Galur cabai transgenik toleran kekeringan dengan gen P5 CS penyandi enzim kunci biosintesis prolina regenerasi dan karakterisasi regeneran

GALUR CABAI TRANSGENIK
TOLERAN KEKERINGAN DENGAN GEN P5CS
PENYANDI ENZIM KUNCI BIOSINTESIS PROLINA:
REGENERASI DAN KARAKTERISASI REGENERAN

YUSNIWATI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul : “Galur Cabai
Transgenik Toleran Kekeringan dengan Gen P5CS-Penyandi Enzim Kunci
Biosintesa Prolina : Regenerasi dan Karakterisasi Regeneran” adalah karya
saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum pernah diajukan
dalam bentuk apapun untuk memperoleh gelar program sejenis di perguruan
tinggi lain. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang

diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, November 2008

Yusniwati
NRP A361040041/AGR

ABSTRACT

YUSNIWATI. Drought Tolerance Transgenic Hot Chilli Line Carrying
P5CS Transgene Encoding Key Enzyme for Proline Biosynthese : Plantlet
Regeneration and Characterization. Supervisors Committee : SUDARSONO,
HAJRIAL ASWIDINNOOR, SRI HENDRASTUTI HIDAYAT, dan DJOKO
SANTOSO.
The objectives of this experiments were to evaluate effects of drought
stress at vegetative stage on growth, yield and leaf proline content of hot pepper.
Drought stress was conditioned by watering plants every five days during the
period of 21 – 54 days after planting (DAP). Results of the experiment indicated
that drought stress reduced plant height, branch numbers, stem diameter, root

length, shoot, root and biomass dry weight and fruit yield. Sensivity index
calculated based on biomass of five hot pepper cultivars showed that Prabu was
the only tolerance cultivar while those based on proline concentration showed that
Prabu, Laris and Jati Laba were the medium tolerance to drought stress. There
was no drought tolerance cultivar if the sensitivity index was calculated based on
fruit yield.
Genetic engineering manipulation to develop drought tolerance transgenic
plant through over-expression of gene P5CS-key enzyme for proline biosinthesis
is hot chilli needed regeneration of chilli by in vitro. Regeneration of Chilli by in
vitro by using young leaf have been conducted to 13 varietas of chilli. Eksplant of
culture at medium induce callus that is elementary medium of MS with vitamin of
L2 enhanced by BAP 4 ppm and IAA 0.5 ppm. Then for medium of regeneration
and elong of cell, callus subculture at medium of MS added by vitamin L2 , BAP
1 ppm, GA3 2 ppm, Calsium Pantotenat 2 ppm and AgNO3 5 ppm.
The result showed that all of the varieties were able to form callus, but do
not all of callus can differentiate to be new bud. Amongs of 13 of varieties of hot
chilli, the most responsive to differentiation and bud elongation was Tit Super
variety.
With use chilli cv. Tit Super done genetic engineering, the objectives of
this experiment were to (1) regenerate of transgenic chilli cv. Tit Super

constitutively expressing P5CS transgene through Agrobacterium, (2) analyze
integration of P5CS transgene in the genome of transgenic chilli by total nucleic
acid PCR, (3) analyze proline accumulation in leaf tissues of the transgenic chilli.
There were 67 transgenic line but only 5 transgenic line were positive based on
total nucleic acid PCR testing. The transgenic line also accumulate higher proline
than control plant under drought stress which induced by Poly Ethylene Glicol
(PEG) 15%.
Over-expression of gene P5CS for key enzyme for proline biosynthesis
for tobacco as model plant to drought stress at vegetatif stage showed that drought
stress reduced plant height, shoot diameter, leaf dry weight and leaf area.

Keyword: Dehydration stress, hot pepper, drought sensitivity index, Direct shoot
regeneration, Agrobacterium-mediated transformation, proline

SUMMARY

YUSNIWATI. Drought Tolerance Transgenic Hot Chilli Line Carrying
P5CS Transgene Encoding Key Enzyme for Proline Biosynthese : Plantlet
Regeneration and Characterization. Supervisors
Committee :

SUDARSONO, HAJRIAL ASWIDINNOOR, SRI HENDRASTUTI
HIDAYAT, dan DJOKO SANTOSO.
Genetic engineering of chilli (Capsicum annuum L.), an important
vegetable, crop is difficult to do. This was proven by the existence of only a few
numbers of publication describing hot chilli genetic engineering in scientific
journals. The difficulty of genetic engineering of this crop is because the in vitro
bud regeneration and Agrobacterium-mediated genetic transformation of hot chilli
are both difficult to do.
This disertation was written based on results of experiments conducted to
determine effects of drought stress on growth and development of hot chilli, to
develop drought tolerance transgenic hot chilli, and to investigate possible drought
tolerance mechanisms in transgenic plants using transgenic tobacco. Therefore,
there are three major experiments associated with this dissertation.
The drought stress tolerance phenotype in various crops is a dynamic
response. Testing for drought tolerance response need to be conducted at various
stages of plant growth (i.e. vegetative and generatives stages). Moreover, glass
house test might be the better alternative of evaluation techniques for drought
tolerance than that of field evaluation since environmental conditions in the glass
house test was more homogeneous than that of field stations. In this research a
condition of reducing the amount of supplied water to irrigate the evaluated hot

chilli cultivar was used as drought stress treatment.
Result of this experiment showed that the tested hot chilli cultivars (five
cultivars) were all sensitive against drought stress. Drought stress under this
experiments reduced production of hot chilli by as much as 50%. Such results
further supported the need to develop more drought tolerance hot chilli cultivars.
Regeneration of drought tolerance transgenic hot pepper should be possible
if the effective methods for in vitro bud regeneration and Agrobacterium-mediated
genetic transformation are available. Parts of this desertation research were
conducted to answer those question. In this disertation effective research methods
for inducing in vitro bud regeneration among chilli cultivars (13 cultivars) were
evaluated. Direct shoot regeneration from young seedling associated-leaf
approach was employed in this research. Result of the experiment showed that
inducing in vitro bud regeneration from experiments of hot chilli cv. Tit Super
was easiest.
In subsequent experiment, Agrobacterium mediated transformation was
conducted to introduce P5CS transgene into hot chilli genome and regenerate
transgenic hot chilli. After a numbers of phenotypic and molecular
characterization of the regenerated putative transgenic shoots, the regenerated

