Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium tumefaciens
TRANSFORMASI GENETIK PADI (Oryza sativa L.) DENGAN
GEN PaCS PENYANDI SITRAT SINTASE MENGGUNAKAN
PERANTARA Agrobacterium tumefaciens
RUDI WARDANA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Transformasi Genetik
Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan
Perantara Agrobacterium tumefaciens adalah benar karya bersama saya dengan
komisi pembimbing, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
Rudi Wardana
NIM G353120061
RINGKASAN
Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS Penyandi Sitrat
Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium tumefaciens. Dibimbing oleh
SUHARSONO dan UTUT WIDYASTUTI.
Peningkatan produksi padi (Oryza sativa L.) dapat dilakukan dengan
menerapkan intensifikasi dan ekstensifikasi pertanian. Penerapan ekstensifikasi
pertanian terkendala oleh berkurangnya lahan pertanian akibat konversi lahan
pertanian menjadi lahan perindustrian, perumahan, dan perkantoran. Pemanfaatan
lahan marginal terutama tanah jenis ultisol dapat menjadi alternatif untuk
menerapkan ekstensifikasi pertanian. Tetapi, tanah ultisol bersifat masam dan
berpotensi mengandung Al yang dapat menghambat pertumbuhan tanaman.
Perakitan tanaman padi yang toleran cekaman aluminium dapat dilakukan dengan
mengintroduksi gen yang berkaitan dengan aktifitas toleransi terhadap cekaman
aluminum. Sitrat sintase (CS) terlibat dalam biosintesis asam sitrat. Sitrat
memiliki kemampuan mengkelat Al paling kuat diantara asam organik lain. Pada
beberapa tanaman, ekspresi gen CS meningkatkan toleransinya terhadap cekaman
Al. Penelitian ini bertujuan untuk mentransformasi genetik padi dengan gen
penyandi sitrat sintase menggunakan perantara Agrobacterium tumefaciens.
Transformasi genetik dilakukan dengan perendaman selama 10 menit kalus
embriogenik umur 3 minggu yang berasal dari embrio biji padi kultivar Kasalath
dan Nipponbare dalam suspensi Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 yang
mengandung plasmid pMSH1-PaCS dengan gen penanda seleksi higromisin. Kokultivasi dilakukan selama tiga hari pada kondisi gelap. Seleksi kalus transgenik
menggunakan media yang mengandung higromisin 20 mg/L. Kalus yang resisten
higromisin diregenerasikan di media 2N6R yang mengandung 5 mg/L kinetin.
Subkultur dilakukan setiap 2 minggu sekali pada media yang sama.
Eksplan kalus yang digunakan untuk transfomasi pada padi kultivar
Kasalath sebanyak 135 kalus dan Nipponbare sebanyak 240 kalus. Kalus kultivar
Kasalath dan Nipponbare yang tahan higromisin sebanyak 2 % dan 35,8% dari
jumlah eksplan kalus yang ditransformasi. Terdapat 13 kalus dari kultivar
Nipponbare yang beregenerasi menghasilkan tunas dan masing-masing kalus
menghasilkan tanaman padi transgenik putatif, sedangkan kalus padi kultivar
Kasalath yang diregenerasikan tidak ada yang menghasilkan tunas. Penambahan
antibiotik cefotaksim sebanyak 200 mg/L pada media regenerasi dapat
menurunkan daya regenerasi dari kedua kultivar.
Konfirmasi gen penanda seleksi higromisin dengan primer 35S-F dan hpt-R
pada sepuluh nomor kultivar Nipponbare transgenik putatif menghasilkan
amplikon dengan ukuran 1100 pb. Konfirmasi gen PaCS dengan menggunakan
primer forward 35S-F dan PaCS-R menghasilkan amplikon dengan ukuran 1630
pb untuk padi kultivar Nipponbare transgenik nomor 10, sedangkan untuk padi
kultivar Nipponbare transgenik nomor 1 sampai 9 menghasilkan amplikon 900 pb.
Kata kunci: Agrobacterium tumefacien,
transformasi genetik
Oryza
sativa
L.,
sitrat
sintase,
SUMMARY
Genetic Transformation of Rice (Oryza sativa L.) with PaCS Gene Encoding for
Citrate Synthase mediated by Agrobacterium tumefaciens. Supervised by
SUHARSONO and UTUT WIDYASTUTI.
