EKSPRESI GEN SOD DAN GPX PADA KEDELAI YANG MENDAPAT CEKAMAN KEKERINGAN DAN PERLAKUAN HERBISIDA PARAQUAT ACHMAD HINDARTA

Transkripsi

1 EKSPRESI GEN SOD DAN GPX PADA KEDELAI YANG MENDAPAT CEKAMAN KEKERINGAN DAN PERLAKUAN HERBISIDA PARAQUAT ACHMAD HINDARTA SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

2 SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Ekseprsi Gen SOD dan GPX pada Kedelai yang Mendapat Cekaman Kekeringan dan Perlakuan Herbisida Paraquat adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan di cantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir dari tesis ini. Bogor, Juni 2008 Achmad Hindarta NIM G

3 ABSTRACT ACHMAD HINDARTA. Expression of SOD and GPX Genes from Soybean under Drought Stress and Paraquat Application. Under the direction of HAMIM and MIFTAHUDIN. Antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GPX) have been known to be involved in plant defense. The aim of this research was to examine the expression of both genes under drought stress and paraquat (PQ) application. This research used 3 cultivated soybeans (Glycine max L.; Tidar, Burangrang and Panderman) and a wild soybean (G. tomentella). Plant were grown in 8 kg pots containing mixture of soil and sand (1:1 v/v) in the greenhouse. Drought stress was provided by withholding water for 10 and 18 days for cultivated soybean and wild soybean, respectively while PQ was applied by a single spray using 90 g ai ha -1. Observation was carried out by measuring media water content (MWC) and relative water content (RWC) of soybean leaf. Total RNA was isolated using Trizol method and first strand cdna synthesis was carried out using Reverse Transcriptase superscript III. Analysis expression of both genes were conducted using PCR method. The result of this research showed that both of SOD and GPX genes were expressed in soybean under drought stress. Drought stress caused increase of SOD expression of Tidar cultivar up to 123.4% (8 days after drought stressed) as compared to control plant. However, expression of SOD from Burangrang and Panderman was only 99.0% and 84.2% of control plant (8 days after drought stressed). Drought stress also increased expression of GPX. The highest expression of GPX indicated by wild soybeans to about 132.3%, 20 days after drought treatment (Recovery). Key words : Soybean (Glycine max (L). Merr.), expression, SOD, GPX.

4 RINGKASAN ACHMAD HINDARTA. Ekseprsi Gen SOD dan GPX pada Kedelai yang Mendapat Cekaman Kekeringan dan Perlakuan Herbisida Paraquat. Dibimbing oleh HAMIM dan MIFTAHUDIN. Enzim antioksidan superoxide dismutase (SOD) dan glutathione peroxidase (GPX) terlibat dalam sistem pertahanan tanaman. Ekspresi kedua gen ini diinduksi oleh banyak faktor, diantaranya adalah cekaman kekeringan dan herbisida paraquat. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dan menguji ekspresi kedua gen tersebut pada tanaman kedelai (Glycine max L.) varietas Tidar, Burangrang dan Panderman serta kedelai liar (G. tomentella) yang mendapat cekaman kekeringan dan perlakuan herbisida paraquat. Tanaman ditumbuhkan dalam polibag yang berisi tanah dan pasir dengan perbandingan volume 1:1 dan ditempatkan pada rumah kaca. Cekaman kekeringan diberikan tanpa penyiraman selama 10 hari untuk tiga varietas kedelai budidaya dan 18 hari untuk kedelai liar, setelah batas cekaman dilanjutkan penyiraman kembali untuk penyembuhan tanaman (recovery). Sedangkan aplikasi perlakuan paraquat dengan dosis 90 g bahan aktif/ha. Peubah yang diamati adalah kandungan air media (KAM) dan kandungan air relatif (KAR) daun. RNA total diisolasi dari daun yang sudah berkembang sempurna dengan menggunakan Trizol (Invitrogen) dan sintesis cdna dilakuakan dengan menggunakan enzim reverse transkripase superscript III. Analisis ekspresi dari kedua gen dilakukan dengan metode PCR. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gen SOD dan GPX pada keempat kedelai diekspresikan ketika tanaman mendapat cekaman kekeringan. Cekaman kekeringan menyebabkan meningkatnya ekspresi SOD pada 8 hari setelah perlakuan cekaman dari varietas Tidar sebesar 123.4% dibandingkan dengan tanaman kontrol. Sedangkan varietas Burangrang dan Panderman masing-masing 99.0% dan 84.2% dan untuk kedelai liar 69.8%. Cekaman kekeringan juga menyebabkan meningkatnya ekspresi gen GPX. Ekspresi paling tinggi ditunjukkan oleh kedelai liar pada saat recovery yaitu sebesar 132.3% dibandingkan dengan tanaman kontrol. Key words : Soybean (Glycine max (L). Merr.), expression, SOD, GPX

5 @ Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

6 EKSPRESI GEN SOD DAN GPX PADA KEDELAI YANG MENDAPAT CEKAMAN KEKERINGAN DAN PERLAKUAN HERBISIDA PARAQUAT ACHMAD HINDARTA Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Biologi SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

7 Judul penelitian : Ekseprsi Gen SOD dan GPX pada Kedelai yang Mendapat Cekaman Kekeringan dan Perlakuan Herbisida Paraquat Nama Mahasiswa : Achmad Hindarta Nomor Pokok : G Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Hamim, M.Si. Ketua Dr. Ir. Miftahudin, M.Si. Anggota Diketahui Ketua Program Studi Biologi Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Dedy Duryadi, DEA Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS. Tanggal Lulus :. Tanggal Ujian : 27 Juni 2008