they were evaluated for their respons against in vitro simulated drought stress

using polyethylene glycol (PEG).
Result of the experiment showed 67 kanamycine resistance planlets were
regenerated after Agrobacterium-mediated transformation of hot chilli, indicating
that they were transgenic carrying at least nptII transgene and probably also carry
the P5CS one.
The hot chilli plantlets positively identified carrying P5CS transgene
showed different phenotype than that of non-transgenic control. The transgenic
shoots carrying P5CS transgene showed broader leaves than that of nontransgenic one. Subsequent result also indicated, transgenic shoots identified as
carrying P5CS transgene tolerance were more against PEG treatment up to 15%
(w/v) concentration. They also exhibited different pattern of proline accumulation
in evaluated leaves under in vitro PEG stimulated strees condition.
To answer the possible mechanisms of drought tolerance in transgenic
plants carrying P5CS transgene, R2 generation of transgenic tobacco carrying
P5CS transgene were evaluated under glass house conditions. The stress
conditions were either applied by reducing water supplies or simulated using PEG
(0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5 and 15% (w/v).
Testing of drought stress tolerance on transgenic crops carrying P5CS
transgene was conducted using R2 generation of transgenic tobacco. Drought
stress treatment on R2 progeny transgenic tobacco resulted. But R2 generation of
transgenic P5CS tobacco showed better performance than R2 generation of nontransgenic tobacco. The high increased of proline content was seen on the tested

transgenic tobacco. It proved that increasing of proline accumulation caused by
over-expression of P5CS gen reduced negative effect of drought stress. Crop age
also influence accumulation of praline. Progressively increase of age may
increased leaf praline accumulation.
Drought stress treatment using PEG at 2.5% to 15% concentrations caused
decrease of growth. Higher accumulation of proline occured early in root,
followed by in the leaf tissue. The higher accumulation of proline in transgenic
tobacco probably have a role in decreasing of negative effect to drought stress.

RINGKASAN

YUSNIWATI. Galur Cabai Transgenik Toleran Kekeringan dengan Gen P5CSPenyandi Enzim Kunci Biosintesa Prolina : Regenerasi dan Karakterisasi
Regeneran. Komisi Pembimbing: SUDARSONO, HAJRIAL ASWIDINNOOR,
SRI HENDRASTUTI HIDAYAT, dan DJOKO SANTOSO.
Tanaman cabai merah (Capsicum annuum L.) adalah tanaman sayuran
penting dan teknik rekayasa genetika pada cabai sulit dilakukan. Hal ini terbukti
dari sedikitnya publikasi tentang rekayasa genetika cabai merah di jurnal ilmiah.
Rekayasa genetika pada cabai merah sulit dilakukan karena sulitnya
meregenerasikan tunas cabai secara in vitro serta sulitnya meregenerasikan
eksplan hasil inokulasi Agrobacterium.

Disertasi ini ditulis berdasarkan hasil-hasil percobaan untuk menentukan
pengaruh dari cekaman kekeringan terhadap pertumbuhan dan perkembangan
cabai, mengembangkan tanaman cabai transgenik yang toleran kekeringan serta
menentukan mekanisme tanggapan cekaman kekeringan pada tanaman transgenik
menggunakan tanaman tembakau transgenik. Dengan demikian ada tiga kelompok
besar percobaan dalam disertasi ini.
Respon dari berbagai genotipe tanaman terhadap cekaman kekeringan
bersifat dinamis, sehingga pengujian tingkat toleransi terhadap cekaman
kekeringan perlu dilakukan pada berbagai tingkat pertumbuhan tanaman (fase
vegetatif dan generatif). Selain itu pengujian toleransi terhadap cekaman
kekeringan di rumah kaca perlu dilakukan, karena kondisi di rumah kaca lebih
baik dibandingkan di lapangan serta kondisi di rumah kaca lebih homogen di
bandingkan lapangan. Evaluasi cekaman kekeringan pada cabai dilakukan dengan
pengurangan pemberian air.
Hasil penelitian pengujian cekaman kekeringan terhadap lima kultivar cabai
unggul nasional menunjukkan tidak satupun dari ke lima kultivar yang diuji
toleran terhadap cekaman kekeringan, cekaman kekeringan yang diberikan
menurunkan hasil sampai 50%. Hal tersebut memperkuat alasan perlunya
pengembangan kultivar cabai yang toleran kekeringan
Pengembangan cabai transgenik yang toleran cekaman kekeringan dapat

dilakukan jika metode regenerasi tunas cabai secara in vitro dan metode
transformasi genetika dengan bantuan Agrobacterium telah tersedia. Sebahagian
dari penulisan disertasi ini digunakan untuk menjawab pertanyaan tersebut.
Dalam disertasi ini dievaluasi metode in vitro yang efektif untuk meregenerasikan
13 genotipe cabai. Regenerasi tunas langsung dilakukan dengan menggunakan
daun kecambah cabai. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kultivar Tit Super
yang paling mampu menghasilkan regenerasi tunas secara in vitro paling banyak
Pada percobaan selanjutnya dilakukan transformasi genetika dengan
menggunakan Agrobacterium untuk memasukkan gen P5CS ke dalam genom
cabai dan meregenerasikan cabai transgenik. Setelah itu dilakukan karakterisasi

fenotipe secara molekuler dari calon tunas transgenik yang dihasilkan kemudian
dievaluasi responnya terhadap kondisi cekaman kekeringan yang disimulasikan
secara in vitro dengan menggunakan PEG.
Hasil percobaan menunjukkan 67 planlet yang resisten kanamysin berhasil
diregenerasikan setelah transformasi dengan menggunakan Agrobacterium yang
mengindikasikan bahwa planlet tersebut merupakan planlet transgenik yang
membawa gen nptII dan kemungkinan juga membawa gen P5CS.
Planlet cabai yang teridentifikasi secara positif sebagai pembawa gen P5CS
menunjukkan fenotipe yang berbeda dibandingkan dengan tanaman kontrol non

