YASIN ET AL.: KONVERSI INBRED TETUA JAGUNG HIBRIDA. Konversi Inbred Tetua Jagung Hibrida Menggunakan Donor Jagung QPM Gen Opaque-2

Transkripsi

1 YASIN ET AL.: KONVESI INBED TETUA JAGUNG HIBIDA Konversi Inbred Tetua Jagung Hibrida Menggunakan Donor Jagung QPM Gen Opaque-2 Djamaluddin dan M. Yasin HG Balai Penelitian Tanaman Serealia Jl. Dr. atulangi 274, Maros, Sulawesi Selatan ABSTACT. Convertion Opaque-2 Gen to Hybrid Parent using Inbred Donors of QPM. The conversion of gen in a population of maize could use back cross procedure. The inbred line of CIMMYT i.e, CML161 and CML165 were used as donor to convert opaque-2 gen to parent of single cross hybrid Bima-1. The objective of the experiment was to convert o-2 gen to M4 and M14 as parent of Bima-1. The beginning of experiment was conducted in 2003 by generating F1 from inbred donor CML to recurrent inbred parent of Bima-1. Back cross was used as a method to be performed untill generation of BC3F2. Seeds for opaque gene were selected under the light table. Families BC3F2 had been developed by conducting F1 from M4QxM14Q; the selected seeds were analyzed in CIMMYT for QPM trait and the result shown that the content of lysine and tryptophane was increasing by 47.7% and 23.8% for M4Q, and by 7.47% and 7.59% for M14Q. The hybrid F1 of Bima-1Q had increased 80.1% of lysine and 89.6% of tryptophane. Bima-1Q would be included in evaluation variety trial for preparation as new QPM hybrid variety release. Keywords: Converted, donor, opaque ABSTAK. Inbred M4 dan M14 diinginkan dapat diubah menjadi tetua hibrida yang mengandung gen opaque-2 agar hibrida yang dibuat memiliki mutu protein tinggi. Galur murni asal CIMMYT CML161 dan CML165, merupakan donor yang mengandung gen resessif opaque-2 (o-2). Tujuan konversi inbred M4 dan M14 adalah untuk menjadikan tetua Bima-1 berorientasi hibrida QPM. Penelitian dimulai sejak MK 2003 dengan membentuk silang tunggal (F1). Generasi F1 dikawin sendiri (selfed), kemudian dibentuk famili silang ulang BC1F1. Seleksi penanda terhadap biji yang mengandung gen o-2 dideteksi melalui meja terang, yakni dipilih biji-biji yang memperlihatkan sifat buram. Pada generasi BC3F2, benih tetua yang telah dikonversi dari M4 diberi kode M4Q, dan dari M14 menjadi M14Q. Benih tetua masing-masing M4, M14, M4Q, M14Q, dan Bima-1Q (silang tunggal M4Q x M14Q) dikirim ke CIMMYT untuk dianalisis kandungan lisin dan triptofannya. Hasil analisis dari CIMMYT menunjukkan bahwa tetua hasil konversi gen M4Q memiliki kandungan lisin dan triptofan 47,7% dan 23,8%, M14Q 7,47%, dan 7,59%, sedangkan hibrida F1 (Bima-1Q) 80,1% dan 89,6%. Bima-1Q yang telah berorientasi QPM ini akan diuji multilokasi sebagai syarat untuk pelepasan varietas. Kata kunci: Konversi, donor, opaque Jagung QPM merupakan jagung dengan protein mutu tinggi atau dikategorikan sebagai jagung khusus, karena mengandung asam amino lisin dan triptofan lebih tinggi dari jagung lainnya. Penemu jagung QPM adalah Lynn Bates pada tahun 1963 (Mertz 1992). Dalam endosperm jagung terdapat gen