Integrasi gen untuk lisin dan triptofan dengan ketahanan penyakit bulai memanfaatkan marka molekuler (MAS) dalam pengembangan jagung hibrida

INTEGRASI GEN UNTUK LISIN DAN TRIPTOFAN
DENGAN KETAHANAN PENYAKIT BULAI
MEMANFAATKAN MARKA MOLEKULER (MAS)
DALAM PENGEMBANGAN JAGUNG HIBRIDA

MUHAMMAD AZRAI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa disertasi saya dengan Judul
Integrasi Gen untuk Lisin dan Triptofan dengan Ketahanan Penyakit Bulai
Memanfaatkan Marka Molekuler (MAS) dalam Pengembangan Jagung Hibrida
adalah benar-benar asli karya saya dengan arahan komisi pembimbing, dan bukan
hasil jiplakan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.

Bogor, 18 Januari 2007

Muhammad Azrai
NPM. A361040121

ii

ABSTRAK
MUHAMMAD AZRAI. Integrasi Gen untuk Lisin dan Triptofan dengan Ketahanan
Penyakit Bulai Memanfaatkan Marka Molekuler (MAS) dalam Pengembangan Jagung
Hibrida. Dibimbing oleh HAJRIAL ASWIDINNOOR, MEMEN SURAHMAN, dan JAJAH
KOSWARA.
Jagung bermutu protein tinggi (QPM= Quality Protein Maize) merupakan salah satu sumber
protein nabati yang diperlukan oleh manusia dan ternak monogastric karena mengandung gen
mutan opaque-2 yang mengekspresikan peningkatan lisin dan triptofan pada endosperma menjadi
lebih tinggi dibandingkan dengan jagung normal. Kendala pengembangan QPM di Indonesia
adalah semua koleksi QPM yang ada rentan penyakit bulai. Pemanfaatan marka molekuler
sebagai alat bantu seleksi (MAS = Marker Assisted Selection) untuk mengintrogresikan gen
mutan opaque-2 ke galur elit resisten terhadap Peronosclerospora maydis dapat mempercepat
pembentukan populasi atau hibrida QPM komersial yang resisten terhadap penyakit tersebut.
Tujuan akhir yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah mendapatkan kandidat varietas jagung
hibrida QPM, resisten terhadap penyaki bulai dan hasil tinggi. Penelitian ini dilaksanakan dalam

empat bagian percobaan. Penelitian pertama: Pendugaan ragam dan model genetik karakter
ketahanan terhadap P. maydis. Dibuat masing-masing 7 macam populasi (P1, P2, F1, F2, BC1P1,
BC1P2 dan F3) dari set persilangan CML161 x MR10 dan CML161 x Nei9008 kemudian
diinokulasi dengan konidia P. maydis secara semi buatan, menggunakan rancangan acak
kelompok (RAK). Hasil percobaan menunjukkan bahwa ketahanan penyakit bulai dikendalikan
oleh gen-gen yang bersifat kuantitatif dan tingkat ketahanannya secara nyata diperankan oleh aksi
gen-gen aditif, dominan dengan pengaruh interaksi epistasis komplementer pada set persilangan
MR10 x CML161 dan interaksi epistasis duplikat pada set persilangan Nei9008 x CML161.
Penelitian kedua: Introgresi gen resesif mutan o2 ke galur jagung resisten penyakit bulai dengan
pendekatan MAS-1. Galur CML 161 (tetua donor gen o2), Nei9008 dan MR10 (tetua resisten
penyakit bulai), progeninya (BC1F1, BC2F1, BC3F1, BC3F2,) disaring di laboratorium,
menggunakan marka SSR umc1066 dan phi057 dengan metode MAS 1 (Parsial). Galur yang
tersaring dengan MAS, dievaluasi penampilannya dengan rancangan perbesaran. Diperoleh 42
galur Nei9008+o2 dan 36 galur MR10+o2 dan beberapa diantaranya memiliki potensi hasil lebih
tinggi dari galur asalnya. Penelitian ketiga: Seleksi dan uji daya gabung galur-galur hasil
introgresi gen resesif mutan o2 untuk ketahanan penyakit bulai. Terseleksi 8 Nei9008+o2 sebagai
lini dan 8 MR10+o2 sebagai tester yang resisten P. maydis dengan kandungan lisin dan triptofan
meningkat hingga lebih dua kali lipat dari tetua silang baliknya. Kemudian dibentuk 64 hibrida
silang tunggal dengan metode lini x tester. Lini Nei9008+o2-11 dan Nei9008+o2-71 dan tester
MR10+o2-30 merupakan penggabung umum yang baik terhadap ketahanan P. maydis dan 7

kombinasi persilangan mempunyai DGK nyata. Penelitian keempat: Evaluasi daya gabung galur
dan potensi karakter hasil QPM. Genotip uji terdiri atas delpan lini, delapan tester, hibrida hasil
persilangan lini x tester dan 4 varietas cek, ditata dengan RAK, masing-masing dua ulangan di
Lahan Sawah, Lapeccang (Bone) dan Lahan Kering Bajeng (Gowa). Interaksi genotip x lokasi
nyata untuk karakter bobot tongkol panen dan hasil. Galur Nei9008+o2-09 dan MR10+o2-31
merupakan penggabung yang baik untuk karakter hasil dan hibridanya memberikan hasil biji
tertinggi dan berbeda nyata dengan semua pembanding. Diperoleh 8 pasang persilangan dengan
nilai daya gabung khusus nyata untuk karakter hasil. Pada akhir percobaan, teridentifikasi 3
hibrida QPM dengan sifat daya hasil tinggi, dan resisten terhadap P. maydis, yaitu Nei9008+o227//MR10+o2-13 (rerata hasil 8.4 t/ha dan infeksi bulai 2.2%), Nei9008+o2-09// MR10+o2-26
(rerata hasil 7.7 t/ha dan infeksi bulai 14.4%) dan Nei9008+o2-27// MR10+o2-08 (rerata hasil 7.4
t/ha dan infeksi bulai 2.2%). Sedangkan varietas pembanding: hibrida C7 (rerata hasil 7.4 t/ha dan
infeksi bulai 48.7%), hibrida Bima 1 (rerata hasil 6.3 t/ha dan infeksi bulai 45%), hibrida Bima 1q
iii

