BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman pangan penting dan utama di Indonesia dan beberapa negara lainnya. Kebutuhan akan beras untuk memenuhi kebutuhan pangan penduduk selalu meningkat dari tahun ke tahun. Terdapat beberapa jenis beras yaitu beras putih dan beras yang memiliki pigmen warna yaitu beras merah dan beras hitam (Lee, 2010). Padi hitam merupakan varietas lokal yang mengandung pigmen, berbeda dengan padi putih atau padi warna lain (Suardi et al., 2009). Padi hitam umumnya mempunyai kadar antosianin sehingga mempunyai bulir berwarna ungu. Semakin tinggi kadar antosianin maka warna ungu pada bulir beras akan semakin pekat hingga menjadi warna kehitaman (Suliartini et al., 2011). Beras hitam memiliki kandungan beta karoten dan antosianin sebesar 804,16 mg/100 g dan 393,93 ppm (Krisamtini dan Heni, 2010a). Setiap tanaman memerlukan kondisi lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Kondisi lingkungan tempat tanaman berada dalam batas toleransi tanaman tersebut, tetapi seringkali tanaman mengalami perubahan lingkungan yang dapat menyebabkan menurunnya produktivitas dan bahkan kematian tanaman. Hal ini menunjukkan bahwa setiap tanaman memiliki faktor pembatas dan daya toleransi terhadap lingkungan (Purwadi, 2011). 1
2 Cekaman lingkungan adalah kondisi lingkungan yang memberikan tekanan pada tanaman dan mengakibatkan respon tanaman terhadap faktor lingkungan tertentu lebih rendah daripada respon optimumnya pada kondisi normal. Cekaman lingkungan dapat berupa faktor abiotik dan faktor biotik. Faktor abiotik dapat berupa cahaya, air, suhu dan zat hara dalam tanah, sedangkan yang termasuk faktor biotik ialah herbivora, parasit atau patogen dan predator (Mahmuddin, 2009). Penyakit hawar daun merupakan cekaman tumbuhan faktor biotik utama pada padi di Indonesia dan di negara - negara penghasil padi lainnya di Asia yang disebabkan oleh Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) (Suryadi, 2008). Penyakit hawar daun bakteri (HDB) tercatat sebagai salah satu faktor pembatas upaya peningkatan produksi padi (Pascuzzi, 2007), menurunkan hasil padi 30-40% (Kadir et al., 2007) dan menurunkan mutu beras yang dihasilkan (Wibowo, 2002). Pada tanaman padi terdapat senyawa kimia primer (protein, lemak dan karbohidrat) dan senyawa sekunder (asam organik, mineral dan senyawa fenolik) berperan penting dalam sistem pertahanan tanaman terhadap infeksi pathogen atau hama (Kumar dan Sudhar, 1985). Proteomik mempunyai peranan penting pada fungsi genomik padi dan digunakan untuk mengkaji respon faktor lingkungan seperti hormon giberelin, JA dan auxin (Yang dan Komatsu, 2004) serta untuk mengetahui langsung protein target yang berperan dalam respon pertahanan (Konishi et al., 2001). Sifat dinamis pada proteome mampu melihat perubahan ekspresi protein selama siklus sel. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa rangsangan intraseluler dan
3 ekstraseluler seperti suhu, stres serta sinyal apoptosis (Godovac, 2001). Sehingga dapat menganalisis perbandingan ekspresi pola protein pada sel abnormal dan sel normal (Banks et al., 2000). Dalam aplikasi pertanian, proteomik dapat memudahkan identifikasi protein dalam penekanan dan perlawanan terhadap patogen sehingga dapat memudahkan perbaikan jaringan dari tanaman yang terkena patogen (Kim, 2004). Shah dan Klessing (1999) menyatakan bahwa pada tanaman padi terdapat Patogenesis Related Protein (PR protein) yang berperan dalam meningkatkan ketahanan terhadap Xoo. Ekspresi pertahanan pada tanaman dijumpai dengan munculnya PR Protein dengan berat