Abstrak Thesis Mochamad Syaiful Rijal Hasan G352090161 Mochamad Syaiful Rijal Hasan. Achmad Farajallah, dan Dyah Perwitasari. 2011. Polymorphism of fecundities genes (BMPR1B and BMP15) on Kacang, Samosir and Muara goats. Magister Science Thesis of Postgraduate Program, Bogor Agricultural University. ABSTRACT Several Indonesian local goats are prolific. Fecundity was controlled by fecundities genes such as Bone Morphogenetic Protein Reseptor 1B (BMPR1B), Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) and Growth Differentiation Factor 9 (GDF9). The present study aimed to identify the genetic diversity of fecundities genes (BMPR1B and BMP15) on three Indonesian local goats namely Kacang, Samosir, and Muara using PCR-RFLP and sequencing methods. The PCR-RFLP result showed that all sample of three Indonesian local goats are monomorphic. Verified result using sequencing determined BMPR1B substitution mutation G72T and substitution mutation G43A of BMP15. Both mutation was not related with restriction site. Furthermore, this research identify the genetic diversity of BMP15 exon 1 and exon 2 using sequencing methods. The sequencing result of exon1 was monomorphic among the three Indonesian local goats. There are three new mutant allele were found on exon 2. Two mutant allele of A325G and C398G were found on Kacang goats population. One mutant allele was C34T on Muara goats population. The population of Samosir goats have identically sequence of BMP15 exon 2. The phylogenetic tree based on coding sequence exon 2 showed that the three Indonesian local goats namely Kacang, Samosir, and Muara clustered with several local goats in the world. Moreover, the phylogenetic tree also revealed the genetic relationship of monoovulation and polyovulation animal group. page 1 / 9
Keyword : BMPR1B, BMP15, gene, PCR-RFLP, sequencing, Kacang, Samosir, Muara, goats RINGKASAN Indonesia memiliki potensi keanekaragaman hayati yang tinggi. Salah satunya adalah kambing lokal Indonesia. Beberapa kambing lokal Indonesia memiliki sifat unggul yaitu bersifat prolifik. Sifat ini dikendalikan oleh gen fekunditas antara lain Bone Morphogenetic Protein Reseptor 1B (BMPR1B), Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) dan Growth Differentiation Factor 9 (GDF9). Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi keragaman genetik gen fekunditas (BMPR1B dan BMP15) pada kambing Kacang, Samosir dan Muara dengan menggunakan metode PCR-RFLP dan Sekuensing. Gen BMPR1B atau activin-like kinase 6 (ALK 6) dikenal sebagai FecB. Gen BMPR1B terletak pada kromosom 6 yang diekspresikan oleh sel oosit dan sel granulosa. Mutasi pada FecB terjadi karena substitusi A746G pada cdna yang menyebabkan substitusi asam amino Q249R. Gen BMP15 atau GDF9B dikenal sebagai FecX terletak di kromosom X dan diekspresikan oleh sel oosit. Ada enam alel mutan yang sudah diketahui pada gen BMP15. Lima alel berupa mutasi titik (single substitution) yaitu FecXI (Inverdale), FecXH (Hanna), FecXB (Belclare), FecXG (Galway) dan FecXL (Lacaune) dan satu alel berupa mutasi delesi 17 pb yang disebut FecXR (Rasa Aragonesa). Mutasi pada gen BMPR1B diketahui dapat menyebabkan peningkatan sifat prolifik. Mutasi pada gen BMP15 dapat meningkatkan laju ovulasi dan litter size pada genotip heterozigot carrier, sedangkan pada genotip homozigot carrier dapat menyebabkan sifat steril. Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap yaitu pertama, PCR-RFLP gen BMPR1B dan BMP15, kemudian diverifikasi dengan metode sekuensing menggunakan primer yang sama. Kedua, sekuensing gen BMP15 ekson 1 dan 2. Penelitian pertama, hasil PCR-RFLP gen BMPR1B menggunakan enzim AvaII dan gen BMP15 menggunakan enzim HinfI menunjukkan bahwa semua sampel dari ketiga kambing lokal Indonesia yaitu kambing Kacang, Samosir dan Muara merupakan tipe liar. Ternak dengan genotip tipe liar bersifat non prolifik (Davis et al. 2002; Hanrahan et al. 2004). Hal ini tidak sesuai dengan fakta bahwa beberapa sampel yang diperoleh dari lapangan bersifat prolifik. Hasil ini mengindikasikan bahwa metode PCR-RFLP gen BMPR1B page 2 / 9