(rerata hasil 4.9 t/ha dan infeksi bulai 64.4%) dan komposit Srikandi Kuning-1 (rerata hasil 5.3
t/ha dan infeksi bulai 100%).
Kata kunci:

jagung, gen opaque-2, ketahanan penyakit bulai, analisis genetik, daya gabung

iv

ABSTRACT
MUHAMMAD AZRAI. Integression of opaque-2 Gene into Downy Mildew Resistance
Lines, Utilizing Marker Assisted Selection (MAS) in Developing Hybrid Maize. Under
advisory of HAJRIAL ASWIDINNOOR, MEMEN SURAHMAN, and JAJAH KOSWARA.
Quality protein maize (QPM) is one of the sources of plant protein that is necessary for human
and monogastric livestock because the QPM contains opaque-2 mutant gene that expresses
increased lysine and tryptophan in maize endosperm as compared to normal maize. One problem
of QPM development in Indonesia is that all QPM collections were susceptible to downy mildews
(DM). Application of marker-assisted selection (MAS) for introgression of the opaque-2 mutant
to downy mildew resistance (DMR) elite lines faster developing of commercial QPM population
or hybrids carrying DMR gene. The goals of this research were to generate QPM hybrid varieties
having downy mildew resistance and high yield. The study consisted of four experiments. First:
Estimate of genetic variance and genetic models to downy mildew resistance in maize. Each
seven kinds of populations (P1, P2, F1, F2, BC1P1, BC1P2, and F3) from crosses CML161 x MR10
and CML161 x Nei9008 was developed then evaluated for DMR under artificial screening
nursery using randomize bock design (RBD). The results of the experiment showed that DMR
was controlled by quantitative genes and the level of its resistance was significantly played by
gene action of additive and dominant. Complementary epitasis interaction and duplicate epitasis

interaction observed for the cross of MR10 x CML161 and Nei9008 x CML161. Second:
Introgression of o2 recessive mutant gene to downy mildew resistance maize lines with MAS-1
approach. Lines CML161, Nei9008 and 36 MR10, its progenies (BC1F1, BC2F1, BC3F1, BC3F2)
were screened in the laboratory using specific markers umc1066 and phi057 with Partial MAS 1
method. The selected lines were evaluated for its performance using augmented design. There
were 42 of Nei9008+o2 and 36 MR10+o2 lines and some lines showed higher yield potential
compared to their original lines. Third: Selection and combining ability of lines containing
homozygote recessive opaque2 gene for downy mildew resistance. Eight Nei9008+o2 lines, and
eight MR10+o2 testers to DMR character having twice lysine and of tryptophan content
compared to their backcross parental lines were screened. The lines were recombined to develop
64 single cross hybrids. Lines Nei9008+o2-11 and Nei9008+o2-71, and tester of MR10+o2-30
were identified have significant for general combining abilities and seven-cross combinations
showed significance for specific combining abilities. Fourth: Evaluation of combining ability,
yield potentials, yield components, and agronomy characters of lines and testers containing
opaque-2 recessive homozygous gene. Genotype test consisted of eight lines, eight testers, hybrid
crosses of lines x testers and four check varieties. The experiment was arranged in randomized
block design, with two replications under lowland farm, Lapeccang (Bone) and upland farm,
Bajeng (Gowa). Results showed that genotype x locations were significant for ears weight and
yield characters. Line Nei9008+o2-09 and tester MR10+o2-31 were good combiner for yield and
their hybrid gave highest yield and significantly different from all checks. Eight new hybrids of

good and significant specific combining abilities for yield were selected. At the end, we
identified three new QPM hybrids, having high yield potential, and resistant to downy mildew.
The new QPM hybrids are Nei9008+o2-27//MR10+o2-13 (mean yield is 8.4 t/ha and DM
infections is 2.2%), (Nei9008+o2-09// MR10+o2-26, (mean yield is 7.7 t/ha, and DM infections is
14.4%) and Nei9008+o2-27// MR10+o2-08 (mean yield is 7.4 t/ha and DM infections is 2.2%).
The check varieties were three hybrid varieties and one open pollinated variety, with following
performances: hybrid C7 (yield mean is 7.4 t/ha and DM infections is 48.7%), hybid Bima 1 6.3
t/ha and 45%), hybrid Bima 1q (4.9 t/ha and 64.4%), and Srikandi Kuning-1 (5.3 t/ha and 100%),
respectively.
Key words: maize, opaque-2 gene, downy mildew resistance, genetic analysis, combining ability.
v

@ Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Peranian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun,
baik cetak, foto kopi, microfilm dan sebagainya.

vi

INTEGRASI GEN UNTUK LISIN DAN TRIPTOFAN
DENGAN KETAHANAN PENYAKIT BULAI
MEMANFAATKAN MARKA MOLEKULER (MAS)
DALAM PENGEMBANGAN JAGUNG HIBRIDA

OLEH :
MUHAMMAD AZRAI

Disertasi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
pada Sekolah Pascasarjanan Institut Pertanian Bogor

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2007
vii

Judul Penelitian

: Integrasi Gen untuk Lisin dan Triptofan dengan Ketahanan
Penyakit Bulai Memanfaatkan Marka Molekuler (MAS)

dalam Pengembangan Jagung Hibrida

Nama Mahasiswa

: Muhammad Azrai

Nomor Pokok

: A361040121

Program Studi

: Agronomi

Menyetujui,

1. Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M.Sc.
Ketua

Dr. Memen Surahman, M.Sc.
Anggota

Prof. Dr. Ir. Jajah Koswara
Anggota
Mengetahui
2. Ketua Program Studi Agronomi

Dr. Ir. Satriyas Ilyas, MS.

Tanggal Ujian: 25 Januari 2007

3. Dekan Sekolah Pascasarjana,

Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS.

Tanggal Lulus:
viii

PRAKATA
Segala puja, puji dan syukur bagi Allah S.W.T., atas segala limpahan berkah, rahmat,
hidayah dan inayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan disertasi berjudul “Integrasi Gen
untuk Lisin dan Triptofan dengan Ketahanan Penyakit Bulai Memanfaatkan Marka Molekuler
(MAS) dalam Pengembangan Jagung Hibrida”.
Pada kesempatan ini, penulis menghaturkan ucapan terima kasih dan penghargaan yang
setinggi-tingginya kepada Dr. Ir. Hajrial Aswidinnoor, M. Sc., selaku ketua komisi pembimbing,
Prof. Dr. Jajah Koswara dan Dr. Memen Surahman, M. Sc., sebagai anggota komisi pembimbing
atas segala bimbingan, arahan, sumbangan pemikiran dan motivasi yang diberikan sejak penulis
mengikuti pendidikan, penelitian dan penulisan hingga selesainya disertasi ini. Ucapan terima
kasih dan penghargaan juga saya sampaikan kepada Dr. Bonny P. Wahyu Soekarno, M. Sc.,
selaku penguji luar komisi pada ujian tertutup serta Prof Dr. Alex Hartana dan Dr. Firdaus Kasim,
M. Sc., selaku penguji luar komisi pada ujian terbuka. Kepada Kepala Badan Litbang Pertanian,
Kepala Puslitbang Tanaman Pangan, Kepala Balai Penelitian Tanaman Serealia dan Ketua Komisi
Pembinaan Tenaga Badan Litbang Pertanian, juga disampaikan ucapan terima kasih atas izin
belajar dan dukungan yang diberikan kepada penulis. Ucapan terima kasih penulis juga ditujukan
kepada Dr. Maria Luz Geoge selaku Kordinator Proyek AMBIONET, Dr. Kevin V. Pixley selaku
Direktur Program Ekosistem Tropis CIMMYT, Dr. Firdaus Kasim, Dr. Sutrisno, dan Dr. Marsum
Dahlan (Almarhum) sebagai pemimpin AMBIONET Indonesia, yang telah membantu pengadaan
bahan kimia dan peralatan di Laboratorium dan mendorong penulis untuk melanjutkan jenjang

