Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur Mutan Pemulih Kesuburan Tanaman Padi
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur Mutan Pemulih Kesuburan Tanaman Padi
Rice Mutation on Candidate of Restorer Mutant Lines
Sobrizal 1
Diterima 23 Februari 2007/Disetujui 27 Juli 2007
ABSTRACT
Cytoplasmic male sterility (CMS) system has largely been applied in development of rice hybrid varieties. In this
system the maintainer and restorer lines are necessary to maintain the CMS and to restore the pollination abilities of
hybrid plants, respectively. In this study, rice candidate of restorer mutant lines were developed through irradiation of
CMS seeds by 0.2 kGy gamma rays. Some mutations indicated by polymorphism between mutants and original plants
were observed through simple sequence repeat (SSR) marker genome survey in six mutant lines. Frequencies of
polymorphism varied depend on the lines, range from 8.5 to 18.3%. No common marker showed polymorphism between
six mutant lines and original plants indicating that the mutant lines do not carry the same restoring genes.
Nevertheless, allelic tests or linkage studies using segregating populations are needed for confirmation. This result
should be useful as initial information on genetic studies of restoring genes induced by gamma ray irradiation as well
as for application of these genes in hybrid rice breeding program.
Key words : Mutation, restorer mutant lines, hybrid rice
PENDAHULUAN
Sebagai tanaman menyerbuk sendiri, produk riset
pemuliaan padi yang dikenal selama ini adalah jenis
inbrida. Sejak ilmuwan Cina berhasil mengembangkan
dan menggunakan padi hibrida pada akhir tahun
1970an, teknologi padi hibrida menarik perhatian para
peneliti di berbagai belahan dunia. Indonesia sudah
melepas 31 varietas hibrida, baik oleh lembaga riset
pemerintah maupun dari introduksi oleh perusahaan
benih suwasta, namun pengembangan jenis hibrida di
lapangan masih terbatas. Varietas padi hibrida dengan
sifat heterosis yang dimilikinya mempunyai potensi
hasil 15 – 30% lebih tinggi dari pada varietas padi
inbrida (Yuan, 1994; Fujimura et al., 1996). Penanaman
varietas padi hibrida tentu akan membantu dalam
memenuhi kebutuhan pangan nasional.
Penggunaan sistem mandul jantan (male sterility)
merupakan persyaratan mutlak dalam mengeksploitasi
heterosis pada tanaman padi. Ada beberapa sistem
mandul jantan yang diketahui, yaitu cytoplasmic genetic
male sterility (CMS), environmental sensitive genetic
male sterility dan chemical induced male sterility
(Virmani et al., 1997). Dari ketiga sistem itu hanya
CMS yang sudah dipakai secara luas dalam
pengembangan varietas padi hibrida.
CMS terjadi disebabkan oleh interaksi antara
genom sitoplasmik dengan inti, dan diturunkan secara
maternal (Virmani et al., 1997). Dalam pemuliaan
1
varietas hibrida yang menggunakan sistem CMS, selain
galur CMS diperlukan juga galur pelestari (maintainer)
dan galur pemulih kesuburan (restorer). Galur pelestari
diperlukan untuk melestarikan galur CMS karena galur
CMS tidak dapat menghasilkan biji sendiri, sedangkan
galur pemulih kesuburan berfungsi untuk memulihkan
kemampuan menyerbuk sendiri dari tanaman hibrida.
Secara komersial sistem CMS juga telah digunakan
dalam memproduksi benih hibrida pada tanaman yang
mempunyai nilai ekonomi tinggi (Newton, 1988).
Pada pemuliaan tanaman, mutasi induksi
merupakan cara yang efektif untuk memperluas
keragaman genetik. Berbagai mutagen kimia maupun
mutagen fisika telah digunakan untuk menginduksi
mutan. Akhir-akhir ini, lebih dari 2500 varietas mutan
telah dilepas di berbagai negara, dan lebih dari
separuhnya merupakan hasil iradiasi sinar gamma
(www-mvd.iaea.org). Sebanyak 443 diantaranya adalah
varietas mutan tanaman padi. Indonesia pertama kali
melepas varietas mutan padi yaitu pada tahun 1982
dengan nama Atomita 1, dan sejak itu sudah 14 varietas
mutan padi yang dilepas (Ismachin and Sobrizal, 2006).
Sebagian besar dari varietas mutan padi tersebut
merupakan hasil iradiasi sinar gamma dengan dosis 0,2
kGy. Yamaguchi et al., (2006) juga menyimpulkan
bahwa dosis 0,2 kGy merupakan dosis optimum
penggunaan sinar gamma untuk mendapatkan frekuensi
mutasi yang tinggi.
PATIR-BATAN, Jl. Cinere Pasar Jumat, Kotak Pos 7002 JKSKL, Jakarta 12070
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
75
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Penelitian ini bertujuan untuk membuat galur
mutan pemulih kesuburan secara mutasi induksi melalui
iradiasi biji CMS dengan sinar gamma dosis 0,2 kGy,
dan melihat terjadinya mutasi pada kandidat galur
mutan pemulih kesuburan melalui survei genom dengan
menggunakan marka simple sequence repeat (SSR).
Terjadinya mutasi dalam hal ini ditandai dengan
terlihatnya polymorfisme antara mutan dengan tanaman
asalnya.
kalaupun terjadi persilangan liar akan dapat dikenali
pada generasi berikutnya.
Pada tahun 2005, biji M4 yang berasal dari
tanaman M3 yang terseleksi ditanam dan diamati
fertilitas serbuk sarinya. Gabah (spikelet) tanaman M4
yang sehari sebelum antesis dipilih dan anteranya
dikeluarkan untuk diamati serbuk sari yang melekat
pada anter tersebut melalui pewarnaan dengan
menggunakan 0,5% acetocarmine. Pada tahun yang
sama, survei genom dengan menggunakan marka SSR
(McCouch et al., 2002) dilakukan pada enam kandidat
galur mutan pemulih kesuburan yang terseleksi. Untuk
itu, sebanyak 153 marka SSR dipilih secara acak dengan
interval antara 10 – 15 cM hingga mencakup ke 12
khromosom tanaman padi secara merata (Gambar 1).
DNA galur CMS, Taichung 65 dan enam kandidat galur
mutan pemulih kesuburan diekstraksi secara alkali
(Maxime and Meredith, 2000) dan digunakan sebagai
template DNA pada reaksi polymerase chain reaction
(PCR). Amplifikasi PCR dilakukan pada total volume
15 µl, terdiri dari: primer 20 pmol, Taq polymerase 0.03
U/µl (promega), 1 x buffer mix (gotaq), dNTP 40 µM
dan H2O. Kondisi PCR diatur sebagai berikut; 94 oC
selama 5 menit sebagai initial denaturation, kemudian
dilanjutkan dengan 35 X (95 oC – 10 detik; 55 oC – 20
detik; 72 oC – 20 detik). Produk PCR dipisahkan pada
0.4% gel agarose dengan pewarna ethidium bromide.
Skening dilakukan dengan menggunakan scanner
typhoon 9410. Pengamatan fertilitas serbuk sari dan
survei genom kandidat galur mutan pemulih kesuburan
dilakukan di Biological Resources Laboratory, Japan
International Research Center for Agricultural Sciences
(JIRCAS), Jepang.
BAHAN DAN METODA
Galur CMS yang ditemukan pada saat pembuatan
galur introgresi Oryza glumaepatula (Sobrizal et al.,
1999) mempunyai genom sitoplasmik berasal dari padi
liar Oryza glumaepatula dan genom inti dari padi
budidaya Oryza sativa, cv. Taichung 65. Untuk menjaga
kemurniannya, galur CMS dilestarikan dengan
menggunakan serbuk sari (pollen) dari Taichung 65.