Enhancement in rice (Oryza sativa L.) production can be done by
implementation of agricultural intensification and extensification. Implementation
of agricultural extensification is constrained by reduction of agricultural land due
to land conversion into industries, residentials, and offices. Utilization of marginal
lands, especially those with ultisol soil types, can be an alternative to implement
agricultural extensification. However, ultisol soil is acidic and potentially
containing Al which can inhibit plant growth. Rice tolerant can be generated by
introducing gene related to tolerant activity to aluminum stress. Citrate synthase
(CS) is involved in citric acid biosynthesis. Citrate has been known to have the
most powerful Al-chelating ability among other organic acids. In some plants, the
CS gene expression increase plants tolerance to Al stress. This study aims to
perform the genetic transformation of rice with gene encoding citrate synthase
mediated by Agrobacterium tumefaciens.
Genetic transformation was conducted by immersion of 3-weeks-old
embryogenic callus developed from rice seed embryo of cultivar Kasalath and
Nipponbare, for 10 minutes in Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain
suspension containing pMSH1-PaCS plasmid with hygromycin selection marker
gene. Co-cultivation had been done for three days under dark conditions. Selecion
of transgenic callus was conducted using media containing hygromycin 20 mg/L.
Hygromycin resistant callus was regenerated in 2N6R media containig 5 mg/L
kinetin, then was sub-cultured every 2 weeks to the same media.
The result showes that only 2% from 135 cultivar Kasalath callus and 35.8%
from 240 Nipponbare callus were hygromycin resistant. There were 13 cultivar
Nipponbare callus regenerated and produced shoots, where each callus generated
putative transgenic rice plants. Meanwhile, there was no regenerating shoot
formation from the regenerated cultivar Kasalath rice callus. The addition of 200
mg/L cefotaxime antibiotic on regeneration medium could decrease the
regeneration of both cultivars.
Confirmation of hygromycin selection marker gene was conducted using the
35S-F and hpt-R primer on ten numbers of putative transgenic cultivar
Nipponbare, which generated amplicons with size of 1100 bp. Confirmation of
PaCS gene using the 35S-F and PaCS-R primer resulted amplicons with size of
1630 bp in number 10 of cultivar Nipponbare transgenic rice, and amplicons with
size of 900 bp in number 1 to 9.
Keywords: Agrobacterium tumefaciens, citrate synthase, genetic transformation,
Oryza sativa L.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
TRANSFORMASI GENETIK PADI (Oryza sativa L.) DENGAN
GEN PaCS PENYANDI SITRAT SINTASE MENGGUNAKAN
PERANTARA Agrobacterium tumefaciens
RUDI WARDANA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Aris Tjahjoleksono, DEA
Judul Tesis : Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS
Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium
tumefaciens
Nama
: Rudi Wardana
NIM
: G353120061
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Utut Widyastuti, MSi
Anggota
Prof Dr Ir Suharsono, DEA
Ketua
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Miftahudin, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 29 Agustus 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih
dalam penelitian ini adalah Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen
PaCS Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium tumefaciens.
Penelitian ini didanai oleh Proyek Penelitian Desentralisasi Baru IPB dengan kontrak
no: 48/IT3.11/LT/2014 atas nama Prof Dr Ir Suharsono, DEA.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof Dr Ir Suharsono, DEA dan Dr Ir
Utut Widyastuti, MSi selaku pembimbing yang telah banyak memberi nasihat, saran
dan bimbingan. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Dr Ir Aris Tjahjoleksono,
DEA sebagai penguji luar komisi pada ujian tesis, dan Dr Ir Miftahudin, MSi selaku
ketua Program Studi Biologi Tumbuhan (BOT). Di samping itu, penghargaan penulis
sampaikan kepada Ibu Pepi Elvavina dan Nia Dahniar, SP selaku teknisi laboratorium
Biorin dan kultur jaringan yang telah memberikan arahan dan bantuan selama proses
penelitian. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada Bapak Asep, Adi Supardi,
Sairi dan Ibu Sara yang telah membantu dalam tahapan aklimatisasi di rumah kaca.