mutant opaque-2 (o-2) sebagai penanda kandungan lisin dan triptofan. Pada awalnya pemulia kurang tertarik karena biji jagung QPM sangat lemah (soft), masa pengeringannya lama, tidak tahan disimpan lama, dan peka terhadap hama dan penyakit. Manfaat utama jagung QPM adalah penambah nutrisi protein yang dapat digunakan untuk mengatasi busung lapar (kwashiorkor) bagi anak balita. Gen o-2 adalah gen resesif, sehingga jagung QPM yang diserbuki jagung biasa tidak tergolong jagung QPM. Dikemukakan Pixley dan Bjarnason (1994) bahwa QPM mempunyai kelemahan yakni hasilnya relatif lebih rendah serta kandungan lisin dan triptofan menjadi berkurang jika diserbuki jagung biasa. Di Indonesia, jagung QPM mulai dimuliakan secara intensif sejak awal tahun Pada saat itu sejumlah materi genetik bersari bebas biji kuning dan biji putih diintroduksi dari CIMMYT sebagai bahan uji multilokasi. Jagung QPM nasional pertama yang dilepas adalah varietas sintetik berbiji kuning dan berbiji putih, masingmasing dengan nama Srikandi Putih-1 dan Srikandi Kuning-1. Untuk menghasilkan varietas jagung hibrida QPM dengan hasil yang diharapkan tinggi, Balai Penelitian Tanaman Serealia telah mengimplementasikan program perakitan hibrida QPM secara intensif, salah satu kegiatan adalah memindahkan gen opaque-2 (o-2) dari galur murni generasi lanjut CML (CIMMYT Maize Line) sebagai tetua donor, terhadap inbrida tetua hibrida silang tunggal Bima-1. Hasil Bima-1 dapat mencapai 8,0-9,0 t/ha dan jagung hibrida ini telah menyebar ke sejumlah sentra produksi jagung di tanah air. Pemindahan gen o-2 telah berhasil dilakukan oleh Cordova (2002) pada jagung QPM biji putih dengan menggunakan galur CML264 sebagai tetua ulang, dan donor dari CML176. Pada generasi BC3F3 dihasilkan galur CML264Q yang dijadikan sebagai tetua penguji (tester) dalam berbagai pembentukan hibrida QPM biji putih dan pembentukan jagung sintetik. Jagung hibrida dan sintetik masing-masing mempunyai keunggulan. Hibrida lebih tinggi hasilnya dibanding sintetik, karena adanya proses heterosis. Hallauer dan Miranda (1995) menyatakan bahwa konversi satu gen berawal dari galur donor sangat efektif dengan menggunakan metode silang ulang. Pemindahan gen yang diinginkan, seperti 18

2 PENELITIAN PETANIAN TANAMAN PANGAN VOL. 27 NO tahan hama atau penyakit tertentu, atau nutrisi dapat dilakukan melalui persilangan ulang (back cross) dengan biaya yang relatif murah. Namun persilangan ulang tidak dianjurkan untuk sifat yang diatur oleh banyak aspek pada gen-gen pengatur peningkatan hasil. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui (1) karakteristik tanaman dari setiap generasi persilangan konversi donor gen opaque-2 pada hibrida Bima-1, dan galur M4, dan M14, (2) kandungan lisin dan triptofan pada biji silang ulang, atau generasi BC3F2 pada tetua yang telah mengalami konversi gen. Bagan berikut merupakan rangkaian waktu kegiatan persilangan silang ulang: MT 1 (2003) MT 2 MT 3 (2004) A x B F1 F2 x B MT 4 BC1F1 BAHAN DAN METODE Penelitian diawali dengan mencari pasangan heterotik