117
LAMPIRAN
118
119
b a
c d
Lampiran 1. Jenis rumput yang memiliki bercak seperti penyakit blas padi: a. Cynodon dactylon, b. Digitaria ciliaris, c. Eleusine indica,
d. Panicum repens
120 Lampiran 2. Hasil elektroforesis AFLP dengan menggunakan primer M48, M51
dan M53 Ket. M: DNA standar berukuran 50-700 pb
M M
M48 M51
M53
Diversity of SCAR Markers of Isolated from
Following Cross nfection to Rice Pyricularia grisea
Digitaria ciliaris I
SRI LISTIYOWATI , UTUT WIDYASTUTI , GAYUH RAHAYU ,
ALEX HARTANA MUHAMMAD JUSUF
1,2 1,2
1 1
1,2
,
AND
1 2
Biology Department, Faculty of Mathematics and Natural Science, Institut Pertanian Bogor, Darmaga Campus, Bogor 16680, Indonesia; Research Center of Bioresources and Biotechnology,
Institut Pertanian Bogor, Darmaga Campus, Bogor 16680, Indonesia Pyricularia grisea
vice versa P. grisea
Digitaria ciliaris Panicum repens, Cynodon
dactylon Digitaria Ottochloa nodosa
P. repens P repens
Pyricularia grisea Digitaria ciliaris Panicum repens
Pyricularia grisea P. grisea
Digitaria ciliaris Panicum repens, Cynodon dactylon
Digitaria Ottochloa nodosa
P. grisea P. repens
P repens
Pyricularia grisea Digitaria ciliaris Panicum repens
Cross infection of from grass to rice and
has been reported, but genetic changes are not known yet. This research aimed at estimating the possibility of the genotype alteration in
dc4 isolated from , following cross infection to either rice cv. Kencana bali, Cisokan, and IR64 or
, sp. , and
. The genotypes were analyzed by employing three SCAR markers, Cut1; PWL2; and Erg2. The results indicated that the dc4 was only able to infect Kencana bali, Cisokan, and
. The dc4 had only two out of three SCAR markers, Cut1 and Erg2. Host shift was followed by genotype alteration in two loci of SCAR.
Isolates derived from lesions on Kencana bali dc4-kb and Cisokan dc4-c of the dc4 infection, both lost their Cut1 and gained PWL2. On the contrary, there was no genotype alteration from dc4 to isolate derived from .
of dc4 infection dc4-pr. Neither the isolate dc4-kb that was cross-inoculated to Cisokan nor the dc4-c that was cross-inoculated to Kencana
bali showed SCAR marker change. In comparison, race 173 isolate and those derived from Kencana bali and Cisokan did not show genotype alteration. All had two out of three SCAR markers, PWL2 and Erg2. The isolate 173 was adapted to rice. This
indicated that genotype diversity of the dc4 might arise following host shift from grass to rice.
Key words: ,
, rice, , SCAR markers
merupakan cendawan blas yang telah diketahui memiliki kisaran inang luas selain pada padi. Infeksi silang cendawan blas pada rumput ke padi dan sebaliknya telah dilaporkan, tetapi perubahan genetiknya belum dilaporkan.
Tujuan penelitian ini menganalisis kemampuan infeksi silang dan perubahan genotipe dc4 asal
dalam perpindahannya ke padi cv. Kencana bali, Cisokan, dan IR64 atau rumput ,
sp. dan . Genotipe
dianalisis melalui tiga marka SCAR, yaitu Cut1; PWL2; dan Erg2. Isolat dc4 memiliki 2 marka SCAR, yaitu Cut1 dan Erg2; tidak memiliki PWL2. Isolat dc4 hanya mampu menginfeksi silang
Kencana bali, Cisokan, dan . Turunan isolat dc4 sebagai hasil infeksi silang ke Kencana bali dc4-kb dan Cisokan
dc4-c menunjukkan perubahan genotipenya, yaitu Cut1 tidak teramplifikasi pada keduanya; PWL2 teramplifikasi;, serta Erg2 tetap teramplifikasi. Sebaliknya, turunan isolat dc4 sebagai hasil infeksi silang ke .
dc4-pr tidak mengalami perubahan genotipe. Turunan isolat dc4-kb sebagai hasil infeksi silang ke Cisokan, maupun turunan isolat dc4-c dari Kencana
bali, juga tidak menunjukkan perubahan genotipe, yaitu tetap menunjukkan keberadaan PWL2 dan Erg2. Sebagai pembanding digunakan isolat ras 173 yang diisolasi dari padi. Genotipe isolat tersebut maupun turunannya, sebagai hasil
infeksi silang ke Kencana bali dan Cisokan, tidak menunjukkan perubahan. Perubahan genotipe dc4 terjadi mengikuti pergantian inang dari rumput ke padi.
Kata kunci: ,
, padi, , marka SCAR
teleomorph is known as a rice blast causal agent Rossman
. 1990. Grasses and cereals can serve as hosts to , even though not all isolates of
. are
pathogenic to rice cultivars Mackill and Bonman 1986; Singh and Singh 1988; DBPT 1992 or other
Tredway . 2005.
Transmission to different hosts has been reported to occur in many
fungal pathogens. This needs the capability to adapt to new environment. Therefore, host shift might cause
diversity in
and determine the genetic structure of that population.
Various weed grasses, such as ,
, and Pyricularia grisea
Magnaporthe grisea
et al P.
grisea P oryzae
Graminae et al
P. grisea Echinochloa
crusgalli, Leersia hexandra Panicum repens P.
maximum, P. grisea
Digitaria ciliaris Digitaria Ottochloa nodosa
Cynodon dactylon P. repens
Echinochloa colona, L. hexandra,
Rottboellia exaltata vice versa
P. grisea P. grisea
which grew surrounding the rice field, have been reported to host
in Indonesia DBPT 1992.