transgenik. Tunas cabai transgenik yang membawa gen P5CS menunjukkan daun
yang lebih lebar dibandingkan dengan daun yang non transgenik. Hasil
selanjutnya juga mengindikasikan bahwa tunas transgenik yang membawa gen
P5CS lebih toleran terhadap perlakuan PEG pada konsentrasi 15% (w/v). Tunas
transgenik juga menunjukkan pola yang berbeda pada akumulasi prolina daun.
Pengujian mekanisme cekaman kekeringan dilakukan pada tanaman
tembakau transgenik generasi R2 yang membawa gen P5CS di rumah kaca
Kondisi cekaman kekeringan disimulasikan dengan pengurangan pemberian air
dan penyiraman dengan PEG (0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15% w/v).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa cekaman kekeringan menghambat
pertumbuhan semua tanaman tembakau R2 (tembakau transgenik dan non
transgenik), tetapi generasi R2 transgenik memperlihatkan penampilan yang lebih
baik dibandingkan tanaman tembakau non transgenik. Tanaman tembakau
transgenik R2 juga menunjukkan pola akumulasi prolina yan berbeda pada daun
yang diuji. Umur tanaman juga mempengaruhi akumulasi prolina dimana dengan
semakin bertambahnya umur tanaman akumulasi prolina juga semakin meningkat.
Perlakuan cekaman kekeringan dengan penyiraman larutan PEG pada
konsentrasi 5% sampai 15%, menunjukkan penurunan pertumbuhan. Akumulasi
prolina yang terjadi awalnya lebih tinggi di akar, tetapi kemudian produksi prolina
yang tinggi terjadi di jaringan daun. Peningkatan kandungan prolina yang lebih

tinggi pada tanaman tembakau transgenik diduga berperan dalam mengurangi
dampak negatif terhadap cekaman kekeringan.

© Hak cipta milik IPB, tahun 2008
Hak cipta dilindungi

1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tujuan suatu
masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

seluruh karya

GALUR CABAI TRANSGENIK TOLERAN KEKERINGAN
DENGAN GEN P5CS-PENYANDI ENZIM KUNCI
BIOSINTESIS PROLINA : REGENERASI DAN
KARAKTERISASI REGENERAN

YUSNIWATI

Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
pada Departemen Agronomi dan Hortikultura

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

Judul Disertasi

:

Galur Cabai Transgenik Toleran Kekeringan dengan
Gen P5CS-Penyandi Enzim Kunci Biosintesis
Prolina: Regenerasi dan Karakterisasi Regeneran

Nama Mahasiswa

:

Yusniwati

NRP

:

A. 361040041

Disetujui
Komisi Pembimbing

Prof Dr Ir Sudarsono, MSc
Ketua

Dr Ir Hajrial Aswidinnoor, MSc
Anggota

Dr Ir Sri Hendrastuti Hidayat, MSc
Anggota

Dr Ir Djoko Santoso, APU
Anggota

Diketahui
Ketua Program Studi Agronomi

Dr Ir Munif Ghulamahdi, MS

Tanggal Ujian : 30 Oktober 2008

Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Prof Dr Ir Khairil Anwar Notodiputro, MS

Tanggal Lulus : 19 November 2008

PRAKATA

Alhamdulillahirabbil ‘alamin, puji syukur yang sangat dalam penulis
sampaikan kepada Allah SWT atas izin dan petunjuk-Nya yang Maha Rahman
dan Rahim yang telah dilimpahkan kepada penulis sehingga penelitian dan
penulisan Disertasi ini dapat diselesaikan. Disertasi ini merupakan salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar doktor dari Institut Pertanian Bogor.
Disertasi ini yang berjudul “Galur Cabai Transgenik Toleran
Kekeringan dengan Gen P5CS-Penyandi Enzim Kunci Biosintesa Prolina:
Regenerasi dan Karakterisasi Regeneran”, disusun berdasarkan penelitian yang
dilakukan di Laboratorium Molekuler Tanaman Institut Pertanian Bogor dan
Rumah Kaca Balitbio Cimanggu Bogor.
Penelitian dan penulisan disertasi ini dapat diselesaikan karena peran dan
bantuan berbagai pihak. Oleh karena ini pada kesempatan ini penulis sampaikan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Bapak Prof Dr Ir Sudarsono, MSc,
selaku Ketua Komisi Pembimbing, yang telah memberikan bimbingan intensif
dalam pelaksanaan penelitian, analisis data, penulisan publikasi, penulisan naskah
disertasi dan telah memberikan kesempatan dan fasilitas seluas-luasnya, serta
yang begitu sabar secara terus menerus memberikan perhatian dan wawasan baru.
Kepada Bapak Dr Ir Hajrial Aswidinnoor, MSc, Ibu Dr Ir Sri Hendrastuti Hidayat,
MSc dan Bapak Dr Ir Djoko Santoso, MSc sebagai Anggota Komisi Pembimbing;
yang telah memberikan bimbingan, arahan, dorongan moril dan semangat, kritik
serta saran yang sangat bermanfaat dalam penulisan disertasi ini. Penulis juga
tidak lupa menyampaikan ucapan terimakasih

kepada Bapak Dr Ir Asep

Setiawan, M,Sc, selaku penguji luar komisi pada ujian prakulifikasi program
Doktor. Ucapan terimakasih juga disampaikan kepada Bapak Dr Ir Agus Purwito,
M.Sc selaku penguji luar komisi pada ujian tertutup, juga untuk Prof Dr Ir
Nurhajati A Mattjik MS dan Dr Ir Ika Mariska, APU selaku penguji luar komisi
pada Ujian Terbuka. Ucapan terimakasih juga disampaikan kepada ketua
Program Studi, seluruh staf pengajar dan pegawai, Departemen Agronomi dan
Hortikultura, SPs IPB, kepada Rektor, Dekan Fakultas Pertanian, dan Ketua

Jurusan Budidaya Pertanian, Ketua Program studi Pemuliaan Tanaman dan
kepada seluruh staf pengajar dan pegawai jurusan Budidaya Pertanian Universitas
Andalas Padang, atas izin, dukungan dan motivasi serta doa yang diberikan.
Kepada Pimpinan Proyek BPPS Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan Nasional dan Yayasan DAMANDIRI yang telah
memberi kesempatan beasiswa.
Dengan segenap rasa hormat dan terima kasih khusus penulis sampaikan
kepada Ibunda tercinta Majiar dan Ayahanda tercinta Bismi Tk. Marajo, semua
Kakak, Kakak Ipar, Adik dan Adik Ipar serta ponakan yang telah melimpahkan
bantuan, kasih sayang, bimbingan, dan do’a yang tulus.
Terima kasih secara khusus disampaikan kepada Uda Apri Yendi, SPt, atas
motivasi dan do’anya.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa dan
staf teknisi di Laboratorium Molekuler Tanaman yang selama ini banyak
membantu dalam pelaksanaan penelitian yaitu: Bapak Dr Ir Ahmad Riduan, MSi
Ibu Dr Ir Endang Puji Hartati,MSi, Ibu Dr Ir Enni S. Rahayu,Msi, Dr Ir Desta
Wirnas, MSi, Dr Susiyanti, SP.MP, Ibu Munarti, SP,MSi, Ibu Yuliasti, SP. M.Si,
Bapak Ir. Syamsudin, MSi, Ibu Ir Lollie Agustina P Putri, MSi, Ibu Ir. Sukendah,
M.Sc, Ibu Ir Reni, MSi, Darmawan S, SP.MSi, Zulherman S, SP, Susilawati, Mas
Agus, dan Pak Juanda yang banyak membantu dalam penyelesaian penelitian serta
semua anggota IMPACS (Ikatan Mahasiswa Pascasarjana Sumatera Barat) dan
rekan-rekan di pondokan Ponytail atas bantuan dan persahabatan dan semua pihak
yang tidak dapat disebutkan satu persatu dalam tulisan ini.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis berharap agar hasil
penelitian ini dapat digunakan untuk kepentingan penelitian, kemajuan ilmu
pengetahuan dan bermanfaat bagi kehidupan. Amin.
Bogor, November 2008
Penulis,