antara galur donor dengan inbred tetua Bima-1 yakni M4 dan M14, pada MT Donor untuk memperoleh gen o-2 adalah: CML161 pada M14 dan CML165 pada M4. Tetua gen o-2 adalah CML161 dan CML165, dan tetua ulang (recurrent parent) adalah M4 dan M14. Konversi gen dilakukan secara serentak terhadap dua induk hibrida Bima-1 dengan metode silang ulang (back cross) sesuai petunjuk Cordova (2003). Silang ulang dilakukan secara manual, yakni persilangan dari tanaman ke tanaman (plant to plant). Benih hasil panen pada setiap generasi ditaruh di atas meja terang (lighted table), untuk memilih biji yang gen o-2nya sudah ada dalam endosperm. Kriteria seleksi gen o-2 di atas meja terang menggunakan metode Bjarnason dan Vasal (1992) yakni: Skor 1 : translucent/tembus cahaya Skor 2 : 75% tembus cahaya (25% opaque) Skor 3 : 50% tembus cahaya (50% opaque) Skor 4 : 25% tembus cahaya (75% opaque) Skor 5 : buram penuh (100% opaque) Biji dipilih pada nilai skor 3-4. Benih hasil seleksi di atas meja terang pada masingmasing generasi BC3F2 menghasilkan M4Q dan M14Q yang merupakan hasil silang ulang dari M4 dan M14. Selanjutnya dibuat silang tunggal M4Q x M14Q dan benih yang terseleksi termasuk tetuanya dikirim ke CIMMYT untuk analisis kandungan lisin dan triptofan. Penelitian lapang dilaksanakan di KP Maros, benih ditanam pada lahan seluas 8-10 are untuk setiap musim, jarak tanam 75 cm x 25 cm, satu tanaman per rumpun dan tanaman dipupuk urea, SP36, dan KCl masingmasing dengan takaran 300 kg, 200 kg, 100 kg/ha. Persilangan dilakukan dengan memilih tanaman sehat, akar dan batang tidak rebah, batang kuat dan hijau, MT 5 (2005) MT 6 MT 7 (2006) MT 8 BC1F2 x B BC2F1 x B BC3F1 BC3F2 A = tetua donor (CML161 dan CML165), induk betina B = tetua berulang (M4 dan M14), induk jantan = kawin sendiri (selfing) daun lebar dan hijau, dan sinkron masa berbunga. Parameter yang diamati adalah daya tumbuh benih, sinkronisasi pembungaan, tinggi tongkol dan tanaman, batang, daun, dan perakaran. Parameter lain yang diamati secara visual adalah penutupan kelobot, tongkol, ketahanan terhadap penyakit utama, dan bobot biji per tanaman (ka.15%). HASIL DAN PEMBAHASAN Penampilan Agronomis dan Hasil Karakteristik tanaman kedua donor dan tetua ulang disajikan pada Tabel 1. Penampilan tetua donor relatif sama untuk tinggi tanaman, keseragaman tumbuh, warna dan tekstur biji (kuning-mutiara). Ketahanan terhadap penyakit hawar daun, karat, dan bulai dapat dikategorikan sedang sampai tahan. Bobot biji tertinggi diperoleh pada CML165, dan terendah pada M4. Karakteristik generasi F1 dari tetua M4 dan M14 dengan pasangan donornya dapat dilihat pada Tabel 2. Pada pertanaman ini dilakukan kawin sendiri untuk 19