In 2005, the blast lesions were found on ,
sp., and in experimental rice fields in Jasinga, Bogor, as well as
on and
in Sukabumi. The isolates from grasses of
and potentially
produced blast symptoms on blast-susceptible rice cultivars and
Mackill and Bonman 1986. Various fingerprinting molecular markers have
been developed to analyze the genetic structure and population dynamics of
. New developed
markers that are commonly used to analyze the diversity of
are the sequenced characterized amplified region SCAR markers.
The SCAR
technique is a simple PCR-based method. Thus, SCAR
Corresponding author: PhoneFax: +62-251-8622833, E-mail: ututsuharsono2002yahoo.com
ISSN 1978-3477, eISSN 2087-8575 Vol 5, No 1, March 2011, p 1-8
I N
D O
N E
S I
A
Available online at: http:www.permi.or.idjournalindex.phpmionline
DOI: 10.5454mi.5.1.1
markers are more reproducible than fingerprinting molecular markers. Sixteen SCAR markers have been
used to survey the genetic diversity within population Soubabere
. 2001. Three SCAR markers, i.e. Cut1; PWL2; and Erg2; were able to
determine the haplotype variability of rice blast pathogen originated from endemic areas of blast
disease Reflinur
. 2005. The objective of this research was to study the effect
of host shift on the genotypic diversity of originated from
and to obtain information on the relationship between
from and rice.
Thus, this information will broaden the understanding on factors affecting genetic structure
changes in , and will be used as the basis to set
up recommendation on blast disease management.
Mono-conidial isolate dc4 was obtained from the blast symptom on
that grew in experimental rice fields in Jasinga, Bogor in
2005. race 173 was isolated from an unknown
rice cultivar by Anggiani Nasution, Balitpa Bogor. This strain was used as a comparative isolate.
. Three
differential rice cultivars of race 173 cv.
Kencana bali, Cisokan, and IR64, healthy grasses and
collected from blast endemic area in Sukabumi and
sp., and
obtained from Jasinga, Bogor, where
showed blast symptoms were used as plant materials.
To obtain mono-conidial culture of
dc4 and from each step of the cross-infection test, single lesions on a leaf
were first cut off, washed under running water, and then put in moistened sterilized Petri dish overnight at room
temperature. The lesion was observed under a microscope, and the conidia on the lesion were
streaked onto a thin layer of water agar 4 wv. Individual conidia were isolated using method of
Bonman
. 1986 and aseptically transferred and cultured.
All cultures were maintained in Potato Dextrose Agar slants Difco.
Conidia were used as a source of inoculum. The isolates were grown on
oatmeal agar oat 30 g L , agar 20 g L , sucrose 5 g L in Petri dishes and incubated at room temperature for 7
d until the entire agar surface was covered with mycelial growth.
The culture was then aseptically washed to remove the aerial hyphae. The culture was
continually exposed under n-UV rays for 4-5 d. About P. grisea
et al
et al P. grisea
D. ciliaris, P. grisea
D. ciliaris
P. grisea
D. ciliaris P. grisea
P. grisea Panicum repens
Cynodon dactylon Digitaria
Ottochloa nodosa Digitaria ciliaris
P. grisea
et al
MATERIALS AND METHODS Fungal Strains.
Plants for Cross-Infection Test
Isolation and Culture Maintenance.
Inoculum Preparation.
-1 -1
-1
3 mL of sterilized water containing 0.025 vv Tween 20 was poured onto the fungal colony. The
colony surface was rubbed with a sterile object glass to collect the conidia. The suspension was filtered
through a cheesecloth, and the concentration of conidia was estimated with a hemacytometer, then adjusted to
10 -10 conidia mL
Luo 2004 with some
modifications, i.e. medium composition, Tween concentration, and conidial suspension filter.
In order to obtain isolate that had gone
through host shift, two steps of artificial infection were conducted. The method for leaf blade infection refers
to Tanabe . 2006. In the first step, 1 mL
suspension of dc4 conidia 10 -10 conidia
mL was inoculated by syringe on the 4 or 5 sheath of the 3 cultivars of rice 16 d old seedling and 4
grasses 16 d old after replanting. They were placed in plastic pots containing 1 kg of soil fertilized with
compost 1:1. All of the treated plants were incubated in a humid and dark condition for 2 x 24 h, and then
transferred out into a light room for 6 d at 25-30 °C and 70-80 humidity Silue
. 1992. Observation on blast lesions was made at 4 to 9 d after inoculation.
Cross infection was determined qualitatively Tanabe . 2006 with modification of infected criteria. The
infection was positive when the infection produced blast lesion on the leaf blade and the sporulation had to
be detected on that lesion after keeping it in moistened sterilized Petri dish overnight at room temperature. On
the contrary, it was negative when artificial infection did not produce blast lesion on the leaf blade.
A single conidium from the moistened lesions was re-isolated. The culture was designated as dc4-host1,
and the code of host varies depending on the host used. The second step, conidia of dc4-host1 culture was used
as a source inoculum for further artificial inoculation to a range of host. Re-isolation was done with a similar
method and the culture was designated as dc4-host1- host2.
The artificial inoculation was also done for race 173 to a series of rice cultivars and grasses, but no
further artificial inoculation to rice cultivars. As negative control, rice plants and 4 grasses were
inoculated with aquadest. Three repetitions were prepared for each isolate. All cultures were obtained
from the first and second steps of artificial infection and the original culture was used as a source of DNA.
. Molecular analysis was performed on one of three mono-conidial cultures
obtained from a single lesion of . Genomic
DNA was extracted from mycelia grown in 25 mL
4 5
-1
4 5
-1 th
th
et al.
P. grisea
et al P. grisea
et al
et al
P. grisea
P. grisea
Cross-Infection Test with Artificial Inoculation.
SCAR Analysis
2
ISTIYOWATI
L
ET AL
.