pendidikan doktor di IPB.
Penulis sangat menyadari bahwa keberhasilan penyelesaian disertasi ini tidak terlepas dari
bantuan dan dukungan dari rekan-rekan peneliti dan teknisi di Lab Biologi Molekuler dan KP.
Cikeumeuh Balai Besar Litbang Biogen serta di Balai Penelitian Tanaman Serealia. Untuk itu
sudah selayaknya penulis mengucapkan terima kasih kepada mereka, terutama kepada Reflinur,
M.Si, Marcia B. Pabendon. MP., Joko Prasetyono, M.Si., Tri Joko, M.Si, Andi Takdir
Makkulawu, MP, Amin Nur, SP., Sri Sunarti, SP., Hasnah, SP., Ahmad Dadang, SP., Ma’suma,
M. Toha, dan Arifuddin.
Kepada Pimpinan dan Dosen SPs IPB, penulis juga menyampaikan penghargaan dan
ucapan terima kasih atas segala bimbingan dan pembinaannya selama ini, terutama kepada Ibu
Ketua Program Studi Agronomi dan staf yang telah membantu penulis selama mengikuti studi di
IPB. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa Program Studi
Agronomi atas segala bantuan, dukungan dan kebersamaannya selama penulis mengikuti studi di
SPs IPB.
Rasa hormat dan terima kasih serta penghargaan tiada henti penulis sampaikan kepada
Ibunda Nurkaya, A.Md dan Ayahanda Mahmud (Almarhum), serta mertua penulis Drs. H. Nurdin
dan Dra. Hj. Barlian atas doa restu, dorongan dan motivasinya selama ini. Penulis juga
mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya untuk istriku tercinta Asni, S. Ag.,
M.Hi. dan anandaku tersayang Muhammad Rais Kamil atas segala doa, dorongan, kesabaran serta
keikhlasannnya sehingga penulis mampu menyelesaikan disertasi ini. Kepada adik-adikku serta
keluarga dan sahabat-sahabatku yang banyak memberikan bantuan dan dukungannya, penulis juga
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya.
Akhirnya penulis berharap semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi pengembangan
ilmu pemuliaan tanaman di Indonesia.
Bogor,

Januari 2007

Penulis
ix

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Walenreng, Kabupaten Bone, Sul-Sel, pada tanggal
20 Janjuari 1972 sebagai anak pertama dari enam bersaudara dari pasangan Bapak
Mahmud (Almarhum) dan Ibu Nurkaya. Penulis telah menikah dengan Asni, S. Ag.,
M.Hi, pada tanggal 22 Desember 2003 dan di Karunia seorang putra yaitu
Muhammad Rais Kamil yang lahir pada tanggal 8 Oktober 2004. Pendidikan Sarjana
Pertanian ditempuh di Jurusan Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian dan Kehutanan
Universitas Hasanuddin dan lulus pada tahun 1997. Pada tahun 2000, penulis
mendapat beasiswa dari Badan Litbang, Departemen Pertanian untuk melanjutkan
studi di Universitas Padjadjaran pada Program Studi Ilmu Tanaman dengan Minat
Utama Pemuliaan Tanaman, dan lulus pada tahun 2002. Pada tahun 2004, penulis
mendapat izin belajar dari Kepala Badan Litbang Pertanian untuk melanjutkan
pendidikan di Program Studi Agronomi Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian
Bogor.
Penulis bekerja sebagai staf peneliti bidang pemuliaan tanaman dan
plasmanutfah di Balai Penelitian Tanaman Serealia sejak tahun 1999 sampai sekarang.
Tiga varietas jagung bersari bebas yang telah dirilis yaitu Srikandi Kuning-1, Srikandi
Putih-1 dan Anoman-1, dimana penulis menjadi salah seorang anggota Tim
Pemulianya, dan menjadi Pemulia Utama pada perilisan jagung hibrida NT 10 dan
N35. Selain itu, juga menjadi pemulia utama pada dua calon varietas jagung hibrida
baru yang sedang dalam proses perilisan di Departemen Pertanian.
Selama mengikuti program S3, penulis sempat mengikuti magang selama tiga
minggu di Lab Service AMBIONET, IRRI, Los Banos, Filipina pada bulan Februari
2005. Selain itu, juga mendapat kesempatan mengikuti workshop “Greater impact
through participatory approaches to variety development and delivery.” dan “the 9

th

Asian regional maize workshop (ARMW) pada bulan Oktober 2005 di Beijing”.

x

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ...................................................................................................

xiii

DAFTRA GAMBAR...................................................................................................

xv

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................................

xvi

PENDAHULUAN.........................................................................................................

1

Latar Belakang..................................................................................................

1

Tujuan Penelitian..............................................................................................

3

TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................................................

4

Jagung Bermutu Protein Tinggi (QPM)...........................................................

4

Marka SSR.........................................................................................................

6

Konversi Galur QPM dengan Bantuan Marka SSR ..........................................

7

Patogenesis dan Resistensi Tanaman Jagung ....................................................

10

Kendali Genetik Tanaman Jagung terhadap Penyakit Bulai..............................

12

Daya Gabung dan Metode Lini x Tester............................................................

13

Heterosis ............................................................................................................. 15
Heritabilitas.............................. .......................................................................... 15
Interaksi Genotip x Lingkungan, Heritabilias dan Potensi Tanaman .................

16

Strategi Pemuliaan Jagung Berprotein Tinggi dan
Resisten terhadap Penyakit Bulai ....................................................................... 16
PENDUGAAN RAGAM DAN MODEL GENETIK KARAKTER KETAHAN
TERHADAP PENYAKIT BULAI PADA JAGUNG
Pendahuluan ......................................................................................................
Bahan dan Metode.............................................................................................
Hasil dan Pembahasan.......................................................................................
Kesimpulan........................................................................................................