Yusniwati
NRP A361040041

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bukittinggi pada tanggal 17 Desember 1970, dari
pasangan Bapak Bismi Tk. Marajo dan Ibu Majiar sebagai putri ke tiga dari lima
bersaudara.
Pendidikan dasar diselesaikan pada tahun 1984 di SD Negeri 1 Teladan
Gadut Bukittinggi. Pendidikan menengah pertama diselesaikan pada tahun 1987
di SMP Negeri Gadut Bukittinggi. Pada tahun 1990 lulus dari SMA Negeri 3
Bukittinggi. Gelar Sarjana Pertanian diraih pada tahun 1995 pada Fakultas
Pertanian Universitas Andalas Padang. Pada tahun 2000 memperoleh gelar
Magister Pertanian dari Program Studi Agronomi, pada Program Pascasarjana
Universitas Andalas Padang, melalui Program Bea Siswa BPPS Ditjen Dikti. Pada
tahun 2004 melanjutkan studi ke program Doktor (S3) melalui program Bea Siswa
BPPS Ditjen Dikti pada program studi Agronomi Institut Pertanian Bogor. Sejak
Desember tahun 2000 sampai sekarang, penulis adalah staf pengajar pada Fakultas
Pertanian Universitas Andalas Padang.

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

xiii

DAFTAR TABEL .........................................................................................

xiv

DAFTAR GAMBAR .....................................................................................

xv

DAFTAR ISTILAH ......................................................................................

xx

I

PENDAHULUAN ……………………………………………………..
Latar belakang ………………………………..………………………
Tujuan penelitian …………………………………………….…….….
Garis Besar Disertasi……………………………………………………

1
1
5
6

II

TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………….
Tanaman Cabai………………………………………………………….
Perbanyakan Tanaman Cabai Secara In Vitro ........................................
Cekaman Kekeringan pada Tanaman.......................................................
Respon Tanaman terhadap Cekaman Kekeringan dengan
Penyesuaian Osmotik ..............................................................................
Plasmid pBI-P5CS ………………………………………..…………..
Sifat-sifat Biologi Agrobacterium ……………………..……………...
Transfer Gen pada Genom Tanaman dengan Bantuan Agrobacterium .

11
11
14
16
18
23
24
25

DAMPAK FISIOLOGIS STRES KEKERINGAN TERHADAP
PERTUMBUHAN, HASIL DAN KANDUNGAN PROLINA DAUN
CABAI ..................................................................................................
Abstrak ……………………………………………………………….
Abstract ……………………………………………………………….
Pendahuluan ………...............................................................................
Bahan dan Metode ……….…………………………………………….
Hasil …………………………………………………………..………..
Pembahasan ……….…………………………………………..……….
Simpulan ………..………………………………………………………

26
26
27
28
29
31
36
39

III

IV STUDI REGENERASI BEBERAPA GENOTIPE
CABAI (Capsicum annum L.) SECARA IN VITRO ..........................
Abstrak ....................................................................................................
Abstract ………………………………………………………………
Pendahuluan ………...............................................................................
Bahan dan Metode …….……………………………………….………
Hasil …………………………………………………………………..
Pembahasan …………………………..………………………………
Simpulan ……….…..…………………………………………………

40
40
41
42
43
45
52
54

V.

INTRODUKSI GEN P5CS KE DALAM GENOM CABAI DENGAN
BANTUAN Agrobacterium DAN EKSPRESI TERHADAP CEKAMAN
AKIBAT PEMBERIAN PEG ............................................................. 55
Abstrak .................................................................................................... 55
Abstract ………………………………………………………………… 56
Pendahuluan ………................................................................................ 57
Bahan dan Metode …………………………………………………… 60
Hasil ………………………………………………………………….. 64
Pembahasan
………………………..……………………………… 69
Simpulan ……….…..………………………………………………… 72

VI

TOLERANSI TEMBAKAU TRANSGENIK GENERASI R2 YANG
MENGEKSPRESIKAN GEN P5CS TERHADAP STRES
KEKERINGAN AKIBAT PENGURANGAN PEMBERIAN AIR..
Abstrak …………………………………………………………………
Abstract…………………………………………………………… .......
Pendahuluan ………................................................................................
Bahan dan Metode …….………………………………………………
Hasil …………………………………………………………………..
Pembahasan …………………………..………………………………
Simpulan ……….…..…………………………………………………

73
73
74
75
76
78
89
91

VII TOLERANSI TEMBAKAU TRANSGENIK GENERASI R2 YANG
MENGEKSPRESIKAN GEN P5CS TERHADAP STRES AKIBAT
PENYIRAMAN POLIETILEN GLIKOL (PEG) ...............................
Abstrak………………………………………………………… ............
Abstract ………………………………………………………………
Pendahuluan ………...............................................................................
Bahan dan Metode …….………………………………………………
Hasil …………………………………………………………………..
Pembahasan …………………………..………………………………
Simpulan ……….…..…………………………………………………

92
92
93
94
97
97
102
102

VIII PEMBAHASAN UMUM ...................................................................... 104
IX

SIMPULAN DAN SARAN UMUM .................................................... 109

DAFTAR PUSTAKA

………………….…………………………………. 110

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

1

Pengaruh cekaman kekeringan pada periode 21 – 54 hari setelah
tanam terhadap tinggi tanaman, jumlah cabang, diameter batang,
dan panjang akar beberapa genotipe cabai........................

3
2

2

Pengaruh cekaman kekeringan pada periode 21 – 54 hari setelah
tanam terhadap berat kering batang dan biomasa total beberapa
genotipe abai.................................................................................

3
3

3

Pengaruh cekaman kekeringan pada periode 21 – 54 hari sesudah
tanam terhadap bobot biomassa total, jumlah dan bobot buah per
tanaman beberapa genotipe cabai....................................