Kandidat galur mutan pemulih kesuburan dibuat melalui
iradiasi sinar gamma dosis 0.2 kGy pada 9000 biji
CMS. Seleksi terhadap kemampuan tanaman
menghasilkan biji dilakukan pada generasi M1, M2 dan
M3. Iradiasi biji dan seleksi pada generasi M1 dilakukan
pada tahun 2003, sedangkan seleksi pada generasi M2
dan M3 dilakukan pada tahun 2004. Iradiasi biji dan
seleksi pada generasi M1, M2 dan M3 dilakukan di
PATIR-BATAN, Pasar Jumat, Jakarta. Pertanaman pada
setiap generasi dilakukan di bak sawah yang terbuat dari
semen dan tidak terisolasi secara ketat sehingga
memungkinkan untuk terjadinya persilangan liar
(outcrossing), mengingat CMS sangat peka terhadap
persilangan liar. Sungguhpun demikian karena latar
belakar genetik dari CMS adalah Japonica sedangkan
tanaman yang ada di sekitarnya pada umumnya Indica,
1
2
0,3
RM3252
9,5
RM1247
19,9
RM8105
30,5
38,8
RM3598
RM3746
RM1032
RM3627
49,3
54,3
64,9
RM493
RM7562
17,9
RM3703
42,1
48,1
RM6378
RM5897
RM6853
RM3501
57,3
RM7426
28
32,8
RM5385
73,4
86
94,5
RM5638
RM5853
103,4
RM1349
113
RM3143
123,2
RM3547
132
RM3709
142,9
RM3640
RM1068
150,7
159,6
164,1
RM3520
RM5310
181,8
81,4
88,2
98,2
RM8252
RM3688
RM5804
109,3
RM1385
118,1
126,4
RM3220
RM6290
137,5
RM8255
146,6
RM1092
156,3
RM1255
5
RM3202
0,0
RM307
RM6301
RM3779
RM1324
RM1022
10,7
RM8213
RM3536
RM518
RM8219
RM6314
47,7
RM1284
19,8
25,5
30,8
41,5
59,5
68,7
RM6929
RM1164
83,2
RM6881
99
RM5626
115,6
RM3350
126,8
RM1350
136,5
145,6
RM3525
156,3
RM6987
164,4
RM7389
8
RM7454
11
RM5752
25,1
RM1353
35,7
44,4
53
RM7338
67
RM3691
83,3
4
2,2
13,3
21,5
28,5
36,9
6
3
RM5816
1,7
RM8109
12
20,6
RM5796
RM7302
11,5
115,8
RM3414
RM3414
30,7
RM5874
33,5
35,8
RM5981
RM7088
48,6
RM7293
51,3
RM7023
61,6
70,6
RM3330
RM7193
80,4
RM3827
90,5
RM5957
100
RM6734
110.,6
119,2
124,4
RM3138
RM5814
RM5753
56,1
RM3643
58,7
RM6645
68,3
74,5
RM3524
RM7051
67,5
75
RM5454
RM7568
85,5
RM7187
97,7
RM6148
87,4
95,3
RM3575
RM6841
108,2
113,2
RM3836
RM8217
104,4
RM3348
115,4
122
RM3170
RM1054
RM1352
RM6840
7
4,4
3
8,6
0,5
16,4
RM6863
26,3
RM1376
RM8263
36,8
RM7080
RM6776
48,8
RM6429
57,8
67,3
RM1132
95,8
103,4
RM5426
RM6650
116,6
RM7601
10
9
RM6369
2,4
10,9
20,7
RM6021
RM7217
AP6235
1,1
11
RM6370
12
4,8
RM3717
17,9
RM6207
30,9
RM5689
16.7
19,8
28.6
RM6085
RM1124
RM4504
34,9
42,5
RM3912
RM6051
41.6
RM5304
41,7
RM120
RM7027
55,3
RM3700
54,3
RM5731
RM3689
RM3533
RM5629
RM7300
65,1
53,6
58,9
64,2
RM7303
73,7
RM3123
76,7
RM7049
86,7
RM3262
96,6
RM5485
106,1
RM6542
119,9
RM3120
74,7
79,1
93,5
RM6251
RM3808
RM6797
83,8
RM6673
80,2
RM1341
90,6
RM5997
101,9
RM4112
112,9
RM1233
10
RM8214
26,7
RM6296
38,1
RM7619
49,5
RM101
61,6
RM1261
73,3
RM3326
89,5
95,4
RM7376
RM5479
108,2
RM5313
Gambar 1. Peta keterpautan memuat marka SSR yang digunakan pada survei genom kandidat galur mutan pemulih. 1 – 12 adalah
nomor khromosom; angka di sebelah kiri masing-masing khoromosom adalah posisi marka yang digunakan (McCouch
et al., 2002).
76
Sobrizal
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Melalui pemuliaan silang balik (backcross
breeding) antara spesies padi liar Oryza glumaepatula
(Acc. IRGC 105668) dengan spesies padi budidaya
Oryza sativa cv. Taichung 65 (Sobrizal et al., 1999),
diperoleh galur CMS. Pada persilangan untuk
mendapatkan tanaman F1, Oryza glumaepatula
digunakan sebagai tanaman induk betina dan Taichung
65 sebagai induk jantan, selanjutnya disilangbalik lebih
dari 10 kali dengan menggunakan serbuk sari Taichung
65. Dengan demikian galur CMS yang dihasilkan
dipastikan mempunyai genom sitoplasmik berasal dari
Oryza glumaepatula dan genom inti berasal dari
Taichung 65.
Dari 9000 benih yang diiradiasi dan disemai,
hanya 4316 tanaman M1 yang dapat tumbuh baik
sampai mencapai stadia keluar malai, dan diantaranya
hanya 69 tanaman yang dapat menghasilkan biji dengan
total biji M2 sebanyak 93 biji. Semua biji M2 yang
diperoleh ditanam pada musim tanam berikutnya
menjadi 93 tanaman M2. Dari 93 tanaman M2, hanya 10
tanaman yang dapat menghasilkan biji M3. Tanaman M2
yang tidak dapat menghasilkan biji M3 kemungkinan
tanaman yang berasal dari persilangan liar
(outcrossing), bukan sebagai mutan. Selanjutnya biji M3
dipanen terpisah menurut masing-masing tanaman
asalnya. Untuk pemurnian, biji M3 ditanam secara
pedigri. Galur M4 yang dihasilkan disebut kandidat
galur mutan pemulih kesuburan, dan masing-masing
galur M4 diberi nama R1, R2, dan seterusnya R10. Sifat
agronomi kandidat galur mutan pemulih kesuburan
mirip dengan sifat agronomi Taichung 65 yang
merupakan pelestari dari galur CMS. Dari 10 kandidat
galur mutan pemulih kesuburan yang diperoleh, 6
diantaranya digunakan pada penelitian ini.
Serbuk sari masing-masing kandidat galur mutan
pemulih kesuburan yang diteliti disajikan pada Gambar
2. Sebagai pembanding juga diikutkan serbuk sari dari
galur CMS dan serbuk sari Taichung 65. Serbuk sari
galur CMS terlihat 100 % steril yang ditandai dengan
warna terang pada butiran serbuk sari, sedangkan serbuk
sari Taichung 65 tetrlihat hampir 100% fertil yang
ditandai dengan warna gelap. Walaupun belum
sesempurna fertilitas serbuk sari Taichung 65, fertilitas
serbuk sari semua kandidat galur mutan pemulih
kesuburan terlihat jauh lebih baik bila dibandingkan
dengan fertilitas serbuk sari galur CMS. Hal ini sudah
cukup untuk dapat membuahi bunga betina normal,
karena menurut Namai dan Kato (1986), satu atau dua
serbuk sari saja yang jatuh pada kepala putik (stigma)
dapat berkembang menjadi biji. Tetapi kenyataannya
fertilitas gabah semua kandidat galur mutan pemulih
kesuburan masih agak rendah, yaitu sekitar 60 – 70 %.
Rendahnya fertilitas gabah semua kandidat galur mutan
pemulih kesuburan kemungkinan bersumber dari bunga
betina galur pemulih kesuburan itu sendiri. Sterilnya
bunga betina dapat disebabkan oleh interaksi alel pada
satu lokus (Wan et al., 1996), atau interaksi epistatik
antara suatu lokus dengan lokus lainnya (Kubo dan
Yoshimura, 2005). Pada penelitian ini mutasi dapat saja
terjadi pada gen lain selain gen pemulih kesuburan,
yang
mempengaruhi
fertilitas
bunga
betina,
menyebabkan rendahnya fertilitas gabah. Untuk
mengatasi hal ini, latar belakang genetik dari galur
pemulih kesuburan perlu dibebaskan dari pengaruh
iradiasi dengan mengembalikannya seperti latar
belakang genetik galur CMS dengan menyilangbalik
galur-galur pemulih kesuburan tersebut dengan galur
CMS.
R3
R5
R7
R8
R9
R10
CMS
TC65
Gambar 2. Serbuk sari kandidat galur mutan pemulih kesuburan, CMS dan Taichung 65 (TC65)
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
77
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
RM5981
R10
R9
R8
R7
R5
R3
CMS
TC65
terlihat pada Gambar 1, maka posisi terjadinya mutasi
juga akan dapat diketahui. Hasil survei disajikan pada
Gambar 3 dan Tabel 1. Pada survei dengan
menggunakan marka RM5981 (Gambar 3) terlihat pola
pita yang sama (non polimorfisme) antara TC65, CMS,
galur R3, R5, R7, R8, dan R9, sedangkan pola pita
berbeda (polimorfisme) terlihat pada galur R10. Hal ini
menunjukkan bahwa galur R10 telah mengalami mutasi
pada lokus RM5981. Begitu juga mutasi yang ditandai
dengan terlihatnya polimorfisme antara kandidat galur
mutan pemulih kesuburan dengan tanaman asalnya telah
terjadi pada lokus RM 6673 untuk galur, R5, R8, R9,
dan R10. Demikian seterusnya hasil survei pada 6
kandidat galur mutan pemulih kesuburan yang
menggunakan 153 marka disajikan pada Tabel 1.
M
R10
R9
R8
R7
R5
R3
CMS
TC65
Sebagaimana disebut di atas bahwa kandidat galur
mutan pemulih kesuburan diperoleh melalui irradiasi
sinar gamma biji CMS. Dengan demikian genom
sitoplasmik kandidat galur mutan pemulih tersebut sama
dengan genom sitoplasmik galur CMS yang berasal dari
genom sitoplasmik padi liar O. glumaepatula, kalau
pada genom sitoplasmik tidak terjadi mutasi. Untuk
dapat menghasilkan serbuk sari yang fertil, tentu
kandidat galur mutan pemulih kesuburan mempunyai
gen pemulih kesuburan pada inti sel yang merupakan
hasil mutasi dari iradiasi sinar gamma biji CMS.
Untuk mendeteksi mutasi pada kandidat galur
mutan pemulih kesuburan, dilakukan survei genom pada
kandidat galur mutan pemulih kesuburan tersebut
dengan menggunakan marka SSR. Dengan telah
diketahui posisi marka pada peta khromosom seperti
RM6673
Gambar 3. DNA gel-blot dari Taicung 65 (TC65), galur CMS dan 6
kandidat galur mutan pemulih kesuburan setelah
diamplifikisi dengan primer RM5981 dan RM6673. M
adalah marka berat molekul (20 base pair ladder DNA).
Tabel 1. Persentase marka yang memperlihatkan polymorfisme antara kandidat
galur mutan pemulih kesuburan dengan tanaman asal (TC65 dan CMS)
78
Jumlah marka
Polimorfisme
Non Polimorfisme
Total
Polimorfisme
(%)
R3
27
126
153
17.6
R5
28
125
153
18.3
R7
16
137
153
10.5
R8
20
133
153
13.1
R9
1
140
153
8.5
R10
18
135
153
11.8
Galur
Sobrizal
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Pada Tabel 1 terlihat frekuensi polimorfisme yang
terjadi antara kandidat galur mutan pemulih kesuburan
dengan tanaman asalnya. Frekuensi tertinggi yaitu pada
galur R5 sebanyak 18.3% dan terendah pada galur R9
sebanyak 8.5%. Angka ini jauh lebih rendah bila
dibandingkan dengan tingkat polimorfisme yang
terdeteksi antara varietas Indica IR36 dengan varietas
Japonica Koshihikari yaitu sebanyak 72% (data tidak
dipublikasi). Namun demikian tingkat polimorfisme
yang diperoleh antara kandidat galur mutan pemulih
kesuburan dengan tanaman asalnya diperkirakan akan
mampu untuk mendeteksi keterpautan antara marka
dengan gen pemulih kesuburan.
Tidak ditemukan satupun marka yang sama yang
memperlihatkan polimorfisme antara ke enam kandidat
galur mutan pemulih kesuburan dengan tanaman
asalnya mengindikasikan bahwa keenam kandidat galur
mutan pemulih kesuburan tidak membawa gen pemulih
kesuburan yang sama. Untuk memastikannya diperlukan
allelic test atau studi keterpautan agar diketahui
keterkaitan marka dengan gen pemulih kesuburan pada
masing-masing kandidat galur mutan pemulih
kesuburan. Selain itu, analisis genetik juga perlu
diarahkan untuk mengetahui jumlah gen yang terlibat
dalam pemulihan kesuburan serbuk sari. Semua
informasi ini akan memberi kemudahan dalam
penggunaan gen tersebut pada perakitan varietas padi
hibrida.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat ditarik beberapa
kesimpulan sebagai berikut;
1. Melalui iradiasi sinar gamma dengan dosis 0.2 kGy
pada 9000 biji CMS didapat 10 kandidat galur
mutan pemulih kesuburan.
2. Dari hasil survei genome menggunakan 153 marka
SSR pada enam kandidat galur mutan pemulih
kesuburan terdeteksi mutasi yang ditandai dengan
terlihatnya polimorfisme antara kandidat galur
mutan pemulih kesuburan dengan tanaman asalnya.
3. Frekuensi polimorfisme bervariasi pada masingmasing kandidat galur mutan pemulih kesuburan,
yang terendah sebanyak 8.5% ditemukan pada galur
R9 dan yang tertinggi 18.3% pada galur R5.
4. Tidak ditemukan satupun marka yang sama yang
memperlihatkan polimorfisme antara ke enam
kandidat galur mutan pemulih kesuburan dengan
tanaman asalnya mengindikasikan bahwa keenam
kandidat galur mutan pemulih kesuburan tidak
membawa gen pemulih kesuburan yang sama. Untuk
memastikannya perlu dilakukan allelic test atau
studi keterpautan agar diketahui keterkaitan marka
dengan gen tersebut pada masing-masing kandidat
galur mutan pemulih kesuburan.
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kami sampaikan kepada Dr. Hiroshi
Tsunematsu, Japan International Research Center for
Agricultural Sciences (JIRCAS) yang telah membantu
menyediakan fasilitas untuk melakukan survei genom di
laboratorium Agrobiological Resources, JIRCAS,
Tsukuba, Jepang. Terima kasih juga kami sampaikan
kepada kolega di Balai Iradiasi, Elektromekanik dan
Instrumentasi, PATIR-BATAN yang telah membantu
dalam iradiasi biji CMS, serta kepada bapak Carkum,
Kel. Pemuliaan Tanaman PATIR-BATAN yang telah
membantu pelaksanaan penelitian di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
Fujimura, T., H. Akagi, M. Oka, A. Nakamura, R.
