I. PENDAHULUAN. Padi merupakan serealia utama penghasil beras yang dikonsumsi sebagai makanan

Transkripsi

1 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Padi merupakan serealia utama penghasil beras yang dikonsumsi sebagai makanan pokok oleh sebagian besar penduduk. Sekitar 95% padi diproduksi di Asia (Battacharjee et al., 2002) dan merupakan satu tanaman pangan paling penting bagi lebih dari 75% penduduk Asia dan 2,4 milliar populasi dunia. Populasi penduduk Asia akan meningkat menjadi lebih dari 4,6 milliar pada tahun 2050 sehingga menuntut produksi beras yang lebih besar (Kush, 1996; Keshavarzi, 1999; Honarnejad et al., 2000). Sebagian besar beras yang dikonsumsi adalah beras putih, meskipun terdapat banyak kultivar beras termasuk yang mengandung pigmen warna, seperti beras merah (red rice) dan beras hitam (black rice). Nama-nama beras tersebut berhubungan dengan warna (hitam, merah atau ungu) yang dibentuk oleh simpanan antosianin pada lapisan perikarp, kulit biji (seed coat) atau aleuron (Chaudhary, 2003), Beras hitam mulai populer dan dikonsumsi sebagai pangan fungsional seiring dengan meningkatnya taraf hidup masyarakat dan meningkatnya kesadaran akan pentingnya kesehatan. Beras berwarna memiliki potensi sebagai sumber antioksidan dan layak sebagai sumber pangan fungsional (Yawadio et al., 2007). Beras hitam memiliki kandungan antosianin tinggi pada lapisan perikarp, yang memberikan warna ungu gelap (Ryu et al., 1998 ; Takashi et al., 2001). Antosianin berfungsi sebagai antioksidan yang dapat membersihkan kolesterol dalam darah, mencegah anemia, berpotensi meningkatkan ketahanan tubuh terhadap penyakit, memperbaiki kerusakan sel hati (hepatitis dan chirrosis), mencegah gangguan fungsi ginjal, mencegah kanker/tumor, memperlambat penuaan (antiaging) (Harmanto, 2008), serta mencegah penyempitan pembuluh nadi (atherosclerosis) dan penyakit pembuluh jantung (cardiovascular) (Ling et al., 2001 dan Ling et al., 2002). Beras hitam juga mengandung protein, vitamin, dan mineral yang lebih 1

2 tinggi daripada beras putih pada umumnya (Suzuki et al., 2004). Apabila dibandingkan dengan beras putih, beras hitam lebih kaya kandungan unsur besi (Fe), seng (Zn), mangan (Mn) dan fosfor (P). Kisaran kandungan unsur-unsur tersebut cukup tinggi tergantung pada varietas, lokasi dan tipe tanah yang berbeda (Qiu et al., 1993; Liu et al., 1995; Zhang, 2000). Beras hitam lokal mulai berkembang di beberapa daerah di Indonesia dengan nama yang berbeda-beda. Beberapa nama beras hitam yang dikenal di Indonesia adalah beras Wulung (Surakarta), beras gadog dari Cibeusi, Subang, Jawa Barat. Menurut Sasongko et al. (2008), di Sleman Yogyakarta, beras hitam dikenal dengan nama Cempo Ireng (Kristamtini, 2008) dan ada juga yang menyebut beras jlitheng (Kristamtini, 2009), sedangkan di Bantul dikenal dengan beras Melik. Di Nusa Tenggara Timur (NTT), beras hitam dikenal dengan nama Aen Metan dan Hare Kwa (Suhartini dan Suardi, 2010), di Magelang dikenal dengan nama Jawa Melik baik yang berbulu maupun yang tidak berbulu. Di daerah lain, beras hitam belum memiliki nama spesifik sehingga hanya disebut beras hitam dengan asal berkembangnya beras hitam tersebut, misalnya beras hitam Sragen, beras hitam Bantul (yang berbeda dengan Melik), dan beras hitam Brebes. Nama beras hitam yang berbeda-beda tersebut belum diketahui persamaan maupun perbedaannya baik secara morfologi, genetik maupun biokimia (kandungan antosianin total). Oleh karena itu diperlukan identifikasi fenotipik dan genotipik terhadap beberapa padi beras hitam lokal Indonesia. Identifikasi agromorfogenetik dan biokimia diperlukan sebelum dilakukan persilangan untuk menentukan pilihan tetua yang akan digunakan dengan tujuan untuk mengetahui ciri sifat dan potensi yang dimiliki suatu kultivar sehingga akan diketahui keragaman genetiknya. Sesuai dengan Carsono (2008), kegiatan koleksi plasma nutfah sebagai sumber keragaman, identifikasi dan induksi keragaman, melalui persilangan ataupun pemindahan gen merupakan tahapan yang harus dilakukan dalam proses kegiatan pemuliaan. 2

