik pada jahe mengindikasikan bahwa dari 22 aksesi plasma nutfah jahe yang digunakan yang terdiri dari jahe besar, jahe merah dan jahe kecil, pada dasarnya dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok utama, namun belum diperoleh marka yang dapat digunakan untuk membedakan antar ketiga tipe jahe tersebut. Jahe merah mempunyai kekerabatan lebih jauh dengan jahe besar bila dibandingkan antara jahe besar dan jahe kecil. Berdasarkan pola pita yang dihasilkan, ISSR 18 dan 19 mengindikasikan dapat digunakan sebagai marka molekuler untuk identifikasi jahe merah, jahe kecil atau jahe besar, namun masih perlu dikaji lebih lanjut karena pola pita yang dihasilkan tidak merupakan pola pita utama (minor bands), sehingga kurang begitu jelas. Selain itu masih diperlukan skrining lebih banyak primer lagi sehingga diperoleh primer yang dapat digunakan sebagai pembeda antar ketiga kultivar jahe tersebut.

Secara morfologi dan dengan jelas dapat dilihat, jahe besar, jahe kecil dan jahe merah dibedakan terutama oleh ukuran rimpang dan warna kulit rimpang. Rostiana et al., (1991) menyebutkan perbedaan kharakteristik ketiga tipe jahe antara lain adalah ukuran rimpang, warna rimpang, kandungan serat, dan warna daun. Lebih lanjut Bermawie, et al., (2003) menyebutkan ketiga tipe jahe tersebut berbeda dalam hal penampakan rimpang (struktur, warna, bobot rimpang/rumpun, diameter, tinggi dan panjang), panjang akar, batang (tinggi, jumlah, warna dan bentuk) dan daun (panjang, lebar dan warna) serta mutu rimpangnya (kadar atsiri, pati, dan serat). Jahe merah umumnya mempunyai kadar atsiri tinggi, sedangkan kadar pati dan kadar serat ketiga tipe jahe tersebut bervariasi, baik antar tipe maupun di dalam tipe yang sama. Secara umum, jumlah perbedaan antara jahe merah dan jahe besar secara morfologi lebih banyak dibanding antara jahe besar dan jahe kecil. Sementara kesamaan berdasar data molekuler, jahe merah mempunyai kesamaan yang lebih kecil ke jahe besar dibanding antar jahe kecil dengan jahe besar, dapat dikatakan bahwa kemiripan secara morfologi sejalan dengan secara molekuler.

KESIMPULAN

Kisaran pola pita yang teramplifikasi dari 28 primer yang diskrining adalah 3 – 14 pola pita dan tingkat polymorphisme hanya terjadi pada sepuluh primer dengan persen polymorphisme yang masih tergolong rendah yaitu berkisar antara 7,14 – 37,5%. ISSR 15 memberikan tingkat polymorphisme tertinggi. Tidak ada hubungan yang jelas antara jumlah susunan basa berulang dengan dengan jumlah pola pita yang teramplifikasi dengan tingkat polymorphismenya. Diantara ketiga kultivar jahe, jahe merah mempunyai kekerabatan jauh, dibanding antar jahe besar dan jahe kecil. Masih diperlukan skrining banyak primer lagi untuk mendapatkan primer dengan tingkat polymorphisme tinggi yang sesuai dan dapat digunakan sebagai marka molekuler untuk membedakan antar kultivar jahe tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Anonimous, 2002a. Statistik perkebunan Indonesia 2000 – 2002 : Jahe. Direktorat Bina Produksi  Perkebunan. Dept. Pertanian. Jakarta. 20 h.

Anonimous, 2002b. Statistik perdagangan luar negeri Indonesia (Indonesian Foreign Trade Statistic) : Ekspor/Exports. Jilid I. BPS. Jakarta. h. 77 – 78.

Bermawie, N., B. Martono, N. Ajijah, S.F. Syahid dan Hadad, E.A., 2003. Status pemuliaan tanaman jahe. Perkembangan Teknologi Tanaman Rempah dan Obat. 15 (2) : 39- 56.

Camacho F.J. and A. Liston, 2001. Population structure and genetic diversity of Botrychium pumicula (Ophioglossaceae) based on Inter Simple Sequence Repeats (ISSR). American Journal of Botany 88 (6) : 1065 – 1070.

De Guzman C.C. and J.S. Siemonsma, 1999. Plant resources of south east Asia 13 : Spices. Prosea. Bogor. Indonesia. 400 pp.

Doyle J.J. and Doyle J. L., 1990. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus 12 (1) : 13 – 15.

Kress, W. J., L. M. Prince and K. J. Williams, 2002. The phylogeny and new classification of the ginger (Zingiberaceae) : evidence from molecular data. American Journal of Botany 89 (11) : 1682 – 1696.

Lai, J.A., W.C Yang and J.Y Hsiao, 2001. An assessment of genetic relationships in cultivated tea clones and native wild tea in Taiwan using RAPD and ISSR markers. Botanical Bulletin of Academia Sinica. 42 : 93-100.

Mondal, T.K., 2002. Assessment of genetic diversity of tea (Camelia sinensis(L.) O. Kuntze) by intersequence repeate polymerase reaction. Euphytica 128 : 307-315.

Rostiana O., A. Abdullah, Taryono dan Hadad E.A., 1991. Jenis jenis tanaman jahe. Edisi khusus Littro VII (1) : 7 – 10.

Rangsiruji, A., 1999. Sequence data matrix of alighned spacer between trnL (UAA) 3’ exon and trnF (GAA) of cloroplast DNA for 22 taxa of Zingiberaceae.

http://www.icmb.ed.ac.uk/research/ cronk/2_kaist.html. 4 p.

Russel J.R., J.D. Fuller, M. Macaulay, B.G. Hatz, A. Jahoor, W. Powell and R. Waugh, 1997. Direct comparison of levels of genetic variation among barley accessions detected by RFLPs, AFLPs, SSRs and RAPDs. Theoretical Applied Genetic 95 : 714 – 722.

Vos P., R. Hogers, M. Bleeker, M. Reijans, Theo Van de Lee, M. Hornes, A. Frijters, J. Pot, J. Peleman, M. Kuiper and M. Zabeau, 1995. AFLP: a new tehnique for DNA finger printing. Nucleic Acids Research 23 (21) : 4407 – 4404.

Weber, J.L., 1990. Informativeness of human (dC-dA)n (dG.dT)n polymorphism. Genomics 7 : 524- 530. Wahyuni, S., D.H. Xu, N. Bermawie, H. Tsunematsu and T. Ban, 2003. Genetic relationships among ginger accessions based on AFLP marker. Jurnal Bioteknologi Pertanian 8 (2) : 60-68.

Zietkiewicz, E., A. Rafalski and D. Labuda, 1994. Genome finger printing by Simple Sequence Repeats (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics 20 : 176 – 183.

Leave a Comment »

No comments yet.

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Create a free website or blog at WordPress.com.

%d bloggers like this: