Tujuan KERAGAMAN GENETIK RAJUNGAN Portunus pela

Metode mikro array salah satu pendekatan untuk memahami ekspresi gen rajungan berkaitan dengan perubahan kondisi lingkungan air tersebut Pullin dan White, 2011; Xu dan Liu, 2011 . Informasi keragaman genetik dapat digunakan sebagai dasar menyusun strategi dalam pengelolaan sumberdaya rajungan. Hasil kajian keragaman genetik secara potensial dapat digunakan dalam beberapa hal yang terkait dengan pengelolaan biota air termasuk rajungan, yaitu seperti mengidentifikasi spesies, mendikskripsikan struktur stok, jalur migrasi, adanya hibridisasi, penghanyutan gen, pemahaman silang dalam inbreeding, dan dampak negatif penangkapan dan akuakultur terhadap genetika populasi Soewardi, 2007; Sukoso, 2008. Namun, kajian keragaman genetik rajungan di Indonesia sampai saat ini masih terbatas. Informasi keragaman genetik telah digunakan dalam merevisi spesies rajungan Portunus pelagucus, Lai et al., 2010. Dalam pengelolaan rajungan seharusnya perlu dipertimbangkan aspek keragaman genetik dan dampak potensial perubahan iklim. Oleh karena itu, dalam makalah ini dibahas peranan informasi keragaman genetik dalam pengelolaan stok alami rajungan demikian juga dalam pengelolaan rajungan berbasis budidaya yang adaptif terhadap perubahan iklim.

1.2 Tujuan

Makalah ini bertujuan untuk pembahas 1 keragaman genetik rajungan berdasarkan sebaran geografi, 2 kaitan keragaman genetik dengan perubahan iklim, 3 ekspesi gen rajungan akibat perubahan lingkungan perairan, dan 4 peranan kajian keragaman genetik dalam pengelolaan rajungan stok alami dan berbasis budidaya adaptif terhadap perubahan iklim. Diharapkan substansi yang dibahas dalam makalah ini dapat memberikan informasi dan pemahaman tentang keragaman genetik rajungan kaitannya dengan sebaran geografi dan perubahan iklim serta peranan kajian keragaman genetik dalam pengelolaan rajungan. 2 KERAGAMAN GENETIK RAJUNGAN 2.1 Keragaman Genetik Rajungan Berdasarkan Sebaran Geografi Hasil penelitian Moria et al. 2005 terhadap beberapa induk rajungan berasal dari perairan Cilacap, Situbondo, Jembrana, dan Pulau Saugi Sulawesi Selatan menggunakan metode RFLP mitochondria DNA mt-DNA dengan enzim restriksi Sau3A1 GATC, Dra1 GCG’C, Hinc1CATG’ dan Ase1 AG’CT, dan amlifikasi PCR dengan primer universal menghasilkan pita tunggal dengan berat molekul sebesar 450 bp. Variasi genetik rajungan tertinggi ditemukan pada populasi dari perairan Cilacap, yaitu sebesar 0,14 Tabel 1 dan populasi rajungan dari perairan Jembrana dan Situbondo mempunyai jarak genetik terdekat, 0,0013 sedangkan dari perairan Pulau Saugi mempunyai jarak genetik terjauh, 0,002 Moria et al., 2005. Tabel 1. Keragaman genetik, heterozygositas Ho dan jamlah alel dalam 22 lokus pada rajungan berdasarkan lokasi geografi Paramater Jembarana Situmbondo Cilacap Pulau Saugi Jumlah contoh n 90 66 40 109 Jumlah lokus 22 21 22 21 Jumlah lokus polimorfik 2 2 3 2 lokus polimorfik 0,09 0,09 0,14 0,09 Jumlah alel per lokus 1,18 1,09 1,18 1,09 Heterosigositas: Teramati Ho 0,004 0,001 0,004 0,001 Harapan He 0,004 0,003 0,004 0,002 HoHe 1 