3 YASIN ET AL.: KONVESI INBED TETUA JAGUNG HIBIDA Tabel 1. Karakteristik tetua donor dan tetua ulang, Maros Karakter Donor Tetua ulang (Bima-1) CML161 CML165 M4 M14 Daya tumbuh (%) Umur berbunga jantan (hari) Umur berbunga betina (hari) Tinggi tanaman (cm) Tinggi tongkol (cm) Batang Sedang Sedang Tegap Tegap Daun Panjang & sempit Panjang & sempit Panjang& sempit Panjang & lebar Perakaran Dangkal (<40 cm) Dangkal Dalam (>40 cm) Dalam Keragaman tanaman Seragam Seragam Seragam Seragam Aspek tanaman (skor) Aspek penutupan kelobot (skor) Aspek tongkol Warna malai Merah Merah Merah Merah Warna rambut Merah Merah Maerah Merah Tekstur biji Mutiara Mutiara Mutiara Mutiara ebah akar Tahan Tahan Tahan Tahan ebah akar Tahan Sedang Tahan Tahan - Hawar daun Sedang Sedang Tahan Tahan - Karat Sedang Sedang Tahan Tahan - Bulai Kurang Sedang Sedang Sedang Triptophan dalam protein (%) *) 0,82 0, Protein dalam endosperm (%) *) 11,2 11,1 - - Bobot biji per tanaman (g) *Sumber: CIMMYT (2003) Tabel 2. Karakteristik generasi F1 dan F2 (S1) untuk tetua BC1F2, Maros Generasi F1 Generasi F1 Generasi F2 CML161 x M4 CML165 x M14 CML161 x M4 CML165 x M14 Daya tumbuh (%) Umur berbunga jantan (hari) Umur berbungan betina (hari) Tinggi tanaman (cm) Tinggi tongkol Batang Tegap Tegap Tegap Tegap Daun Hijau & lebar Hijau & lebar Hijau Sedang Perakaran Dalam Dalam Dalam Sedang Aspek tanaman (skor) 1,5 1,5 1 1 Aspek penutupan klobot (skor) Aspek tongkol Warna malai Merah tua Merah tua Merah coklat Merah Warna rambut Merah jingga Merah jingga Merah muda Merah muda Tipe biji Mutiara Mutiara Mutiara Mutiara ebah akar Tahan Tahan Tahan Tahan ebah batang Tahan Tahan Tahan Agak tahan - Hawar daun Sedang Sedang Sedang Sedang - Karat Sedang Sedang Sedang Sedang - Bulai Kurang Sedang Sedang Kurang Bobot biji per tanaman (g)

4 PENELITIAN PETANIAN TANAMAN PANGAN VOL. 27 NO memperoleh F2 yang akan disilang ulang pertama (BC1F1). Bobot biji tertinggi diperoleh pada persilangan CML161 x M14, yakni 31,2% lebih tinggi dibanding CML165 x M4. Kedua F1 mempunyai ketahanan yang sama terhadap penyakit hawar daun, karat, dan bulai, serta kerebahan akar dan batang. Umur berbunga jantan dan betina cukup sinkron, yakni terdapat selisih ratarata tiga dan empat hari (Tabel 3). Selisih umur saat pembuahan ini cukup ideal untuk seleksi populasi atau galur jagung. Sesuai pendapat Bolanos dan Edmeades (1996) serta Westgate (1996), nilai ASI jagung tertinggi untuk memperoleh bobot biji tertinggi adalah 0-4 hari. ASI adalah selisih antara umur berbunga betina dan umur berbunga jantan. Penampilan generasi F2 yang disilang ulang dengan tetua Bima-1 disajikan pada Tabel 4. Tanaman hasil kawin sendiri (selfed) telah mengalami penurunan dari tetua F1 seperti pada Tabel 2. Hal yang sama terlihat pada bobot biji yang dihasilkan yakni 45 g dan 39 g/tanaman, sedangkan pada F1 dihasilkan 105 g dan 80 g/tanaman. Pada generasi F2 hasil kawin sendiri, tanaman telah nyata mengalami penurunan fenotipe atau inbreeding. Pada Tabel 5 juga terlihat bahwa generasi BC1F2 mengalami hal yang sama, yakni terjadi penurunan fenotipe yang nyata untuk tinggi tanaman, dan bobot biji. Penurunan tinggi tanaman 25 cm atau 13,5% pada BC1F2 (CML161 x M14), dan 45 cm (26,5%) pada CML165 x M4. Bobot biji masing-masing mengalami penurunan 27 g (77,1%) dan 14 g (45,0%), Pasangan CML161 x M14 merupakan pasangan yang bobot bijinya lebih tinggi dari CML165 