Sawada. 1996. Establishment of a rice protoplast
culture and application of an asymmetric
protoplast fusion technique to hybrid rice breeding.
Plant Tissue Cult. Lett. 13:243-247.
Ismachin, M., Sobrizal. 2006. A significant contribution
of mutation techniques to rice breeding in
Indonesia. Plant Mutation Reports. 1:18-21.
Kubo, T., A. Yoshimura. 2005. Epistasis underlying
female sterility detected in hybrid breakdown in a
Japonica-Indica cross of rice (Oryza sativa L.).
Theor Appl Genet. 110: 346-355.
McCouch, S. R., L. Teytelman, Y. Xu, K. B. Lobos, K.
Clare, M. Walton, B. Fu, R. Maghirang, Z. Li, Y.
Xing, Q. Zang, I. Kono, M. Yano, R. Fjellstrom,
G. DeClerc, D. Scheneider, S. Cartinhour, D.
Ware, L. Stein. 2002. Development and mapping
of 2,240 new SSR markers of rice (Oryza sativa
L.). DNA Res. 9:199-207.
Maxime, P., C. Meredith. 2000. Cereal DNA: rapid
high-throughput extraction method for marker
assisted selection. Plant Molecular Biology
reporter. 18: 357-360.
Namai, H., H. Kato. 1988. Improving pollination
characteristics of japonica rice. In: Hybrid Rice.
International Rice Research Institute, Manila,
Philippines. p. 165-173.
Newton, K. J. 1988. Plant mitochondrial genomes:
Organization, expression and variation. Annu Rev
Plant Physiol Plant Mol. Biol. 39:503-532.
79
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Sobrizal, K. Ikeda, P. L. Sanchez, K. Doi, E. R.
Angeles, G. S. Khush, A. Yoshimura. 1999.
Development of Oryza glumaepatula introgression
lines in rice, Oriza sativa L. RGN 16:107-108.
Yamaguchi, H., T. Morishita, K. Degi, A. Tanaka, N.
Shikazono, Y. Hase. 2006. Effect of carbon-ion
irradiation on mutation induction in rice. Plant
Mutation Reports. 1:25-27.
Virmani, S. S., B. C. Viraktamath, C. L. Casal, R. S.
Toledo, M. T. Lopez, J. O. Manalo. 1997. Hybrid
Rice Breeding Manual. International Rice
Research Institute, Los Banos, Laguna,
Philippines, p 11.
Yuan, L. P. 1994. Increasing yield potential in rice by
exploitation of heterosis. In: Virmani, S. S. (ed).
Hybrid Rice Technology. New Developments and
Future Prospects. International Rice Research
Institute, Manila, Philippines, p 1-6.
Wan, J., Y. Yamaguchi, H. Kato, H. Ikehashi. 1996.
Two new loci for hybrid sterility in cultivated rice
(Oryza sativa L.). Theor Appl Genet. 92:183-190.
80
Sobrizal
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur Mutan Pemulih Kesuburan Tanaman Padi
Rice Mutation on Candidate of Restorer Mutant Lines
Sobrizal 1
Diterima 23 Februari 2007/Disetujui 27 Juli 2007
ABSTRACT
Cytoplasmic male sterility (CMS) system has largely been applied in development of rice hybrid varieties. In this
system the maintainer and restorer lines are necessary to maintain the CMS and to restore the pollination abilities of
hybrid plants, respectively. In this study, rice candidate of restorer mutant lines were developed through irradiation of
CMS seeds by 0.2 kGy gamma rays. Some mutations indicated by polymorphism between mutants and original plants
were observed through simple sequence repeat (SSR) marker genome survey in six mutant lines. Frequencies of
polymorphism varied depend on the lines, range from 8.5 to 18.3%. No common marker showed polymorphism between
six mutant lines and original plants indicating that the mutant lines do not carry the same restoring genes.
Nevertheless, allelic tests or linkage studies using segregating populations are needed for confirmation. This result
should be useful as initial information on genetic studies of restoring genes induced by gamma ray irradiation as well
as for application of these genes in hybrid rice breeding program.
Key words : Mutation, restorer mutant lines, hybrid rice
PENDAHULUAN
Sebagai tanaman menyerbuk sendiri, produk riset
pemuliaan padi yang dikenal selama ini adalah jenis
inbrida. Sejak ilmuwan Cina berhasil mengembangkan
dan menggunakan padi hibrida pada akhir tahun
1970an, teknologi padi hibrida menarik perhatian para
peneliti di berbagai belahan dunia. Indonesia sudah
melepas 31 varietas hibrida, baik oleh lembaga riset
pemerintah maupun dari introduksi oleh perusahaan
benih suwasta, namun pengembangan jenis hibrida di
lapangan masih terbatas. Varietas padi hibrida dengan
sifat heterosis yang dimilikinya mempunyai potensi
hasil 15 – 30% lebih tinggi dari pada varietas padi
inbrida (Yuan, 1994; Fujimura et al., 1996). Penanaman
varietas padi hibrida tentu akan membantu dalam
memenuhi kebutuhan pangan nasional.
Penggunaan sistem mandul jantan (male sterility)
merupakan persyaratan mutlak dalam mengeksploitasi
heterosis pada tanaman padi. Ada beberapa sistem
mandul jantan yang diketahui, yaitu cytoplasmic genetic
male sterility (CMS), environmental sensitive genetic
male sterility dan chemical induced male sterility
(Virmani et al., 1997). Dari ketiga sistem itu hanya
CMS yang sudah dipakai secara luas dalam
pengembangan varietas padi hibrida.
CMS terjadi disebabkan oleh interaksi antara
genom sitoplasmik dengan inti, dan diturunkan secara
maternal (Virmani et al., 1997). Dalam pemuliaan
1
varietas hibrida yang menggunakan sistem CMS, selain
galur CMS diperlukan juga galur pelestari (maintainer)
dan galur pemulih kesuburan (restorer). Galur pelestari
diperlukan untuk melestarikan galur CMS karena galur
CMS tidak dapat menghasilkan biji sendiri, sedangkan
galur pemulih kesuburan berfungsi untuk memulihkan
kemampuan menyerbuk sendiri dari tanaman hibrida.
Secara komersial sistem CMS juga telah digunakan
dalam memproduksi benih hibrida pada tanaman yang
mempunyai nilai ekonomi tinggi (Newton, 1988).
Pada pemuliaan tanaman, mutasi induksi
merupakan cara yang efektif untuk memperluas
keragaman genetik. Berbagai mutagen kimia maupun
mutagen fisika telah digunakan untuk menginduksi
mutan. Akhir-akhir ini, lebih dari 2500 varietas mutan
telah dilepas di berbagai negara, dan lebih dari
separuhnya merupakan hasil iradiasi sinar gamma
(www-mvd.iaea.org). Sebanyak 443 diantaranya adalah
varietas mutan tanaman padi. Indonesia pertama kali
melepas varietas mutan padi yaitu pada tahun 1982
dengan nama Atomita 1, dan sejak itu sudah 14 varietas
mutan padi yang dilepas (Ismachin and Sobrizal, 2006).
Sebagian besar dari varietas mutan padi tersebut
merupakan hasil iradiasi sinar gamma dengan dosis 0,2
kGy. Yamaguchi et al., (2006) juga menyimpulkan
bahwa dosis 0,2 kGy merupakan dosis optimum
penggunaan sinar gamma untuk mendapatkan frekuensi
mutasi yang tinggi.
