Aplikasi DNA Barcode pada Penentuan Spesies Ikan Danau Laut Tawar, Nangroe Aceh Darussalam

 

APLIKASI DNA BARCODE PADA PENENTUAN SPESIES
IKAN DANAU LAUT TAWAR, NANGGROE ACEH
DARUSSALAM

YANTI ARIYANTI

DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

 

ABSTRAK
YANTI ARIYANTI. Aplikasi DNA Barcode pada Penentuan Spesies Ikan Danau Laut Tawar,
Nanggroe Aceh Darussalam. Dibimbing oleh ACHMAD FARAJALLAH dan R.R. DYAH
PERWITASARI. Danau Laut Tawar merupakan danau purba yang terisolasi tanpa inlet dan outlet
sungai dengan laut sehingga mempengaruhi asal-usul spesies ikan yang saat ini beragam di danau

tersebut. Kesalahan identifikasi morfologi dapat disebabkan oleh fenomena cryptic species
maupun siblings species. Fenomena tersebut dapat menyebabkan masalah sinonim yaitu terdapat
nama ganda pada satu spesies yang sama atau sebaliknya. Penelitian ini menerapkan teknik DNA
barcode dengan analisis perbedaan nukleotida dan jarak genetik untuk penentuan spesies beberapa
spesies ikan air tawar yang terdapat di Danau Laut Tawar. Tujuh sampel berhasil diidentifikasi
dengan baik secara morfologi, Ketujuh sampel tersebut terdiri atas lima spesies yang termasuk ke
dalam empat famili. Setelah dilakukan barcode secara molekuler menggunakan gen COI, maka
dapat dipastikan hanya terdapat empat spesies yaitu Channa gachua, Xiphoporus helleri,
Oreochromis sp. KM 2006, Trichopsis vittata. Satu spesies yang pada identifikasi morfologi
diduga Poecilia latipinna, dapat dipastikan Xiphoporus helleri.
Kata kunci : Ikan, Air tawar, Danau Laut Tawar, DNA barcode, penentuan spesies

ABSTRACT
YANTI ARIYANTI. DNA Barcode Application for Fish Species Determination of Lake Laut
Tawar, Nanggroe Aceh Darussalam. Supervised by ACHMAD FARAJALLAH and R.R. DYAH
PERWITASARI. Lake Laut Tawar is an isolated ancient lake without inlet and outlet streams that
affect the origin of fish species. Morphological identification errors occured due to the
phenomenon of cryptic or siblings species. Both of them could cause problems on synonym that
are multiple names on one species or vice versa. This study applied the DNA barcoding technique
with nucleotides differences and genetic distance for determining some species of freshwater

fishes that found in Lake Laut Tawar. Seven samples were morphologically identified as five
species which were included in four families. Based on COI gene analyses, those five species have
been successfully identified into four species: Channa gachua, Xiphoporus helleri, Oreochromis
sp. KM 2006, and Trichopsis vittata. One species that had been expected as Poecilia latipinna,
turns out to be Xiphoporus helleri.
Key word : Fish, Fresh water, Lake Laut Tawar, DNA barcode, determination of certain species

 

APLIKASI DNA BARCODE PADA PENENTUAN SPESIES IKAN DANAU
LAUT TAWAR, NANGGROE ACEH DARUSSALAM

YANTI ARIYANTI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Biologi

DEPARTEMEN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012

 

Judul Skripsi : Aplikasi DNA Barcode pada Penentuan Spesies Ikan Danau Laut
Tawar, Nangroe Aceh Darussalam.
Nama
: Yanti Ariyanti
NIM
: G34080045

Disetujui

Dr. Ir. Achmad Farajallah, M.Si
Pembimbing I

Dr. Ir. R.R. Dyah Perwitasari, M.Sc

Pembimbing II

Diketahui

Dr. Ir. Ence Darmo Jaya Supena, M.Si.
Ketua Departemen Biologi

Tanggal lulus:

v 
 

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya
sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Aplikasi DNA Barcode pada Penentuan
Spesies Ikan dari Danau Laut Tawar, Nanggroe Aceh Darussalam. Penelitian dilaksanakan mulai
bulan Februari hingga April 2012 di laboratorium zoologi bagian Fungsi Hayati dan Perilaku
Hewan, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Achmad Farajallah, M.Si dan Dr. Ir. R.R. Dyah