21
21
22
26
33

INTROGRESIKAN GEN RESESIF MUTAN o2 KE GALUR JAGUNG RESISITEN
TERHADAP PENYAKIT BULAI DENGAN PENDEKATAN MAS
Pendahuluan ......................................................................................................
Bahan dan Metode.............................................................................................
Hasil dan Pembahasan.......................................................................................
Kesimpulan........................................................................................................
SELEKSI DAN UJI DAYA GABUNG GALUR-GALUR HASIL INTROGRESI
GEN RESESIF MUTAN o2 UNTUK KARAKTER KETAHANAN TERHADAP
PENYAKIT BULAI
Pendahuluan ......................................................................................................
Bahan dan Metode.............................................................................................
Hasil dan Pembahasan.......................................................................................
Kesimpulan........................................................................................................

35
35
36
41
49

50
50
51
56
65

EVALUASI DAYA GABUNG DAN POTENSI KARAKTER HASIL,
KOMPNEN HASIL DAN AGRONOMIS GALUR-GALUR HASIL
INTROGERSI GEN MUTAN O2

66

Pendahuluan ......................................................................................................
Bahan dan Metode.............................................................................................
Hasil dan Pembahasan.......................................................................................
Kesimpulan........................................................................................................

66
67
74
93

PEMBAHASAN UMUM……………………………………………………………...

94

KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………………………………….. 102
DAFTAR PUSTAKA………………………………………….……………………… 104

xii

DAFTAR TABEL
Halaman
1

Koefisien parameter genetik yang digunakan dalam analisis rata-rata
generasi...........................................................................................................

25

Nilai tengah, keragaman genetik, dan heritabiltas persentase penularan
terhadap P. maydis pada pasangan persilangan galur jagung.........................

27

Uji normalitas persentase penularan terhadap P. maydis pada generasi
F3 pasangan persilangan galur jagung………………………………………..

28

Uji skala untuk menguji model aditif dominan untuk karakter
ketahanan terhadap P.maydis pada kedua pasang persilangan
galur jagung....................................................................................................

29

Uji χ2 dua persilangan galur jagung menggunakan beberapa model
genetik..............................................................................................................

30

Komponen genetik dan galat baku dari model genetik yang sesuai
pada uji χ2 untuk karakter ketahanan terhadap P. maydis
pada dua pasangan persilangan galur jagung...................................................

31

Parameter genetik untuk karakter ketahanan dua pasangan
persilangan galur jagung terhadap P. maydis...................................................

33

8

Komposisi larutan buffer isolasi DNA jagung ………………………………

39

9

Komposisi reaksi PCR untuk mikrosatelit.......................................................

39

10

Nilai Chi-kuadrat rata-rata untuk derajat kecocokan nisbah segregasi
silang balik dan silang dalam terhadap beberapa nisbah hipotetik..................

44

Komponen agronomi dan hasil galur-galur hasi introgresi gen
opaque-2 (oo) progeni CML161 x Nei9008 di lahan kering KP.
Cikemeuh, Bogor, MK 2006............................................................................

46

Komponen agronomi dan hasil galur-galur hasi introgresi gen
opaque-2 (oo) progeni CML161 x Mr10 di lahan kering KP.
Cikemeuh, Bogor, MK 2006............................................................................

47

Analisis ragam dengan menggunakan model lini x tester dengan model
random.............................................................................................................

54

Persentase penularan patogen penyakit bulai dan mutu protein
galur-galur hasil introgresi yang terseleksi sebagai kandidat tetua
persilangan metode lini x tester. ....................................................................

57

2
3
4

5
6

7

11

12

13
14

15
16
17
18
19
20
21

Nilai varians karakter ketahanan jagung terhadap penyakit
bulai dengan menggunakan model random....................................................

58

Efek daya gabung umum karakter ketahanan terhadap penyakit
bulai menggunakan metode lini x tester..........................................................

59

Efek daya gabung khusus karakter ketahanan terhadap penyakit
bulai menggunakan metode lini x tester..........................................................

61

Parameter genetik karakter ketahanan terhadap penyakit bulai
menggunakan metode lini x tester...................................................................

62

Fenomena heterosis karakter ketahanan terhadap penyakit bulai
menggunakan metode lini x tester ..................................................................

64

Analisis ragam untuk lini x tester dengan menggunakan model
random.............................................................................................................

71

Analisis ragam gabungan di dua lokasi pengujian menggunakan
model random ................................................................................................

22

23
24
25
26

27
28
29

Analisis ragam untuk daya gabung

73

beberapa karakter agronomis

dan hasil pada dua lokasi pengujian, MK 2006. .............................................

76

Efek daya gabung umum gabungan beberapa karakter agronomis
dan hasil pada dua lokasi pengujian, MK 2006...............................................

78

Efek daya gabung khusus gabungan beberapa karakter agronomis
dan hasil pada dua lokasi pengujian, MK 2006...............................................

80

Parameter genetik karakter agronomis, komponen hasil dan hasil
menggunakan metode lini x tester................................. .............................

83

Hasil biji (k.a 15%) genotip uji dan cek pada dua lokasi pengujian,
MK 2006. ........................................................................................................

85

Karakter agronomis genotip uji dan cek dari gabungan dua lokasi
pengujian, MK 2006........................................................................................

89

Karákter komponen hasil genotip uji dan cek dari gabungan dua
lokasi pengujian, MK .2006.............................................................................

90

Skor penampilan tanaman, klobot dan tongkol genotip uji dan cek
dari gabungan dua lokasi pengujian, MK 2006.........................................

92

xiv

DAFTAR GAMBAR
Halaman
1

Penampilan tongkol jagung normal, QPM berbiji buram dan jernih (a),
serta penampilan bijinya pada mejah cahaya (b)…………………………….

6

2

Teknik marka SSR untuk seleksi gen opaque-2 pada jagung ........................

9

3

Konidium cendawan P. maydis dan P. Philippinensis....................................

10

4

Gejala sistemik penularan penyakit bulai pada pada jagung di KP
Cikeumeuh, Bogor, 2005, (A) dan KP Natar, Lampung, 2004 (B).................

11

5

Alur kegiatan penelitian .................................................................................

20

6

Sebaran frekuensi penularan terhadap P. maydis generasi F3 pada set
persilangan MR10 x CML161 dan Nei9008 ..................................................

28

7

Profil DNA jagung pada agarose 0.80% yang diekstraksi dengan
metode CITAB................................................................................................

42

8

Profil DNA tanaman yang telah diencerkan pada agarose 0.75%
dengan kuantitas 10 ng/l................................................................................

42

9

Profil pita DNA individu tanaman hasil PCR pada generasi BC2F1
divisualisasi dengan gel polyacrilamid dengan menggunakan
primer SSR spesifik phi 057 ...........................................................................