dan BMP15 tidak dapat dijadikan sebagai alat seleksi pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Hasil verifikasi dengan metode sekuensing menggunakan primer yang sama menunjukkan bahwa terjadi mutasi substitusi G72T pada gen BMPR1B dan mutasi substitusi G43A pada gen BMP15, namun kedua mutasi ini tidak berkaitan dengan situs restriksi. Penelitian kedua lebih difokuskan untuk mengidentifikasi keragaman genetik gen BMP15 daerah ekson 1 dan ekson 2 dengan metode sekuensing pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Hasil sekuensing ekson 1 menunjukkan bahwa kambing Kacang, Samosir dan Muara memiliki urutan nukleotida yang identik. Polimorfisme ditemukan pada daerah ekson 2. Populasi kambing Kacang memiliki dua jenis mutasi yaitu A325G dan C398G. Populasi kambing Muara menunjukkan satu mutasi yaitu C34T, sedangkan populasi kambing Samosir bersifat monomorf. Hasil analisis pohon filogeni berdasarkan coding sequence ekson 2 menunjukkan bahwa ketiga kambing lokal Indonesia berada dalam satu kelompok dengan kambing-kambing lokal di dunia. Pohon filogeni juga memperlihatkan hubungan kekerabatan kelompok hewan yang bersifat monoovulasi dengan kelompok hewan yang bersifat poliovulasi. Sifat prolifik memiliki dua sifat yaitu aditif dan pleitropik. Sifat prolifik bersifat aditif karena ada beberapa faktor yang ikut berperan dalam menentukan fenotip. Sifat prolifik dipengaruhi oleh kesuksesan proses reproduksi meliputi kualitas sperma dan ovum, kesuksesan fertilisasi, kesuksesan implantasi dan kelangsungan hidup embrio selama kebuntingan hingga pasca kelahiran. Sifat prolifik bersifat pleitropik yaitu ada beberapa gen yang mengendalikannya. Ada kemungkinan selain gen BMPR1B dan BMP15, ada beberapa gen lain yang mempengaruhi sifat prolifik pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Penelitian ini memberi gambaran awal keragaman genetik gen fekunditas (BMPR1B dan BMP15) pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Penelitian tentang gen lain yang berkaitan dengan sifat prolifik pada kambing lokal Indonesia perlu diteliti lebih lanjut. Upaya peningkatan manajemen pakan juga harus dilakukan untuk memaksimalkan potensi sifat prolifik dalam mengantisipasi terjadinya kematian dini embrio selama berada di dalam rahim. Mochamad Syaiful Rijal Hasan. Achmad Farajallah, dan Dyah Perwitasari. 2011. Polymorphism of fecundities genes (BMPR1B and BMP15) on Kacang, Samosir and Muara goats. Magister Science Thesis of Postgraduate Program, page 3 / 9
Bogor Agricultural University. ABSTRACT Several Indonesian local goats are prolific. Fecundity was controlled by fecundities genes such as Bone Morphogenetic Protein Reseptor 1B (BMPR1B), Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) and Growth Differentiation Factor 9 (GDF9). The present study aimed to identify the genetic diversity of fecundities genes (BMPR1B and BMP15) on three Indonesian local goats namely Kacang, Samosir, and Muara using PCR-RFLP and sequencing methods. The PCR-RFLP result showed that all sample of three Indonesian local goats are monomorphic. Verified result using sequencing determined BMPR1B substitution mutation G72T and substitution mutation G43A of BMP15. Both mutation was not related with restriction site. Furthermore, this research identify the genetic diversity of BMP15 exon 1 and exon 2 using sequencing methods. The sequencing result of exon1 was monomorphic among the three Indonesian local goats. There are three new mutant allele were found on exon 