Perwitasari, M.Sc selaku pembimbing, yang telah memberikan ilmu, pengarahan dan
bimbingannya kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Ria
Ibrahim M.Si dari Jurusan Budidaya Perairan, Fakultas Pertanian, Universitas Gajah Putih, Aceh
Tengah, selaku kolektor sampel dalam penelitian ini, serta kepada Dr. Nunik Sri Ariyanti, M.Si.
selaku penguji yang telah memberikan saran dan kritik dalam penyusunan skripsi ini. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada keluarga tercinta terutama apa (Ridwan Hermawan) dan
mamah (Aam Sutiamah) atas segala doa, kasih sayang, dan dukungannya yang tiada henti. Penulis
juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh keluarga besar zoologi (Mba Tini, Mba Kanthi,
Kak Sarah Nila, Ibu Taruni, Mba Ani, Pak Adi, Mas Wildan, Mba Dea, Kak Upi, Kak Eni, Kak
Gina, Esa, Shinta, Ammar, Agus Heryanto, Puspa, Traya, dan Tami) yang telah berbagi ilmu serta
segala dukungannya, kepada sahabat seperjuangan (Liliani Isna Devi, Delfi Riana, Akhmad
Nasokha, Dalfit, Agus Supriadi, dan Adit) atas segala bantuan, nasehat, dan semangat yang selalu
diberikan selama penelitian, dan kepada teman di Wisma Andaleb I (Silva Dwika M, Riska, dan
seluruh Andalebers), UKM LISES Gentra Kaheman IPB serta kepada teman-teman seperjuangan
Biologi angkatan 45 khususnya Prima Novitasari, Galuh Permata Sari dan ALGA (Aldi, Abdi,
Raka, dan Hafiz) atas persahabatan, keceriaan, dan segala dukungan yang telah mereka berikan
kepada penulis.
Karya ilmiah ini hanya sebagai persembahan kecil dalam peristiwa kehidupan berharga
penulis, semoga bermanfaat dan menambah khasanah ilmu pengetahuan kita semua.

Bogor, September 2012

Yanti Ariyanti

vi 
 

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ciamis pada tanggal 2 Maret 1990, merupakan anak semata wayang dari
Bapak Ridwan Hermawan dan Ibu Aam Sutiamah.
Penulis lulus dari SMAN 1 Ciamis pada tahun 2008. Pada tahun yang sama penulis diterima di
IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada departemen Biologi, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama studi penulis aktif di berbagai organisasi mahasiswa. Tahun 2009 sebagai staf
Paguyuban Mahasiswa Biologi (Pamabi) Himpunan Mahasiswa Biologi IPB, tahun 2010 sebagai
sekretaris umum Unit Kegiatan Mahasiswa LISES Gentra Kaheman serta terlibat dalam beberapa
kepanitiaan kegiatan kampus seperti IPB Art Contest, Pesta Sains, Biologi Interaktif, dan Masa
Perkenalan Departemen. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Biologi Dasar Tingkat
Persiapan Bersama, Botani Umum, dan Struktur Hewan. Penulis telah melakukan praktik lapangan
pada bulan Juli 2011 di tempat Konservasi Penyu Kelompok Pelestari Biota Laut (KPBL) Pantai

Batu Hiu, Ciamis, Jawa Barat. Selama studi penulis juga menerima beasiswa Peningkatan Prestasi
Akademik (PPA).

vii

 