0,333 1 0,5 Sumber : Moria et al., 2005 Ho : rataan heterosigositas teramati sebanyak 22 lokus He : rataan heterosigositas yang diharapkan Keragaman genetik yang ditemukan pada keempat lokasi perairan Indonesia tersebut, khususnya jumlah lokus polimorfik lebih rendah dibandingkan dengan ditemukan di perairan Thailand Klimnbunga et al., 2007. Adanya perbedaan yang ditemukan pada kedua penelitian tersebut diduga diantaranya disebabkan perbedaan menggunaan metode penentuan keragaman genetik, disamping faktor lainnya, seperti perbedaan kondisi ekologi dari kedua perairan tersebut. Keragaman genetik rajungan di perairan Thailand dengan metode AFLP dan empat kombinasi primer PACCMCAA, PAGTMCAA, PAGTMCAC, dan PATCMCAA menampilkan 227 pita amplifikasi, dengan berat molekul berkisar 100-600 bp Gambar 1, Klinbunga et al., 2007. Sebaliknya dengan metode RAPD ditemukan ada lima kombinasi primer UBC122, UBC158, OPA02, OPA14, OPB10 dan menampilkan 117 band dan 107 95,5 adalah pita polimorfik Gambar 2, Klinbunga et al., 2010. Jarak genetik antara pasangan contoh geografis masing-masing adalah 0,1097- 0,3786 untuk PACCMCAA, 0,0655-0,2577 PAGTMCAA, 0,1218-0,3086 PAGTMCAC, dan 0,0180-0,2616 PATCMCAA. Rataan jarak genetik antara sampel pada semua kombinasi primer dengan metode AFLP berkisar 0,1151-0,2440 Tabel 2. Heterogenitas geografis yang signifikan ditemukan pada semua perbandingan sampel yang dianslisis berpasangan P0,0001, kecuali PATCMCAA Chanthaburi dan Prachuap Khiri Khan P=0,6812 tidak terjadi perbedaan genetik yang signifikan. Data gabungan dari semua kombinasi primer terjadi perbedaan genetik dari semua yang diperbandingkan P0,0001 untuk uji ketepatan dan P0,01 untuk Fst berbasis statistik dan tingkat aliran gen antara pasangan sampel geografis rajungan di perairan Thailand kurang dari satu migran per generasi menunjukkan tingkat aliran gen rajungan yang ketat Klinbunga et al., 2007. Sebaliknya, struktur genetik rajungan di perairan Australia sangat dinamis yang berlangsung selama skala waktu evolusi dan ini juga seperti terjadi pada ikan yang hidup di perairan pesisir Sezmis, 2004. Tabel 2. Jarak Genetik Rajungan antar pasangan lokasi geografi di Perairan Thailand berdasarkan metode AFLP CHN SUT PKK RNG KRB CHN - 0,8889 0,7963 0,8611 0,8087 SUT 0,1177 - 0,8290 0,8913 0,8883 PKK 0,2278 0,1876 - 0,7898 0,7834 RNG 0,1495 0,1151 0,2360 - 0,8890 KRB 0,2123 0,1184 0,2440 0,1176 - Sumber : Klinbunga et al. 2007 Keterangan: CHN, Chanthaburi, PKK, Prachuap Khiri Khan, SUT, Suratthani terletak di Teluk Thailand timur, RNG, Ranong, dan KRB, Krabi terletak di Laut Andaman barat Diagonal Atas: rataan identitas genetik. Diagonal Bawah: jarak genetik Nei 1978 Keragaman genetik rajungan di perairan Thailand tinggi ditemukann pada semua lokasi geografis untuk kedua metode Tabel 3. Pita polimorfik pada semua primer AFLP ditemukan pada setiap sampel, namun antar lokasi geogragfis menunjukkan perbedaan. Sampel rajungan dari laut Andaman 94,38 di Krabi dan Ranong 90,20 lebih besar daripada sampel rajungan di Teluk Thailand 73,24 di Chanthaburi dan 66,19 Prachuap Khiri