x M4. Analisis kandungan lisin dan triptofan pada tetua yang telah menerima donor M4 dan M14, baru akan dilakukan setelah tahapan konversi gen pada BC2F1 ditambah tiga generasi kawin sendiri (S3). Hal ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Stoskopf et al. (1993) bahwa pasangan allel dari segregasi gen akan mencapai homozigot bila dilakukan silang sendiri pada generasi akhir silang ulang. Pada tahun 2006, untuk generasi BC3F1dilakukan kawin sendiri (selfing) untuk menghasilkan BC3F2. Pada generasi ini benih dipilih sebagai induk tetua 1 yang telah berorientasi QPM (M4Q dan M14Q). Selanjutnya F1 untuk menghasilkan Bima-1 berorientasi QPM yang disingkat Bima-1Q. Kandungan Lisin dan Triptofan Bima-1 (M4 dan M14), hasil konversi gen secara manual pada generasi BC3F2 (M4Q dan M14Q), dan masing-masing F1 dikirim ke CIMMYT untuk dianalisis kandungan lisin dan triptofannya, dan hasilnya disajikan pada Tabel 5. Diketahui bahwa telah terjadi peningkatan kandungan lisin dan triptofan pada galur M4Q dan M14Q, serta pada silang tunggal F1, dibandingkan dengan tetua dan F1 hibrida Bima-1. Pada M4Q diperoleh kenaikan lisin dan triptofan masing-masing Tabel 3. Karakteristik famili BC1F1 dan BC1F2. Maros, Karakter BC1F1 BC1F2 CML161 x M14 CML165 x M4 CML161x M14 CML165x M4 Daya tumbuh (%) Umur berbunga jantan (hari) Umur berbungan betina (hari) Tinggi tanaman (cm) Tinggi tongkol Batang Tegap Tegap Tegap Tegap Daun Hijau Hijau Hijau Hijau Perakaran Dalam Sedang Dalam Dalam Aspek tanaman (skor) Aspek penutupan kelobot (skor) Aspek tongkol Warna malai Merah Merah Merah Merah Warna rambut Merah Merah Merah Merah Tipe biji Mutiara Mutiara Mutiara Mutiara ebah batang Tahan Tahan Tahan Tahan ebaha akar Tahan Sedang Tahan Tahan Hawar daun Tahan Tahan Tahan Tahan Karat Tahan Sedang Tahan Sedang Bulai Tahan Sedang Sedang Sedang Bobot biji per tanaman (g)

5 YASIN ET AL.: KONVESI INBED TETUA JAGUNG HIBIDA Tabel 4. Karakteri BC2F1 dan BC3F1. Maros Karakter BC2F1 BC3F1 CML161 x Mr14 CML165 x Mr4 CML161 x Mr14 CML165 x Mr4 Daya tumbuh (%) Umur berbunga jantan (hari) Umur berbungan betina (hari) Tinggi tanaman (cm) Tinggi tongkol Batang Tegap Tegap Tegap Tegap Daun Hijau Hijau Hijau Hijau Perakaran Dalam Dalam Dalam Dalam Aspek tanaman (skor) Aspek penutupan kelobot (skor) Aspek tongkol Warna malai Merah Merah Merah Merah Warna rambut Merah Merah Merah Merah Tipe biji Mutiara Mutiara Mutiara Mutiara ebah batang Tahan Tahan Tahan Tahan ebaha akar Tahan Tahan Tahan Tahan Hawar daun Tahan Tahan Tahan Tahan Karat Tahan Sedang Tahan Sedang Bulai Sedang Sedang Sedang Sedang Hasil BC2F1, Bobot biji/tan. (g) ± 20 ± 35 Tabel 5. Kandungan lisin, triptofan, dan protein dari tetua Bima-1 dan Bima-1Q. Materi genetik Kandungan (%) Triptofan Lisin Protein Bima-1Q M4Q (tetua betina) 0,104 0,495 11,03 M14Q (tetua jantan) 0,085 0,417 11,47 M4Q x M14Q 0,110 0,524 11,05 Pembanding Bima-1 M4 (tetua betina) 0,064 0,335 12,45 M14 (tetua jantan) 0,079 0,388 12,70 M4 x M14 0,058 0,291 12,31 Sumber: CIMMYT (2006) 47,7% dan 23,8%. Pada M14Q kandungan lisin dan triptofan naik 7,5% dan 7,6%, sedangkan pada F1 (M4Q x M14Q) naik 80,1% untuk lisin dan 89,6% untuk triptofan. