PARAMETER GENETIK (Ragam, Heritabilitas, dan korelasi) Arya Widura R., SP., MSi PS. Agroekoteknologi Universitas Trilogi

Transkripsi

1 PARAMETER GENETIK (Ragam, Heritabilitas, dan korelasi) Arya Widura R., SP., MSi PS. Agroekoteknologi Universitas Trilogi PENDAHULUAN Seleksi merupakan salah satu kegiatan utama dalam pemuliaan tanaman. Kegiatan ini bertujuan untuk meningkatkan frekuensi sifat-sifat yang diinginkan atau untuk memilih genotipe yang akan dijadikan sebagai tetua persilangan. Kegiatan seleksi pada karakter kuantitatif lebih sulit dilakukanjika dibandingkan seleksi pada karakter kualitatif. Hal dikarenakan karakter kuantitatif dikendalikan oleh banyak gen dan mudah dipengaruhi lingkungan sehingga fenotipe yang muncul pada karakter ini seringkali tidak murni karena factor geneticnya. Pada akhirnya hal ini menyebabkan fenotipe hasil seleksi sering tidak muncul pada turunan berikutnya. Keberhasilan seleksi pada karakter kuantitatif dapat ditingkatkan dengan mempertimbangkan parameter genetic dalam kegiatannya. Terdapat berbagai parameter genetic yang dapat dipertimbangkan untuk meningkatkan keberhasilan seleksi, diantaranya adalah rataan, ragam (ragam genetik, ragam lingkungan, ragam fenotipe, ragam aditif, ragam dominan, ragam epistasis), heritabilitas (heritabilitas arti luas dan heritabilitas arti sempit), korelasi, koefesien keragaman genetik, kemajuan seleksi, heterosis, heterobeltiosis, daya gabung umum, daya gabung khusus, dan sebagainya. Namun, hanya beberapa saja yang akan dibahas dalam modul ini. Nilai Rataan Nilai rataan (mean) merupakan hasil penjumlahan dari n data yang kemudian dibagi kembali dengan n. Nilai ini merupakan wakil dari sekumpulan data atau nilai yang paling dekat dengan hasil pengukuran sebenarnya. Nilai rataan sangat bermanfaat untuk memberikan gambaran awal yang lebih jelas dan singkat tentang karakter suatu genotipe. Berikut adalah perhitungan nilai rataan:

2 ẍ x n = nilai rataan = data = banyak data Tabel 1. Nilai rataan beberapa karakter cabai pada berbagai genotipe Karakter C1 C2 C3 C4 C5 C6 Bobot per tanaman (g) Panjang buah (cm) Tinggi tanaman (cm) Tabel 1 menunjukkan nilai tengah beberapa karakter dari berbagai genotipe cabai. Tabel tersebut menunjukan bahwa genotipe cabai C1 memiliki bobot buah pertanaman, tertinggi dibandingkan genotipe lainnya, sehingga jika kita menginginkan varietas cabai dengan bobot per tanaman yang besar maka sebaiknya kita pilih genotipe cabai C1 untuk kita lepas sebagai varietas. Namun, jika kita menginginkan varietas dengan buah yang panjang maka sebaiknya kita memilih genotipe C3 untuk dilepas sebagai varietas karena genotipe C3 memiliki panjang tanaman tertinggi dibandingkan genotipe lainnya. Begitu juga dengan karakter tinggi tanaman, dimana jika kita menginginkan varietas dengan ukuran tanman yang tinggi maka kita dapat memilih genotipe C2 untuk dilepas menjadi varietas. Namun, seringkali galur yang kita pilih berdasarkan nilai rataan tidak menghasilkan turunan yang sama dengan tetuanya. Hal ini terjadi karena fenotipe yang kita lihat merupakan gabungan antara pengaruh genetic, lingkungan, dan interaksi genetic x lingkungan (F = G + E + (GxE)). Sementara karakter-karakter yang kita gunakan untuk seleksi merupakan karkter kuantitatif, sehingga pengaruh lingkungan cukup besar terhadap fenotipe yang dihasilkan dan akhirnya fenotipe menjadi tidak murni mewakili genetiknya. Nilai Ragam, Komponen Ragam dan Heritabilitas Sering kali kita melihat adanya perbedaan dari populasi suatu tanaman, padahal populasi tersebut masih merupakan satu varietas yang sama. Bahkan pada populasi yang berasal perbanyakan vegetative pun sering kali jumpai perbedaan setelah ditanam. Perbedaan perbedaan itulah yang disebut sebagai ragam. Terdapat berbagai jenis ragam. Ragam dapat dibedakan menjadi ragam fenotipe (σ 2 P), ragam genetik (σ 2 G), ragam lingkungan (σ 2 E) dan ragam nteraksi genetik dan lingkungan (σ 2 GxE).