PATIR-BATAN, Jl. Cinere Pasar Jumat, Kotak Pos 7002 JKSKL, Jakarta 12070
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
75
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur Mutan Pemulih Kesuburan Tanaman Padi
Rice Mutation on Candidate of Restorer Mutant Lines
Sobrizal 1
Diterima 23 Februari 2007/Disetujui 27 Juli 2007
ABSTRACT
Cytoplasmic male sterility (CMS) system has largely been applied in development of rice hybrid varieties. In this
system the maintainer and restorer lines are necessary to maintain the CMS and to restore the pollination abilities of
hybrid plants, respectively. In this study, rice candidate of restorer mutant lines were developed through irradiation of
CMS seeds by 0.2 kGy gamma rays. Some mutations indicated by polymorphism between mutants and original plants
were observed through simple sequence repeat (SSR) marker genome survey in six mutant lines. Frequencies of
polymorphism varied depend on the lines, range from 8.5 to 18.3%. No common marker showed polymorphism between
six mutant lines and original plants indicating that the mutant lines do not carry the same restoring genes.
Nevertheless, allelic tests or linkage studies using segregating populations are needed for confirmation. This result
should be useful as initial information on genetic studies of restoring genes induced by gamma ray irradiation as well
as for application of these genes in hybrid rice breeding program.
Key words : Mutation, restorer mutant lines, hybrid rice
PENDAHULUAN
Sebagai tanaman menyerbuk sendiri, produk riset
pemuliaan padi yang dikenal selama ini adalah jenis
inbrida. Sejak ilmuwan Cina berhasil mengembangkan
dan menggunakan padi hibrida pada akhir tahun
1970an, teknologi padi hibrida menarik perhatian para
peneliti di berbagai belahan dunia. Indonesia sudah
melepas 31 varietas hibrida, baik oleh lembaga riset
pemerintah maupun dari introduksi oleh perusahaan
benih suwasta, namun pengembangan jenis hibrida di
lapangan masih terbatas. Varietas padi hibrida dengan
sifat heterosis yang dimilikinya mempunyai potensi
hasil 15 – 30% lebih tinggi dari pada varietas padi
inbrida (Yuan, 1994; Fujimura et al., 1996). Penanaman
varietas padi hibrida tentu akan membantu dalam
memenuhi kebutuhan pangan nasional.
Penggunaan sistem mandul jantan (male sterility)
merupakan persyaratan mutlak dalam mengeksploitasi
heterosis pada tanaman padi. Ada beberapa sistem
mandul jantan yang diketahui, yaitu cytoplasmic genetic
male sterility (CMS), environmental sensitive genetic
male sterility dan chemical induced male sterility
(Virmani et al., 1997). Dari ketiga sistem itu hanya
CMS yang sudah dipakai secara luas dalam
pengembangan varietas padi hibrida.
CMS terjadi disebabkan oleh interaksi antara
genom sitoplasmik dengan inti, dan diturunkan secara
maternal (Virmani et al., 1997). Dalam pemuliaan
1
varietas hibrida yang menggunakan sistem CMS, selain
galur CMS diperlukan juga galur pelestari (maintainer)
dan galur pemulih kesuburan (restorer). Galur pelestari
diperlukan untuk melestarikan galur CMS karena galur
CMS tidak dapat menghasilkan biji sendiri, sedangkan
galur pemulih kesuburan berfungsi untuk memulihkan
kemampuan menyerbuk sendiri dari tanaman hibrida.
Secara komersial sistem CMS juga telah digunakan
dalam memproduksi benih hibrida pada tanaman yang
mempunyai nilai ekonomi tinggi (Newton, 1988).
Pada pemuliaan tanaman, mutasi induksi
merupakan cara yang efektif untuk memperluas
keragaman genetik. Berbagai mutagen kimia maupun
mutagen fisika telah digunakan untuk menginduksi
mutan. Akhir-akhir ini, lebih dari 2500 varietas mutan
telah dilepas di berbagai negara, dan lebih dari
separuhnya merupakan hasil iradiasi sinar gamma
(www-mvd.iaea.org). Sebanyak 443 diantaranya adalah
varietas mutan tanaman padi. Indonesia pertama kali
melepas varietas mutan padi yaitu pada tahun 1982
dengan nama Atomita 1, dan sejak itu sudah 14 varietas
mutan padi yang dilepas (Ismachin and Sobrizal, 2006).
Sebagian besar dari varietas mutan padi tersebut
merupakan hasil iradiasi sinar gamma dengan dosis 0,2
kGy. Yamaguchi et al., (2006) juga menyimpulkan
bahwa dosis 0,2 kGy merupakan dosis optimum
penggunaan sinar gamma untuk mendapatkan frekuensi
mutasi yang tinggi.
PATIR-BATAN, Jl. Cinere Pasar Jumat, Kotak Pos 7002 JKSKL, Jakarta 12070
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
75
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Penelitian ini bertujuan untuk membuat galur
mutan pemulih kesuburan secara mutasi induksi melalui
iradiasi biji CMS dengan sinar gamma dosis 0,2 kGy,
dan melihat terjadinya mutasi pada kandidat galur
mutan pemulih kesuburan melalui survei genom dengan
menggunakan marka simple sequence repeat (SSR).
Terjadinya mutasi dalam hal ini ditandai dengan
terlihatnya polymorfisme antara mutan dengan tanaman
asalnya.
kalaupun terjadi persilangan liar akan dapat dikenali
pada generasi berikutnya.
Pada tahun 2005, biji M4 yang berasal dari
tanaman M3 yang terseleksi ditanam dan diamati
fertilitas serbuk sarinya. Gabah (spikelet) tanaman M4
yang sehari sebelum antesis dipilih dan anteranya
dikeluarkan untuk diamati serbuk sari yang melekat
pada anter tersebut melalui pewarnaan dengan
menggunakan 0,5% acetocarmine. Pada tahun yang
sama, survei genom dengan menggunakan marka SSR
(McCouch et al., 2002) dilakukan pada enam kandidat
galur mutan pemulih kesuburan yang terseleksi. Untuk
itu, sebanyak 153 marka SSR dipilih secara acak dengan
interval antara 10 – 15 cM hingga mencakup ke 12
khromosom tanaman padi secara merata (Gambar 1).
DNA galur CMS, Taichung 65 dan enam kandidat galur
mutan pemulih kesuburan diekstraksi secara alkali
(Maxime and Meredith, 2000) dan digunakan sebagai
template DNA pada reaksi polymerase chain reaction
(PCR). Amplifikasi PCR dilakukan pada total volume
15 µl, terdiri dari: primer 20 pmol, Taq polymerase 0.03
U/µl (promega), 1 x buffer mix (gotaq), dNTP 40 µM
dan H2O. Kondisi PCR diatur sebagai berikut; 94 oC
selama 5 menit sebagai initial denaturation, kemudian
dilanjutkan dengan 35 X (95 oC – 10 detik; 55 oC – 20
detik; 72 oC – 20 detik). Produk PCR dipisahkan pada
0.4% gel agarose dengan pewarna ethidium bromide.
Skening dilakukan dengan menggunakan scanner
typhoon 9410. Pengamatan fertilitas serbuk sari dan
survei genom kandidat galur mutan pemulih kesuburan
dilakukan di Biological Resources Laboratory, Japan
International Research Center for Agricultural Sciences
(JIRCAS), Jepang.
BAHAN DAN METODA
Galur CMS yang ditemukan pada saat pembuatan
galur introgresi Oryza glumaepatula (Sobrizal et al.,
1999) mempunyai genom sitoplasmik berasal dari padi
liar Oryza glumaepatula dan genom inti dari padi
budidaya Oryza sativa, cv. Taichung 65. Untuk menjaga
kemurniannya, galur CMS dilestarikan dengan
menggunakan serbuk sari (pollen) dari Taichung 65.