Khan, dan rajungan dari Suratthani memiliki Pita polimorfik lebih tinggi 93,84 daripada dua lokasi lainnya di Teluk Thailannd Klinbunga et al., 2007. Gambar 1. Contoh pola pita rajungan dengan metode AFLP dari beberapa lokasi di perairan Thailand Sumber : Klinbunga et al., 2007 Keterangan: Ranong jalur 1, Suratthani jalur 2, Krabi jalur 3, Prachuap Khiri Khan jalur 4, dan Chanthaburi jalur 5-18 diperkuat oleh PAGT MCAC ukuran fraksionasi melalui gel poliakrilamid 6 denaturing. Jalur M dan m adalah 100 dan 50 bp sebagai penanda DNA. Panah menunjukkan fragmen calon AFLP spesies-spesifik ditemukan pada sedikitnya 95 dari semua spesimen diteliti rajungan Demikian juga, analisis heterogenitas geografis rajungan di perairan Thailand berdasarkan metode RAPD setiap primer menunjukkan signifikan genetik heterogenitas diantara 43 dari 50 perbandingan yang dilakukan, setelah itu penyesuaian berurutan Bonferroni P0,01 Klinbunga et al., 2010. Data gabungan dikonfirmasi tingkat skala halus subdivisi populasi antara semua perbandingan pasangan dari rajungan hasil analisis dengan metode AFLP P 0,0001 untuk tes yang tepat dan P 0,01 untuk q Klinbunga et al., 2010. Bootstrapping rendah pada interval kepercayaan 95 semua contoh rajungan dan pasangan sampel geografis lokus keseluruhan juga jauh lebih besar dari nol 0,2227 dan 0,1226-0,3023 dan hal ini lebih menegaskan bahwa telah terjadi diferensiasi genetik rajungan antar lokasi geografi di perairan Thailand Klinbunga et al., 2010. Gambar 2. Contoh pola pita rajungan dengan metode RAPD dari beberapa lokasi di perairan Thailand Sumber : Klinbunga et al., 2010 Keterangan: Chanthaburi jalur 1-2, AE, Ranong jalur 3-4, AE, Suratthani jalur 5-6, AE, Krabi jalur 7-8, AE, dan Prachuap Khiri Khan jalur 9-11, AC dan jalur 9, DE yang dihasilkan oleh OPA02 A, OPA14 B, OPB10 C, UBC122 D, UBC158 E. M = 100-bp DNA. Panah menunjukkan kandidat fragmen RAPD spesies-spesifik rajungan Tabel 3. Keragaman geneti k rajungan berdasarkan metode AFLP dan RAPD dari beberapa lokasi geografi di Perairan Thailand No LokasiPrimer Karakeristik Genetik ∑ Pita ∑ Pita polimorfik ∑ Pita monomorfik AFLP RAPD AFLP RAPD AFLP RAPD AFLP RAPD 1. Chanthaburi N=12 N=23 PAACMCAA UBC122 26 21 12 18 14 3 PAGTMCAA UBC158 44 23 41 19 3 4 PAGTMCAC OPA02 23 23 4 19 19 4 ATCMCAA OPA14 49 22 47 19 2 3 OPB10 - 18 - 16 - 2 Total AFLP 142 104 73,24 38 26,76 Total RAPD 107 91 85,0 16 15,0 2. Ranong N =14 N=23 PAACMCAA UBC122 27 22 19 17 8 5 PAGTMCAA UBC158 47 24 46 15 1 9 PAGTMCAC OPA02 32 25 26 23 6 2 ATCMCAA OPA14 47 22 47 21 1 OPB10 17 15 2 Total AFLP 153 138 90,20 15 9,80 Total RAPD 110 91 82,7 19 17,3 3. Suratthani N=16 N=21 PAACMCAA UBC122 29 21 25 17 4 4 PAGTMCAA UBC158 36 24 35 14 1 10 PAGTMCAC OPA02 33 24 30 21 3 3 ATCMCAA OPA14 48 22 47 13 1 9 OPB10 19 15 4 Total AFLP 146 137 93,84 9 6,16 Total RAPD 110 80 72,7 30 27,3 4 . Krabi N=14 N=22 PAACMCAA UBC122 27 19 26 14 1 5 PAGTMCAA UBC158 46 22 44 17 2 5 PAGTMCAC OPA02 36 24 36 22 2 ATCMCAA OPA14 51 16 45 12 6 4 OPB10 19 17 2 Total AFLP 160 151 94,38 9 5,62 Total RAPD 100 82 82,0 18 18,0 5. Prachuap Khiri Khan N=16 