3 Pada saat ini penelitian pemuliaan selain terfokus pada peningkatan daya hasil, juga ke arah kualitas hasil seperti kualitas nutrisi, dan sifat lain bernilai komersial (Baenziger et al., 2009); termasuk perbaikan warna, rasa, aroma, daya simpan dan kandungan protein serta kesukaan konsumen/market client (Carsono, 2008). Penelitian ke arah pembentukan kultivar padi beras hitam unggul dengan sifat produktivitas tinggi, umur genjah, habitus tanaman rendah, kadar antosianin tinggi dan rasa enak /pulen) di Indonesia berjalan sangat lambat. Penelitian padi beras hitam dan pola pewarisan warna beras hitam di luar negeri telah dilakukan oleh Hsieh dan Chang (1964); Mingwei et al. (1995); Hu et al. (1996); Wang dan Qingyao (2007); Sahu et al. (2011) dan Rahman et al. (2013). Pola pewarisan sifat warna beras dengan materi padi beras hitam lokal Indonesia belum banyak diketahui. Oleh karena itu penelitian ke arah pembentukan kultivar padi beras hitam unggul perlu dilakukan mengingat padi beras hitam lokal pada umumnya memiliki beberapa kelemahan, seperti umur panjang, habitus tanaman tinggi, rasa kurang enak dan potensi hasil relatif rendah (antara 4 5 ton/ha). Penelitian genetik sifat warna beras dan seleksi berbantuan penanda akan menunjang usaha pemuliaan untuk dapat melakukan seleksi secara lebih cepat dan tepat dalam usaha untuk memperoleh kultivar unggul padi beras hitam. Penelitian tentang kajian genetik warna beras padi adalah kajian keragaman genetik kultivar padi beras hitam lokal Indonesia untuk sifat agromorfogenetik dan kandungan antosianin total, pengujian pola pewarisan, aksi gen untuk sifat warna hitam beras, keterpautan penanda mikrosatelit terkait sifat warna dan seleksi berbantuan penanda pada hasil persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih. Materi yang digunakan dalam penelitian ini adalah kultivar padi beras hitam lokal Indonesia dan penelitian ini belum pernah dilakukan sebelumnya. Penelitian dengan menggunakan materi padi beras hitam lokal Indonesia dilakukan dengan pertimbangan bahwa padi beras hitam lokal Indonesia semakin langka dan hampir 3

4 punah sehingga penggunaan materi padi beras hitam lokal Indonesia sebagai tetua persilangan diharapkan dapat mempertahankan keunggulan dan memperbaiki kelemahan padi beras hitam lokal Indonesia. Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi molekuler pada awal tahun 1980-an ditemukan teknologi penanda berbasis DNA. Pabendon et al. (2011) mengatakan bahwa teknologi penanda DNA dapat digunakan untuk menjawab pertanyaan yang berhubungan dengan keragaman genetik, klasifikasi, dan filogeni yang berhubungan dengan pengelolaan plasma nutfah dan alat bantu seleksi dalam pemuliaan melalui penanda gen. Beberapa teknologi penanda berbasis DNA yang banyak digunakan adalah RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism), AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism), SSR (Simple Sequence Repeats), dan SNP (Single Nucleotide Polymorphism). Teknologi SSR atau penanda mikrosatelit banyak digunakan karena praktis, akurat, tingkat polimorfisme tinggi, memungkinkan dilakukannya pengamatan beberapa penanda sekaligus (multiplex), dan sebarannya merata di seluruh bagian genom (Susanto et al., 2009). Penanda mikrosatelit dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan memverifikasi suatu kultivar tanaman (Nunome et al., 2003 ; Vosman et al., 2001). Pemanfaatan penanda DNA dalam proses seleksi materi pemuliaan tanaman disebut Marker Assisted Selection (MAS). Menurut Azrai (2005), seleksi dengan penanda DNA yang didasarkan pada sifat genetik bersifat stabil dan tidak terpengaruh lingkungan. Susanto et al. (2009) mengatakan bahwa MAS dapat diterapkan terhadap tanaman, bahkan pada saat tanaman masih muda, baik tanaman di rumah kaca maupun di lapangan tanpa terpengaruh oleh musim. Beberapa keunggulan tersebut menyebabkan seleksi berdasarkan penanda DNA berpotensi memberikan hasil yang lebih akurat dibandingkan dengan seleksi berdasarkan fenotipe tanaman yang terpengaruh oleh musim, iklim mikro, bagian tanaman tertentu (organ specific), dan tahap pertumbuhan tanaman. Oleh karena itu penggunaan MAS 4

