Perubahan morfo-fisiologi dan genetikasebagai respon padi terhadap salinitas

Made Pharmawati

Because crops have importance in human life, it is acrucial issue to understand the behavior of crops underany stress factors

Tanaman : tidak mobile

Harus menghadapi dan melawan stress padalingkungan hidupnya

Berimplikasi pada:Ecology: Stress responses help explain geographic

distribution of speciesCrop science: Stress affects productivityPhysiology and biochemistry: Stress affects the

metabolism of plants andresults in changes in geneexpression

Stress: kondisi eksternal yang merugikan, yang mempengaruhi pertumbuhan,perkembangan dan produktivitas yang berubah dari normal yang dapatmenyebabkan kerusakan sistem tumbuhan

Stresses trigger a wide range of plant responses altered gene expression,cellular metabolism, changes in growth rates and crop yields

Faktor yang menentukan respon tanaman terhadap stress

ADAPTASIPERUBAHAN MORFOLOGI(FENOTIP DAN GENOTIP)J A N G K A

L A M AJ A N G K AL A M A

JANGKA

PENDEK

JANGKA

PENDEK

PERUBAHANSEMENTARAPERUBAHANSEMENTARA

PERUBAHANSELAMANYAPERUBAHANSELAMANYA

PERUBAHAN SINGKAT DENGANMENINGKATKAN POTENSI

mutasi

Plant Response to Stress

• Plants adapt to changing environmental conditions through changes inexpression patterns of numerous genes.

There is a common core of defense genes, which responds to severaldifferent stresses (general stress-response genes) versus stress-specificgenes.

Increase in expression of protective genes is co-regulated and is correlatedwith resistance to oxidative stress.

10

Environmental factors that induce oxidative stress

Reactive oxygen species (ROS)

• Formed during incomplete reduction of oxygen or oxidation of water by themitochondrial or chloroplast electron transfer chain

• Singlet oxygen, hydrogen peroxide, superoxide anion, hydroxyl andperhydroxyl radicals

Radicals:O2.- SuperoxideOH. HydroxylRO2. PeroxylRO. AlkoxylHO2. Hydroperoxyl

Pada kondisi setimbang, ROS dicerna oleh berbagai antioxidative defense

Kesetimbangan antara produksi dan ‘dimakannya’ ROS dapat terganggu oleh adverseabiotic stress, drought, low temperature, high temperature dan mechanical stress.

Kondisi lingkungan tersebut menyebabkanpeningkatan reactive oxygen species (ROS), dankonsentrasi ini melebihi kapasitas antioksidan

Salinitas merupakan faktor pembatas pertumbhan danproduktivitas padi. Pada konsentrasi garam yang tinggi,terjadi ketidaksetimbangan ion yang menyebabkankerusakan membrane. Dilapokan terjadi penurunanproduksi sampai 50% akibat salt stress

Padi merupakan tanaman penting karena merupakansumber pangan utama bagi sebagian penduduk dniatermasuk Indonesia .

mengakibatkan perubahan fisiologi danbiokimia misalnya pemrograman ekspresigen.

Tanaman menginisiasi berbagai perubahan morpho-physiology untuk beradaptasiterhadap kondisi lingkungan, seperti perubahan biomasa dan kandungan klorofil

Beberapa gen berespon terhadap salinitas seperti gen antioksidan. Tanamanmengembangkan mekanisme adaptasi dengan menginduksi toleransi terhadapoxidative stress. Salinitas menyebabkan produksi reactive oxygen species (ROS)yang menyebabkan kerukanan oksidatif.

Penelitian ini bertujuan:

(1) Menganalisis respon vegetatif, aktfitas fisiologi, perkembangan tumbuhandan komponen hasil pada padi bali terhadap cekaman salinitas,

(2) Menganalisis ekspresi gen antioksidan

Kecambah padi berumur 1 minggu ditranser ke sistem hidroponik

Setelah 1 minggu dalam hidroponik, diberi perlakuan NaCl, 4dS(2g/L), 6dS (3.38g/L), dan12dS (6.75g/L). .