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .............................................................................................................................viii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................................viii
DAFTAR LAMPIRAN .....................................................................................................................viii
PENDAHULUAN ............................................................................................................................... 1
Latar Belakang........................................................................................................................ 1
Tujuan ..................................................................................................................................... 1
BAHAN DAN METODE ................................................................................................................... 1
Bahan ...................................................................................................................................... 1
Sortir dan Identifikasi Sampel ................................................................................................ 1
Ekstraksi dan Isolasi DNA...................................................................................................... 1
Amplifikasi dan Visualisasi Fragmen DNA ........................................................................... 1

Perunutan Amplikon dan Analisis DNA ................................................................................ 2
HASIL ................................................................................................................................................ 2
Sortir dan Identifikasi Sampel ................................................................................................ 2
Amplifikasi dan Visualisasi DNA .......................................................................................... 3
Analisis DNA dan Filogeni .................................................................................................... 3
PEMBAHASAN ................................................................................................................................. 5
SIMPULAN ........................................................................................................................................ 6
SARAN ............................................................................................................................................... 6
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................................... 7
LAMPIRAN ........................................................................................................................................ 8

viii

 

DAFTAR TABEL
Halaman
1 Tabel 1 Hasil identifikasi morfologi spesimen ikan .......................................................................... 2
2 Tabel 2 Hasil identifikasi morfologi dan barcode ............................................................................. 3
3 Tabel 3 Jumlah perbedaan nukleotida dan jarak genetik gen COI antar spesies ............................... 4

DAFTAR GAMBAR
1 Gambar 1 Produk PCR berupa pita tunggal yang diuji dengan menggunakan polyacrilamide gel
electrophoresis (PAGE) 6% .............................................................................................................. 3
2 Gambar 2 Hasil rekonstruksi pohon filogeni pengelompokan sampel berdasarkan ruas COI
mtDNA menggunakan metode NJ dengan bootstrap 1000x ............................................................ 4

DAFTAR LAMPIRAN
1 Lampiran 1 Gambar spesimen ikan yang disortir dan diidentifikasi secara morfologi dan barcode. 9
2 Lampiran 2 Ekstraksi dan isolasi DNA dengan metode GeneAid .................................................. 10
3 Lampiran 3 Hasil Visualisasi fragmen DNA (penyajian produk PCR) ........................................... 11
4 Lampiran 4 Hasil pensejajaran tujuh runutan DNA sampel dengan referensi GenBank sepanjang
605 nt .............................................................................................................................................. 12

1

 

PENDAHULUAN
Latar Belakang

Indonesia memiliki kekayaan spesies
ikan yang sangat tinggi. Diperkirakan 8500
spesies ikan hidup di perairan Indonesia
bagian barat dan merupakan 45% dari jumlah
spesies global di dunia (Budiman et al. 2002).
Kottelat et al. (1993) mencatat 272 spesies
ikan air tawar di Sumatera dan 30 spesies
termasuk
ikan
endemik.
Menurut
Wargasasmita (2002), dari 589 spesies ikan
air tawar yang tercatat sebagai penghuni
ekosistem perairan tawar Sumatera, 58 spesies
termasuk kelompok ikan endemik. Tempattempat yang kaya akan ikan air tawar meliputi
sungai baik di dataran tinggi maupun dataran
rendah, rawa gambut dan danau termasuk
Danau Laut Tawar yang menjadi tempat asal
pengambilan sampel dalam penelitian ini.
Danau Laut Tawar merupakan danau