Microbiol Indones
liquid medium sucrose 5 g L , yeast extract 2 g L , and peptone 2 g L for 6 d on a shaker. The mycelia were
harvested by filtering using filter paper. DNA isolation was conducted using the method described by Raeder
and Broda 1985 with modifications, i.e. cultural liquid-medium type and centrifugation speed. Mycelia
were ground in a sterile mortar, and then suspended in 4 mL of extraction buffer solution 200 mM Tris HCl pH
8.5, 250 mM NaCl, 25 mM EDTA, 0.5 SDS. A solution of 2.8 mL phenol and 1.2 mL CIA
chloroform:isoamil alcohol = 24:1 was added to the suspension and then mixed by gently shaking it back
and forth. The suspension was centrifuged at 4000 rpm and 6 °C for 30 min. The upper aqueous phase was
transferred right away into a new tube and precipitated by adding 1 vol cold isopropanol. Next it was
centrifuged at 4000 rpm and 6 °C for 20 min. The precipitation was rinsed with cold ethanol 70 and
then re-centrifuged for 10 min. After that, the pellet was
vacuum-dried for 15 min, and dissolved in 100 L TE 1x 10 mm Tris HCl pH 8, 1 mmol EDTA, and then 0.2
vol RNAse 20 mg mL was added. The solution was
incubated overnight at 37 °C, then 900 L TE 1x was added, and the solution was again extracted by adding
1 vol CIA, and centrifuged at 4000 rpm and 6 °C for 10 min.
The upper liquid was precipitated again by adding cold isopropanol as in previous steps.
The isolated DNA, after quantified and diluted, would then be amplified through PCR using three
primers developed by Soubabere . 2001, i.e.
-1 -1
-1
-1
m
m
et al Cut1; PWL2; and; Erg2. The nucleotide sequences of
the three primers are as follows: Cut1F:5-TATAGCGTTGACCTTGTGGA-3
Cut1R:5-TAAGCATCTCAGACCGAACC-3 PWL2F:5-TCCGCCACTTTTCTCATTCC-3
PWL2R: 5-GCCCTCTTCTCGCTGTTCAC-3 Erg2 F:5-GCAGGGCTCATTCTTTTCTA-3
Erg2 R:5-CCGACTGGAAGGTTTCTTTA-3
The total PCR reaction of 20 L of 2xPCR
master mix 0.05 unit L Taq DNA polymerase, 4 mM MgCl, 0.4 mM from each dNTP, and 0.6 mol from
each primer. The PCR program consisted of pre-
denaturation at 95 °C for 15 min, followed by 35 cycles at 94 °C for 15 sec, at 60 °C for 30 sec, and at 72 °C for 1
min. The last step was at 72 °C for 7 min. PCR results were visualized through electrophoresis on agarose gel
1 wv in TAE 1x, and continued with gel immersion in ethidium bromide 0.5
g mL . Evaluation was conducted based on the presence of DNA bands on the
agarose gel.
. dc4
was able to infect Kencana bali Fig 1a, Cisokan Fig 1b, and
Fig 1c, but was unable to infect IR64,
, sp., and
Table 1. Strain dc4-kb of Kencana bali might infect Cisokan, and
dc4-c of Cisokan was able to infect Kencana bali as well. Strain dc4-kb might also infect
μL contained around 100 ηg genomic DNA template, 10 μ
μ ρ
μ
-1
-1
RESULTS Cross Infection Ability Pyricularia grisea
P. repens C. dactylon Digitaria
O. nodosa
Fig 1 Blast lesions on leaves of rice cultivars. a, Kencana bali; b, Cisokan; c, on day 9 after was inoculated isolate
dc4 from ; d, blast lesions on rice leaves of Kencana bali; and e, Cisokan on day 7 after was inoculated
race 173 from rice. Panicum repens
Pyricularia grisea Digitaria ciliaris
P. grisea
Volume 5, 2011 Microbiol Indones
3
a b
c
d e
0.5 cm 0.5 cm
0.5 cm
0.5 cm 0.5 cm
Table 1 Inoculation results of isolate dc4 from
and race 173 from rice on Kencana bali, Cisokan, IR64, ,
, sp., and
; as well as SCAR markers of isolates dc4 and the first cross infection
Pyricularia grisea Digitaria ciliaris
Panicum repens Cynodon dactylon Digitaria
Ottochloa nodosa P. grisea
+: molecular marker was amplified; -: molecular marker was not amplified. Table 2 Inoculation results of
dc4-kb and dc4-c on Kencana bali, Cisokan, and s; as well as SCAR markers of the second infection
P. grisea P. repen
+, molecular marker was amplified; -, molecular marker was not amplified; NI, no identified. 4
ISTIYOWATI
L
ET AL
.
Microbiol Indones
Strain isolates of inoculum
Plants of cross infection test
P. grisea dc4-kb
Kencana bali Cisokan
P. repens
Inoculation results
lesion lesion
lesion
Re - isolates
dc4-kb-kb dc4-kb-c
NI
SCAR markers: Cut1
- -
-
P WL 2
+ +
+
Erg2
+ +
+
Kencana bali Cisokan
P. repens
Inoculation results P. grisea dc4-c
lesion lesion
no lesion
re -isolates
dc4-c-kb dc4-c-c
SCAR markers: Cut1
- -
P WL 2
+ +
Erg2
- +
+ +
+
, while dc4-c might not infect it Table 2. On the other hand,
race 173 was able to infect Kencana bali and Cisokan Fig 1d and 1e, but was
unable to infect IR64, ,
sp., and . The size of lesions on the leaf blade
of Kencana bali and Cisokan, due to dc4
infection, was generally smaller than those of race 173.