Setelah 1 minggu perlakuan, bibit dipanen- diukur panjang tunas, berat tunas dan akar- kandungan klorofil

MATERIALS AND METHOD

MATERIALS AND METHOD

RNA diekstrak dengan RNeasy plant mini kit (Qiagen)

cDNA disintesis dengan goSript reverse transcriptasesystem (Promega)

Semi-quantitative PCR dilakukan untuk menganalisisekspresi gen mnSOD (superoxide dismutase), Gr(glutation reductase) and CAT (catalase)

PCR products diamati dengan agarose gelelectrophoresis

cDNA=complementary DNA

NaCl caused reduction in growth, caused leaf yellowingand decreased chlorophyll content

IR64

Control 4dS 6dS 10dS 12dS Control 4dS 6dS 10dS 12dS

Merah Cendana

0

5

10

15

20

25

30

0dS 4dS 6dS 10dS 12dS

cm0

5

10

15

20

25

30

0dS 4dS 6dS 10dS 12dS

cmTinggi tanaman pada kontrol dan diberi perlakuan salinitas

selama 7 hari

IR64 Merah Cendana

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0dS 4dS 6dS 10dS 12dS

g

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0dS 4dS 6dS 10dS 12dS

g

Berat tunas tanaman kontrol dan setelah diberiperlakuan selama 7 hari

IR64 Merah Cendana

Kultivar Perlakuan Total klorofil

IR64 0dS 17.94

4dS 15.53

6dS 15.14

10dS 9.53

12S 7.54

Merah

Cendana

0dS 21.62

4dS 10.83

6dS 9.72

10dS 5.49

12dS 5.21

Kandungan klorofil

Ekspresi gen CuZnSOD (kiri) dan MnSOD (kanan

Merah Cendana IR64

K 4dS 6dS 12dS K 4dS 6dS 12dS K 4dS 6dS 12dS K 4dS 6dS 12dS

Merah Cendana IR64

Ekspresi gen Glutation reduktase (kiri) dan katalase (kanan)

Salt stress inhibit seedling growth of rice

Salinity reduce total chlorophyll content

The expression of antioxidant genes changes under salt stress

TERIMAKASIH

Perubahan morfo-fisiologi dan genetika sebagai respon padi terhadap salinitas

Made Pharmawati

Program Studi Biologi, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran, Bali

Email: made_pharmawati@unud.ac.id

Salinitas merupakan salah satu stress abiotik yang mempengaruhi pertumbuhan dan

produktivitas tanaman, Kondisi garam yang tinggi menyebabkan terjadinya ketidaksembangan

ion yang mengakibatkan kerusakan membrane sel. Gen-gen berespon terhadap cekaman

abiotik. Gen-gen yang responsif terhadap salinitas telah diidentifikasi dan salah satunya adalah

gen-gen yang mengendalikan eksprei antioksidan seperti superoxide dismutase (SOD), katalase

(CAT) dan glutation reduktase (GR). Antioksidan merpakan mekanisme pertahanan tanaman

terhadap kekeringan dan sebagian besar gen tersebut mengandung repeat sequence. Repeat

sequence (Single Sequence Repeat/SSR) ini digunakan untuk seleksi padi tahan salinitas pada

padi. Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman yang sangat penting karena padi adalah

tanaman sumber pangan utama di banyak negara di dunia termasuk Indonesia. Di Bali, terdapat

beberapa kultivar padi lokal bali yang adaptasinya terhadap lingkungan perlu diuji lebih lanjut.

Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluai respon tanaman padi IR64 dan padi lokal bali terhadap

stress salinitas pada tahap bibit. Bibit berumur 2 minggu diberi perlaluan salinitas 6dS m-1

(3.38g/L), 106dS m-1 (6.4g/l) dan 12 dSm-1 (6.75g/L). Perlakuan diberikan selama 7 hari. Hasil

menunjkkan bahwa salinitas mengakibatkan penurunan pertumbumbuhan. Tinggi tanaman lebih

rendah pada tanaman yang mendapat perlakuan stress garam. Demikian juga dengan berat

tunas, mengalami penurunan akibat salinitas. Kandungan klorofil menurun akibat perlakuan

salinitas pada semua kultivar padi. Hasil menunjukkan terjadi perubahan ekspresi gen Cu-

ZnSOD, Mn-SOD, Catalase dan Glutation reduktase. Informasi mengenai respon tanaman padi

terhadap salinitas dan screening terhadap kultivar-kulticar lokal yang ada di Indonesia, menjadi

penting dalam pemuliaan tanaman padi untuk mendapatkan kultivar yang tahan terhadap stress

salinitas.

Kata kunci: bibit, gen antioksidan, padi, pertumbuhan, salinitas

Made Pharmawati