3
4

4

Indeks kepekaan terhadap cekaman (S) yang dihitung berdasarkan
biomasa total, jumlah dan bobot buah per tanaman beberapa
genotipe cabai.................................................................

3
5

5

Kandungan Prolina daun beberapa genotipe cabai pada umur 37
HST pada kondisi tanam optimum dan cekaman kekeringan........

3
6

6

Persentase pembentukan kalus dan tunas serta persentase tunas
yang terbentuk dari beberapa genotype cabai secara in vitro……

4
6

7

Rata-rata berat kalus, diameter kalus, jumlah tunas dan panjang
tunas dari beberapa genotype cabai yang diinduksi secara in
vitro………………………………………………………………

4
8

8

Perkembangan jaringan daun cabai var. Tit Super dalam berbagai
tahapan transformasi genetika dengan bantuan Agrobacterium
hingga menjadi tanaman transgenik. Transformasi genetika untuk
mengintroduksikan gen P5CS dengan bantuan Agrobacterium
dilakukan
sebanyak
empat
eksperimen.....................................................................................

6
5

9

Kandungan prolina daun cabai transgenik dan non transgenik pada
kondisi optimum dan dengan perendaman dalam larutan PEG 15%
selama 10 hari ..............................................................

6
9

10

Pengaruh stres kekeringan pada periode 35 hari sesudah tanam
(HST) terhadap tinggi tanaman, panjang buku dan diameter batang
tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1
dan tembakau GS non-transgenik.............................

7
9

Nomor
11

12

13

14

15

16

17

Judul

Halaman

Pengaruh stres kekeringan pada periode 35 hari sesudah tanaman
(HST) terhadap berat kering daun, luas daun dan jumlah daun
tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1
dan tembakau GS non-transgenik…………………………....

8
0

Pengaruh stres kekeringan pada periode 55 hari sesudah tanam
(HST) terhadap tinggi tanaman, panjang buku dan diameter batang
tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1
dan tembakau GS non-transgenik.....................................................

81

Pengaruh stres kekeringan pada periode 55 hari sesudah tanaman
(HST) terhadap berat kering daun, luas daun dan jumlah daun
tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1
dan tembakau GS non-transgenik………………………..………

82

Pengaruh stres kekeringan pada periode 78 hari sesudah tanam
(HST) terhadap tinggi tanaman, panjang buku dan diameter batang
tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1
dan tembakau GS non-transgenik.....................................................

83

Pengaruh stres kekeringan pada periode 78 hari sesudah tanaman
(HST) terhadap berat kering daun, luas daun dan jumlah daun
tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1
dan tembakau GS non-transgenik………………….………………

84

Pengaruh perlakuan stres kekeringan pada periode 15-78 hari
sesudah tanam (HST) terhadap kandungan prolina daun tanaman R2
zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi R1 dan tembakau
GS non-transgenik. Contoh daun diambil 78 HST..............................

86

Segregasi fenotipe bibit R2 yang ditanam dalam medium MS
selektif dengan penambahan antibiotika kanamisin 100 mg/l, hasil
analisis χ2, dan pendugaan jumlah lokus nptII fungsional yang
terintegrasi dalam genom tembakau transgenik.................................

99

18

Pengaruh penyiraman polietilena glikol (PEG) dengan konsentrasi
0%,2.5%, 5%,7.5%, 10%,12.5% dan 15% pada umur 35 HST
terhadap tinggi tanaman,bobot akar kering, bobot kering daun,dan
panjang akar dari tanaman R1 zuriat tembakau GS transgenik P5CS
100
generasi R2 dan tembakau GS non-transgenik........................

19

Pengaruh penyiraman polietilena glikol (PEG) dengan konsentrasi
0%,2.5%, 5%,7.5%, 10%,12.5% dan 15% pada umur 55 HST
terhadap tinggi tanaman, bobot akar kering, jumlah daun, berat
kering daun,dan panjang akar dari tanaman R2 zuriat tembakau GS
transgenik P5CS R2 dan tembakau GS non-transgenik……………... 101

DAFTAR GAMBAR

Nomor
1

Judul

Halaman

Skema strategi penelitian : Galur Cabai Transgenik dengan Gen
P5CS-Penyandi Enzim Kunci Biosintesis Prolina Regenerasi dan
Karakterisasi Regeneran …………………………………………

9

Alur disertasi Galur Cabai Transgenik dengan Gen P5CSPenyandi Enzim Kunci Biosintesis Prolina Regenerasi Dan
Karakterisasi Regeneran dan hubungan masing-masing topik
penelitian…………………………………………………………

10

Lintasan biosintesis L-prolina dari L-glutamin dan berbagai gen
penyandi ensim yang diperlukan untuk biosintesis L-prolina. Gen
P5CS merupakan gen penyandi ensim kunci dalam biosintesis
prolina, yang ekspresinya meningkat dengan adanya stres
kekeringan (dehidrasi) dan menurun dalam kondisi non-stres
(rehidrasi)………………………………………………………...

22

4

Peta restriksi plasmid pBI-P5CS....................................................

23

5

a) Bibit cabai umur 21 hari yang ditanam secara in vitro
b) Daun muda cabai yang ditanam pada media induksi kalus…...

45

6

Kalus-kalus yang terbentuk dari beberapa varietas dan galur cabai
secara in vitro……………………………………………...

47

7

Waktu yang diperlukan beberapa varietas cabai untuk membentuk
kalus…………………………………………………

48

8

Hubungan antara berat kalus dengan jumlah tunas yang terbentuk
pada beberapa varietas cabai……………………….

49

9

Kalus yang terbentuk dari daun muda setelah 14 hari induksi
(9A) kalus yang berwarna putih yang akan berubah menjadi
kehijauan dalam beberapa hari dan kalus ini merupakan kalus
organogenik (organogenic callus) (OC)
(9B) kalus yang berwarna coklat merupakan kalus yang tidak
dapat diregenerasikan (non-regenerable callus) (NRC)................

50

10 Tahapan perkembangan kalus cabai organogenik mulai dari tahap
globular sampai membentuk tunas, (A) – (E) tahapan globular
sampai kotiledonary, (F) terbentuknya tunas ..................

50

2

3

Nomor

Judul

Halaman

11 Tunas yang berkembang dalam media perpanjangan tunas (A)
tunas yang abnormal, dimana tidak menghasilkan batang, (B)
tunas yang normal yang dapat berkembang membentuk batang....