. Genome amplification has shown that
dc4 had two out of three SCAR markers, i.e. Cut1 and Erg2, but did not have PWL2
Fig 2. Their sizes were around 1700 bp and 1400 bp, respectively. Strains derived from inoculated rice
dc4-kb and dc4-c did not indicate the presence of Cut1 marker, but had PWL2 and Erg2 markers. Their
sizes were around 900 bp and 1400 bp, respectively. As
dc4 could not infect cv. IR-64 and the other three grasses, their SCAR genotype could not be
explored. No genotype alternation was detected when dc4 was inoculated to
When dc4-kb was cross inoculated to
cv. Cisokan or
, no changes of SCAR marker could be detected. Genotype alteration was shown
neither on d4-c-kb nor dc4-kb-c.
Unlike dc4,
race 173 also had two out of three SCAR markers but it had PWL2
instead of Cut1 Fig 2. The sizes of PWL2 and Erg2 were around 900 bp and 1400 bp, respectively.
Inoculation of
race 173 to rice cv. Kencana bali and Cisokan did not change the genotype of
SCAR. This race was unable infect to infect IR64, ,
sp., and , so
their SCAR genotype could not be explored.
. dc4
had a type race of 000 unpublished as a result of a physiological race assessment by Balitpa Bogor. The
P. repens P. grisea
P. repens, C. dactylon Digitaria O. nodosa
P. grisea P. grisea
P. grisea
P. grisea
P. grisea P. repens.
P. grisea
O. sativa vice versa
P. grisea P. grisea
P. grisea
P. grisea P.
repens, C. dactylon Digitaria O. nodosa
Pyricularia grisea
SCAR Diversity
DISCUSSION Cross-Infection Ability
infection method in this experiment was modification of punch infection Ono
. 2001. Based on the lesion formed,
dc4 was less virulent compared to race 173. Eight days after
dc4 inoculation, lesions on
Kencana bali and Cisokan appeared, but their sizes were smaller compared to the
lesions on the same plants that were inoculated with race 173. Ou 1980 stated that the lesion types
are the result of an interaction between resistant rice cultivar and virulent pathogen. Furthermore, Tredway
. 2005 stated that a weak virulent inoculated to wheat induced limited expansion of
lesions, while lesions observed on were
1-2 mm in length 7 d after inoculation with low virulence isolates.
In this study it was also found that from
grass might infect cv. Kencana bali and
Cisokan. This is not the first report on the ability of from grass to infect rice. This phenomenon was
reported by Singh and Singh 1988 and DBPT 1992. Transmission of
teleomorph of occurs in natural agroecosystems Kato
. 2000. Neither
dc4 nor race 173 was able to infect the persistent cv. IR64.
dc4 did not infect its original host as well. Their incapability to infect these
plants might be due to decreasing in their pathogenicity during
culturing. The same isolate of race 173 did not infect cv. IR64 Kurnianingsih 2008. Actually,
race 173 was considered as a highly pathogenic race towards all differential rice cultivar
series, except to Asahan DBPT 1992. There are a lot of inoculation methods. This
experiment and also that of Mackill and Bonman 1986 used injection inoculation procedure.
According to Guochang . 1989, inoculation by
injection produced higher disease index than spraying. On the contrary, no infection was found when other rice
cultivars were inoculated by spraying of conidial et al
P. grisea P. grisea
O. sativa P.
grisea
et al P. grisea
Poa pratensis
P. grisea D. ciliaris
P. grisea
M. grisea P. grisea
et al P. grisea
P. grisea
in vitro P. grisea
et al
Volume 5, 2011 Microbiol Indones
5
Fig 2 SCAR markers of were amplified using specific primers M. marker, 1. isolate
dc4 originated from , 2-4. the derived
isolate of dc4 on Kencana bali dc4-kb, Cisokan dc4-c rice cultivar, and
dc4-pr grass, 5-6. the derived isolate of dc4 of
Kencana bali on Kencana bali dc4-kb-kb, Cisokan dc4-kb-c rice cultivar, 7-8. the derived isolate of dc4 of Cisokan on Kencana bali dc4-c-
kb, Cisokan dc4-c-c rice cultivar, 9-11. race 173 originated from rice, and the its derived isolate on Kencana bali 173-kb, Cisokan 173-c
rice cultivar. P. grisea
. P. grisea
D. ciliaris P. grisea
P. repens P. grisea
P. grisea P. grisea
suspension. The inoculation using fragmented mycelial spraying onto the 3- to 4-leaf stage of 2 rice
cultivars induced the formation of lesions Singh and Singh 1988. In this experiment, the inoculation
method by syringe in order to put conidial suspension of
dc4-c onto the sheath of did not
cause the formation of symptoms. In contrast, a blast lesion was formed when mycelial suspension of
dc4-c was directly injected into the stem of unpublished data. The symptoms formed in
the inoculation using fragmented mycelial suspension might be caused by the fungus that grew directly in the
host tissue; this did not need infective structure to penetrate host epidermis. Melanin-deficient
with spraying inoculation failed to infect leaf tissues, but were successfully infected by the wounded leaf
Chumley and Valent 1990. They grow intra- and inter-cellular on susceptible host tissue Ebbole 2007.
In the natural infection, the conidia on the leaf surface will produce germ tubes and swell to form
appressorium prior to penetration to host tissue.
was susceptible to strain from , but was resistant to strain from
and DBPT 1992.
was also resistant to 3 blast isolates from rice and to 11
isolates from grass species Mackill and Bonman 1986.
