Jurnal Natur Indonesia 5(1): 1-8 (2002) ISSN 1410-9379

DAYA SILANG UBI JALAR BERDAGING UMBI JINGGA

DENGAN Ipomoea trifida DIPLOID DAN HUBUNGAN GENETIKNYA BERDASARKAN RAPD

Ninik Nihayatul Wahibah

Jurusan Biologi, FMIPA, Universitas Riau

Diterima 14-7-2002 Disetujui 07-9-2002

ABSTRACT

Orange-flesh sweetpotato is one of important food crops and β-carotene sources. Despite its global importance, genetic information needed for cultivar improvement is limited because of cross-incompatibility and polyploidy. Therefore these studies were needed. Thirteen orange-flesh sweet potato clones, i.e. B063, B088, Ciceh 32, G22, Joang, Prambanan, S138, T1, T2, T3, T4, T5, and T7, as female parents, and the tuberous diploid Ipomoea trifida as male parent were used to produce tetraploids by artificial hybridization. Seven female parent clones were cross compatible to male with cross-ability range of 0.71-7.69%, four of them produced seedlings and 10 tuberous tetraploid progenies with range of yield were 0.28-570 g/tuber. Genetic similarity phenogram based on Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) analysis used 4 primers showed that progenies grouped to their female parent. However, Ipomoea trifida separate from the others. Genotypes grouping based on Dice coefficient similar to grouping by Principal Component Analysis (PCA).

Keyword : cross-ability, Ipomoea trifida, orange-flesh, RAPD, sweet potato

PENDAHULUAN

Ipomoea trifida dan Ipomoea tabascana merupakan spesies liar ubi jalar yang terdekat (Jarret et al, 1992). Ipomoea trifida telah dimanfaatkan sebagai sumber gen untuk menghasil-kan kultivar baru ubi jalar di Jepang. Kerabat liar juga dapat digunakan un-tuk memperluas variabilitas genetik yang bermanfaat untuk program pe-

muliaan ubi jalar. Tanaman Ipomoea trifida diploid di Indonesia ditemukan di daerah Citatah, Jawa Barat se-dangkan spesimen Ipomoea trifida tertua di Indonesia dikoleksi dari Ma-lang, Jawa Timur (Hambali 1988). Hasil penelitian mengungkapkan bah-wa Ipomoea trifida sangat berpotensi sebagai sumber gen dalam pemuliaan ubi jalar untuk memperbaiki karakter

2 Jurnal Natur Indonesia 5(1): 1-8 (2002)

daya hasil, kadar bahan kering, pati, ketahanan terhadap hama, dan pe-nyakit tertentu, serta meningkatkan kadar protein (Kobayashi & Miyazaki 1976).

Indonesia merupakan pusat ke-anekaragaman ubi jalar kedua setelah Amerika Latin. Ubi jalar berdaging umbi jingga adalah salah satu sumber β-Karoten atau provitamin A. Meski-pun potensinya cukup besar, tetapi studi genetika sebagai dasar pengem-bangan kultivar masih terbatas. Salah satu penyebabnya karena ubi jalar (Ipomoea batatas) merupakan tanam-an heksaploid (2n=6x=90) serta mem-punyai sistem ketidakserasian sendiri (self-incompatibility) dan ketidaksera-sian silang (cross- incompatibility).

Hubungan genetik antar geno-tipe dapat dianalisis dengan menggu-nakan penanda molekul Random Am-plified Polymorphic DNA (RAPD). Dibandingkan dengan penanda mole-kul lain, RAPD relatif lebih murah dan mudah dikerjakan (Tingey et al, 1992). Penanda RAPD telah diguna-kan untuk menganalisis variabilitas genetik antar klon ubi jalar di Ame-rika (Villordon & La Bonte 1995), di Chili (Sagredo et al, 1998), di Malaysia (Ramisah et al, 2000), dan untuk mendeteksi keterpautan penan-da RAPD dengan gen resisten ubi jalar terhadap nematoda (Ukoskit et al, 1997). Sedangkan penggunaan

metode RAPD pada ubi jalar di Indonesia sampai saat ini belum pernah dilaporkan. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk menguji daya silang beberapa klon ubi jalar berdaging umbi jingga dengan Ipomoea trifida diploid dan meng-analisis hubungan genetik antara tetua dan zuriat yang dihasilkan dengan menggunakan RAPD. BAHAN DAN METODE