2. Two mutant allele of A325G and C398G were found on Kacang goats population. One mutant allele was C34T on Muara goats population. The population of Samosir goats have identically sequence of BMP15 exon 2. The phylogenetic tree based on coding sequence exon 2 showed that the three Indonesian local goats namely Kacang, Samosir, and Muara clustered with several local goats in the world. Moreover, the phylogenetic tree also revealed the genetic relationship of monoovulation and polyovulation animal group. Keyword : BMPR1B, BMP15, gene, PCR-RFLP, sequencing, Kacang, Samosir, Muara, goats RINGKASAN Indonesia memiliki potensi keanekaragaman hayati yang tinggi. Salah satunya adalah kambing lokal Indonesia. Beberapa kambing lokal Indonesia memiliki sifat unggul yaitu bersifat prolifik. Sifat ini dikendalikan oleh gen fekunditas antara lain Bone Morphogenetic Protein Reseptor 1B (BMPR1B), Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) dan Growth Differentiation Factor 9 (GDF9). Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi keragaman genetik gen fekunditas (BMPR1B dan BMP15) pada kambing Kacang, Samosir dan Muara dengan menggunakan metode PCR-RFLP dan Sekuensing. page 4 / 9
Gen BMPR1B atau activin-like kinase 6 (ALK 6) dikenal sebagai FecB. Gen BMPR1B terletak pada kromosom 6 yang diekspresikan oleh sel oosit dan sel granulosa. Mutasi pada FecB terjadi karena substitusi A746G pada cdna yang menyebabkan substitusi asam amino Q249R. Gen BMP15 atau GDF9B dikenal sebagai FecX terletak di kromosom X dan diekspresikan oleh sel oosit. Ada enam alel mutan yang sudah diketahui pada gen BMP15. Lima alel berupa mutasi titik (single substitution) yaitu FecXI (Inverdale), FecXH (Hanna), FecXB (Belclare), FecXG (Galway) dan FecXL (Lacaune) dan satu alel berupa mutasi delesi 17 pb yang disebut FecXR (Rasa Aragonesa). Mutasi pada gen BMPR1B diketahui dapat menyebabkan peningkatan sifat prolifik. Mutasi pada gen BMP15 dapat meningkatkan laju ovulasi dan litter size pada genotip heterozigot carrier, sedangkan pada genotip homozigot carrier dapat menyebabkan sifat steril. Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap yaitu pertama, PCR-RFLP gen BMPR1B dan BMP15, kemudian diverifikasi dengan metode sekuensing menggunakan primer yang sama. Kedua, sekuensing gen BMP15 ekson 1 dan 2. Penelitian pertama, hasil PCR-RFLP gen BMPR1B menggunakan enzim AvaII dan gen BMP15 menggunakan enzim HinfI menunjukkan bahwa semua sampel dari ketiga kambing lokal Indonesia yaitu kambing Kacang, Samosir dan Muara merupakan tipe liar. Ternak dengan genotip tipe liar bersifat non prolifik (Davis et al. 2002; Hanrahan et al. 2004). Hal ini tidak sesuai dengan fakta bahwa beberapa sampel yang diperoleh dari lapangan bersifat prolifik. Hasil ini mengindikasikan bahwa metode PCR-RFLP gen BMPR1B dan BMP15 tidak dapat dijadikan sebagai alat seleksi pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Hasil verifikasi dengan metode sekuensing menggunakan primer yang sama menunjukkan bahwa terjadi mutasi substitusi G72T pada gen BMPR1B dan mutasi substitusi G43A pada gen BMP15, namun kedua mutasi ini tidak berkaitan dengan situs restriksi. Penelitian kedua lebih difokuskan untuk mengidentifikasi keragaman genetik gen BMP15 daerah ekson 1 dan ekson 2 dengan metode sekuensing pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Hasil sekuensing ekson 1 menunjukkan bahwa kambing Kacang, Samosir dan Muara memiliki urutan nukleotida yang identik. Polimorfisme ditemukan pada daerah ekson 2. Populasi kambing Kacang memiliki dua jenis mutasi yaitu A325G dan C398G. Populasi kambing Muara menunjukkan satu mutasi yaitu C34T, sedangkan populasi kambing Samosir bersifat monomorf. Hasil analisis pohon filogeni berdasarkan coding sequence ekson 2 menunjukkan bahwa ketiga kambing lokal Indonesia berada dalam satu kelompok dengan kambing-kambing lokal di dunia. Pohon filogeni juga memperlihatkan hubungan kekerabatan kelompok hewan yang bersifat monoovulasi dengan kelompok hewan yang bersifat poliovulasi. page 5 / 9