Kepada Bapak Mulya, penulis juga mengucapkan terima kasih atas bantuan
peyediaan bahan kimia dan peralatan. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada
warga Biorin, Kultur jaringan dan teman-teman BOT 2012 yang telah banyak
memberikan kenangan serta motivasi selama ini. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan
ilmu pengetahuan.
Bogor, Agustus 2014
Rudi Wardana
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
1
1
2
2
2 TINJAUAN PUSTAKA
Transformasi Genetik Padi
Cekaman Aluminiun dan Mekanisme Toleransi
Asam Sitrat dan Enzim Sitrat Sintase
3
3
4
6
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan Penelitian
Metode Penelitian
7
7
7
8
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS
Uji Integrasi Transgen pMSH1-PaCS pada Padi Transgenik Putatif T0
10
10
16
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
19
19
19
DAFTAR PUSTAKA
19
LAMPIRAN
27
RIWAYAT HIDUP
32
DAFTAR TABEL
1 Persentase kalus padi Kasalath dan Nipponbare yang tahan higromisin
2 Perbandingan daya regenerasi padi Kasalath dan Nipponbare
13
14
DAFTAR GAMBAR
1
Model respon toksisitas dan mekanisme toleransi cekaman Al pada
sel tumbuhan
2 Peta fisik daerah T-DNA dari vektor pMSH1-PaCS
3 Tahap transformasi genetik padi
4 Tahapan pembentukan kalus sebagai eksplan di media induksi kalus
yaitu media 2N6
5 Tahapan transformasi
6 Perkembangan kalus non-transgenik di media seleksi (2NBKC)
7 Tahapan regenerasi Oryza sativa L
8 Tahapan aklimatisasi tanaman padi transgenik putatif
9 Hasil PCR padi Nipponbare untuk gen aktin dan gen hpt
10 Hasil analisis PCR padi OsNCS
5
7
8
11
12
14
15
16
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
Komposisi media dasar N6
Komposisi media AB plate
Komposisi media dasar Murashige-Skoog (MS)
Komposisi vitamin Kao-MiChayluk (KM)
Komposisi media 2NBKCH20 (seleksi)
27
28
29
30
31
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produksi padi di Indonesia naik dari tahun 2012 sampai 2013, dengan
persentase peningkatan produksi padi sekitar 0,31%. Total produksi padi tahun
2013 mencapai 38 juta ton sedangkan kebutuhan padi hanya 33 juta ton (PBS
2013). Intensifikasi dan ekstensifikasi merupakan langkah yang paling signifikan
dalam hal menaikkan produksi padi. Langkah intensifikasi seperti penggunaan
bibit unggul, pemupukan serta perbaikan teknologi pascapanen terbukti dapat
meningkatkan produksi padi (Setyono 2010; Suardana et al. 2013). Menurut
Marlina (2012), penggunaan pupuk organik dan pestisida organik mampu
menaikkan produksi padi hingga mencapai 5,57 ton/ha. Upaya untuk
meningkatkan produksi padi melalui intensifikasi tidak akan mampu mencapai
target yang maksimal apabila tanpa diimbangi dengan ekstensifikasi.
Ekstensifikasi merupakan langkah yang sangat signifikan untuk menaikkan
produksi padi, tetapi langkah ekstensifikasi terkendala oleh konversi lahan
pertanian menjadi lahan perindustrian, perumahan, dan perkantoran yang akan
berimplikasi terhadap berkurangnya lahan pertanian produktif (Kusnadi et al.
2011). Usaha yang bisa dilakukan adalah dengan memanfaatkan lahan marginal
yang tersebar luas di Indonesia, yang terdiri atas tanah kering dengan luas total
sekitar 102,8 juta ha dan lahan rawa masam sekitar 34,78 juta ha. Tanah ultisol
merupakan jenis tanah masam yang paling luas, yaitu sekitar 41,9 juta ha atau
25% dari luas total tanah di Indonesia (Mulyani 2004). Tanah ini berpotensi
sebagai lahan pertanian, akan tetapi tanah ultisol bersifat masam (pH
GEN PaCS PENYANDI SITRAT SINTASE MENGGUNAKAN
PERANTARA Agrobacterium tumefaciens
RUDI WARDANA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Transformasi Genetik
Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan
Perantara Agrobacterium tumefaciens adalah benar karya bersama saya dengan
komisi pembimbing, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
Rudi Wardana
NIM G353120061
RINGKASAN
Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS Penyandi Sitrat
Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium tumefaciens. Dibimbing oleh
SUHARSONO dan UTUT WIDYASTUTI.