8 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Rembang Jawa Tengah pada tanggal 18 Januari 1970 dari ayah H. Maskat Hadi Prayitno (almarhum) dan ibu Hj. Maryatun. Penulis menikah dengan Bekti Kurniawati pada tahun 1995 dan telah dikaruniai tiga orang anak yaitu : Isma Fadlilatus Sa diyah, Firda Sa idatul Khusna dan Dabid Thoriq Aljihad. Tahun 1989 penulis lulus SMA Negeri I Rembang dan pada tahun 1989 penulis melanjutkan pendidikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penulis memilih Program Studi Biologi, Jurusan MIPA, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Pendidikan tahun Pada tahun 1995 penulis diangkat menjadi Pegawai Negeri Sipil dan bertugas menjadi guru di Madrasah Aliyah Negeri Rembang. Mulai bulan Juni 2006 penulis mendapat kesempatan menuntut ilmu di Institut Pertanian Bogor sebagai mahasiswa Sekolah Pascasarjana pada Program Studi Biologi yang dibiayai oleh Dirjen Pendidikan Islam Departemen Agama Pusat..

9 PRAKATA Assalamu alaikum Wr.Wb. Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia- Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan pada bulan Januari 2007 s/d Maret 2008, di rumah kaca kampus IPB-Baranangsiang dan analisis laboratorium di Laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi Fakultas MIPA-IPB Bogor adalah cekaman kekeringan dengan judul Ekseprsi Gen SOD dan GPX pada Kedelai yang Mendapat Cekaman Kekeringan dan Perlakuan Herbisida Paraquat. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari dan menganalisis ekspresi gen penyandi enzim antioksidan superoksida dismutase (SOD) dan glutation peroksidase (GPX) pada kedelai varietas Tidar, Burangrang, Panderman serta kedelai liar yang mendapat cekaman kekeringan dan perlakuan herbisida paraquat., melalui pendekatan reverse transkriptase polymerase chain reaction (RT-PCR). Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini, terutama kepada Bapak Dr. Ir. Hamim, M.Si. dan Bapak Dr. Ir. Miftahudin, M.Si. atas segala jerih payah dan waktu yang telah diluangkan dalam memberikan bimbingan, nasehat dan arahan kepada penulis. Ucapan tarima kasih yang tak terhingga juga penulis sampaikan dengan tulus kepada ibunda serta istriku tercinta yang telah memberikan dukungan moril selama penulis menuntut ilmu di Institut Pertanian Bogor hingga mampu menyelesaikan penulisan tesis ini. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan secara umum. Wassalamu alaikum Wr.Wb. Bogor, Juni 2008 Penulis

10 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang Tujuan Penelitian... 4 Hipotesis... 4 TINJAUAN PUSTAKA Cekaman Kekeringan... 5 Respon Tanaman terhadap Cekaman Kekeringan... 6 Aktive Oxigen Species Antioksidan Herbisida Paraquat mrna dan Ekspresi Gen Isolasi RNA Total dan Sntesis cdna BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian Bahan dan Alat Rancangan Percobaan Metode Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Kandungan Air Media (KAM) Kandungan Air Relatif (KAR) Daun Korelasi antara KAM dan KAR Daun Isolasi RNA Total. 27 Sintesis cdna Analisis Ekspresi gen SOD dan GPX KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 40

11 DAFTAR TABEL Halaman Nilai KAM pada 8 dan 10 HSP cekaman serta recovery terhadap kontrol dari varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar... Persentase KAR daun pada kontrol, 8 dan 10 HSP cekaman, recovery dan paraquat 24 jam setelah penyemprotan dari varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar... Hasil kuantifikasi RNA total dari varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar... Analisis ekspresi gen aktin, SOD dan GPX dari varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar pada perlakuan kontrol, cekaman 8 HSP, recovery dan perlakuan paraquat

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Mekanisme pertahanan tanaman terhadap cekaman oksidatif, melibatkan enzim-enzim antioksidan: superoxida dismutase (SOD), ascorbat peroxidase (APX), dehydroascorbat reductase (DHAR), glutathion reductase (GR)... Detoksifikasi H 2 O 2 menjadi H 2 O melibatkan enzim glutation peroksidase (GPX) dan askorbat peroksidase (APX), serta glutation reduktase (GR), monodehidroascorbate reduktase (MDHAR) dan dehidroascorbate reduktase (DHAR) untuk regenerasi enzim GPX dan APX... Proses penghambatan transfer elektron: DCMU menghambat transport elektron pada PS II (P680) dan herbisida paraquat menghambat transport elektron pada PS I (P700)... Tahap penelitian untuk mengetahui ekspresi gen SOD dan GPX pada tanaman kedelai yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan dan herbisida paraquat... Persentase KAR daun 0 sampai ke 10 HSP cekaman kekeringan dan dilanjutkan rewatering sampai 12 HSP pada kedelai budidaya, untuk kedelai liar sampai hari ke 18 HSP dan dilanjutkan rewatering sampai 20 HSP... Korelasi antara KAM dan KAR daun pada varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar... Elektroforegram ekspresi gen SOD, GPX dan gen aktin dari varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar pada perlakuan kontrol, cekaman 8 HSP, recovery dan paraquat... Daun tanaman kedelai setelah 12 jam perlakuan penyemprotan paraquat (A) dan 24 jam (B)

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Deskripsi tanaman kedelai varietas Tidar, Burangrang, Panderman dan kedelai liar... Formulasi dosis penyemprotan paraquat... Tabel anova korelasi antara KAM dan KAR daun... Hasil analisis uji T ekspresi gen aktin, SOD dan GPX

14 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Nurul Khumaida, M.Si.