43

Profil pita DNA individu tanaman hasil PCR pada generasi BC2F1
divisualisasi dengan gel polyacrilamid gel Agarose dengan
menggunakan primer SSR spesifik umc1066..................................................

43

Profil pita DNA individu tanaman hasil PCR pada generasi BC3F1
divisualisasi dengan gel polyacrilamid dengan menggunakan
primer SSR spesifik phi 057............................................................................

44

Profil pita DNA individu tanaman hasil PCR pada generasi BC3F1
divisualisasi dengan gel polyacrilamid gel Agarose dengan
menggunakan primer SSR spesifik umc1066..................................................

44

13

Penampilan tongkol galur jagung hasil introgresi gen homosigot
resesif opaque-2 pada generasi BC3F3...........................................................

48

14

Penamnpilan biji jagung hasil introgresi gen homosigot
resesif opaque-2 pada generasi BC3F3 di atas cahaya lampu.........................

49

15

Skema persilangan galur-galur jagung grup B x A mengikuti model
persilangan ’design II (factorial design)’........................................................

52

16

Bentuk penutupan kelobot dan nilai skor........................................................

69

17

Histogram sebaran frekuensi hasil biji kering (k.a 15%) 64 hibrida hasil
introgresi gen o2 di Bone dan Bajeng, MK 2006. .........................................

86

10

11

12

xv

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1

Skema Kegiatan Persilngan dengan Metode MAS 1 (Parsial).......................

113

2

Tata letak percobaan penyaringan genotip jagung terhadap P. maydis di
lapangan dengan menggunakan dua ulangan …….........................................

114

Tata letak percobaan penyaringan genotip jagung terhadap P. maydis
di lapangan dengan rancangan perbesaran, tanpa ulangan...............................

115

Tata letak percobaan pengujian daya gabung, efek heteosis, dan
potensi tanaman untuk karakter komponen hasil, hasil dan
beberapa karakter agronomi.............................................................................

116

Persentase infeksi galur-galur Nei9008-o2 terhadap P. maydis,
KP. Cikemeuh, MH 2006.................................................................................

117

Persentase infeksi galur-galur Mr10-o2 terhadap P. maydis, KP.
Cikemeuh, MH 2006......................................................................................

118

Nilai tengah varians gabungan potensi tanaman untuk karakter
komponen hasil, hasil dan beberapa karakter agronomi, MK 2006.................

119

Karakteristik fisik dan kimia tanah lokaksi evaluasi daya gabung
dan potensi hasil di Lahan kering KP. Bajeng dan Lahan Sawah
Lapeccang, Bone. MK 2006. ..........................................................................

120

Kandungan lisin, tiptofan dan protein kasar pada galur-galur hasil
introgresi gen opaque di Laboratorium CIMMYT, Mexico, 2006..................

121

Diskripsi galur resisten terhadap penyakit bulai dan galur QPM....................

122

3
4

5
6
7
8

9
10

xvi

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Riset pengembangan jagung dunia akhir-akhir ini selain diarahkan untuk
meningkatkan produktivitas, juga diarahkan untuk peningkatan nilai nutrisinya seperti
kandungan mutu protein dan minyak. Menurut Untoro (2002), penduduk Indonesia yang
menderita kekurangan gizi protein sekitar 100 juta jiwa. Akibat gizi buruk tersebut,
dampaknya sudah mulai terasa yaitu munculnya penyakit busung lapar yang menimpa
anak-anak pada beberapa daerah di Indonesia. Kenyataan tersebut merupakan suatu
indikator bahwa peningkatan mutu protein pada bahan pangan sangat diperlukan. Salah
satu bahan pangan sebagai sumber protein adalah jagung dengan kandungan protein
berkisar 8% - 11% (Vasal, 2001). Namun demikian, jagung normal tersebut masih
kekurangan dua asam amino esensial yaitu lisin dan triptofan dengan kandungan masingmasing hanya 0,225% dan

0,05% (Cordova, 2001). Jika jagung tersebut digunakan

sebagai pangan, maka manusia yang mengkonsumsinya juga akan kekurangan asam
amino lisin dan triptofan. Selain manusia, kedua asam amino tersebut juga sangat
dibutuhkan oleh ternak, terutama oleh ternak ‘monogastric’ seperti unggas dan babi yang
tidak dapat menghasilkan lisin dan triptofannya sendiri sehingga harus disuplai dari bahan
makanannya untuk produksi protein hewani.
Gen mutan Opaque-2 yang mampu meningkatkan kadar lisin dan triptofan pada
endosperma jagung telah dimanfaatkan untuk menghasilkan produk riset yang disebut
Quality Protein Maize (QPM). Produk riset tersebut mampu mengatasi kelemahan
kualitas protein jagung biasa (Directorat of Maize Research, 2001; Prasanna et al., 2001).
Namun demikian, awalnya QPM tidak diminati karena pengaruh pleiotrofik sifat fisik
endospermnya yang lunak, rentan hama gudang dan busuk tongkol, hasil rendah, dan biji
lama mengering. Peneliti jagung dan terigu internasional (CIMMYT = Centro
Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo) telah berhasil menggabungkan gen
mutan o2 dengan ‘o-2 endosperm modifier gene’ (Vasal et al., 1980). Melalui program
seleksi berulang (recurrent selection) dengan beberapa siklus seleksi, kemudian
dihasilkan QPM dengan endosperma lebih keras (Bjarnason and Vasal, 1992). Selain
kandungan triptofan dan lisin QPM meningkat berturut-turut menjadi 0,11% dan 0,475%,
sebagian genotip juga meningkat kandungan proteinnya dari 8% - 11% menjadi 11,0% 13,5% dengan sifat yang hampir sama dan bahkan ada beberapa QPM yang mampu