Kandidat galur mutan pemulih kesuburan dibuat melalui
iradiasi sinar gamma dosis 0.2 kGy pada 9000 biji
CMS. Seleksi terhadap kemampuan tanaman
menghasilkan biji dilakukan pada generasi M1, M2 dan
M3. Iradiasi biji dan seleksi pada generasi M1 dilakukan
pada tahun 2003, sedangkan seleksi pada generasi M2
dan M3 dilakukan pada tahun 2004. Iradiasi biji dan
seleksi pada generasi M1, M2 dan M3 dilakukan di
PATIR-BATAN, Pasar Jumat, Jakarta. Pertanaman pada
setiap generasi dilakukan di bak sawah yang terbuat dari
semen dan tidak terisolasi secara ketat sehingga
memungkinkan untuk terjadinya persilangan liar
(outcrossing), mengingat CMS sangat peka terhadap
persilangan liar. Sungguhpun demikian karena latar
belakar genetik dari CMS adalah Japonica sedangkan
tanaman yang ada di sekitarnya pada umumnya Indica,
1
2
0,3
RM3252
9,5
RM1247
19,9
RM8105
30,5
38,8
RM3598
RM3746
RM1032
RM3627
49,3
54,3
64,9
RM493
RM7562
17,9
RM3703
42,1
48,1
RM6378
RM5897
RM6853
RM3501
57,3
RM7426
28
32,8
RM5385
73,4
86
94,5
RM5638
RM5853
103,4
RM1349
113
RM3143
123,2
RM3547
132
RM3709
142,9
RM3640
RM1068
150,7
159,6
164,1
RM3520
RM5310
181,8
81,4
88,2
98,2
RM8252
RM3688
RM5804
109,3
RM1385
118,1
126,4
RM3220
RM6290
137,5
RM8255
146,6
RM1092
156,3
RM1255
5
RM3202
0,0
RM307
RM6301
RM3779
RM1324
RM1022
10,7
RM8213
RM3536
RM518
RM8219
RM6314
47,7
RM1284
19,8
25,5
30,8
41,5
59,5
68,7
RM6929
RM1164
83,2
RM6881
99
RM5626
115,6
RM3350
126,8
RM1350
136,5
145,6
RM3525
156,3
RM6987
164,4
RM7389
8
RM7454
11
RM5752
25,1
RM1353
35,7
44,4
53
RM7338
67
RM3691
83,3
4
2,2
13,3
21,5
28,5
36,9
6
3
RM5816
1,7
RM8109
12
20,6
RM5796
RM7302
11,5
115,8
RM3414
RM3414
30,7
RM5874
33,5
35,8
RM5981
RM7088
48,6
RM7293
51,3
RM7023
61,6
70,6
RM3330
RM7193
80,4
RM3827
90,5
RM5957
100
RM6734
110.,6
119,2
124,4
RM3138
RM5814
RM5753
56,1
RM3643
58,7
RM6645
68,3
74,5
RM3524
RM7051
67,5
75
RM5454
RM7568
85,5
RM7187
97,7
RM6148
87,4
95,3
RM3575
RM6841
108,2
113,2
RM3836
RM8217
104,4
RM3348
115,4
122
RM3170
RM1054
RM1352
RM6840
7
4,4
3
8,6
0,5
16,4
RM6863
26,3
RM1376
RM8263
36,8
RM7080
RM6776
48,8
RM6429
57,8
67,3
RM1132
95,8
103,4
RM5426
RM6650
116,6
RM7601
10
9
RM6369
2,4
10,9
20,7
RM6021
RM7217
AP6235
1,1
11
RM6370
12
4,8
RM3717
17,9
RM6207
30,9
RM5689
16.7
19,8
28.6
RM6085
RM1124
RM4504
34,9
42,5
RM3912
RM6051
41.6
RM5304
41,7
RM120
RM7027
55,3
RM3700
54,3
RM5731
RM3689
RM3533
RM5629
RM7300
65,1
53,6
58,9
64,2
RM7303
73,7
RM3123
76,7
RM7049
86,7
RM3262
96,6
RM5485
106,1
RM6542
119,9
RM3120
74,7
79,1
93,5
RM6251
RM3808
RM6797
83,8
RM6673
80,2
RM1341
90,6
RM5997
101,9
RM4112
112,9
RM1233
10
RM8214
26,7
RM6296
38,1
RM7619
49,5
RM101
61,6
RM1261
73,3
RM3326
89,5
95,4
RM7376
RM5479
108,2
RM5313
Gambar 1. Peta keterpautan memuat marka SSR yang digunakan pada survei genom kandidat galur mutan pemulih. 1 – 12 adalah
nomor khromosom; angka di sebelah kiri masing-masing khoromosom adalah posisi marka yang digunakan (McCouch
et al., 2002).
76
Sobrizal
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Melalui pemuliaan silang balik (backcross
breeding) antara spesies padi liar Oryza glumaepatula
(Acc. IRGC 105668) dengan spesies padi budidaya
Oryza sativa cv. Taichung 65 (Sobrizal et al., 1999),
diperoleh galur CMS. Pada persilangan untuk
mendapatkan tanaman F1, Oryza glumaepatula
digunakan sebagai tanaman induk betina dan Taichung
65 sebagai induk jantan, selanjutnya disilangbalik lebih
dari 10 kali dengan menggunakan serbuk sari Taichung
65. Dengan demikian galur CMS yang dihasilkan
dipastikan mempunyai genom sitoplasmik berasal dari
Oryza glumaepatula dan genom inti berasal dari
Taichung 65.
Dari 9000 benih yang diiradiasi dan disemai,
hanya 4316 tanaman M1 yang dapat tumbuh baik
sampai mencapai stadia keluar malai, dan diantaranya
hanya 69 tanaman yang dapat menghasilkan biji dengan
total biji M2 sebanyak 93 biji. Semua biji M2 yang
diperoleh ditanam pada musim tanam berikutnya
menjadi 93 tanaman M2. Dari 93 tanaman M2, hanya 10
tanaman yang dapat menghasilkan biji M3. Tanaman M2
yang tidak dapat menghasilkan biji M3 kemungkinan
tanaman yang berasal dari persilangan liar
(outcrossing), bukan sebagai mutan. Selanjutnya biji M3
dipanen terpisah menurut masing-masing tanaman
asalnya. Untuk pemurnian, biji M3 ditanam secara
pedigri. Galur M4 yang dihasilkan disebut kandidat
galur mutan pemulih kesuburan, dan masing-masing
galur M4 diberi nama R1, R2, dan seterusnya R10. Sifat
agronomi kandidat galur mutan pemulih kesuburan
mirip dengan sifat agronomi Taichung 65 yang
merupakan pelestari dari galur CMS. Dari 10 kandidat
galur mutan pemulih kesuburan yang diperoleh, 6
diantaranya digunakan pada penelitian ini.
Serbuk sari masing-masing kandidat galur mutan
pemulih kesuburan yang diteliti disajikan pada Gambar
2. Sebagai pembanding juga diikutkan serbuk sari dari
galur CMS dan serbuk sari Taichung 65. Serbuk sari
galur CMS terlihat 100 % steril yang ditandai dengan
warna terang pada butiran serbuk sari, sedangkan serbuk
sari Taichung 65 tetrlihat hampir 100% fertil yang
ditandai dengan warna gelap. Walaupun belum
sesempurna fertilitas serbuk sari Taichung 65, fertilitas
serbuk sari semua kandidat galur mutan pemulih
kesuburan terlihat jauh lebih baik bila dibandingkan
dengan fertilitas serbuk sari galur CMS. Hal ini sudah
cukup untuk dapat membuahi bunga betina normal,
karena menurut Namai dan Kato (1986), satu atau dua
serbuk sari saja yang jatuh pada kepala putik (stigma)
dapat berkembang menjadi biji. Tetapi kenyataannya
fertilitas gabah semua kandidat galur mutan pemulih
kesuburan masih agak rendah, yaitu sekitar 60 – 70 %.