51

12 Peta konstruksi plasmid biner pBI-P5CS yang membawa gen
kimera P5CS, gen marker NPTII, dan gen marker GUS pada
struktur T-DNA. Lokasi situs pemotongan oleh ensim restriksi
pada T-DNA ditunjukkan dengan angka dan identitas ensimnya
(Kavi Kishor et al., 1995)...............................................................

61

13 Hasil total nucleic acid PCR untuk mendeteksi integrasi gen
P5CS: dalam genom cabai transgenik dengan marker NPT II.......

65

14 Perkembangan eksplan daun muda cabai var Tit Super dalam
tahapan transformasi dengan bantuan Agrobacterium (A1)
Prekultur eksplan daun muda cabai var Tit Super dalam media
MSR-I, (A2) Kokultivasi eksplan daun muda cabai var Tit Super
dalam mdia MSR-I, (B1&2) Respon tunas cabai var Tit Super
yang resisten dan sensitif terhadap kanamaycin dalam media
MSR-II, (C1&2) Planlet cabai var Tit Super transgenik dalam
media perakaran………………………………………………….

66

15 Penampilan daun regeneran cabai cv Tit Super yang direndam
dalam larutan PEG 15% selama 10 hari secara in vitro (A)
Kontrol dan (B) Transgenik P5CS……………………………….

67

16 Pengaruh perendaman PEG 0 dan 15% selama periode 10 hari
secara in vitro terhadap kandungan prolina total daun tanaman
cabai kontrol dan transgenik R0………………………………….

68

17 (A) Distribusi kandungan prolina total daun cabai transgenic R0
dan
non transgenik dalam kondisi optimum, (B) Distribuís
kandungan prolina total daun cabai transgenik R0 dan non
tansgenik dalam kondisi cekaman dengan perendaman PEG 15%
selama 10 hari…………………………………………………….

68

18 Distribusi kandungan prolina total daun cabai transgenik R0 dan
non transgenik dalam kondisi optimum dan dalam kondisi
cekaman dengan perendaman PEG 15% selama 10 hari pada
genotype yang sama……………………………………………...

69

19 Penampilan regeneran cabai cv Tit Super secara in vitro (A)
Kontrol dan (B) Transgenik…………………………………….

71

20 Rangkaian reaksi oksidasi prolina..................................................

72

Nomor

Judul

Halaman

21 Tanaman tembakau transgenik R2 dalam media kanamisin (A dan
B), tembakau R2 kontrol (non transgenik (C).........................
22 Tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik P5CS generasi
R1 dan tembakau GS non-transgenik pada kondisi optimum dan
cekaman kekeringan, A1 = Tanaman tembakau non transgenik
yang mendapat perlakuan cekaman kekeringan, B1= Tanaman
tembakau non transgenik yang tidak mendapat perlakuan cekaman
kekeringan, A2= Tanaman tembakau transgenik GS-1 yang tidak
mendapat perlakuan cekaman, B2= Tanaman tembakau
transgenik GS-1 yang mendapat perlakuan cekaman, A3=
Tanaman tembakau transgenik GS-2 yang tidak mendapat
perlakuan cekaman,B3= Tanaman tembakau transgenik GS-1
yang mendapat perlakuan cekaman, A4= Tanaman tembakau
transgenik GS-3 yang tidak mendapat perlakuan cekaman, B4=
Tanaman tembakau transgenik GS-3 yang mendapat perlakuan
cekaman, A5= Tanaman tembakau transgenik GS-4 yang tidak
mendapat perlakuan cekaman,B5=Tanaman tembakau transgenik
GS-4 yang mendapat perlakuan cekaman,A6= Tanaman tembakau
transgenik GS-5 yang tidak mendapat perlakuan cekaman,B6=
Tanaman tembakau transgenik GS-5 yang mendapat perlakuan
cekaman……………………………...

78

85

23 Kandungan prolina beberapa galur tembakau pada kondisi stres
umur 35 dan 78 HST…………………………………………….

86

24 Kandungan prolina beberapa galur tembakau pada kondisi
optimum umur 35 dan 78 HST…………………………………...

86

25 Regresi antara kandungan prolina daun dari tembakau GS nontransgenik dan tanaman R2 zuriat dari tembakau GS transgenik R
1, dengan tinggi tanaman dan bobot kering daun per tanaman
Kandungan prolina daun ditentukan umur 78 hari sesudah tanam
(hst) sedangkan tinggi tanaman dan berat kering daun ditentukan
110 hari setelah tanam (hst). (■) tembakau GS-non transgenik, (♦)
tembakau GS transgenik P5CS………………………………

87

26 Keterkaitan antara indeks sensitivitas terhadap cekaman
kekeringan yang dihitung menggunakan data tinggi tanaman dan
panjang
akar dari tembakau GS non-transgenik (♦) dan
transgenic (Ο,♦■). Nilai indeks sensitivitas ≤ 0.5 dikategorikan
toleran, diantara 0,5 dan 1 dikategorikan medium, dan >1
dikategorikan peka.........................................................................

89

27 Menunjukkan bahwa ekspresi pembentukan senyawa prolina
lebih banyak di daun daripada di akar tanamn…………………..

99

DAFTAR ISTILAH

Aklimatisasi
proses penyesuaian peralihan lingkungan hidup heterotroph menjadi
autotroph pada planlet yang diperoleh melalui teknik in vitro
CaMV 35 S
promotor yang terdapat pada DNA viral yang ekspresinya bersifat
konstitutif (di seluruh bagian), yang merupakan strong promoter
Cekaman kekeringan
kondisi ketersediaan air media tanaman yang tidak memadai baik jumlah
maupun distribusinya, yang terjadi pada sebagian atau sepanjang siklus
hidup tanaman sehingga tanaman tidak dapat mengekspresikan potensi
genetiknya.
Embriosomatik
proses pembentukan embrio secara aseksual dari sel somatik dalam kultur
in vitro
Kultur in vitro
suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman seperti protoplasma
sel, sekelompok sel, jaringan dan organ, serta menumbuhkannya dalam
kondisi aseptik, sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak
diri dan beregenerasi menjadi tanaman lengkap.
Genersi R0
tanaman yang merupakan hasil regenerasi jaringan dari kultur in vitro
Generasi R1
tanaman yang merupakan zuriat dari tanaman generasi R0
Mekanisme avoidance (ketahanan)
mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan yang ditunjukkan
dengan kemampuan tanaman untuk mempertahankan potensial air
jaringan yang relatif tinggi pada saat mengalami cekaman kekeringan
Mekanisme escape (pelarian)
mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan yang ditunjukkan
dengan kemampuan tanaman untuk menyelesaikan siklus hidupnya
sebelum terjadi cekaman kekeringan sehingga tidak mengalami cekaman
Mekanisme tolerance (toleran)
mekanisme respon terhadap cekaman kekeringan yang ditunjukkan
dengan kemampun tanaman untuk bertahan hidup dengan potensial air
jaringan yang rendah