N=20 PAACMCAA UBC122 24 19 12 16 12 3 PAGTMCAA UBC158 44 20 33 18 11 2 PAGTMCAC OPA02 33 23 19 19 14 4 ATCMCAA OPA14 38 13 28 9 10 4 OPB10 16 14 2 Total AFLP 139 92 66,19 47 33,81 Total RAPD 91 76 83,5 15 16,5 Sumber : Klinbunga et al. 2007, 2010 Keragaman genetik rajungan di periran Thailand seperti dijelaskan di atas lebih tinggi daripada kepiting pasir Ovalipes punctatus di Cina Timur dan Laut Kuning Yu et al., 2010 keduanya menggunakan metode AFLP. Dari 196 lokus kepiting pasir yang terdeteksi oleh empat kombinasi primer hanya 117 59,69 merupakan polimorfik, serta dilihat dan proporsi lokus polimorfik dan jarak genetik Nei untuk lima populasi masing-masing berkisar dari 23,15 - 53,49 , dan 0,0029 - 0,0138 Yu et al., 2010. Adanya variasi genetik seperti ditemukan pada beberapa lokasi di perairan Indonesia dan Thailand seperti dijelaskan sebelum diantaranya berkaitan dengan jarak geografi antar lokasi. Hasil penelitian yang baru dilakukan Guo et al. 2012 pada delapan 8 populasi rajungan P. trituberculatus di pantai China dengan uji mantel menunjukkan antara jarak geografis dan genetik jarak rajungan korelasi positif yang signifikan r = 0,8234, P 0,0153; Gambar 3. Berarti secara konsisten bahwa semakin dekat jarak geografi maka semakin dekat hubungan genetik rajungan Feng et al., 2008 dalam Guo et al., 2012. Jarak Geografi km Gambar 3. Hubungan isolasi menurut jarak geografi km dan jarak genetik FST populasi rajungan P. trituberculatus Sumber : Guo et al., 2012 Keterangan : Dihasilkan dari uji Mantel 10.000 permutasi pada delapan populasi P. trituberculatus dan FST sebagai jarak genetik r = 0,8234, P 0,0153 Faktor lain adanya keragaman genetik adalah faktor ekologi dan demografi meliputi ukuran populasi, waktu generasi, perilaku reproduksi dan pola migrasi antar habitat yang cocok dapat mempengaruhi distribusi variasi genetik dalam dan di antara populasi Bay, 2005. Seleksi alam mungkin frekuensi alel bentuk dalam menanggapi kondisi lokal dan pergeseran genetik mungkin kuat evolusi berlaku pada populasi terisolasi Slatkin, 1985 dalam Bay, 2005. Faktor variasi genetik tersebut pada tingkat mutasi dan rekombinasi lebih lanjut dapat mempengaruhi komposisi genetik populasi. Pemahaman tentang proses yang bertanggung jawab atas struktur genetik populasi sehingga memerlukan rincian apresiasi bagaimana faktor-faktor berinteraksi, dan bagaimana mereka bervariasi secara spasial dan temporal Bay, 2005 . Selanjutnya dikatakan bahwa struktur genetik populasi dari banyak spesies dipengaruhi oleh isolasi sejarah, kemacetan genetik dan terkait dengan kolonisasi habitat baru. Hadirnya pola variasi genetik dalam dan di antara banyak populasi biota air mungkin disebabkan oleh hasil dari interaksi yang kompleks antara faktor sejarah hidup dan peristiwa yang terjadi saat ini Grant dan Bowen 1998; Benzie 1999 dalam Bay, 2005. Hasil penelitian Sezmis 2004 di perairan Australia menemukan adanya variasi pola pada enam lokus mikrosatelit dan dalam sub unit citokrom oksidase I COI gen dalam DNA mitokondria dengan berat molekul 342 bp untuk sampel rajungan yang berasal