Peningkatan produksi padi (Oryza sativa L.) dapat dilakukan dengan
menerapkan intensifikasi dan ekstensifikasi pertanian. Penerapan ekstensifikasi
pertanian terkendala oleh berkurangnya lahan pertanian akibat konversi lahan
pertanian menjadi lahan perindustrian, perumahan, dan perkantoran. Pemanfaatan
lahan marginal terutama tanah jenis ultisol dapat menjadi alternatif untuk
menerapkan ekstensifikasi pertanian. Tetapi, tanah ultisol bersifat masam dan
berpotensi mengandung Al yang dapat menghambat pertumbuhan tanaman.
Perakitan tanaman padi yang toleran cekaman aluminium dapat dilakukan dengan
mengintroduksi gen yang berkaitan dengan aktifitas toleransi terhadap cekaman
aluminum. Sitrat sintase (CS) terlibat dalam biosintesis asam sitrat. Sitrat
memiliki kemampuan mengkelat Al paling kuat diantara asam organik lain. Pada
beberapa tanaman, ekspresi gen CS meningkatkan toleransinya terhadap cekaman
Al. Penelitian ini bertujuan untuk mentransformasi genetik padi dengan gen
penyandi sitrat sintase menggunakan perantara Agrobacterium tumefaciens.
Transformasi genetik dilakukan dengan perendaman selama 10 menit kalus
embriogenik umur 3 minggu yang berasal dari embrio biji padi kultivar Kasalath
dan Nipponbare dalam suspensi Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 yang
mengandung plasmid pMSH1-PaCS dengan gen penanda seleksi higromisin. Kokultivasi dilakukan selama tiga hari pada kondisi gelap. Seleksi kalus transgenik
menggunakan media yang mengandung higromisin 20 mg/L. Kalus yang resisten
higromisin diregenerasikan di media 2N6R yang mengandung 5 mg/L kinetin.
Subkultur dilakukan setiap 2 minggu sekali pada media yang sama.
Eksplan kalus yang digunakan untuk transfomasi pada padi kultivar
Kasalath sebanyak 135 kalus dan Nipponbare sebanyak 240 kalus. Kalus kultivar
Kasalath dan Nipponbare yang tahan higromisin sebanyak 2 % dan 35,8% dari
jumlah eksplan kalus yang ditransformasi. Terdapat 13 kalus dari kultivar
Nipponbare yang beregenerasi menghasilkan tunas dan masing-masing kalus
menghasilkan tanaman padi transgenik putatif, sedangkan kalus padi kultivar
Kasalath yang diregenerasikan tidak ada yang menghasilkan tunas. Penambahan
antibiotik cefotaksim sebanyak 200 mg/L pada media regenerasi dapat
menurunkan daya regenerasi dari kedua kultivar.
Konfirmasi gen penanda seleksi higromisin dengan primer 35S-F dan hpt-R
pada sepuluh nomor kultivar Nipponbare transgenik putatif menghasilkan
amplikon dengan ukuran 1100 pb. Konfirmasi gen PaCS dengan menggunakan
primer forward 35S-F dan PaCS-R menghasilkan amplikon dengan ukuran 1630
pb untuk padi kultivar Nipponbare transgenik nomor 10, sedangkan untuk padi
kultivar Nipponbare transgenik nomor 1 sampai 9 menghasilkan amplikon 900 pb.
Kata kunci: Agrobacterium tumefacien,
transformasi genetik
Oryza
sativa
L.,
sitrat
sintase,
SUMMARY
Genetic Transformation of Rice (Oryza sativa L.) with PaCS Gene Encoding for
Citrate Synthase mediated by Agrobacterium tumefaciens. Supervised by
SUHARSONO and UTUT WIDYASTUTI.