. Using SCAR markers, this research may reveal diversity of
. Three SCAR markers used in this study were chosen on the
basis of their ability to detect the genotype variation in blast fungus. Prior to this study, those markers were
used to indicate haplotype variability of 114 isolates of rice blast pathogen from Lampung as well as 82
isolates from Sukabumi. About 54.4 and 70.7 of those isolates respectively, had all three markers
Reflinur
. 2005. Fourteen SCAR primers that had been used in the study of
population 64 isolates pathogenic to rice were collected from rice
worldwide Soubabere . 2000. The Cut1 marker
has three alleles with a size range of null, 800-1730 bp null allele frequency is 0.66. The PWL2 has three
alleles with a size range of null, 800-900 bp null allele frequency is 0.21. The Erg2 has two alleles with a size
range of null, 1440 bp null allele frequency is 0.47 Soubabere
. 2001. This study found that host shift might induce
diversity in SCAR markers of . This was
shown when dc4 from grass was transmitted
to rice cultivars. However, SCAR markers did not alter when
was transmitted from one rice cultivar to another or from grass to grass. Thus, only host shift
P. grisea P. repens
P. grisea
P. repens
M. grisea
Panicum repens L.
hexandra P. maximum
E. crusgalli Panicum repens
P. grisea
et al P. grisea
et al
et al P. grisea
P. grisea P. grisea
SCAR Diversity
from grass to rice induced SCAR genotypic diversity. dc4 from grass
might infect cv. Kencana bali and Cisokan. According to
Kurnianingsih 2008, cv. Kencana bali was susceptible, and Cisokan was a moderate resistant
cultivar against race 173 by injection syringe inoculation. Re-isolation of rice blast-causing fungus
that had been inoculated to a resistant rice host produced variation not only in its pathogenicity but
also in its genetic diversity Namai and Iwade 2002.
The genetic alteration induced by host shift may involve transposon.
genome containing various transposon has been reported many
times. The activity of transposon can alter the genotype. The changes caused by transposon can
supply wide genetic variation, especially species that do not have a sexual phase. Stress can stimulate activity
of transposable elements Favaro
. 2005. DNA transposon Pot3 has transposed and provided evidence
that its transposon has changed the virulence spectrum of
Kang . 2001. Therefore, three SCAR
markers used in this study to indicate the genotypic diversity following cross infection need to be re-
evaluated by using more samples.
The SCAR marker did not depict its pathogenicity. The cutinase which is encoded by
1 gene of was neither related to pathogenicity nor affected
by sporulation rate Sweigard . 1992b but
2 gene was required for plant infection Skamnioti and
Gurr 2007. The 1 and
2 genes have different DNA sequence.
Eight genes of were
putativelly encoded cutinase Dean . 2005. The
Cut1 of contains two introns of 115 bp and 147
bp in length and only one copy in its genome. The 1
gene is e xpressed when cutin is the sole carbon source Sweigard
. 1992a. 2 is a gene out of four
avirulent genes of strain 70-15 Dean
. 2005. The existence of
2 gene in from
rice prevented this fungus from infecting a second grass host,
but remained pathogenic to rice and barley. The allele of the
gene, l2-2, was pathogenic to that host, and has been
reported as spontaneous pathogenic mutants. The 2-2 is different from
2 by a single base pair substitution. With its substitution,
2-2 had become a nonfunctional. The PWL2 locus is highly polymorphic
among blast-causing rice pathogens from diverse geographic locations Sweigard
. 1995. The presence of PWL2 homologs had no correlation with
its pathogenicty on Kang
. 1995. This study also found that the Erg2 marker was
a stable locus as this was always detected in the result of Pyricularia grisea
D. ciliaris
Pyricularia grisea
et al
M. grisea et al
cut M.
grisea et al
cut cut
cut M. grisea
et al P. grisea
cut et al
PWL M. grisea
et al PWL
M. grisea Eragrostis curvula,
PWL2 pw
pwl PWL
pwl
et al Eragrostis curvula
et al
6
ISTIYOWATI
L
ET AL
.
Microbiol Indones
cross-inoculation experiments. The 2 gene was
stable as this gene is part of an important gene for the cell. This gene in
sterol isomerase Keon
. 1994. Sterol is an important component of all eukaryotic cells, and has a role in
stabilizing the membrane under stress, and it is related to morphogenetic processes in mycelia of most
pathogenic fungi Mysyakina and Funtikova 2007.
dc4 obtained from had the posibility of a genotype change due to a
host shift to rice cv. Kencana bali and Cisokan, but not to
. The genotype change was detected in Cut1 and PWL2, but not in Erg2. Once
infected rice, the SCAR genotype was apparently
stable.
This research was financially supported by Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat IPB
SPKKontrak No. 0813.24.4SPKBG2008, and partly by the IMHERE project to Utut Widyastuti. We
appreciate it very much and we would like to thank the Research Center for Bioresources and Biotechnology
of IPB in providing research facilities, and our thanks also go to Ika Madona Pandia and Alex Sumadijaya for
helping us with this research. erg
M. Grisea et al
Pyricularia grisea D. ciliaris
P. repens P grisea
encodes Δ -Δ
8 7
ACKNOWLEDGEMENTS
REFERENCES
Bonman JM, Dios TIV de, Khin MM.1986. Physiologic specialization of in the Philippines . Plant Dis.708:767-769.
Chumley FG, Valent B. 1990. Genetic analysis of melanin-deficient, nonpathogenic mutants of
Mol Plant-Microbe Interact. 33:135-143.
[DBPT] Direktorat Bina Perlindungan Tanaman, Direktorat Jenderal Pertanian Tanaman Pangan. 1992. Penyakit padi. Laporan akhir
kerjasama teknis Indonesia-Jepang bidang perlindungan tanaman pangan ATA-162 [Rice disease. Indonesia-Japan joint programme on
food crop protection project ATA-162. final report]. Jakarta ID: Direktorat Bina Perlindungan Tanaman, Direktorat Jenderal Pertanian
Tanaman Pangan.
Dean RA,Talbot NJ, Ebbole DJ, Farman ML, Mitchell TK, Orbach MJ, Thon M, Kulkarni R, Xu JR, Pan H, Read ND, Lee YH, Carbone I,
Brown D, Oh YY, Donofrio N, Jeong JS, Soanes DM, Djonovic S, Kolomiets E, Rehmeyer C, Li W, Harding M, Kim S, Lebrun MH,
Bohnert H, Coughlan S, Butler J, Calvo S, Ma LJ, Nicol R, Purcell S, Nusbaum C, Galagan JE, Birren BW. 2005 Apr 21. The genome
sequence of the rice blast fungus
. Nature. 4347036:980-986.