Sifat prolifik memiliki dua sifat yaitu aditif dan pleitropik. Sifat prolifik bersifat aditif karena ada beberapa faktor yang ikut berperan dalam menentukan fenotip. Sifat prolifik dipengaruhi oleh kesuksesan proses reproduksi meliputi kualitas sperma dan ovum, kesuksesan fertilisasi, kesuksesan implantasi dan kelangsungan hidup embrio selama kebuntingan hingga pasca kelahiran. Sifat prolifik bersifat pleitropik yaitu ada beberapa gen yang mengendalikannya. Ada kemungkinan selain gen BMPR1B dan BMP15, ada beberapa gen lain yang mempengaruhi sifat prolifik pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Penelitian ini memberi gambaran awal keragaman genetik gen fekunditas (BMPR1B dan BMP15) pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Penelitian tentang gen lain yang berkaitan dengan sifat prolifik pada kambing lokal Indonesia perlu diteliti lebih lanjut. Upaya peningkatan manajemen pakan juga harus dilakukan untuk memaksimalkan potensi sifat prolifik dalam mengantisipasi terjadinya kematian dini embrio selama berada di dalam rahim. Mochamad Syaiful Rijal Hasan. Achmad Farajallah, dan Dyah Perwitasari. 2011. Polymorphism of fecundities genes (BMPR1B and BMP15) on Kacang, Samosir and Muara goats. Magister Science Thesis of Postgraduate Program, Bogor Agricultural University. ABSTRACT Several Indonesian local goats are prolific. Fecundity was controlled by fecundities genes such as Bone Morphogenetic Protein Reseptor 1B (BMPR1B), Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) and Growth Differentiation Factor 9 (GDF9). The present study aimed to identify the genetic diversity of fecundities genes (BMPR1B and BMP15) on three Indonesian local goats namely Kacang, Samosir, and Muara using PCR-RFLP and sequencing methods. The PCR-RFLP result showed that all sample of three Indonesian local goats are monomorphic. Verified result using sequencing determined BMPR1B substitution mutation G72T and substitution mutation G43A of BMP15. Both mutation was not related with restriction site. page 6 / 9
Furthermore, this research identify the genetic diversity of BMP15 exon 1 and exon 2 using sequencing methods. The sequencing result of exon1 was monomorphic among the three Indonesian local goats. There are three new mutant allele were found on exon 2. Two mutant allele of A325G and C398G were found on Kacang goats population. One mutant allele was C34T on Muara goats population. The population of Samosir goats have identically sequence of BMP15 exon 2. The phylogenetic tree based on coding sequence exon 2 showed that the three Indonesian local goats namely Kacang, Samosir, and Muara clustered with several local goats in the world. Moreover, the phylogenetic tree also revealed the genetic relationship of monoovulation and polyovulation animal group. Keyword : BMPR1B, BMP15, gene, PCR-RFLP, sequencing, Kacang, Samosir, Muara, goats RINGKASAN Indonesia memiliki potensi keanekaragaman hayati yang tinggi. Salah satunya adalah kambing lokal Indonesia. Beberapa kambing lokal Indonesia memiliki sifat unggul yaitu bersifat prolifik. Sifat ini dikendalikan oleh gen fekunditas antara lain Bone Morphogenetic Protein Reseptor 1B (BMPR1B), Bone Morphogenetic Protein 15 (BMP15) dan Growth Differentiation Factor 9 (GDF9). Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi keragaman genetik gen fekunditas (BMPR1B dan BMP15) pada kambing Kacang, Samosir dan Muara dengan menggunakan metode PCR-RFLP dan Sekuensing. Gen BMPR1B atau activin-like kinase 6 (ALK 6) dikenal sebagai FecB. Gen BMPR1B terletak pada kromosom 6 yang diekspresikan oleh sel oosit dan sel granulosa. Mutasi pada FecB terjadi karena substitusi A746G pada cdna yang menyebabkan substitusi asam amino Q249R. Gen BMP15 atau GDF9B dikenal sebagai FecX terletak di kromosom X dan diekspresikan oleh sel oosit. Ada enam alel mutan yang sudah diketahui pada gen BMP15. Lima alel berupa mutasi titik (single substitution) yaitu FecXI (Inverdale), FecXH (Hanna), FecXB (Belclare), FecXG (Galway) dan FecXL page 7 / 9