memberikan produktivitas hasil lebih tinggi daripada jagung biasa (Cordova, 2001).
Selanjutnya, pengujian dan penanaman QPM jenis sintetik dan hibrida secara komersial
meluas di negara-negara seperti Brazil, Coloumbia, India, USA, Afrika Selatan, dan
Hungaria (Bjarnason dan Vasal, 1992).
Oleh karena karakter QPM dikendalikan oleh gen homosigot resesif Opaque2 (o2)
(AMBIONET, 2002), maka dengan metode pemuliaan secara konvensional untuk
menyeleksi galur-galur potensial unggul QPM tidak dapat dilakukan dalam kondisi
heterosigot, sehingga memerlukan penyerbukan sendiri pada setiap generasi silang balik
karena ekspresi alel o2 tertutupi oleh alel O2 yang merupakan protein pengatur
(regulatory protein) dengan motif leucine zipper (Schmidt et al., 1990). Selain itu,
dengan pemuliaan konvensional murni, kegiatan persilangan butuh waktu yang lebih lama
dan jumlah materi persilangan yang lebih besar karena diperlukan tambahan generasi
penyerbukan sendiri pada setiap hasil silang balik untuk mendeteksi secara fenotipik
individu tanaman pembawa opaque-2 homosigot resesif. Untuk itu, diperlukan terobosanterobosan baru untuk mengatasi masalah yang muncul pada pemuliaan konvensional dan
salah satu diantaranya adalah pemanfaatan marka molekuler sebagai alat bantu seleksi
(MAS = Marker Assisted Selection). Sehubungan dengan hal tersebut, peneliti bidang
molekuler tanaman jagung telah berhasil mengindentifikasi tiga marka SSR (Simple
Sequence Repeat) pada kromosom 7, bin 7.01 yang didesain dari daerah sequen gen
Opaque-2 itu sendiri. Marka SSR tersebut adalah phi057 dan phi112 yang dikembangkan
oleh Pioneer Hibrid serta umc1066 yang dikembangkan oleh Proyek Jagung Universitas
Missouri-Columbia, dengan amplifikasi produk sekitar 140-160 bp (Chin et al., 1996).
Pengalaman menunjukkan bahwa umumnya materi genetik asal introduksi tidak
resisten terhadap penyakit bulai. Hasil penelitian di Kebun Percobaan Cikemeuh-Bogor,
Natar-Lampung, dan Maros-Sulawesi Selatan dari bulan November 2003 sampai Juli
2004 menunjukkan bahwa dari beberapa genotip QPM introduksi asal CIMMYT yang
diuji, semuanya rentan terhadap penyakit bulai (Azrai dan Kasim, 2005a). Penyakit bulai
di Indonesia umumnya disebabkan oleh Peronosclerospora maydis. Patogen tersebut
cukup berbahaya karena dapat menyebabkan kehilangan hasil hingga 100 persen atau
puso seperti yang pernah terjadi di Lampung pada tahun 1996 (Subandi et al., 1996).
Upaya pencegahan penyakit bulai biasanya dilakukan melalui perlakuan benih
dengan menggunakan fungisida berbahan aktif metalaksil. Namun demikian, penggunaan
fungisida ini tidak efektif pada kultivar yang rentan dan di lingkungan pertanaman
dimana terdapat penularan bulai yang cukup tinggi. Selain itu, penggunaan fungisida
2

tersebut dapat menimbulkan dampak negatif karena residunya dapat mencemari
lingkungan dan merupakan salah satu penyebab mahalnya harga benih jika diaplikasikan
pada benih jagung komersial sebelum dipasarkan, terutama benih hibrida di tingkat
petani (Azrai, 2002).
Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka perlu dilakukan penelitian pemanfaatan
marka SSR sebagai alat bantu seleksi untuk mengintrogresikan gen mutan resesif opaque2 pada galur-galur jagung yang sudah mengalami seleksi dan teridentifikasi resisten
terhadap penyakit bulai di beberapa daerah endomik penyakit bulai Indonesia (Kasim et
al., 2002). Galur-galur hasil introgresi yang akan diperoleh masih perlu pengkajian lebih
lanjut untuk karakter ketahanannya terhadap penyakit bulai dan potensinya untuk karakter
komponen hasil dan hasil serta beberapa karakter agronomis penting lainnya.
Beberapa parameter genetik yang terkait dengan pengujian tersebut adalah daya
gabung, fenomena heterosis, heritabilitas keragaan hasil dan komponen hasil serta
beberapa karakter agronomis penting lainnya. Daya gabung yang baik dapat mendukung
perolehan nilai heterosis yang tinggi. Untuk memperoleh informasi awal potensi galurgalur hasil introgresi perlu dilakukan pengujian penampilan dan daya adaptasi hibridanya
pada tipologi lahan yang berbeda.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan informasi model genetik dan pewarisan karakter ketahanan tanaman
jagung terhadap P. maydis pada progeni CML161 x MR10 dan CML161 x
Nei9008.
2. Mengintrogresikan gen mutan o2

dari galur CML161 ke galur MR10 dan

Nei9008 yang resisten terhadap P. maydis.
3. Menyeleksi galur-galur hasil introgresi gen mutan o2 untuk karakter ketahanan
terhadap penyakit bulai sebagai calon tetua hibrida dan mengetahui efek daya
gabung dan heterosisnya.
4. Mendapatkan informasi daya gabung galur dan potensi karakter hasil, komponen
hasil dan penampilan agronomis penting hibrida silang tunggal dari galur-galur
hasil introgresi gen mutan o2 dan terseleksi resisten terhadap P. maydis.
5. Mendapatkan satu atau lebih calon hibrida silang tunggal yang mempunyai
potensi hasil dan mutu protein tinggi serta resisten terhadap P. maydis.

TINJAUAN PUSTAKA
3

Jagung Bermutu Protein Tinggi (QPM)
Jagung merupakan tanaman multiguna, karena hampir seluruh bagian tanaman
tersebut bernilai ekonomis yang dapat dimanfaatkan oleh ternak dan manusia pada
berbagai stadia tumbuh. Sebagai bahan pangan dan pakan, jagung adalah sumber energi
dan protein penting. Kandungan protein jagung biasanya sekitar 8%-11%, namun
kandungan lisin dan triptofannya masing-masing hanya sekitar 0.225 % dan 0.05%
sehingga masih kurang dari separuh yang disarankan oleh Food and Agriculture
Organization (FAO, 1992).
Upaya peningkatan kadar protein pada biji jagung sudah lama dilakukan. Publikasi
klasik tentang QPM pertama kali dilakukan oleh Dudley et al. (1974) yang melaporkan
keberhasilan peningkatan kadar protein jagung dari 10,9% (populasi asal) menjadi 26,6%
pada galur jagung ‘Illinois High Protein’. Selain itu, juga dilaporkan bahwa terdapat
korelasi negatif antara kenaikan kadar protein dengan hasil.
Komposisi biji jagung yang matang secara fisiologis terdiri atas perikarp (6%),
endosperma (82%), dan lembaga (12%). Pada lembaga, kadar dan mutu proteinnya tinggi
tetapi pada endosperma mutu proteinnya rendah. Berdasarkan kelarutannya, protein pada
endosperma biji jagung terdiri atas fraksi-fraksi albumin-larut dalam air, globulin-larut
dalam larutan garam, prolamin atau zein-larut dalam alkohol, dan glutelin-larut dalam
asam atau basa (Bjarnason and Vasal, 1992). Proporsi fraksi zein pada endosperma cukup
tinggi yakni sekitar 60%, tetapi tidak terdapat lisin dan triptofan, sedangkan pada ketiga
fraksi lainnya, komposisi asam amino cukup seimbang. Hal ini menjadi penyebab
sehingga mutu protein pada jagung biasa rendah (Vasal, 2000; Vasal, 2001). Untuk itu,
pemuliaan jagung bermutu protein tinggi perlu diarahkan pada perbaikan genetik
endospermanya.
Awal dari perbaikan genetik terhadap mutu protein dipicu oleh penemuan gen-gen
opaque dan floury yang dilaporkan dapat mengubah kandungan lisin dan triptofan pada
endosperma biji (Zuber, et al., 1975). Dari sejumlah gen yang telah berhasil diidentifikasi,
hanya gen opaque-2 (o2) dan floury2 (fl2) yang sering dimanfaatkan dalam memperbaiki
sifat endosperma jagung (Mertz et al., 1964; Nelson et al., 1965). Pada awalnya,
CIMMYT menggunakan kedua gen tersebut, namun dalam perkembangan berikutnya
lebih memfokuskan kepada pemanfaatan gen o2 (Vasal, 2000).
Pemanfaatan gen o2 dan fl2 dalam kegiatan pemuliaan jagung mulai intensif pada
dekade 1970-an. Untuk mentransfer kedua gen tersebut ke bahan genetik target, biasanya