Ebbole DJ. 2007 May 9. as a model for understanding host-
pathogen interactions. Annu Rev Phytopathol. 45:437-456. Favaro LC de L, Araujo WL de, Azevedo JL de, Paccola-Meirelles LD.
2005. The biology and potential for genetic research of transposable elements in filamentous fungi. Gen Mol Biol. 284:804-813.
Guochang S, Shuyuan S, Hangzhou , Zongtan S. 1989. A new inoculation technique for rice blast BI. IRRN. 142:15.
Kang S, Lebrun MH, Farrall L, Valent B. 2001. Gain of virulence caused by insertion of a Pot3 transposon in a
avirulence gene. MPMI. 145:671-674.
Pyricularia oryzae Magnaporthe grisea.
Magnaporthe grisea Magnaporthe
Magnaporthe grisea doi:10.
1146annurev.phyto.45.062806.094346. Kang S, Sweigard JA, Valent B. 1995. The pwl host specificity gene family
in the blast fungus . Mol Plant-Microbe Interact.
86:939-948. Kato H, Yamamoto M, Ozaki TY, Kadouchi H, Iwamoto Y, Nakayashiki H,
Tosa Y, Mayama S, Mori N. 2000. Pathogenicity, mating ability and DNA restriction fragment length polymorphisms of
populations isolated from Gramineae, Bambusideae and Zingiberaceae plants. J Gen Plant Pathol. 661:30-47.
Keon JPR, James CS, Court S, Daintree CB, Bailey AM, Burden RS, Bard M, Hargreaves JA. 1994. Isolation of the
gene, encoding isomerase, from the rice blast fungus
and its expression in the maize smut pathogen
Curr Genet. 256:531-537.
Kurnianingsih R. 2008. Ekspresi gen 1 dan
1 yang terlibat dalam sistem toleransi tanaman padi
terhadap penyakit blas isolat 173 [Expression of
1 and 1 genes which involved in the tolerance
system of rice to blast disease; race 173] tesis]. Bogor ID: Institut Pertanian Bogor.
Luo CX, Fujita Y, Yasuda N, Hirayae K, Nakajima T, Hayashi N, Kusaba M, Yaegashi H. 2004. Identification of
avirulence genes to three rice blast resistance genes. Plant Dis. 883:265-270.
Mackill AO, Bonman JM. 1986. New host of . Plant Dis.
702:125-127. Mysyakina S, Funtikova NS . 2007. The role of sterols in morphogenetic
processes and dimorphism in fungi. Microbiology. 761:1-13. Namai T, Iwade Y. 2002. Rice blast fungus induced its pathogenic
variation and its gene diversity during proliferation on the resistant rice cultivars. [abstract]. In: Abstracts 3
International Rice Blast Conference; 2002 Sept 11-14; Ibaraki JP. Ibaraki : Tsukuba
International Congress Center-Epochal Tsukuba-Tsukuba Science City. p 15. abstr no 28.
Ono E, Wong HL, Kawasaki T, Hasegawa M, Kodama O, Shimamoto K. 2001. Essential role of the small GTPase Rac in disease resistance of
rice. PNAS. 982:759-764. Ou SH. 1980. Pathogen variability and host resistance in rice blast disease.
Annu Rev Phytopahol. 18:167-187. Raeder U, Broda P. 1985. Rapid preparation of DNA from filamentous
fungi. Lett Appl Microbiol. 11:17-20. Reflinur, Bustamam M, Widyastuti U, Aswidinnoor H. 2005. Keragaman
genetik cendawan berdasarkan primer spesifik gen
virulensi [Genetic variability of the rice blast fungus based on sequence-specific primers linked to pathogen
virulence genes]. J Bioteknol Pert. 102:55-60. Rossman AY, Howard RJ, Valent B. 1990.
, the correct name for the rice blast disease fungus. Mycologia. 824:509-512.
Silue D, Notteghem JL, Tharreau D. 1992. Evidence of a gene-for-gene relationship in the
- pathosystem.
Phytopathology. 825:577-580. Singh NI, Singh Kh U. 1988. Unrecorded weed host for
Cav. in India. IRRN. 134:31-32. Skamnioti P, Gurr SJ. 2007 Aug.
cutinase2 mediates appressorium differentiation and host penetration and is required for
full virulence. Plant Cell. 19:2674-2689. Soubabere Q, Jorge V, Notteghem JL, Lebrun MH, Tharreau D. 2001.
Sequence characterized amplified region marker for the rice blast fungus,
. Mol Ecol Notes. 1:19-23. Soubabere O, Tharreau D, Dioh W, Lebrun MH, Notteghem
JL. 2000. Comparative continental variation in the rice blast fungus using sequence characterized amplified region markers. In: Tharreau D,
Lebrun MH, Talbot NJ, Notteghem JL, editors. Advances in Rice Blast Research. Dordrecht kode negara: Kluwer Academic Publ. p
209-213. Magnaporthe grisea
Pyricularia
erg2 Magnaporthe grisea
Ustilago maydis. PR
PBZ indica
PR PBZ
Magnaporthe oryzae Pyricularia oryzae
Pyricularia oryzae Pyricularia
oryzae Pyricularia grisea
Oryza sativa Magnaporthe grisea Pyricularia oryzae
Magnaporthe grisea
Magnaphorthe grisea sterol Δ -
Δ
8 7
rd
[ doi:10.1007BF00351674.
doi:10.1146annurev.py.18. 090180.001123.
doi:10.1111j.1472- 765X.1985.tb01479.x.|
doi:10.1105tpc.107.051219
doi:10.1046j.1471-8278.2000.00008.x.