Tiga belas Tiga belas klon ubi jalar berda ging umbi jingga (B063, B088, Ci-ceh32, G22, Joang, Prambanan, S138, T1, T2, T3, T4, T5, dan T7) diguna-kan sebagai tetua betina dan Ipomoea trifida diploid (It-2) berdaging umbi putih sebagai tetua jantan. Kandung-an β-karoten umbi ditentukan dengan menggunakan metode HPLC. Anali-sis RAPD dilakukan terhadap tetua betina yang menghasilkan zuriat, Ipomoea trifida, dan zuriat tetraploid. Isolasi DNA genom total tanaman dari daun muda yang masih menguncup dengan panjang 10-20 mm menggunakan prosedur ekstraksi DNA-CTAB. Reaksi PCR mengikuti hasil optimasi Lengkong et al, (2001). Primer yang digunakan 10-mer acak Operon nomor 4, 7, 10, dan 13 Kit A (Promega) dari 10 primer yang di-seleksi. Hubungan genetik antar zu-riat dan tetuanya dianalisis dengan fenogram kemiripan genetik yang di-

Daya Silang Ubi Jalar Umbi Jingga 3

turunkan dari matriks data biner RAPD berdasarkan koefisien Dice menggunakan metode Unweighted Pair-Group Method with Arithmetic (UPGMA). Analisis ini mengguna-kan program Numerical Taxonomy and Multivariate System (NTSYS) versi 1.80. Analisis Komponen Utama (AKU) dikerjakan menggunakan program Minitab versi 13.2.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Jumlah bunga bervariasi antara 13 (klon B063) hingga 1263 (klon T5) bunga (Tabel 1) dan mencapai puncaknya pada bulan Juli yaitu pada saat tanaman berumur 18-22 minggu setelah tanam. Setelah itu jumlah bunga menurun dengan bertambahnya umur tanaman. Hasil ini menun-jukkan bahwa jumlah bunga dipenga-ruhi oleh faktor genetik dan ling-

kungan. Dari 13 klon ubi jalar heksa-ploid berdaging umbi jingga yang digunakan sebagai tetua betina, 7 klon (B063, Ciceh 32, G22, Joang, Pram-banan, S138, dan T5) serasi disilang-kan dengan Ipomoea trifida diploid (Tabel 2). Keserasian silang ini ditan-dai dengan terbentuknya kapsul dari persilangan yang dibuat dan secara keseluruhan diperoleh 67 buah kapsul dengan daya silang berkisar antara 0.71-7.69%. Klon S138 menghasilkan kapsul terbanyak (38 kapsul) dan daya silang yang relatif lebih tinggi (3.5%). Diduga hal ini dipengaruhi oleh faktor genetik dan lingkungan tempat tumbuh. Daya silang ini men-cerminkan kemampuan terbentuknya kapsul masak dari persilangan yang dibuat dan tidak dilakukan peng-amatan terhadap kapsul yang gugur.

Tabel 1. Jumlah bunga tetua ubi jalar betina yang disilangkan per bulan. No. Klon Mei Juni Juli Agst Sept Okt Total

1 B063 1 2 8 2 0 0 13 2 B088 2 2 83 4 0 0 91 3 Ciceh32 15 49 75 17 0 0 156 4 G22 9 10 47 18 2 0 86 5 Joang 47 149 365 197 105 2 865 6 Prambanan 42 113 190 11 20 1 377 7 S138 29 96 462 348 140 10 1085 8 T1 38 42 122 19 8 0 229 9 T2 39 40 20 45 98 11 253 10 T3 56 56 54 44 11 5 226 11 T4 129 228 480 173 81 2 1093 12 T5 232 265 365 177 204 20 1263 13 T7 35 23 36 6 15 4 119

Total 674 1075 2307 1061 684 55 5856

4 Jurnal Natur Indonesia 5(1): 1-8 (2002)

Pada klon ubi jalar yang berbeda (Renwarin et al, 1994) dapat meng-hasilkan daya silang yang lebih besar yaitu 4.7-14.5% dan tingkat kegugur-an kapsul mencapai 28-30%.