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pemindahan gen opaque-2 melalui konversi donor galur CML ke tetua ulang Bima-1 dapat menjadikan hibrida Bima-1sebagai QPM (Bima-1Q). Bima-1Q selanjutnya dapat diuji multilokasi untuk diusulkan sebagai calon hibrida silang tunggal QPM. KESIMPULAN Populasi BC1F2, pasangan CML161 x M14, mempunyai bobot biji lebih tinggi dari CML165 x M4, baik pada F1 maupun F2 diperoleh penurunan bobot biji pada BC1F2 masing-masing 77,1% dan 45,0%. Setiap generasi, tinggi tongkol berada pada posisi setengah dari tinggi tanaman. Penutupan kelobot dan tongkol tergolong baik sampai sangat baik. Tingkat ketahanan terhadap penyakit hawar daun, karat, dan bulai tergolong tinggi sampai sedang. Pada M4Q diperoleh kenaikan lisin dan triptofan masing-masing 47,7% dan 23,8%. Pada M14Q kandungan lisin dan triptofan masing-masing naik 7,5% dan 7,6%, sedangkan pada F1(M4Q x M14Q), kandungan lisin naik 80,1% dan triptofan 89,6% Hibrida Bima-1Q termasuk calon hibrida berorientasi QPM. DAFTA PUSTAKA Balitsereal Deskripsi varietas jagung. Badan Litbang Pertanian. Balitsereal, Maros. Bjarnason. M. and S.K. Vasal Breeding of quality protein maize (QPM). Paper on breeding of QPM in advanced maize 22

6 PENELITIAN PETANIAN TANAMAN PANGAN VOL. 27 NO training course with emphasis on QPM development and dissemination. CIMYYT El Batan Mexico. August 26-September 20, Bolanos. J. and G.O. Edmeades The importance of the ASI in breeding for drought tolerance in tropical maize. Proceedings of a Symposium Developing Drought and Low N Tolerant Maize. March 25-29, CIMMYT El Batan Mexico. p.355. CIMMYT The improvement and promotion of QPM in selected developing countries. Progress report. Tentative Work Plan for Submitted to Nippon Foundation. El Batan Mexico. CIMMYT The result of soil and plant analisys laboratory. Improvement Centre International Maize and Wheat. Exp. Sta Indonesia eceived form October 17, El Batan Mexico. Cordova. H Maize gen convertion to QPM using MAS. Paper on training emphasize of QPM. CIMMYT El Batan Mexico. Hallauer. N.C. and J.B. Miranda Quantitative genetics in maize breeding. Iowa state university. Press/Ames. Iowa. p.12. Jugenheimer..W Corn improvement. in: obert E. Kriger (Ed.). Seed production and uses. Publishing company. Malabar Florida. p.103 Mertz. E.T Quality protein maize. Discovery of high lysine, high tryptophan cereals. Department of Agronomy. Purdue Uneversity. West Lafayette. Pixley. K.V. and M.S. Bjarnason Pollen parent effect on protein quality and endosperm modification of QPM. Crop Science 34: Stoskopf. N.C., D.T. Tomes, and B.. Christie Plant breeding. Theory and practice. Westview. Press. Oxford. p.28. Westgate. M.E Physiology of flowering in maize. Identifying avenues to improve kernel set during drought. Proceedings of a Symposium Developing Drought and Low N Tolerant Maize. March 25-29, CIMMYT El Batan Mexico. p