Rendahnya fertilitas gabah semua kandidat galur mutan
pemulih kesuburan kemungkinan bersumber dari bunga
betina galur pemulih kesuburan itu sendiri. Sterilnya
bunga betina dapat disebabkan oleh interaksi alel pada
satu lokus (Wan et al., 1996), atau interaksi epistatik
antara suatu lokus dengan lokus lainnya (Kubo dan
Yoshimura, 2005). Pada penelitian ini mutasi dapat saja
terjadi pada gen lain selain gen pemulih kesuburan,
yang
mempengaruhi
fertilitas
bunga
betina,
menyebabkan rendahnya fertilitas gabah. Untuk
mengatasi hal ini, latar belakang genetik dari galur
pemulih kesuburan perlu dibebaskan dari pengaruh
iradiasi dengan mengembalikannya seperti latar
belakang genetik galur CMS dengan menyilangbalik
galur-galur pemulih kesuburan tersebut dengan galur
CMS.
R3
R5
R7
R8
R9
R10
CMS
TC65
Gambar 2. Serbuk sari kandidat galur mutan pemulih kesuburan, CMS dan Taichung 65 (TC65)
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
77
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
RM5981
R10
R9
R8
R7
R5
R3
CMS
TC65
terlihat pada Gambar 1, maka posisi terjadinya mutasi
juga akan dapat diketahui. Hasil survei disajikan pada
Gambar 3 dan Tabel 1. Pada survei dengan
menggunakan marka RM5981 (Gambar 3) terlihat pola
pita yang sama (non polimorfisme) antara TC65, CMS,
galur R3, R5, R7, R8, dan R9, sedangkan pola pita
berbeda (polimorfisme) terlihat pada galur R10. Hal ini
menunjukkan bahwa galur R10 telah mengalami mutasi
pada lokus RM5981. Begitu juga mutasi yang ditandai
dengan terlihatnya polimorfisme antara kandidat galur
mutan pemulih kesuburan dengan tanaman asalnya telah
terjadi pada lokus RM 6673 untuk galur, R5, R8, R9,
dan R10. Demikian seterusnya hasil survei pada 6
kandidat galur mutan pemulih kesuburan yang
menggunakan 153 marka disajikan pada Tabel 1.
M
R10
R9
R8
R7
R5
R3
CMS
TC65
Sebagaimana disebut di atas bahwa kandidat galur
mutan pemulih kesuburan diperoleh melalui irradiasi
sinar gamma biji CMS. Dengan demikian genom
sitoplasmik kandidat galur mutan pemulih tersebut sama
dengan genom sitoplasmik galur CMS yang berasal dari
genom sitoplasmik padi liar O. glumaepatula, kalau
pada genom sitoplasmik tidak terjadi mutasi. Untuk
dapat menghasilkan serbuk sari yang fertil, tentu
kandidat galur mutan pemulih kesuburan mempunyai
gen pemulih kesuburan pada inti sel yang merupakan
hasil mutasi dari iradiasi sinar gamma biji CMS.
Untuk mendeteksi mutasi pada kandidat galur
mutan pemulih kesuburan, dilakukan survei genom pada
kandidat galur mutan pemulih kesuburan tersebut
dengan menggunakan marka SSR. Dengan telah
diketahui posisi marka pada peta khromosom seperti
RM6673
Gambar 3. DNA gel-blot dari Taicung 65 (TC65), galur CMS dan 6
kandidat galur mutan pemulih kesuburan setelah
diamplifikisi dengan primer RM5981 dan RM6673. M
adalah marka berat molekul (20 base pair ladder DNA).
Tabel 1. Persentase marka yang memperlihatkan polymorfisme antara kandidat
galur mutan pemulih kesuburan dengan tanaman asal (TC65 dan CMS)
78
Jumlah marka
Polimorfisme
Non Polimorfisme
Total
Polimorfisme
(%)
R3
27
126
153
17.6
R5
28
125
153
18.3
R7
16
137
153
10.5
R8
20
133
153
13.1
R9
1
140
153
8.5
R10
18
135
153
11.8
Galur
Sobrizal
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Pada Tabel 1 terlihat frekuensi polimorfisme yang
terjadi antara kandidat galur mutan pemulih kesuburan
dengan tanaman asalnya. Frekuensi tertinggi yaitu pada
galur R5 sebanyak 18.3% dan terendah pada galur R9
sebanyak 8.5%. Angka ini jauh lebih rendah bila
dibandingkan dengan tingkat polimorfisme yang
terdeteksi antara varietas Indica IR36 dengan varietas
Japonica Koshihikari yaitu sebanyak 72% (data tidak
dipublikasi). Namun demikian tingkat polimorfisme
yang diperoleh antara kandidat galur mutan pemulih
kesuburan dengan tanaman asalnya diperkirakan akan
mampu untuk mendeteksi keterpautan antara marka
dengan gen pemulih kesuburan.
Tidak ditemukan satupun marka yang sama yang
memperlihatkan polimorfisme antara ke enam kandidat
galur mutan pemulih kesuburan dengan tanaman
asalnya mengindikasikan bahwa keenam kandidat galur
mutan pemulih kesuburan tidak membawa gen pemulih
kesuburan yang sama. Untuk memastikannya diperlukan
allelic test atau studi keterpautan agar diketahui
keterkaitan marka dengan gen pemulih kesuburan pada
masing-masing kandidat galur mutan pemulih
kesuburan. Selain itu, analisis genetik juga perlu
diarahkan untuk mengetahui jumlah gen yang terlibat
dalam pemulihan kesuburan serbuk sari. Semua
informasi ini akan memberi kemudahan dalam
penggunaan gen tersebut pada perakitan varietas padi
hibrida.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat ditarik beberapa
kesimpulan sebagai berikut;
1. Melalui iradiasi sinar gamma dengan dosis 0.2 kGy
pada 9000 biji CMS didapat 10 kandidat galur
mutan pemulih kesuburan.
2. Dari hasil survei genome menggunakan 153 marka
SSR pada enam kandidat galur mutan pemulih
kesuburan terdeteksi mutasi yang ditandai dengan
terlihatnya polimorfisme antara kandidat galur
mutan pemulih kesuburan dengan tanaman asalnya.
3. Frekuensi polimorfisme bervariasi pada masingmasing kandidat galur mutan pemulih kesuburan,
yang terendah sebanyak 8.5% ditemukan pada galur
R9 dan yang tertinggi 18.3% pada galur R5.
4. Tidak ditemukan satupun marka yang sama yang
memperlihatkan polimorfisme antara ke enam
kandidat galur mutan pemulih kesuburan dengan
tanaman asalnya mengindikasikan bahwa keenam
kandidat galur mutan pemulih kesuburan tidak
membawa gen pemulih kesuburan yang sama. Untuk
memastikannya perlu dilakukan allelic test atau
studi keterpautan agar diketahui keterkaitan marka
dengan gen tersebut pada masing-masing kandidat
galur mutan pemulih kesuburan.
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kami sampaikan kepada Dr. Hiroshi
Tsunematsu, Japan International Research Center for
Agricultural Sciences (JIRCAS) yang telah membantu
menyediakan fasilitas untuk melakukan survei genom di
laboratorium Agrobiological Resources, JIRCAS,
Tsukuba, Jepang. Terima kasih juga kami sampaikan
kepada kolega di Balai Iradiasi, Elektromekanik dan
Instrumentasi, PATIR-BATAN yang telah membantu
dalam iradiasi biji CMS, serta kepada bapak Carkum,
Kel. Pemuliaan Tanaman PATIR-BATAN yang telah
membantu pelaksanaan penelitian di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
Fujimura, T., H. Akagi, M. Oka, A. Nakamura, R.