kaldera purba yang terbentuk dari proses
vulkanik (Muchlisin et al. 2010). Secara
astronomis Danau Laut Tawar berada pada
4050’ LU dan 96050’ BT, terletak pada elevasi
1230 m di atas permukaan laut dan merupakan
danau terbesar di Provinsi Nanggroe Aceh
Darussalam. Merujuk letak dan proses
pembentukan, Danau Laut Tawar merupakan
danau purba yang terisolasi tanpa inlet dan
outlet sungai dengan laut sehingga
mempengaruhi asal-usul spesies ikan yang
saat ini beragam di danau tersebut. Pesatnya
perkembangan taksonomi ikan dari Indonesia
bagian Barat dan Sulawesi meyebabkan
pertambahan hampir dua kali lipat spesies
ikan spesies baru pada kurun waktu 19932002. Namun hal tersebut tidak terlepas dari
kemungkinan kesalahan peneliti yang
mengidentifikasi spesies secara morfologi
saja. Kesalahan identifikasi dapat disebabkan
oleh fenomena cryptic species maupun
siblings species. Kedua fenomena tersebut
dapat menyebabkan masalah sinonim yaitu
terdapat nama ganda pada satu spesies yang
sama atau sebaliknya (Bickford et al. 2006).
Penggunaan
DNA
mitokondria
(mtDNA) dalam analisis biogeografi dan
sistematik pada hewan sering tidak sejalan
dengan analisis morfologi. Salah satu
penyebabnya yaitu karakter morfologi
seringkali memperlihatkan fenomena species
cryptic. Teknik DNA barcoding dapat
menyediakan sebuah “barkode biologi” dari
urutan pendek DNA yang distandardisasi
untuk mengenali suatu spesies (Hajibabaei et
al. 2006). Ide penggunaan barcoding
ditujukan untuk membedakan spesies dan

mengidentifikasi spesimen yang sulit dikenali,
seperti fase larva, potongan organ maupun
material yang mengalami pemrosesan, dengan
menggunakan sekuens gen yang cukup
pendek (Hebert et al. 2003). Gen sitokrom
oksidase subunit 1 yang dikenal sebagai COI,
merupakan salah satu gen dalam genom
mitokondria (mtDNA) yang sekuennya biasa
digunakan sebagai barcode. Perkembangan
literatur tentang barcode DNA menunjukkan
bahwa sebuah fragmen pendek COI dapat
digunakan sebagai penanda variasi yang
secara akurat dapat mengidentifikasi berbagai
macam hewan sampai tingkat spesies (Waugh
2007).
Tahun 2005, perikanan dipilih sebagai
target utama untuk cakupan barcode dunia
terkait kepentingan sosial ekonomi, sehingga
saat ini lebih dari 5000 spesies telah berhasil
diidentifikasi (Wong & Hanner 2008). Hal ini
mencakup baik ikan air tawar (Hubert et al.
2008) maupun ikan laut (Rock et al. 2008)
sehingga teknik DNA barcoding memainkan
peranan penting sebagai alat bantu taksonomi
untuk mengungkap secara genetik spesies
yang berbeda dan terpisah secara cepat dan
akurat.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi dan memastikan spesies ikan yang
berasal dari Danau Laut Tawar dengan
mengaplikasikan teknik DNA barcoding.

BAHAN DAN METODE
Bahan
Sampel ikan merupakan koleksi Ibu Ria
Ibrahim, M.Si yang diambil dari Danau Laut
Tawar, Takengon, Aceh Tengah. Sampel telah
dipreservasi dalam etanol 70% dan EDTA 10
mM.
Sortir dan Identifikasi Sampel
Sampel disortir kemudian diidentifikasi
dengan menggunakan kunci identifikasi
Kottelat (1993).
Ekstraksi dan Isolasi DNA
Sampel jaringan yang digunakan sebagai
sumber DNA adalah jaringan otot dari bagian
tubuh dorsal (epaxial muscle). Proses
pencucian alkohol pengawet dilakukan
dengan cara merendam sekitar 50 mg
potongan otot dalam aquades steril, kemudian
dihomogenasi dalam bufer STE (NaCl 1M,
Tris-HCL 10mM, EDTA 0.1mM, pH 8).
Jaringan otot dihancurkan kemudian dilisis