3 Ragam fenotipe (σ 2 P) merupakan penjumlahan antara ragam genetik, ragam lingkungan dan ragam interaksi genetik x lingkungan (σ 2 P = σ 2 G + σ 2 E + σ 2 GxE). Nilai ragam lingkungan dapat peroleh dengan menanam populasi dengan genotipe yang sama (varietas, P1, P2, F1) pada suatu lokasi. Perbedaan atau keraagaman yang muncul populasi tersebutlah yang disebut sebagai ragam lingkungan. Nilai ragam fenotipe sendiri dapat diperoleh dengan menanam populasi dengan genotipe yang berbeda (masih bersegregasi, F2, F3, dll) pada suatu lokasi. Perbedaan atau keragaman yang muncul pada populasi tersebutlah yang disebut sebagai ragam fenotipe. Nilai ragam genetik dapat diperoleh dengan mengurangi nilai ragam fenotipe dengan ragam lingkungan. Perhitungan perhitungan nilai ragam dilakukan dengan asumsi bahwa ragam interaksi genetik x lingkungan sama dengan nol Bagi seorang pemulia, ragam genetik menjadi sangat penting untuk diketahui nilainya karena ragam inilah yang dapat diwariskan pada turunan berikutnya. Namun sayangnya, tidak semua ragam genetik dapat diwariskan. Hal ini karena ragam genetik sendiri merupakan penjumlahan antara ragam aditif (σ 2 A), ragam dominan (σ 2 D), dan ragam epistasis (σ 2 I). Sementara, hanya ragam aditif yang benar-benar dapat diwariskan pada turunan berikutnya. Hal ini karena ragam aditif merupakan ragam yang muncul dari genotipe yang lokus-lokusnya homozigot sehingga turunannya akan mewarisi genotipe yang selalu sama dengan tetuanya. Sementara ragam dominan adalah ragam yang muncul dari genotipe dengan lokus-lokus yang heterozigot sehingga masih terdapat segregasi pada turunannya. Ragam epistasis sendiri merupakan ragam yang muncul akibat adanya interaksi antar gen atau lokus, sehingga lebih besar lagi peluang terjadinya segregasi pada turunan yang dihasilkan. Nilai berbagai jenis ragam diatas sangat penting diketahui untuk menentukan nilai heritabilitas suatu karakter tertentu. Nilai heritabilitas adalah nilai yang menjelaskan seberapa besar keragaman fenotipe dapat diwariskan pada turunan berikutnya. Nilai heritabilitas sangat bermanfaat dalam meningkatkan peluang keberhasilan suatu kegiatan seleksi. Semakin tinggi nilai heritabilitas suatu kerakter, maka semakin efektif kegiatan seleksi dilakukan pada karakter tersebut. Tidak terdapat standard nilai heritabilitas, namun beberapa tulisan di jurnal ilmiah menyatakan bahwa nilai heritabilitas dikatakan rendah apabila kurang dari 20 %; cukup tinggi pada 20-50%; tinggi pada lebih dari 50%. Akan tetapi nilai-nilai ini sangat tergantung dari metode dan populasi yang digunakan. Berikut adalah contoh nilai heritabilitas beberapa galur kedelai hitam yang ditanam di Bogor