Nisbah akar/tajuk
ratio bobot kering akar dan tajuk
Osmolit
senyawa yang terlarut dalam plasma sel yang dapat berperan untuk
mempertahankan potensial osmotik sel dan melindungi kerusakan
struktur sel akibat senyawa radikal pada saat mengalami cekaman
PCR (Polymerase Chain Reaction)
Amplifikasi enzimatik dari fragmen DNA spesifik dengan menggunakan
siklus berulang dari denaturasi, penempelan primer, dan elongasi
Peka
respon tanaman yang tidak mampu mempertahankan diri atau mengatasi
pengaruh cekaman kekeringan, yang ditunjukkan dengan menurunnya
pertumbuhan dan atau hasil panen secara signifikan pada kondisi
cekaman kekeringan
PEG (Poly Ethylene Glycol)
senyawa polimer yang tersusun atas sub unit etilen-oksida yang mampu
mengikat molekul air pada atom oksigennya dengan ikatan hidrogen
Plasmid
elemen genetik ekstrakromosomal yang memiliki kemampuan untuk
menggandakan diri sendiri. Untaian DNA berbentuk lingkaran diluar
kromosom yang terdapat dalam sel bakteri.
Potensial osmotik
potensi suatu larutan untuk melakukan osmosis atau menarik molekul air,
yang nilainya negatif dan ditentukan oleh konsentrasi larutan, suhu,
konstanta gas dan konstanta ionisasi
Primer
sebuah oligonukleotida khusus yang komplemen pada region tertentu dari
strand template, yang mana sintesis DNA baru terjadi
Prolina
salah satu jenis asam amino yang terlarut dalam plasma sel dan dapat
berperan sebagai osmolit
T-DNA
utas nukleotida yang merupakan bagian dari sistem penginduksi tumor
yang dimiliki oleh Agrobacterium tumefaciens yang terintegrasi dalam
genom tanaman. Segmen dari plasmid Ti yang di transfer dan masuk
dalam lokasi kromosomal pada inti sel tanaman.
Terminator
situs dimana transkripsi berhenti

Transforman
sel yang telah mengalami proses transformasi
Transgenik
organisme yang genomnya telah disisipi dengan DNA asing
Toleran
respon tanaman yang mampu mempertahankan diri atau mengatasi
pengaruh cekaman kekeringan, yang ditunjukkan dengan menurunnya
pertumbuhan dan atau hasil panen yang tidak signifikan pada kondisi
cekaman kekeringan
Vektor
molekul DNA yang dapat membawa DNA yang disisipkan dan
memindahkannya ke dalam sel inang

I PENDAHULUAN
Latar Belakang
Cabai (Capsicum spp) merupakan sayuran penting di dunia dan termasuk
spesies pertama yang ditemukan telah digunakan manusia di seluruh dunia (Berke
2002a). Cabai dapat dikonsumsi dalam bentuk buah segar, kering atau bentuk
olahannya dan memiliki berbagai manfaat. Cabai telah menjadi bagian penting
dalam resep masakan (Berke 2002b), kaya akan vitamin C, A, dan B, potasium,
fosfor dan kalsium (Xuefeng 1999; Boslan and Votava 2000), dan kandungan
kimianya merupakan bagian penting dalam obat-obatan, pewarna makanan, dan
kosmetika (Taychasinpitak dan Taywiya 2003; IISR 2006).
Cabai

merah

(Capsicum

annuum

L.)

merupakan

spesies

yang

dibudidayakan paling luas (Zhang 1989) karena merupakan spesies cabai pertama
yang ditemukan oleh Columbus dan diintroduksikan ke seluruh dunia. Cabai
merah masuk ke Indonesia dibawa oleh bangsa Portugis sekitar 450 – 500 tahun
yang lalu (Berke 2002b). Cabai merah beradaptasi dengan cepat dan diterima
oleh bangsa Indonesia sehingga menjadi komoditi sayuran penting, mempunyai
nilai ekonomis yang tinggi dan seiring dengan peningkatan jumlah penduduk
maka permintaan akan cabai juga terus meningkat. Di Indonesia ternyata luasnya
pertanaman cabai merah tidak diikuti oleh tingginya produktivitas. Data Dirjen
Bina Produksi Hortikultura tahun 2000, tercatat bahwa luas areal pertanaman
cabai merah adalah sebesar 183,347 ha, dengan rata-rata produktivitas 5,5 ton /ha,
dan tahun 2001 menurun menjadi 4,17 ton/ha, yang masih jauh di bawah rata-rata
produktivitas dunia sebesar 9,5 ton/ha, sehingga tidak mampu mencukupi
kebutuhan nasional (Dirjen Produksi Hortikultura dan Aneka Tanaman 2001).
Data BPS Produksi Tanaman Sayuran dan Buah-buahan Indonesia tahun 2002,
rata-rata hasil pertanaman cabai dari semua provinsi di Indonesia kurang dari 2
ton/ha, sedangkan potensi produksi cabai merah dapat berkisar antara 12 – 20
ton/ha (Duriat 1996)
Banyak faktor yang menyebabkan rendahnya produktivitas cabai di
Indonesia di antaranya adalah: penggunaan benih yang kurang bermutu, teknik

budidaya yang belum sempurna, dan tingginya serangan hama dan penyakit.
Secara umum pertumbuhan dan perkembangan tanaman dipengaruhi oleh faktor
genetik dan lingkungan.

Kenyataan di lapangan lingkungan pertumbuhan

tanaman tidak selalu merupakan kondisi yang optimum bagi tanaman, sehingga
seringkali tanaman tidak mampu mengekspresikan seluruh potensi genetik yang
dimilikinya. Menurut Blum (1982) cekaman lingkungan merupakan faktor yang
paling berperan terhadap kesenjangan antara potensi dan hasil aktualnya.
Produksi cabai dapat ditingkatkan melalui program perluasan pertanaman
dan intensifikasi budidaya. Kedua program ini sangat membutuhkan benih yang
berkualitas, baik secara genetik maupun fisiologis.