4

digunakan metode seleksi silang balik. Biji yang mengandung gen o2 dan fl2
memperlihatkan sifat lunak berkapur (soft chalky), namun fenotip yang lunak dan
berkapur inilah yang merupakan penanda atau marka morfologis yang efektif dalam
seleksi gen o2 pada populasi yang bersegregasi (Vasal, 2001). Oleh karena sifatnya yang
resesif, maka pada setiap tahap silang balik masih diperlukan satu generasi silang dalam
untuk identifikasi individu tanaman yang mengandung gen homosigot resesif opaque2.
Walaupun fenotip biji yang lunak dan berkapur merupakan marka morfologis yang
efektif, namun sifat tersebut merupakan salah satu kelemahan yang dimiliki oleh QPM
saat itu (Bjarnason dan Vasal, 1992). Hal ini terkait dengan pengaruh pleiotropi sehingga
kelemahan tersebut juga terekspresi pada biji sehingga hasilnya rendah, rentan terhadap
hama gudang dan penyakit busuk tongkol. Kelemahan lainnya adalah biji jagung opaque
tersebut membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mengeringkannya setelah masak
fisiologis. Penampilan biji yang lunak, dan kusam tidak disukai oleh petani jagung yang
sudah biasa dengan tipe endosperma keras dan jernih (Kasim, 2004).
Dengan munculnya karakter yang tidak dikehendaki dari mutan fl2, penggunaan
materi genetik QPM saat itu semakin berkurang. Untuk itu, selama satu dekade penelitian,
CIMMYT menitikberatkan program konversi QPM ke jagung normal, baik jenis varietas
sintetik maupun inbrida elit untuk menjadi genotip QPM. Upaya pemuliaan QPM
berendosperma keras dimulai dengan mencari sumber gen baru. Walaupun teridentifikasi
mutan-mutan lain, seperti o6 dan fl3 akan tetapi mutan tersebut belum bisa mengungguli
gen o2 dalam meningkatkan mutu protein. Gen o2 dan fl2 secara tunggal hanya akan
menghasilkan fenotip dengan endosperma lunak. Untuk memecahkan permasalahan
tersebut, para peneliti mencoba menggabungkan dua gen (o2 dan fl2 atau o2 dan su2) dan
penggunaan secara serempak gen o2 dengan gen ‘modifier o2’. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa gen ‘modifier o2’ yang pertama sekali dilaporkan oleh Paez et al.
(1969) cukup efektif untuk mengubah kekerasan edosperma biji setelah digabungkan
dengan gen o2. Bahan genetik hasil perbaikan tersebut juga memperlihatkan proporsi
berbeda antara fenotip yang opaque (buram) dan yang transluscent (jernih). Hal yang
lebih penting dari semua itu, penggabungan gen o2 dengan ‘modifier o2’ telah terbukti
dapat mengubah fenotipe biji dengan tetap mempertahankan mutu biji protein (Bjarnason
dan Vasal, 1992). Untuk mendapatkan genotip dengan warna biji yang lebih jernih, maka
kriteria seleksi perla diperketat, yaitu hanya memilih biji-biji terbaik dari tongkol terpilih
yang digunakan pada generasi-generasi seleksi selanjutnya dan membuang sifat biji yang

5

tampilannya kabur dan kurang menarik serta tongkol-tongkol dengan biji renggang
(Gambar 1). Jika program pemuliaan dilakukan secara konvensional murni, biji QPM
yang jernih dengan biji jagung normal sulit dibedakan sehingga mutu protein, terutama
kandungan lisin dan triptofan endosperma biji harus selalu dimonitor di laboratorium
(Vasal, 2000; Vasal, 2001).

Gambar 1. Penampilan tongkol jagung normal, QPM berbiji buram dan jernih (a)
serta penampilan bijinya pada mejah cahaya (b).
(Gambar dikutip dari Prasanna et al. (2001))
Marka SSR
Marka SSR (Simple Sequence Repeats) atau biasa disebut mikrosatelit merupakan
sekuen DNA yang bermotif pendek dan berulang secara tandem dengan 2 sampai 5 unit
nukleotida yang tersebar dan menyelimuti seluruh genom, terutama pada inti genom
eukariotik. Primer SSR dibentuk berdasarkan pada daerah pengapit konservatif
(conserved flanking region). Variasi dalam jumlah pengulangan untuk suatu batasan lokus
diantara genotip-genotip yang berbeda dengan mudah dapat dideteksi dengan teknik PCR
(Hamada et al., 1982; Powell et al., 1996). Kemudahan SSR dalam mengamplifikasi dan
mendeteksi fragmen-fragmen DNA (Deoxyribo Nucleic Acid), serta tingginya tingkat
polimorfisme yang dihasilkannya menyebabkan metode ini ideal untuk dipakai dalam
studi genetik, terutama pada studi dengan jumlah sampel yang banyak. Selain itu, teknik
PCR (Polymerase Chain Reaction) pada SSR hanya menggunakan DNA dalam jumlah
kecil dengan daerah amplifikasi yang kecil, sekitar 100 - 300 bp (base-pair) dari genom.
Selain itu, SSR dapat diaplikasikan tanpa merusak bahan tanaman karena hanya sedikit
saja yang digunakan dalam ekstraksi DNA atau dapat menggunakan bagian lain, seperti
biji atau polen (Senior et al., 1996).
Marka SSR juga bersifat multialelik dan mudah diulangi sehingga penggunaan
marka SSR lebih menarik dalam mempelajari keragaman genetik di antara genotipgenotip yang berbeda (Senior et al., 1998). Keunggulan lain adalah selain produk PCR
dari SSR dapat dielektroforesis dengan gel agarose, juga dapat dielektroforesis dengan
menggunakan gel akrilamid