5 berpotensi sebagai terobosan metode pemuliaan yang dapat mengurangi waktu dan biaya pemuliaan tanaman. B. Perumusan Masalah Pengembangan padi beras hitam di Indonesia berjalan lambat. Di luar negeri, seperti Afrika dan Tiongkok, padi beras hitam telah berkembang sejak lama walaupun masih terbatas untuk keperluan adat dan kesehatan. Lambatnya pengembangan padi beras hitam di Indonesia karena kelemahan yang dimiliki padi beras hitam, seperti umur panjang, habitus tanaman tinggi, dan rendahnya potensi hasil (4-5 ton/ha). Perakitan kultivar unggul padi beras hitam dengan umur pendek, habitus tanaman rendah, pulen dan daya hasil tinggi merupakan salah satu upaya pengembangan padi beras hitam. Keberhasilan pemuliaan sangat tergantung pada keragaman genetik, peran gen dan metode seleksi. Identifikasi agromorfogenetik dan kandungan antosianin total dilakukan untuk dapat mengetahui keragaman genetik padi beras hitam lokal sehingga dapat dipilih sebagai tetua persilangan. Pola pewarisan sifat warna padi beras hitam dapat diduga dengan melihat pola segregasi pada populasi. Berdasarkan hasil penelitian Reddy (1996), Chang dan Jordan (1963), Takahashi (1982), Kinoshita dan Takahashi (1991), Sahu et al. (2011), Sastry (1978), Lei et al. (2006), Furukawa et al. (2006), Nagao et al. (1957), Mingwei et al. (1995), Wang dan Qingyao (2007), dan Rahman et al. (2013) tentang pola pewarisan sifat warna beras terdapat perbedaan pola pewarisan sifat warna dan jumlah gen pengendali sifat warna beras, yang diduga dipengaruhi oleh pilihan tetua yang digunakan. Oleh karena itu perlu pendekatan menggunakan beberapa kombinasi persilangan dengan resiproknya untuk melihat gen yang mengatur sifat warna hitam pada perikarp padi beras hitam lokal Indonesia. 5

6 Dalam kaitannya dengan seleksi, penggunaan penanda mikrosatelit sebagai alat seleksi berbantuan penanda DNA (Marker Assisted Selection = MAS) diharapkan dapat membantu mempercepat proses seleksi materi pemuliaan tanaman hasil persilangan sehingga proses perakitan varietas baru lebih efisien. C. Tujuan Penelitian 1. Mendapatkan informasi keragaman genetik kultivar padi beras hitam lokal Indonesia untuk sifat agromorfogenetik dan kandungan antosianin total. 2. Mengetahui dan mempelajari parameter genetik yaitu peran gen dan pola segregasi sifat warna beras pada beberapa persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih. 3. Mendapatkan informasi keterpautan penanda mikrosatelit dengan sifat warna beras dan efektifitasnya untuk seleksi berbantuan penanda DNA pada populasi hasil persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih. D. Keaslian dan Kebaruan Penelitian Informasi penelitian tentang pola pewarisan sifat warna beras telah dilakukan di luar Indonesia yaitu Reddy (1996), Chang dan Jordan (1963), Takahashi (1982), Kinoshita dan Takahashi (1991), Sahu et al. (2011), Sastry (1978), Lei et al. (2006), Furukawa et al. (2006), Nagao et al. (1957), Mingwei et al. (1995), Wang dan Qingyao (2007), dan Rahman et al. (2013). Informasi tentang pola pewarisan, parameter genetik sifat warna beras menggunakan metode klasik, kuantitatif dan pendekatan molekuler sebagai metode seleksi berbantuan penanda DNA dengan materi kultivar padi beras hitam lokal Indonesia pada persilangan antara padi beras hitam dengan padi beras putih sampai saat ini belum dilaporkan. Kultivar lokal padi beras hitam yang digunakan dalam penelitian ini adalah koleksi Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Yogyakarta yang merupakan hasil eksplorasi di daerah Yogyakarta dan daerah-daerah lain di Indonesia. 6

7 E. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi dan tambahan khasanah keilmuan untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi serta tata laksana seleksi yang sesuai pada pemuliaan padi beras hitam melalui pemaparan tentang kajian genetik warna beras padi. Informasi dan tambahan keilmuan tersebut meliputi informasi tentang keragaman agromorfogenetik dan kandungan antosianin total dari kultivar-kultivar padi beras hitam lokal Indonesia, peran gen, pola pewarisan, keterkaitan penanda mikrosatelit dengan sifat warna dan penggunaan penanda molekuler berbantuan DNA sebagai metode seleksi pada persilangan padi beras hitam dengan padi beras putih. 7