(Lacaune) dan satu alel berupa mutasi delesi 17 pb yang disebut FecXR (Rasa Aragonesa). Mutasi pada gen BMPR1B diketahui dapat menyebabkan peningkatan sifat prolifik. Mutasi pada gen BMP15 dapat meningkatkan laju ovulasi dan litter size pada genotip heterozigot carrier, sedangkan pada genotip homozigot carrier dapat menyebabkan sifat steril. Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap yaitu pertama, PCR-RFLP gen BMPR1B dan BMP15, kemudian diverifikasi dengan metode sekuensing menggunakan primer yang sama. Kedua, sekuensing gen BMP15 ekson 1 dan 2. Penelitian pertama, hasil PCR-RFLP gen BMPR1B menggunakan enzim AvaII dan gen BMP15 menggunakan enzim HinfI menunjukkan bahwa semua sampel dari ketiga kambing lokal Indonesia yaitu kambing Kacang, Samosir dan Muara merupakan tipe liar. Ternak dengan genotip tipe liar bersifat non prolifik (Davis et al. 2002; Hanrahan et al. 2004). Hal ini tidak sesuai dengan fakta bahwa beberapa sampel yang diperoleh dari lapangan bersifat prolifik. Hasil ini mengindikasikan bahwa metode PCR-RFLP gen BMPR1B dan BMP15 tidak dapat dijadikan sebagai alat seleksi pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Hasil verifikasi dengan metode sekuensing menggunakan primer yang sama menunjukkan bahwa terjadi mutasi substitusi G72T pada gen BMPR1B dan mutasi substitusi G43A pada gen BMP15, namun kedua mutasi ini tidak berkaitan dengan situs restriksi. Penelitian kedua lebih difokuskan untuk mengidentifikasi keragaman genetik gen BMP15 daerah ekson 1 dan ekson 2 dengan metode sekuensing pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Hasil sekuensing ekson 1 menunjukkan bahwa kambing Kacang, Samosir dan Muara memiliki urutan nukleotida yang identik. Polimorfisme ditemukan pada daerah ekson 2. Populasi kambing Kacang memiliki dua jenis mutasi yaitu A325G dan C398G. Populasi kambing Muara menunjukkan satu mutasi yaitu C34T, sedangkan populasi kambing Samosir bersifat monomorf. Hasil analisis pohon filogeni berdasarkan coding sequence ekson 2 menunjukkan bahwa ketiga kambing lokal Indonesia berada dalam satu kelompok dengan kambing-kambing lokal di dunia. Pohon filogeni juga memperlihatkan hubungan kekerabatan kelompok hewan yang bersifat monoovulasi dengan kelompok hewan yang bersifat poliovulasi. Sifat prolifik memiliki dua sifat yaitu aditif dan pleitropik. Sifat prolifik bersifat aditif karena ada beberapa faktor yang ikut berperan dalam menentukan fenotip. Sifat prolifik dipengaruhi oleh kesuksesan proses reproduksi meliputi kualitas sperma dan ovum, kesuksesan fertilisasi, kesuksesan implantasi dan kelangsungan hidup embrio selama kebuntingan hingga pasca kelahiran. Sifat prolifik bersifat pleitropik yaitu ada beberapa gen yang mengendalikannya. Ada kemungkinan selain gen page 8 / 9
BMPR1B dan BMP15, ada beberapa gen lain yang mempengaruhi sifat prolifik pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Penelitian ini memberi gambaran awal keragaman genetik gen fekunditas (BMPR1B dan BMP15) pada kambing Kacang, Samosir dan Muara. Penelitian tentang gen lain yang berkaitan dengan sifat prolifik pada kambing lokal Indonesia perlu diteliti lebih lanjut. Upaya peningkatan manajemen pakan juga harus dilakukan untuk memaksimalkan potensi sifat prolifik dalam mengantisipasi terjadinya kematian dini embrio selama berada di dalam rahim. page 9 / 9