Dari seluruh kapsul diperoleh 83 biji dengan kisaran 1-3 biji per kap-sul. Bunga ubi jalar yang fertil me-ngandung 4 ovari per ovul, dan akan memungkinkan membentuk 4 biji per kapsul. Ketidakserasian silang me-nyebabkan gagalnya fertilisasi, aborsi pada embrio, maupun endosperm yang tidak berkembang dengan baik sehingga mengakibatkan terhambat-nya perkembangan biji dan rendahnya mutu biji yang dihasilkan. Faktor-faktor ini diduga mempengaruhi ren-dahnya jumlah biji per kapsul yang diperoleh. Selain itu persilangan in-terspesifik antara ubi jalar dan kerabat liarnya cenderung menghasilkan jum-lah biji semakin sedikit apabila taraf ploidinya berbeda jauh (Kobayashi & Miyazaki 1976). Dari 7 klon yang menghasilkan biji, 4 klon diantaranya (G22, Joang, S138, T5) berkecambah dengan jum-lah keseluruhan 34 kecambah.

Sebagian besar dari kecambah tersebut mati yang diduga dipenga-ruhi oleh mutu biji yang kurang baik. Hanya 10 zuriat mampu bertahan hidup yang berasal dari 3 tetua betina (S138, Joang, dan T5). Setelah 3 bu-lan ditanam di lapang, zuriat yang berumbi yaitu nomor 51, 36, 42, 43, 52, dan 53, sedangkan zuriat nomor 37, 46, 47, dan 50 hanya menghasil-kan perakaran yang tebal (Tabel 3).

Akar yang menebal diharapkan berpotensi membentuk umbi, karena pigmentasi pada akar yang menebal merupakan gejala awal inisiasi umbi (Wilson 1982) dan umbi akan ter-bentuk apabila diikuti oleh proses pembesaran secara lateral. Oleh kare-na tetap dilakukan analisis RAPD ter-hadap zuriat yang tidak berumbi.

Daging umbi zuriat semuanya berwarna kuning tua disertai dengan bintik-bintik warna jingga berbentuk lingkaran, sedangkan tetua betinanya berdaging umbi jingga dan tetua jan-tan berdaging umbi putih. Kandung- an β-karoten zuriat ubi jalar tetraploid juga relatif rendah dibandingkan de-ngan tetua betinanya (Tabel 4).

Tabel 2. Daya silang klon ubi jalar yang serasi disilangkan dengan Ipomoea trifida diploid. No. Tetua

Betina Σ

silangan Σ

kapsul % daya silang

Σ biji Σbiji/ kapsul

Σ biji ber- kecambah

Σ zuriat hidup

1 B063 13 1 7.69 1 1 0 0 2 Ciceh32 156 2 1.28 2 1 0 0 3 G22 86 1 1.16 1 1 1 0 4 Joang 865 12 1.39 13 1-2 7 1 5 Prambanan 377 4 1.06 4 1 0 0 6 S138 1085 38 3.50 47 1-3 21 8 7 T5 1263 9 0.71 15 1-2 5 1 Total 3845 67 83 34 10

Daya Silang Ubi Jalar Umbi Jingga 5

Warna umbi putih cenderung

bersifat dominan parsial (Renwarin 1990), sehingga warna jingga menjadi

kuning tua. Walaupun warna jingga tidak sepenuhnya tampak pada daging umbi zuriat tetraploid, akan tetapi

Tabel 3. Kandungan β-karoten tetua betina, tetua jantan, zuriat ubi jalar tetraploid dan perumbian zuriat.

Tetua Kandungan β-karoten

(mg/100g BB)

Kode Zuriat

Kandungan β-karoten

(mg/100g BB)

Bobot umbi

Zuriat (g)

D. umbi zuriat (mm)

Joang 0.6 51 0.1 3.5 6 S138 0.7 36 0.1 5.2-57.0 3-7

37 - - - 42 0.1 4.8 4 43 0.1 6.5-8.2 6-7 46 - - - 47 - - - 50 - - - 52 0.1 2.2-7.1 1-12

T5 11.9 53 0.1 3.5 1-3 It-2 0.0

BB: bobot basah umbi, D: diameter, -: tidak berumbi.

No. Primer Pita ke- Komponen Utama I Komponen Utama II 1 OPA-04 1 -0.195 -0.242 2 3 0.087 0.239 3 OPA-07 1 -0.284 -0.024 4 2 -0.284 0.116 5 7 -0.014 0.257 6 10 0.049 0.239 7 12 0.097 0.230 8 OPA-10 1 -0.253 0.227 9 2 -0.088 0.301

10 4 0.224 0.126 11 6 0.097 0.230 12 OPA-13 2 -0.115 0.336 13 3 0.294 0.024 14 5 -0.284 0.116 15 6 0.260 0.040 16 7 0.123 0.213 17 8 -0.253 0.227 18 9 0.222 -0.155 19 11 0.256 0.097 20 12 -0.133 -0.260 21 13 0.019 0.228

Akar ciri 7.2 5.5 Proporsi keragaman (%) 23.9 18.4

Tabel 4. Dua komponen utama pertama dengan nilai mutlak lebih dari 0.2 pada 10 zuriat ubi jalar tetraploid, tetua betina, dan tetua jantan.