4 Tabel tersebut memperlihatkan bahwa nilai heritabilitas arti luas (H 2 bs) berkisar antara Nilai heritabilitas yang tinggi dimiliki oleh karakter tinggi tanaman, bobot biji per tanaman, dan bobot 100 butir. Berdasarkan hal tersebut, maka kegiatan seleksi akan lebih efektif dilakukan pada karakter tinggi tanaman. Pemilihan tinggi tanaman sebagai karakter seleksi berdasarkan bahwa karakter tersebut memiliki nilai heritabilitas yang tinggi, mudah diamati, murah, dan dapat lebih awal diamati. Nilai heritabilitas dapat diduga dengan berbagai macam metode, salah satunya adalah dengan menggunakan rancangan persilangan. Pada metode ini, kita memerlukan populasi P1, P2, F1. F2/F3, BCP1 dan BCP2. Populasi F1 merupakan turunan hasil persilangan antara P1 dan P2 atau resiprokalnya, populasi F2 merupakan populasi hasil selfing populasi F1, sementara populasi BCP1 dan BCP2 merupakan populasi hasil persilangan antara F1 dengan P1 atau antara F2 dengan P2 nya. Nilai heritabilitas berdasarkan komponen ragamnya dapat dibedakan menjadi heritabilitas arti luas (H2BS) dan heritabilitas arti sempit (H 2 NS). Nilai heritabilitas arti luas dapat dihitung dengan membandingkan nilai ragam genetic dengan ragam fenotipenya yang kemudian dikalikan dengan 100%, sedangkan nilai heritabilitas arti sempit dapat dihitung dengan membandingkan antara ragam aditif dengan ragam fenotipenya yang kemudian dikali dengan 100%. Karena menggunakan ragam aditif dalam perhitungannya, maka nilai heritabilitas arti sempit memiliki nilai yang lebih utama dibandingkan nilai heritabilitas arti luas. Ragam aditif sendiri dapat dicari dengan mengurangi 2 kali ragam fenotipe dengan jumlah ragam BCP1 dan BCP2. Berikut ini adalah rumus menghitung ragam dan heritablititas:

5 σ 2 g h 2 (BS) = x 100% σ 2 p dimana : σ 2 p = σ 2 F2 σ 2 p : ragam fenotipe σ 2 p1 + σ 2 p2 + σ 2 F1 σ 2 E = σ 2 g = σ 2 p - σ 2 E σ 2 E : ragam lingkungan σ 2 g : ragam genotipe 2 σ 2 F2 (σ 2 B1 + σ 2 B2) h 2 (NS) = x 100% σ 2 F2 Korelasi Korelasi adalah derajat hubungan antara suatu variable (karakter) dengan variabel lainnya. Nilai korelasi seringkali sangat membantu dalam kegiatan pemuliaan tanaman, khususnya dalam kegiatan seleksi. Dengan mengetahui nilai korelasi suatu karakter dengan karakter lainnya, kita dapat mengetahui hubungan antar karakter tersebut. Berikut adalah rumus menghitung korelasi: r = n X Y ( X )( Y ) i i n X i ( X ) n Y i ( Y ) 2 i i i i Nilai korelasi sendiri berkisar dari -1 sampai 1. Nilai korelasi yang mendekati -1 atau 1 menunjukan hubungan yang sangat erat antar karakter-karakter tersebut, sementara jika nilai korelasi mendekati angka 0 maka menunjukan hubungan yang tidak erat antar karakter tersebut. Simbol negative dan positif pada nilai korelasi menunjukkan arah hubungan antar karakter. Hubungan yang negative disimbolkan dengan (-), sedangkan hubungan yang positif disimbolkan dengan (+).