molekul 17,64 kda dan juga dari beberapa defense related enzyme yaitu PAL untuk LOX (Sayari et al., 2014). Kagale et al., (2004) melaporkan bahwa pada tanaman yang terkena infeksi Xoo mengalami peningkatan aktivitas kitinase, peroksidase, polypehol oksidase, b-1,3-glukanase dan PAL. Kim et al., (2007), meneliti keterlibatan lima gen yang menyandi enzim dalam biosintesis antosianin yaitu PAL, kalkon sintase (CHS), flavanon 3β - hidroksilase (F3H), dihidroflavonol 4-reduktase (DFR), dan antosianidin sintase (ANS). Fenilalanin ammonia liase (PAL) adalah enzim yang diinduksi pada jalur fenilpropanoid dalam biosintesis berbagai produk alami fenilpropanoid seperti lignin, pigmen, flavonoid, dan fitoaleksin. Senyawa biologis aktif yang berada dalam tanaman bertindak sebagai elisitor yaitu untuk menginduksi resistensi pada tanaman inang sehingga dapat mengurangi penyebaran dan pelebaran infeksi (Vidhyasekaran, 1992). Aktivitas PAL dipengaruhi oleh respon biotik dan abiotik
4 termasuk serangan patogen, jaringan yang terluka, radiasi UV, paparan logam berat, suhu rendah, dan rendahnya tingkat nitrogen, fosfat, atau ion (Dixon dan Paiva, 1995). Aktivitas PAL merupakan respon stres yang bisa dijadikan kontrol regulasi. Kontrol aktivitas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu penghambatan produk, regulasi transkripsi dan translasi, post translational inaktivasi dan proteolisis, enzim/kompartemensi subselular, dan regulasi umpan balik metabolit (Adomas et al., 2007). Saat ini diketahui berbagai varietas padi hitam dengan kandungan antosianin yang bervariasi. Beberapa tanaman padi hitam yang mempunyai kadar antosianin tinggi yaitu cempo ireng 428,39 mg/100 g, pari ireng 230,48 mg/100 g, padi hitam magelang 196,34 mg/100 g. Sedangkan varietas padi hitam yang mempunyai kadar antosianin rendah adalah melik 100,06 mg/100 g, jlitheng 53,22 mg/100 g, dan padi hitam bantul 90,22 mg/100 g (Kristamtini, 2014). Dengan perbedaan kadar antosianin pada berbagai varietas menarik digunakan untuk menganalisis perbedaan pathway dalam mekanisme pertahanan tanaman yang terinfeksi bakteri Xoo. Pada saat ini studi mengenai mekanisme pertahanan padi hitam terhadap patogen belum diketahui dalam literatur sehingga pada penelitian ini dirancang untuk mengetahui mekanisme jalur pertahanan pada berbagai variasi padi hitam yang terserang penyakit hawar daun bakteri.
5 B. Permasalahan Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka permasalahan yang dapat diangkat dalam penelitian ini antara lain: 1. Bagaimanakah tingkat ketahanan padi hitam setelah infeksi Xoo? 2. Bagaimanakah aktivitas enzim Phenilalanine Ammonia Lyase pada padi hitam setelah infeksi Xoo? 3. Bagaimanakah profil protein padi hitam (Oryza sativa L.) setelah infeksi Xoo? C. Tujuan Berdasarkan permasalahan yang diajukan, maka tujuan dilakukannya penelitian yaitu: 1. Menganalisis tingkat ketahanan padi hitam setelah infeksi Xoo. 2. Menganalisis aktivitas enzim Phenilalanine Ammonia Lyase pada padi hitam setelah infeksi Xoo. 3. Mengetahui profil protein padi hitam (Oryza sativa L.) setelah infeksi Xoo dengan menganalisis berat molekul protein.
6 D. Manfaat Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini meliputi: 1. Memberikan informasi mengenai tingkat ketahanan padi hitam terhadap infeksi Xoo dengan menggunakan AUDPC. 2. Memberikan informasi mengenai aktivitas enzim Phenilalanine Ammonia Lyase setelah infeksi Xoo pada padi hitam sebagai pertahanan suatu tanaman terhadap infeksi. 3. Memberikan informasi mengenai profil protein pada padi hitam setelah infeksi Xoo.