6 Jurnal Natur Indonesia 5(1): 1-8 (2002)

bintik jingga yang membentuk ling-karan menunjukkan β-karoten dari tetua betina telah terwariskan. Zuriat tetraploid ini diharapkan dapat bergu-na untuk menelusuri pewarisan ka-rakter β-karoten dan menambah kera-gaman plasma nutfah yang dapat dimanfaatkan lebih lanjut misalnya sebagai sumber gen untuk mengem-bangkan kultivar baru.

Berdasarkan pita RAPD dibuat fenogram kemiripan genetik yang diturunkan dari matriks kemiripan genetik menggunakan koefisien Dice antara 3 tetua betina yang menghasil-kan zuriat (Joang, S138, T5), Ipomoea trifida, dan 10 zuriat ubi ja lar tetraploid (Gambar 1). Pada feno- gram tersebut terlihat bahwa zuriat ubi jalar tetraploid yang berasal dari tetua yang sama cenderung menge- lompok. Hubungan genetiknya berki-sar 35-87%. Zuriat ubi jalar tetraploid cenderung mempunyai jarak genetik

yang lebih dekat dengan tetua betinanya daripada tetua jantan. Seluruh zuriat ubi jalar tetraploid mengelompok pada tingkat kemiripan 56%, yang menunjukkan secara genetik zuriat ubi jalar tetraploid cukup bervariasi meskipun secara morfologi sulit dibedakan. Varia-bilitas genetik zuriat ubi jalar tetra-ploid ini dipengaruhi oleh konstitusi genetik tetuanya yang terwariskan. Artinya variabilitas genetik zuriat yang dapat mencerminkan derajat heterozigositas genotipe tetuanya. Sedangkan hubungan genetik Ipo-moea trifida baik dengan tetua betina maupun zuriat ubi jalar tetraploid relatif jauh yang disebabkan oleh perbedaan latar belakang genetik an-tara Ipomoea trifida yang merupakan spesies kerabat liar ubi jalar dengan ubi jalar budidaya. Pola hubungan genetik tersebut juga tampak pada pemetaan dua dimensi hasil Analisis

Kemiripan genetik

48%

56%

62% 66%

63% 74%

Gambar 1. Fenogram kemiripan genetik antara 10 zuriat tetraploid, tetua betina dan tetua jantan berdasarkan koefisien Dice.

Daya Silang Ubi Jalar Umbi Jingga 7

Komponen Utama yang dibuat ber-dasarkan pita RAPD (Gambar 2). Klon S138 dan zuriatnya (36, 37, 42, 43, 46, 47, 50, dan 52) cenderung me-

ngelompok, juga klon Joang dan T5 dengan masing-masing zuriatnya (51 dan 53). Sebagaimana pengelompkan berdasarkan koefisien Dice, Ipomoea trifida juga terpisah dari tetua betina maupun zuriat tetraploid.

Hasil AKU menggunakan mat-riks korelasi menunjukkan bahwa KU I dan KU II menerangkan 23.9% dan 18.4% dari keragaman total yang berturut-turut mempunyai akar ciri 7.2 dan 5.5 (Tabel 4). Pada KU I dan KU II, berturut-turut, terpilih 10 dan 11 pita RAPD yang mempunyai nilai mutlak relatif besar (lebih dari 0.2). Diantara pita-pita tersebut, pita hasil amplifikasi menggunakan primer OPA-13 pita ke-3 dan pita ke-11 yang berturut-turut mempunyai nilai mut-lak 0.294 dan 0.256 pada KU I ber-

peran mendekatkan hubungan genetik klon S138 dan zuriatnya. Kedekatan klon T5 dan zuriatnya (53) dipenga-ruhi oleh pita hasil amplifikasi meng-

gunakan primer OPA-13 pita ke-5 dan OPA-07 pita ke-2 (keduanya mem-punyai nilai mutlak –0.284 pada KU I). Sedangkan hasil amplifikasi meng-gunakan primer OPA-13 pita ke-12 mempunyai nilai mutlak –0.260 pada KU II, hanya dijumpai pada Ipomoea trifida. KESIMPULAN Daya silang antar klon-klon ubi jalar heksaploid terhadap Ipomoea trifida diploid bervariasi. Diantara 13 klon yang digunakan sebagai tetua betina, klon S138 mempunyai daya silang terbesar. Klon ubi jalar tetua betina yang menghasilkan zuriat ada-lah Joang, S138, dan T5. Hubungan genetik zuriat ubi jalar tetraploid cenderung lebih dekat dengan tetua

Gambar 2. Pemetaan dua dimensi 10 zuriat ubi jalar tetraploid, tetua betina, dan tetua jantan berdasarkan Analisis Komponen Utama.