6 Tabel nilai korelasi beberapa karakter kedelai hitam TT JCP JBP JPB JPH JPT BBT B100 TT 1 JCP JBP JPB JPH JPT BBT B Tabel diatas menunjukan bahwa karakter tinggi tanaman, jumlah polong bernas, jumlah polong hampa, jumlah polong total dan bobot 100 butir memiliki nilai korelasi yang tinggi. Semua karakter tersebut memiliki hubungan yang erat dengan bobot biji per tanaman dan memiliki arah hubungan yang positif kecuali karakter jumlah poong hampa. Semakin besat tinggi tanaman, jumlah polong bernas, jumlah polong total dan bobot 100 butir, maka bobot biji per tananaman akan semakin besar juga. Sedangkan semakin kecil jumlah polong hampa, maka semakin besar juga nilai bobot biji per tanaman. Berdasarkan informasi di atas dan infornmasi nilai heritabilitas, maka seleksi untuk mendapat calon varietas kedelai dengan potensi hasil tinggi dapat dilakukan dengan karakter tinggi tanaman. Hal ini karena karakter tinggi tanaman selain memiliki hubungan yang erat dengan karakter bobot biji per tanaman (nilai korelasi = 0.87) juga memiliki peluang yang besar untuk diwariskan kepada turunannya (H 2 bs = 0.81) Tujuan Terdapat beberapa tujuan yang ingin dicapai dari kegiatan pratikum ini, diantaranya adalah: 1. Meningkatkan kemampuan mahasiswa dalam menghitung beberapa parameter genetic dengan Microsoft Exel 2. Meningkatkan kemampuan mahasiswa untuk menentukan karakter seleksi dalam pemuliaan tanaman

7 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Kegiatan pratikum ini dilakukan pada minggu ke 5 pratikum pemuliaan tanaman. Pratikum ini dilaksanakan di Lab. Terpadu Agroekoteknologi, Universitas Trilogi. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam pratikum ini adalah pedoman menghitung beberapa parameter genetic. Alat utama yang digunakan pada pratikum ini adalah laptop. Diharapkan terdapat 1 laptop setiap kelompoknya. Prosedur Pelaksanaan Mahasiswa diminta melakukan analisis data untuk mendapatkan nilai beberapa parameter genetic dari berbagai karakter tanaman. Setelah itu, mahasiswa diminta untuk menentukan karakter seleksi yang paling sesuai untuk dilakukan. Laporan Tidak ada laporan dari pratikum ini. Namun, mahasiswa harus menjadi beberapa pertanyaan yang diberikan pada pratikum ini. Jawaban jawaban pertanyaan dikumpulkan langsung setelah pratikum selesai. Pertanyaan dan Tugas 1. Seorang pemuliaan tanaman memiliki permasalahan dimana varietas kedelai yang ia miliki (kedelai trilogy-1) tidak tahan terhadap kekeringan. Varietas tersebut sebanarnya memiliki produktivitas yang tinggi namun sayangnya tidak tahan terhadap cekaman kekeringan. Akhirnya pemulia tersebut mengawinkan trilogy-1 dengan varietas trilogy- 20. Varietas kedelai trilogy-20 memang tidak memiliki produktivitas yang tinggi, namun iya sangat baik ditanam di daerah yang kering. Setelah melakukan persilangan, sang pemulia pun mendapatkan tanaman F1. Sebagian tanaman F1 tersebut ia tanam kembali dan mendapatkan benih F2. Sudah kita ketahui bersama bahwa pada generasi F2 adalah timbulnya keragaman genetic paling tinggi. Oleh karenanya sang pemulia pun agak

8 kesulitan untuk melakukan seleksi terhadap tanaman-tanamannya. Dan akhirnya sang pemulia menaman beberapa populasi tanaman, yang terdiri dari populasi P1 (trilogy-1), P2 (trilogy-2), F1 (trilogy-1 x trilogy-20), F2, BCP1 (backcross tetua 1) dan BCP2 (backcross tetua 2). Setelah dilakukan pengamatan maka didapatkanlah data sebagai berikut (terlampir) Tugas..! a. Tentukan nilai ragam dan heritabilitas dari setiap karakter b. Tentukan nilai korelasi dari setiap karakter c. Tentukan kriteria seleksi yang paling sesuai menurut anda dan jelaskan Bobot biji per tanaman

9 Bobot biji per tanaman

10 Bobot biji per tanaman

11 Tinggi tanaman

12 Tinggi tanaman

13 Tinggi tanaman Jumlah polong

14 Jumlah polong

15 Jumlah polong

16 Jumlah polong Bobot 100 butir

17 Bobot 100 butir

18 Bobot 100 butir Jumlah buku produktif

19 Jumlah buku produktif

20 Jumlah buku produktif

21 Jumlah buku produktif