Benih yang berkualitas

genetik tinggi dapat diperoleh melalui persilangan konvensional yang diikuti
dengan proses seleksi dan melalui rekayasa genetika.
Kehadiran teknologi transformasi genetika memberikan wahana baru bagi
para pemulia tanaman untuk memperoleh gen-gen baru (Greenberg dan Glick
1993). Rekayasa genetika akan memberikan perbaikan dari karakter-karakter
penting pada tanaman.

Sifat ketahanan tanaman terhadap beberapa cekaman

biotik seperti gulma, virus, serangga dan mikroorganisme telah dapat diperbaiki
dengan pendekatan ini. Demikian pula terhadap cekaman abiotik dan modifikasi
kualitas dan kuantitas produk tanaman (Bennet 1993). Suatu gen yang tidak
terdapat pada suatu spesies tanaman tertentu dimungkinkan untuk dapat diperoleh
dari organisme lain seperti bakteri, virus, binatang dan tanaman lain (Herman
1996).
Teknik penyisipan gen (transformasi gen) akan menghasilkan tanaman
transgenik yang kemudian dapat dimanfaatkan sebagai sumber plasma nutfah atau
langsung diseleksi menjadi galur harapan.

Transformasi gen secara in vitro

dengan menggunakan vektor Agrobacterium akan berhasil dan bermanfaat apabila
sudah diperoleh protokol regenerasi tanaman yang efisien dan stabil. Kompetensi
untuk beregenerasi yaitu kemampuan membentuk tanaman lengkap (mempunyai
tunas dan akar dan kompetensi untuk ditransformasi) merupakan dua kunci
penting penentu keberhasilan program transformasi genetik.

Kultur sel atau jaringan dan sistem regenerasinya memegang peranan yang
sangat penting di dalam aplikasi bioteknologi atau transformasi genetika untuk
program perbaikan sifat tanaman.

Beberapa usaha yang dilakukan untuk

mencapai sistem regenerasi yang efisien adalah dengan menentukan parameter
penting yang spesifik pada tanaman (Parrot et al. 1992). Oleh karena itu, sebelum
dilakukan transformasi genetik untuk memperoleh tanaman cabai yang tahan
terhadap kondisi cekaman kekeringan diperlukan adanya sistem regenerasi yang
efisien dan stabil secara in vitro.
Salah satu kendala pengembangan penanaman cabai adalah terbatasnya
lahan yang sesuai sehingga harus menggunakan lahan-lahan marginal. Lahan
marginal memiliki keterbatasan, khususnya dalam ketersediaan air yang
menyebabkan tanaman mengalami kekeringan. Disamping itu, perubahan suhu
global dengan siklus musim kemarau panjang yang semakin pendek (setiap 2-3
tahun) juga menyebabkan cekaman kekeringan pada tanaman (Winarso 1992).
Cekaman kekeringan menjadi masalah yang perlu diperhatikan dalam
budidaya cabai karena penanaman cabai biasanya di lahan sawah dilakukan pada
akhir musim hujan. Kondisi musim kemarau atau penanaman di lahan tegal
meyebabkan ketersediaan air tidak selalu terjamin sepanjang musim tanam.
Lahan pertanaman yang mengalami kekurangan air akan mengakibatkan fungsi
dan pertumbuhan akar sebagai bagian tanaman yang penting akan terganggu.
Akibatnya pertumbuhan seluruh tanaman akan ikut terganggu sehingga akan
berefek juga pada perkembangan tanaman cabai, akhirnya, mutu, dan produksi
cabai akan merosot (Setiadi 2004).
Penanaman kultivar cabai yang toleran terhadap cekaman kekeringan dan
yang berdaya hasil tinggi menawarkan harapan dapat mengembangkan budidaya
cabai di lahan kering. Toleransi terhadap cekaman kekeringan dapat terjadi jika
tanaman dapat bertahan terhadap kondisi yang terjadi dan adanya toleransi atau
mekanisme yang memungkinkan menghindari dari situasi cekaman tersebut.
Tanaman mempunyai toleransi yang berbeda terhadap cekaman kekeringan
karena perbedaan dalam mekanisme morfologi, fisiologi, biokimia dan molekuler
(Perez-Molphe-Balch et al. 1996).

Toleransi cekaman kekeringan pada tanaman hampir selalu melibatkan
akumulasi senyawa yang dapat melindungi sel dari kerusakan yang terjadi pada
saat potensial air rendah. Sejalan dengan itu, hasil penelitian menunjukkan bahwa
mekanisme adaptasi tanaman untuk mengatasi cekaman kekeringan adalah dengan
pengaturan potensial osmotik sel. Pada mekanisme ini terjadi sintesis dan
akumulasi senyawa organik yang dapat menurunkan potensial air dalam sel tanpa
membatasi fungsi ensim serta menjaga turgor sel. Beberapa senyawa yang
berperan dalam penyesuaian osmotikal sel diantaranya yaitu senyawa prolina dan
gula total. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ketahanan terhadap cekaman
kekeringan berhubungan dengan peningkatan kandungan prolina yang berperan
penting dalam menjaga pertumbuhan akar pada Potensial Osmotik (PO) air yang
rendah (Sharp 1994). Hasil penelitian lain menunjukkan terjadi peningkatan
konsentrasi prolina 5-6 kali pada padi toleran kering TKM 1 sedangkan pada padi
peka Sabarmati hanya meningkat 1-2 kali pada kondisi potensial osmotik –10 bar
(Mali dan Mehta 1977).
Akumulasi prolina dalam respon terhadap cekaman kekeringan telah
dilaporkan pada beberapa tanaman secara in vitro dan ex vivo (Hanson et al.
1979; Handa et al, 1986; Sarkar1993; Madan et al. 1995; Girousse et al. 1996).
Jumlah prolina yang meningkat dianggap merupakan indikasi toleransi terhadap
cekaman kekeringan karena prolina berfungsi sebagai senyawa penyimpan N dan
osmoregulator dan/atau sebagai protektor ensim tertentu (Kim dan Janick 1991;
Madan et al. 1995; Prasad dan Potluri 1996; Yoshiba et al. 1997). Sebagai
akibatnya sel, jaringan atau tanaman yang overproduksi prolina dianggap
mempunyai sifat toleransi terhadap cekaman kekeringan yang lebih baik.
Akumulasi prolina pada tanaman yang mengalami cekaman kekeringan
disebabkan oleh aktivasi biosintesis prolina dan inaktivasi degradasi prolina. Pada
tanaman tingkat tinggi, prolina disintesis melalui lintasan asam glutamin dan
ornitin. Lintasan dari glutamin merupakan lintasan primer untuk biosintesis
prolina dalam kondisi cekaman kekeringan (Madan et al. 1995; Yoshiba et al.
1997). Prolina