Volume 5, 2011 Microbiol Indones
7
Sweigard JA, CarrolAM, Kang S, Farrall L, Chumley FG, Valent B. 1995Aug. Identification, cloning, and characterization of
2, a gene for host species-specificity in the rice blast fungus. Plant Cell. 7:1221-1233.
Sweigard JA, Chumley FG, Valent B. 1992a. Cloning and analysis of cut1, a cutinase gene from
. Mol Gen Genet. 2322: 174-182.
Sweigard JA, Chumley FG, Valent B. 1992b. Disruption of a cutinasegene.MolGenGenet.2322:183-190.
pwl
Magnaporthe grisea Magnaporthe grisea
doi:10.1105tpc.7.8.1221. doi:10.1007BF00279994.
doi:10.1007BF00279995. Tanabe S, Okada M, Jikumaru Y, Yamane H, Kaku H, Shibuya N,
Minami E. 2006. Induction of resistance against rice blast fungus in rice plants treated with a potent elicitor, N-
Acetylchitooligosaccharide. Biosci Biotechnol Biochem. 707: 1599-1605.
Tredway LP, Stevenson KL, Burpee LL. 2005. Genetic structure of p o p u l a t i o n s a s s o c i a t e d w i t h S t .
Augustinegrass and tall fescue in Georgia . Phytopathology. 955: 463-471.
M a g n a p o r t h e g r i s e a
8 L
ISTIYOWATI ET AL
.
Microbiol Indones
ABSTRACT
SRI LISTIYOWATI. Genetic Diversity and Microevolution of Pyricularia grisea from Grasses. Supervised by UTUT WIDYASTUTI, GAYUH RAHAYU, and
ALEX HARTANA.
Pyricularia is the fungus caused rice and grasses blast disease. They are
morphologically indistinguishable, therefore their specific epithet is often based on host. The concept of Pyricularia species using nucleotide sequences of current
molecular approach is still on controversy, especially those infected weed grasses Pyricularia grisea and rice Pyricularia oryzae. Yet genetic change caused by
host alteration has not been explored. Therefore, this researchs were aimed to i study the populations diversity of Pyricularia from various grasses Cynodon
dactylon, Digitaria ciliaris
, Eleusine indica, and Panicum repens using five markers that consist of three kinds of sequence characterized amplified region
SCAR, i.e Cut1, PWL2 and Erg2 and two markers, magB and magC, repectively; ii to analyze genetic diversity of the basal samples of Pyricularia
from Digitaria ciliaris and its microevolution of Pyricularia d4 from D. ciliaris following cross infection to rice and Panicum repens by adding markers of
amplified fragment length polymorphism AFLP, PCR of repetitive Pot2 rep- Pot2, pathotype, and sequences of ITS and 5.8S rDNA nucleus; iii study
phylogenetic relationship of Pyricularia all of from D. ciliaris d4, P. repens pr10.a.S4, and from rice pathogen ok6, ou6.S4 based sequences of ITS and
5.8S rDNA. This study used Pyricularia from grasses and rice from West Java that occurs in the same field as a model. The result showed DNA size of all
markers of Cut1, PWL2 and Erg2, magB, and magC of Pyricularia from grasses were similar to that of rice origin. The frequency of those SCAR markers, i.e.
Cut1, PWL2, and Erg2 were 78.1, 54.1 and 95.1, respectively. Based on present SCAR markers, they could be classified into five phenotypes 011, 101,
111, 001, 010 out of the eight possible groups. Cross infection of Pyricularia d4 from D. ciliaris grass to rice could induce genetic variation in their Cut1 and
PWL2 markers, AFLP and rep-Pot2 phenotypes, as well as pathotype. On the other hand, no new variation revealed their ITS sequences. Moreover, the cross
infection to another grass in different genus P. repens also caused genetic variation in AFLP and rep-Pot2 phenotypes, and ITS sequences. These results
indicated that the cross infection might induce microevolution of Pyricularia d4. Sequences of ITS and 5.8S rDNA of Pyricularia all of from D. ciliaris d4, and
from rice pathogen ok6, ou6.S4 were similar. Whereas those of Pyricularia from P. repens
pr10.a.S4 had only one nucleotide different in their 5.8S rDNA sequences to those of Pyricularia d4. BLAST analysis of ITS and 5.8S rDNA
sequences from five isolates
showed 99 identical to Magnaporthe oryzae pathogen of rice, cereals and cultivated grasses. The ITS sequences of the non-rice
isolates were similar with isolates of the rice blast disease, so there might be gene flow among the pathogen on grasses and rice. Based on nomenclatural priority,
the specific name for Pyricularia from D. ciliaris, P. repens, and rice were Pyricularia grisea
as the anamorphic of Magnaporthe grisea. Key word: Pyricularia grisea, Digitaria ciliaris, rice, Panicum repens, SCAR,
AFLP, Pot2, pathotype, ITS.
RINGKASAN SRI LISTIYOWATI.
Keragaman Genetik dan Mikroevolusi Pyricularia grisea
Asal Rumput. Dibimbing oleh UTUT WIDYASTUTI, GAYUH RAHAYU, dan ALEX HARTANA.
Rumput yang tumbuh di sekitar pertanaman padi telah dilaporkan sebagai inang Pyricularia. Pyricularia penginfeksi rumput memiliki keragaman genetik
berbeda terhadap Pyricularia yang menginfeksi padi. Sampai saat ini analisis keragaman genetik Pyricularia dari rumput yang mengalami pergantian inang
pada genus berbeda belum pernah dilaporkan. Pergantian inang atau perubahan patogenisitas diduga dapat menjadi faktor pendorong mikroevolusi pada
Pyricularia
. Mikroevolusi merupakan perubahan yang dapat tampak dalam waktu relatif pendek beberapa hari atau minggu pada mikrob. Mikroevolusi
Pyricularia yang mengalami pergantian genus inang juga belum pernah diteliti.