Enhancement in rice (Oryza sativa L.) production can be done by
implementation of agricultural intensification and extensification. Implementation
of agricultural extensification is constrained by reduction of agricultural land due
to land conversion into industries, residentials, and offices. Utilization of marginal
lands, especially those with ultisol soil types, can be an alternative to implement
agricultural extensification. However, ultisol soil is acidic and potentially
containing Al which can inhibit plant growth. Rice tolerant can be generated by
introducing gene related to tolerant activity to aluminum stress. Citrate synthase
(CS) is involved in citric acid biosynthesis. Citrate has been known to have the
most powerful Al-chelating ability among other organic acids. In some plants, the
CS gene expression increase plants tolerance to Al stress. This study aims to
perform the genetic transformation of rice with gene encoding citrate synthase
mediated by Agrobacterium tumefaciens.
Genetic transformation was conducted by immersion of 3-weeks-old
embryogenic callus developed from rice seed embryo of cultivar Kasalath and
Nipponbare, for 10 minutes in Agrobacterium tumefaciens LBA4404 strain
suspension containing pMSH1-PaCS plasmid with hygromycin selection marker
gene. Co-cultivation had been done for three days under dark conditions. Selecion
of transgenic callus was conducted using media containing hygromycin 20 mg/L.
Hygromycin resistant callus was regenerated in 2N6R media containig 5 mg/L
kinetin, then was sub-cultured every 2 weeks to the same media.
The result showes that only 2% from 135 cultivar Kasalath callus and 35.8%
from 240 Nipponbare callus were hygromycin resistant. There were 13 cultivar
Nipponbare callus regenerated and produced shoots, where each callus generated
putative transgenic rice plants. Meanwhile, there was no regenerating shoot
formation from the regenerated cultivar Kasalath rice callus. The addition of 200
mg/L cefotaxime antibiotic on regeneration medium could decrease the
regeneration of both cultivars.
Confirmation of hygromycin selection marker gene was conducted using the
35S-F and hpt-R primer on ten numbers of putative transgenic cultivar
Nipponbare, which generated amplicons with size of 1100 bp. Confirmation of
PaCS gene using the 35S-F and PaCS-R primer resulted amplicons with size of
1630 bp in number 10 of cultivar Nipponbare transgenic rice, and amplicons with
size of 900 bp in number 1 to 9.
Keywords: Agrobacterium tumefaciens, citrate synthase, genetic transformation,
Oryza sativa L.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
TRANSFORMASI GENETIK PADI (Oryza sativa L.) DENGAN
GEN PaCS PENYANDI SITRAT SINTASE MENGGUNAKAN
PERANTARA Agrobacterium tumefaciens
RUDI WARDANA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Aris Tjahjoleksono, DEA
Judul Tesis : Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS
Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium
tumefaciens
Nama
: Rudi Wardana
NIM
: G353120061
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Utut Widyastuti, MSi
Anggota
Prof Dr Ir Suharsono, DEA
Ketua
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Miftahudin, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 29 Agustus 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih
dalam penelitian ini adalah Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen
PaCS Penyandi Sitrat Sintase Menggunakan Perantara Agrobacterium tumefaciens.
Penelitian ini didanai oleh Proyek Penelitian Desentralisasi Baru IPB dengan kontrak
no: 48/IT3.11/LT/2014 atas nama Prof Dr Ir Suharsono, DEA.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof Dr Ir Suharsono, DEA dan Dr Ir
Utut Widyastuti, MSi selaku pembimbing yang telah banyak memberi nasihat, saran
dan bimbingan. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Dr Ir Aris Tjahjoleksono,
DEA sebagai penguji luar komisi pada ujian tesis, dan Dr Ir Miftahudin, MSi selaku
ketua Program Studi Biologi Tumbuhan (BOT). Di samping itu, penghargaan penulis
sampaikan kepada Ibu Pepi Elvavina dan Nia Dahniar, SP selaku teknisi laboratorium
Biorin dan kultur jaringan yang telah memberikan arahan dan bantuan selama proses
penelitian. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada Bapak Asep, Adi Supardi,
Sairi dan Ibu Sara yang telah membantu dalam tahapan aklimatisasi di rumah kaca.