Sawada. 1996. Establishment of a rice protoplast
culture and application of an asymmetric
protoplast fusion technique to hybrid rice breeding.
Plant Tissue Cult. Lett. 13:243-247.
Ismachin, M., Sobrizal. 2006. A significant contribution
of mutation techniques to rice breeding in
Indonesia. Plant Mutation Reports. 1:18-21.
Kubo, T., A. Yoshimura. 2005. Epistasis underlying
female sterility detected in hybrid breakdown in a
Japonica-Indica cross of rice (Oryza sativa L.).
Theor Appl Genet. 110: 346-355.
McCouch, S. R., L. Teytelman, Y. Xu, K. B. Lobos, K.
Clare, M. Walton, B. Fu, R. Maghirang, Z. Li, Y.
Xing, Q. Zang, I. Kono, M. Yano, R. Fjellstrom,
G. DeClerc, D. Scheneider, S. Cartinhour, D.
Ware, L. Stein. 2002. Development and mapping
of 2,240 new SSR markers of rice (Oryza sativa
L.). DNA Res. 9:199-207.
Maxime, P., C. Meredith. 2000. Cereal DNA: rapid
high-throughput extraction method for marker
assisted selection. Plant Molecular Biology
reporter. 18: 357-360.
Namai, H., H. Kato. 1988. Improving pollination
characteristics of japonica rice. In: Hybrid Rice.
International Rice Research Institute, Manila,
Philippines. p. 165-173.
Newton, K. J. 1988. Plant mitochondrial genomes:
Organization, expression and variation. Annu Rev
Plant Physiol Plant Mol. Biol. 39:503-532.
79
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Sobrizal, K. Ikeda, P. L. Sanchez, K. Doi, E. R.
Angeles, G. S. Khush, A. Yoshimura. 1999.
Development of Oryza glumaepatula introgression
lines in rice, Oriza sativa L. RGN 16:107-108.
Yamaguchi, H., T. Morishita, K. Degi, A. Tanaka, N.
Shikazono, Y. Hase. 2006. Effect of carbon-ion
irradiation on mutation induction in rice. Plant
Mutation Reports. 1:25-27.
Virmani, S. S., B. C. Viraktamath, C. L. Casal, R. S.
Toledo, M. T. Lopez, J. O. Manalo. 1997. Hybrid
Rice Breeding Manual. International Rice
Research Institute, Los Banos, Laguna,
Philippines, p 11.
Yuan, L. P. 1994. Increasing yield potential in rice by
exploitation of heterosis. In: Virmani, S. S. (ed).
Hybrid Rice Technology. New Developments and
Future Prospects. International Rice Research
Institute, Manila, Philippines, p 1-6.
Wan, J., Y. Yamaguchi, H. Kato, H. Ikehashi. 1996.
Two new loci for hybrid sterility in cultivated rice
(Oryza sativa L.). Theor Appl Genet. 92:183-190.
80
Sobrizal
Bul. Agron. (35) (2) 75 – 80 (2007)
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur Mutan Pemulih Kesuburan Tanaman Padi
Rice Mutation on Candidate of Restorer Mutant Lines
Sobrizal 1
Diterima 23 Februari 2007/Disetujui 27 Juli 2007
ABSTRACT
Cytoplasmic male sterility (CMS) system has largely been applied in development of rice hybrid varieties. In this
system the maintainer and restorer lines are necessary to maintain the CMS and to restore the pollination abilities of
hybrid plants, respectively. In this study, rice candidate of restorer mutant lines were developed through irradiation of
CMS seeds by 0.2 kGy gamma rays. Some mutations indicated by polymorphism between mutants and original plants
were observed through simple sequence repeat (SSR) marker genome survey in six mutant lines. Frequencies of
polymorphism varied depend on the lines, range from 8.5 to 18.3%. No common marker showed polymorphism between
six mutant lines and original plants indicating that the mutant lines do not carry the same restoring genes.
Nevertheless, allelic tests or linkage studies using segregating populations are needed for confirmation. This result
should be useful as initial information on genetic studies of restoring genes induced by gamma ray irradiation as well
as for application of these genes in hybrid rice breeding program.
Key words : Mutation, restorer mutant lines, hybrid rice
PENDAHULUAN
Sebagai tanaman menyerbuk sendiri, produk riset
pemuliaan padi yang dikenal selama ini adalah jenis
inbrida. Sejak ilmuwan Cina berhasil mengembangkan
dan menggunakan padi hibrida pada akhir tahun
1970an, teknologi padi hibrida menarik perhatian para
peneliti di berbagai belahan dunia. Indonesia sudah
melepas 31 varietas hibrida, baik oleh lembaga riset
pemerintah maupun dari introduksi oleh perusahaan
benih suwasta, namun pengembangan jenis hibrida di
lapangan masih terbatas. Varietas padi hibrida dengan
sifat heterosis yang dimilikinya mempunyai potensi
hasil 15 – 30% lebih tinggi dari pada varietas padi
inbrida (Yuan, 1994; Fujimura et al., 1996). Penanaman
varietas padi hibrida tentu akan membantu dalam
memenuhi kebutuhan pangan nasional.
Penggunaan sistem mandul jantan (male sterility)
merupakan persyaratan mutlak dalam mengeksploitasi
heterosis pada tanaman padi. Ada beberapa sistem
mandul jantan yang diketahui, yaitu cytoplasmic genetic
male sterility (CMS), environmental sensitive genetic
male sterility dan chemical induced male sterility
(Virmani et al., 1997). Dari ketiga sistem itu hanya
CMS yang sudah dipakai secara luas dalam
pengembangan varietas padi hibrida.
CMS terjadi disebabkan oleh interaksi antara
genom sitoplasmik dengan inti, dan diturunkan secara
maternal (Virmani et al., 1997). Dalam pemuliaan
1
varietas hibrida yang menggunakan sistem CMS, selain
galur CMS diperlukan juga galur pelestari (maintainer)
dan galur pemulih kesuburan (restorer). Galur pelestari
diperlukan untuk melestarikan galur CMS karena galur
CMS tidak dapat menghasilkan biji sendiri, sedangkan
galur pemulih kesuburan berfungsi untuk memulihkan
kemampuan menyerbuk sendiri dari tanaman hibrida.
Secara komersial sistem CMS juga telah digunakan
dalam memproduksi benih hibrida pada tanaman yang
mempunyai nilai ekonomi tinggi (Newton, 1988).
Pada pemuliaan tanaman, mutasi induksi
merupakan cara yang efektif untuk memperluas
keragaman genetik. Berbagai mutagen kimia maupun
mutagen fisika telah digunakan untuk menginduksi
mutan. Akhir-akhir ini, lebih dari 2500 varietas mutan
telah dilepas di berbagai negara, dan lebih dari
separuhnya merupakan hasil iradiasi sinar gamma
(www-mvd.iaea.org). Sebanyak 443 diantaranya adalah
varietas mutan tanaman padi. Indonesia pertama kali
melepas varietas mutan padi yaitu pada tahun 1982
dengan nama Atomita 1, dan sejak itu sudah 14 varietas
mutan padi yang dilepas (Ismachin and Sobrizal, 2006).
Sebagian besar dari varietas mutan padi tersebut
merupakan hasil iradiasi sinar gamma dengan dosis 0,2
kGy. Yamaguchi et al., (2006) juga menyimpulkan
bahwa dosis 0,2 kGy merupakan dosis optimum
penggunaan sinar gamma untuk mendapatkan frekuensi
mutasi yang tinggi.
PATIR-BATAN, Jl. Cinere Pasar Jumat, Kotak Pos 7002 JKSKL, Jakarta 12070
Mutasi pada Beberapa Kandidat Galur .....
75