8 Jurnal Natur Indonesia 5(1): 1-8 (2002)

betina daripada tetua jantan sedang-kan Ipomoea trifida cenderung mem-punyai hubungan yang jauh. Pola hubungan genetik ini tampak pada fenogram yang diturunkan berdasar-kan koefisien Dice maupun pemetaan dua dimensi hasil AKU. Berdasar-kan Komponen I dan II dapat dike-tahui pita-pita yang berperan menen-tukan kedekatan hubungan genetik. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr Alex Hartana yang telah membantu dana penelitian ini dan memberi kemudahan untuk menggunakan fasilitas Laboratorium Biologi Tumbuhan, Pusat Studi Ilmu Hayati, Institut Pertanian Bogor. DAFTAR PUSTAKA Hambali, G.G. 1988. Tuberization in

diploid Ipomoea trifida from Citatah, West Java, Indonesia. Di dalam Howeler, R.H. (ed). Proc. of 8th Symp. Int. Soc. Trop. Root Crop. Thailand: AVRDC.

Jarret, R.L., Gawel, N. & Whittemore, A. 1992. Phylogenetic relationships of the sweetpotato (Ipomoea batatas (L.) Lam). J. Amer. Soc. Hort. Sci. 117: 633-637.

Kobayashi, M. & Miyazaki, T. 1976. Sweetpotato breeding using wild related species. Proc. IV Symp. Int. Soc. Trop. Root Crop. Taiwan: AVRDC.

Lengkong, E.F., Suharsono, Runtunu-wu S.D. & Hartana, A. 2001. Peng-optimuman reaksi berantai polime-rase DNA tanaman kelapa. Hayati. 8: 121-123.

Ramisah, M.S., Saad, M.S., Yunus,

A.G. & Aini, A.S.N. 2000. Genetic relationship in sweetpotato (Ipomoea batatas L.) germplasm from Ma-laysia and Indonesia using RAPD markers. Di dalam Saad et al, (eds). Genetic Manipulation: Challenges and Advances. Proceedings of the 4th National Congress on Genetics. Genting Highlands. 26-28 Sept 2000. Malaysia: PGM.

Renwarin, Y. 1990. Keragaman genetik F1 silangan Ipomoea batatas dan Ipomoea trifida. Tesis Program Pas-ca Sarjana. Bogor: IPB.

Renwarin, Y., Hartana, A., Hambali, G.G. & Rumawas, F. 1994. Ubi jalar tetraploid dan prospeknya seba-gai sumber genetik dalam program pemuliaan ubi jalar pentaploid. Zuriat. 5: 8-15.

Sagredo, B., Hinrichsen, P., Lopez, L., Cubillos, A. & Munoz, C. 1998. Genetic variation of sweet potato (Ipomoea batatas L.) cultivated in Chile determined by RAPDs. Euphytica. 101: 193-198.

Tingey, S.V., Rafalski, J.A. & Wil-liams, J.G.K. 1992. Genetic analysis with RAPD markers. Application RAPD Technology to Plant Bree-ding. Joint Plant Breeding Symposia Series. Minneapolis, 1 Nov 1992.

Ukoskit, K., Thompson P.G., Watson JrC.E. & Lawrence, G.W. 1997. Identifying a randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) marker linked to a gene for root-knot nematode resistance in sweetpotato. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 122: 818-821.

Villordon, A.Q. & LaBonte, D.R. 1995. Variation in randomly amplified polymorphic DNA markers and storage root yield in Jewel sweet-potato clones. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 120: 734-740.

Wilson, L.A. 1982. Tuberization in sweet potato (Ipomoea batatas (L) Lam). Didalam Villareal R.L., Griggs, T.D. (eds). Sweet Potato. Proceedings of The First International Symposium. Taiwan: AVRDC.

Daya Silang Ubi Jalar Umbi Jingga 9