terutama pada alel suatu karakter memiliki tingkat

6

polimorfis yang rendah, dimana gel agarose tidak mampu digunakan. Dengan demikian,
gel akrilamid mampu mendeteksi lebih lebih banyak alel per lokus daripada gel agarose
(Macaulay et al., 2001).
Beberapa pertimbangan lain sehingga marka mikrosatelit banyak digunakan dalam
studi genetik diantaranya: terdistribusi secara melimpah dan merata dalam genom,
variabilitasnya sangat tinggi (banyak alel dalam lokus), dan sifatnya yang kodominan
dengan lokasi genom yang telah diketahui. Dengan demikian, marka mikrosatelit
merupakan alat uji yang memiliki reproduksibilitas dan ketepatan yang sangat tinggi
sehingga banyak digunakan dalam membedakan genotip, evaluasi kemurnian benih,
pemetaan gen, sebagai alat bantu seleksi, studi genetik populasi, dan analisis diversitas
genetik. Akhir-akhir ini, mikrosatelit lebih banyak digunakan untuk karakterisasi dan
pemetaan genetik pada tanaman, diantaranya pada tanaman jagung, padi, anggur, kedelai,
jawawut, gandum, dan tomat (Gupta et al., 1996; Powel et al., 1996).
Dalam program MAS, marka SSR juga merupakan salah satu marka DNA yang
cukup menarik untuk digunakan. Hal ini disebabkan karena pengenalan awal dari marka
SSR sifatnya kodominan sehingga meskipun genotip dalam kondisi heterosigot, marka
tersebut tetap dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan alel resesif. Selain itu,
marka SSR sangat informatif dan mudah dideteksi karena dapat membedakan
polimorfisme antara dua karakter yang jarak genetiknya lebih dekat, sedangkan marka
lain tidak dapat mendeteksinya. Oleh karena itu, marka SSR sangat baik digunakan untuk
menganalisis genetik yang sederhana pada tanaman jagung (Taramino dan Tingey, 1996).
Konversi dan Selaksi Galur QPM dengan Bantuan Marka SSR
Gen mutan opaque2 (o2) pada jagung yang pertama ditemukan oleh Singleton dan
Jones pada tahun 1935 (Soave et al, 1981), dengan fenotipe endosperma yang buram dan
lembut telah digunakan sebagai penanda morfologi. Dalam analisis protein pada
endosperma mutan pada jagung tersebut yang dilakukan oleh Mertz et al (1964)
terdeteksi kandungan lisin 69% lebih tinggi dibandingkan dengan jagung normal. Sejak
itu, mutan o2 telah digunakan sebagai sumber genetik untuk memperbaiki kualitas protein
jagung (Vasal et al, 1980; Gevers dan Lake, 1992; Magnavaca, 1992; Bockholt dan
Rooney, 1992; Shi et al., 2001).
Gen o2 telah diklon dengan beberapa metode sejak 1987 (Schmidt et al., 1987;
Motto et al., 1988; Thomson dan Salmini, 1988; Hartings et al., 1989; Schmidt et al.,
1990). Metode tersebut telah ditetapkan sebagai dasar untuk studi genetik, ragam, evolusi,
7

dan aplikasi studi-studi tersebut yang terkait dengan alel resesif mutan o2. Sebagai
contoh, Bernard et al. (1994) melaporkan karakterisasi beberapa alel-alel mutan o2 pada
DNA, RNA, dan level protein yang menghasilkan spektrum mutan o2 yang luas dengan
ukuran yang bervariasi. Berdasarkan hal tersebut, diusulkan tata nama gen o2 sesuai
dengan perbedaan panjangnya potongan fragmen hasil situs enzim restriksi (Restriction
Fragment Length Polymorphism = RFLP), transkripsi, dan variasi alel yang
dihasilkannya. Kata et al. (1994) membangun suatu sistem teknik untuk MAS dengan
marka RFLP pada lokus o2 dengan menggunakan pelacak cDNA O2. Pelacak tersebut
dihibridisasi ke genom DNA yang digesti dengan enzim HindIII sehingga genotip-genotip
O2/O2, O2/O2, dan o2/o2 dapat diidentifikasi. Hartings et al. (1995a, 1995b) membagi 10
alel resesif (o2) dari sumber yang bebas ( o2-R, o2-m[r], o2-Columbian, o2-Agroceres,
o2-261, o2-mh, o2-33, o2-Go2-Charentes, o2-Italian, dan o2-Crow) ke dalam 6
kelompok yang polimorfis melalui analisis Southern dengan 2 pelacak molekuler ke
ujung 5’ dan ujung 3’ pada cDNA O2. Dengan memperbandingkan urutan genom alelalel resesif dengan apa yang ada pada tipe liar, ditemukan subsitusi, penyisipan, dan
penghapusan nukleotida dalam alel-alel o2.
Pada tahun 2001, sekuen primer untuk tiga marka SSR, yaitu: phi 112, umc1066 dan
phi057 pada lokus o2, telah dirilis pada situs www.agron.missouri.edu/ssr.htm. Lokasi phi
112 berlokasi antara G box dan ujung pangkal 3 pengkode protein (upstream open
reading frames = uORF) (Schmidt et al., 1990) dalam sekuen leader pada gen O2, dan
mutasinya dapat mempengaruhi transkripsi gen O2. SSR umc1066 berada pada ekson 1
dan phi057 berada pada ekson 6, dan merupakan ekson yang paling besar diantar 6 ekson
di dalam gen O2 (www.ncbi.nlm.Nih.gov, nomor aksesi bank gen X15544 dan X16618).
Mutasi yang terjadi pada kedua ekson ini akan meningkatkan atau mengurangi jumlah
prolin di dalam protein O2 dan mempengaruhi aktivitas protein O2 sebagai aktivator
transkripsial. Hal ini disebabkan karena posisi residu prolin mempengaruhi tingkat dan
arah putaran pada struktur 3-dimensi protein O2 (Shen dan Wang, 1998; Yang et al,
2004). Pada sisi lain, Lazzari et al (2002) mengemukakan bahwa diantara alel-alel gen O2
yang berbeda memiliki tingkat homologi yang sangat tinggi, kecuali pada dua daerah
yang sangat bervariasi (hypervariable) di dalam ekson 1. Oleh karena itu, penggunaan
marka phi112, umc1066, dan phi057 dapat menggambarkan variasi di dalam gen O2
dengan variasi alelik SSR yang terjadi pada da