dari 16 lokasi perairan berbeda geografi di Australia, yaitu pantai barat, pantai timur, pantai utara, dan pantai selatan Australia. Sebelumnya dilaporkan bahwa struktur genetik populasi rajungan di perairan Australia dengan analisis allozyme ditemukan tujuh lokus polimorfik Bryars dan Adams, 1999. Berdasarkan penilaian tradisional struktur genetik populasi menunjukkan bahwa rajungan di perairan Australia memiliki heterogenitas genetik yang besar misalnya FST untuk data mikrosatelit = 0,098; [theta- ] ST untuk data COI = 0,375 dan [phi-ρ] ST untuk ɵ COI Data = 0,492 Sezmis, 2004. Selanjutnya Sezmis 2004 melaporkan bahwa rajungan menampilkan berbagai tingkat heterogenitas genetik dalam dan di antara wilayah geografis di perairan Australia, yaitu sebagai berikut : 1 Susunan genetik dari sampel dari garis pantai yang berbeda yaitu utara, selatan, timur dan barat selalu menunjukkan perbedaan yang signifikan secara statistik untuk setidaknya dua lokus mikrosatelit, meskipun perbedaan antara sampel dari pesisir timur, Darwin dan individu-individu dari pesisir barat ke utara dari Port Denison tidak sama besar dengan individu-individu pada sampel pesisir barat atau pada sampel Australia Selatan, 2 Komposisi genetik dari sampel dari kumpulan populasi di pesisir timur Australia, yang berkisar dari Mackay ke Port Stephens, pada dasarnya homogen, 3 Sampel dari kumpulan populasi rajungan di pesisir barat Australia, yaitu mulai dari Broome ke Teluk Geographe, menunjukkan tingkat heterogenitas genetik yang signifikan. Selain itu, populasi rajungan di selatan Port Denison membentuk kelompok tetapi tidak bervasiasi sangat khas daripada poluasi rajungan yang berasal dari tempat lain, dan 4 Sampel dari Australia Selatan juga genetiknya sangat khas dibandingkan dengan rajungan yang berasal dari tempat lain, meskipun mereka juga menunjukkan heterogenitas yang signifikan di antara mereka sendiri. Temuan di atas lebih atau kurang dinyatakan oleh mikrosatelit dan COI, meskipun sebelumnya umumnya memberikan gambaran dengan resolusi yang lebih tinggi dari struktur populasi rajungan yang ditemukan saat ini. Rajungan nampaknya memperlihatkan keragaman genetik netral tingkat tinggi sepanjang jangkauan distrbusi geografisnya di perairan Australia. Tingkat keragaman genetik netral rajungan di perairan Australia menunjukkan adanya variasi distribusi spasial. Tingkat keragaman genetik rajungan di perairan Australia berdasarkan metode mikrosatelit dan COI secara seluruhan nampaknya tinggi jangakuan geografinya, khususnya dengan penanda COI di perairan dengan iklim sedang, yaitu pada pantai sisi barat seperti selatan Port Denison, namun di perairan Australia Selatan terlihat mengalami penurunan Sezmis, 2004. Sebagai contoh, nilai keragaman tipe haploid dengan metode COI berkisar 0,756- 1,00 dan nilai rataan heterozigot untuk loki mikrosatelit berkisar 0,695- 0,838, dimana nilai terendah keduaya ditemukan di Darwin, beriklim tropis Sezmis, 2004. Rajungan sebelumnya dianggap hanya satu spesies, dan hasil penelitian Lai et al. 2010 direvisi menjadi empat spesies, yaitu Portunus