Kepada Bapak Mulya, penulis juga mengucapkan terima kasih atas bantuan
peyediaan bahan kimia dan peralatan. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada
warga Biorin, Kultur jaringan dan teman-teman BOT 2012 yang telah banyak
memberikan kenangan serta motivasi selama ini. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan
ilmu pengetahuan.
Bogor, Agustus 2014
Rudi Wardana
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
1
1
2
2
2 TINJAUAN PUSTAKA
Transformasi Genetik Padi
Cekaman Aluminiun dan Mekanisme Toleransi
Asam Sitrat dan Enzim Sitrat Sintase
3
3
4
6
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan Penelitian
Metode Penelitian
7
7
7
8
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Transformasi Genetik Padi (Oryza sativa L.) dengan Gen PaCS
Uji Integrasi Transgen pMSH1-PaCS pada Padi Transgenik Putatif T0
10
10
16
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
19
19
19
DAFTAR PUSTAKA
19
LAMPIRAN
27
RIWAYAT HIDUP
32
DAFTAR TABEL
1 Persentase kalus padi Kasalath dan Nipponbare yang tahan higromisin
2 Perbandingan daya regenerasi padi Kasalath dan Nipponbare
13
14
DAFTAR GAMBAR
1
Model respon toksisitas dan mekanisme toleransi cekaman Al pada
sel tumbuhan
2 Peta fisik daerah T-DNA dari vektor pMSH1-PaCS
3 Tahap transformasi genetik padi
4 Tahapan pembentukan kalus sebagai eksplan di media induksi kalus
yaitu media 2N6
5 Tahapan transformasi
6 Perkembangan kalus non-transgenik di media seleksi (2NBKC)
7 Tahapan regenerasi Oryza sativa L
8 Tahapan aklimatisasi tanaman padi transgenik putatif
9 Hasil PCR padi Nipponbare untuk gen aktin dan gen hpt
10 Hasil analisis PCR padi OsNCS
5
7
8
11
12
14
15
16
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
Komposisi media dasar N6
Komposisi media AB plate
Komposisi media dasar Murashige-Skoog (MS)
Komposisi vitamin Kao-MiChayluk (KM)
Komposisi media 2NBKCH20 (seleksi)
27
28
29
30
31
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produksi padi di Indonesia naik dari tahun 2012 sampai 2013, dengan
persentase peningkatan produksi padi sekitar 0,31%. Total produksi padi tahun
2013 mencapai 38 juta ton sedangkan kebutuhan padi hanya 33 juta ton (PBS
2013). Intensifikasi dan ekstensifikasi merupakan langkah yang paling signifikan
dalam hal menaikkan produksi padi. Langkah intensifikasi seperti penggunaan
bibit unggul, pemupukan serta perbaikan teknologi pascapanen terbukti dapat
meningkatkan produksi padi (Setyono 2010; Suardana et al. 2013). Menurut
Marlina (2012), penggunaan pupuk organik dan pestisida organik mampu
menaikkan produksi padi hingga mencapai 5,57 ton/ha. Upaya untuk
meningkatkan produksi padi melalui intensifikasi tidak akan mampu mencapai
target yang maksimal apabila tanpa diimbangi dengan ekstensifikasi.
Ekstensifikasi merupakan langkah yang sangat signifikan untuk menaikkan
produksi padi, tetapi langkah ekstensifikasi terkendala oleh konversi lahan
pertanian menjadi lahan perindustrian, perumahan, dan perkantoran yang akan
berimplikasi terhadap berkurangnya lahan pertanian produktif (Kusnadi et al.
2011). Usaha yang bisa dilakukan adalah dengan memanfaatkan lahan marginal
yang tersebar luas di Indonesia, yang terdiri atas tanah kering dengan luas total
sekitar 102,8 juta ha dan lahan rawa masam sekitar 34,78 juta ha. Tanah ultisol
merupakan jenis tanah masam yang paling luas, yaitu sekitar 41,9 juta ha atau
25% dari luas total tanah di Indonesia (Mulyani 2004). Tanah ini berpotensi
sebagai lahan pertanian, akan tetapi tanah ultisol bersifat masam (pH