2 
 
menggunakan proteinase K 0,125 mg/ml dan
sodium dodesil sulfat 1%. Pemisahan dan
pemurnian DNA dari bahan organik lain
selanjutnya mengikuti petunjuk kit ekstraksi
Genomic DNA mini kit for animal tissue
(Geneaid Biotech Ltd) (Lampiran 2).
Amplifikasi dan Visualisasi Fragmen DNA
Amplifikasi ruas gen COI DNA
mitokondria dilakukan menggunakan primer
universal gen COI pada ikan (http://ibol.org)
yaitu primer forward AF282 (5’-TCTACCAA
CCACAAAGACATCGG-3’) dan primer
reverse AF283 (5’-TACTTCTGGGTGTCCR
AAGAATCA-3’). Reaksi PCR dilakukan
dalam volume 25 μL yang mengandung
Buffer
Thermophol,
0.25
mM,
deoxynucleotide triphosphate (dNTPs), 2.0
mM MgCl2, 1 µL masing-masing primer, dan
0.5 unit RBC Taq Polimerase Mastermix.
Reaksi PCR dilakukan dengan kondisi
predenaturasi pada suhu 94oC selama 5 menit,
kemudian dilanjutkan 30 siklus yang terdiri
atas denaturasi suhu 94oC selama 1 menit,
penempelan primer suhu 55oC selama 1,5
menit, pemanjangan 72oC selama 2 menit dan
diakhiri pemanjangan akhir suhu 72oC selama
5 menit.
Keberhasilan PCR diamati menggunakan
metode polyacrilamide gel electrophoresis
(PAGE) 6% yang dijalankan pada tegangan
200 V selama 50 menit yang dilanjutkan
dengan pewarnaan sensitif perak (Lampiran 3)
(Byun et al. 2009).
Perunutan Amplikon dan Analisis DNA
Cetakan yang dijadikan PCR for
sequencing merupakan amplikon dengan
kualitas pita tunggal menggunakan metode
big dye terminator dan primer yang sama
dengan amplifikasi awal. Hasil perunutan
nukleotida diedit secara manual berdasarkan
kromatogram kemudian dijadikan input dalam
pencarian kesamaan gen menggunakan
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/).
Runutan nukleotida semua sampel dan
yang homolog hasil BLAST saling
disejajarkan menggunakan Clustal W versi 2.0
yang terdapat dalam program MEGA versi
5.00 (Tamura et al. 2011). Analisis keragam
nukleotida dilakukan untuk menentukan
spesies menggunakan model Number of
differences
dan
analisis
filogenetik
menggunakan metode Neighbor Joining
berdasarkan model subtitusi Kimura-2parameter.

HASIL
Sortir dan Identifikasi Sampel
Sortir dilakukan pada sekumpulan ikan
dengan berbagai fase dan ukuran dari Danau
Laut Tawar. Penyortiran kasar dilakukan
berdasarkan
perbedaan
penampakan
morfologi luar yang meliputi bentuk tubuh
dan ciri-ciri spesifik yang dimiliki spesimen
seperti bentuk sirip, garis-garis melintang
pada tubuh, serta pola warna sehingga
diperoleh 17 variasi morfologi (Lampiran 1).
Setiap variasi morfologi diambil dua kali
ulangan untuk dilakukan barcode secara
molekuler. Sebanyak 20 sampel berhasil
diamplifikasi dan menghasilkan pita tunggal
saat visualisasi pada gel akrilamid 6%. Namun
hanya terdapat tujuh sampel yang ukuran pita
DNA nya sesuai target (600-700 pb). Tujuh
sampel yang berhasil diamplifikasi dan
menghasilkan pita DNA sesuai target (600700 pb) kemudian diidentifikasi lebih lanjut
secara
morfologi
berdasarkan
kunci
identifikasi Kottelat et al. (1993). Hasil
identifikasi morfologi terdiri atas empat famili
dan lima spesies (Tabel 1)
Tabel 1 Hasil identifikasi morfologi spesimen
ikan
Sampel
5a
8a
8b
12b
13b
14a
14b

Identifikasi morfologi
Channa striata
Xiphoporus helleri
Xiphoporus helleri
Poecilia latipinna
Oreochromis niloticus
Trichopsis vittata
Trichopsis vittata

Famili
Channidae
Poeciliidae
Poeciliidae
Poeciliidae
Cichlidae
Belontiidae
Belontiidae

Channa striata memiliki ciri sisi badan
mempunyai pita warna berbentuk