pelagicus Linnaeus, 1758, P. segnis Forskål, 1775, P. reticulatus Herbst, 1799 dan P. armatus A. Milne-Edwards, 1861, dan dua spesies samar, yaitu P. pelagicus dengan P. armatus di Australia Utara dan P. pelagicus di Jepang. Pendekatan genetik dengan metode COI merupakan salah satu metode yang digunakan Lai et al. 2010 dalam merevisi spesies rajungan. Keragaman haplotip dan nukleotida individu setiap populasi dari berkisar 0-1 dan 0-0,013, dimana keragaman genetik setiap spesies rajungan tersebut seperti terlihat pada Tabel 4. Secara keseluruhan, 80 dari 109 haplotip 73 dan haplotip yang diperoleh dari empat spesies ditemukan sebagai terpisah dan sisanya haplotip sebagian besar bersifat bebas atau terbagi diantara individu dari wilayah geografis yang sama. Namun, untuk tipe haploid 32 dan 51 terdiri dari P. pelagicus dan P. reticulatus Lai et al., 2010. Tabel 4. Keragaman genetik populasi kumpulan spesies rajungan berdasarkan metode COI Spesies N Nh NP h π Portunus armatus 50 29 38 0.950 ± 0.017 0.0189 ± 0.0097 Portunus reticulatus 77 22 52 0.776 ± 0.040 0.0570 ± 0.0279 Portunus reticulatus 1 54 17 17 0.649 ± 0.076 0.0018 ± 0.0014 Portunus segnis 45 11 15 0.753 ± 0.045 0.0076 ± 0.0042 Portunus pelagicus 128 49 58 0.925 ± 0.013 0.0138 ± 0.0071 Portunus pelagicus 2 126 44 39 0.891 ± 0.020 0.0056 ± 0.0032 Sumber : Lai et al. 2010 Keterangan: Ukuran sampel n, jumlah tipe haploid Nh, jumlah lokus polimorfik Np, keragaman tipe haploid h dan keragaman nukleotida π. 1 dan 2 mengacu pada analisis Tipe haploid P. reticulatus termasuk mereka yang bersama dengan P. pelagicus dan analisis Tipe haploid P. pelagicus termasuk dua haplotip ditemukan sampel dari Jepang yang diduga kemungkinan sebagai spesies samar Keragaman genetik rajungan yang tinggi tersebut juga umumnya seperti ditemukan pada beberapa jenis ikan laut dan biota laut lainnya Lavery et al., 1996 a,b ; Barber et al., 2002 dalam Sezmis, 2004; Bay, 2005. Pada umumnya, jenis biota laut cerendung mempunyai tingkat keragaman genetik netral lebih tinggi daripada spesies yang hidup di sistem air tawar atau di darat, dan merupakan suatu fenomena yang secara umum diduga berkaitan dengan populasi efektif yang relatif besar ukurannya pada spesies biota laut DeWoody dan Avise, 2000 dalam Sezmis, 2004. Bryars dan Adams 1999 dengan penanda allozyme menentukan keragaman genetik populasi rajungan di antara Teluk Spencer, Teluk Santo Vincent Australia Selatan dan kawasan pantai Barat, menunjukkan terpisah dalam sub populasi dengan aliran gen terbatas. Mereka juga menemukan bahwa dispersal larva inter-regional adalah tertahan, dan setiap sub populasi sangat tergantung pada sumber larvanya. Selanjutnya Chaplin et al. 2001 dalam Svane dan Hooper, 2004 dengan penanda mikrosatelit, menemukan bahwa kumpulan rajungan di embayment teluk Australia Selatan secara genetis menunjukkan adanya perbedaaan dalam meta populasi. Tingkat migrasi antara populasi tersebut diduga terbatas dan dimanika populasi dalam embayment sepertinya ditentukan oleh faktor lokal Svane dan Hooper, 2004.

2.2 Filogeografi dan Sejarah Demografi Rajungan