Spesies epitet grisea dari rumput dan oryzae dari padi ditetapkan berdasarkan inang. Kedua spesies tidak berbeda morfologinya. Berkembangnya berbagai
pendekatan spesies, menyebabkan konsep spesies Pyricularia belum disetujui bersama. Couch dan Kohn pada tahun 2002 menempatkan Pyricularia yang
patogen pada Digitaria sanguinalis sebagai Pyricularia grisea, yaitu sama seperti prinsip penamaan sebelumnya. Isolat-isolat Pyricularia dari rumput dan padi
yang diperoleh dari ladang dan sawah di Jawa Barat menjadi model pada penelitian ini. Hasil penelitian ini diharapkan dapat berkontribusi dalam bentuk
informasi pada manajemen penyakit blas pada padi di Jawa Barat.
Penelitian ini bertujuan menganalisis i keragaman populasi Pyricularia dari rumput Cydonon dactylon, Eleusine indica, Digitaria ciliaris, dan Panicum
repens berdasarkan lima penanda yang terdiri atas tiga penanda Cut1, PWL2 dan
Erg2 sequence characterized ampllified region SCAR, dan dua penanda berupa magB, dan magC, ii keragaman genetik sampel basal Pyricularia dari rumput
Digitaria ciliaris dan mikroevolusi Pyricularia d4 yang berasal dari Digitaria
ciliaris sebagai hasil induksi pergantian inang ke padi dan ke rumput Panicum
repens berdasarkan lima penanda, yaitu SCAR, amplified fragment length
polymorphism AFLP, PCR pada repetitive Pot2 rep-Pot2, dan hubungannya
dengan ras fisiologi, serta sekuen ITS beserta 5.8S rDNA nukleus yang dihasilkan melalui amplifikasi dengan primer universal berupa its1 dan its4; iii hubungan
filogenetik Pyricularia dari rumput dan padi berdasarkan sekuen ITS beserta 5.8S rDNA nukleus. Sekuen tersebut juga dihasilkan melalui amplifikasi dengan
primer universal its1 dan its4. Penelitian ini diharapkan dapat mengungkapkan peran pergantian inang pada perubahan genetik yang merupakan bagian dari
mikroevolusi Pyricularia, dan hubungan filogenetik antara Pyricularia yang menginfeksi rumput dan padi.
Ukuran fragmen DNA hasil amplifikasi ketiga penanda SCAR pada 41 sampel Pyricularia dari empat spesies rumput ialah sama, begitu juga ukuran
fragmen DNA penanda magB dan magCnya juga sama. Ukuran fragmen Cut1, PWL2, dan Erg2 berturut-turut ± 1700 pb, 900 pb dan 1400 pb. Sedangkan magB
dan magC masing-masing ± 1330 pb dan 1550 pb. Ukuran fragmen ketiga penanda SCAR dan mag tersebut sama seperti pada 22 isolat Pyricularia dari
padi. Fenotipe SCAR Pyricularia yang diperoleh dari satu bercak blas pada rumput bervariasi pada Cut1 dan PWL2. Populasi Pyricularia dari empat spesies
rumput hanya memiliki lima fenotipe SCAR berdasarkan delapan kemungkinan fenotipe SCAR yang terdiri atas Cut1, PWL2 dan Erg2. Kelima fenotipe SCAR
memiliki frekuensi yang berbeda, yaitu 19.5 berfenotipe 011, 41.5
berfenotipe 101, 31.7 berfenotipe 111, 2.5 berfenotipe 001, dan 4.9 berfenotipe 010. Populasi Pyricularia dari rumput memiliki 78.1 Cut1, 54.1
PWL2 dan 95.1 memiliki Erg2.
Riwayat perubahan genetik Pyricularia d4 yang mengalami pergantian inang digunakan sebagai model pada analisis mikroevolusinya. Sumber inokulum
suspensi konidium 10
4
- 10
5
mL
-1
diinjeksikan ke pelepah daun inang pengganti tahap ke-1 tiga varietas padi, rumput Cynodon dactylon, Digitaria sp., Ottochloa
nodosa , dan Panicum repens. Pada inokulasi tahap ke-2, hanya turunan d4 hasil
infeksi ke padi tahap ke-1 yang diinokulasikan silang ke varietas padi yang berbeda. Isolat d4 hanya mampu berganti inang ke padi var. Kencana bali,
Cisokan, dan rumput P. repens. Isolat d4 yang berganti inang ke Kencana bali dan Cisokan mengalami perubahan fenotipe SCAR Cut1 dan PWL2, AFLP dan rep-
Pot2, serta ras fisiologinya, tetapi tidak mengalami perubahan sekuen ITS. Sebaliknya d4 berganti inang ke P. repens tidak mengalami perubahan Cut1,
PWL2, dan ras fisiologinya, tetapi mengalami perubahan fenotipe AFLP dan rep- Pot2, serta mutasi transisi dua nukleotida ITS. Selain itu, d4 yang berganti inang
ke P. repens mengalami tingkat perubahan fenotipe AFLP lebih besar dan perubahan fenotipe rep-Pot2 juga berbeda daripada d4 yang berganti inang ke
Kencana bali dan Cisokan. Fenotipe rep-Pot2 dari d4 pada Kencana bali maupun Cisokan adalah sama. Sebaliknya, isolat d4 yang berganti inang ke Kencana bali
memiliki tingkat perubahan fenotipe AFLP yang lebih tinggi, namun tingkat perubahan ras fisiologinya 023 dapat lebih rendah daripada d4 yang berganti
inang ke Cisokan. Ras fisiologi d4 pada Cisokan dapat berubah menjadi 373, tetapi turunannya juga dapat tidak mengalami perubahan 000, masih seperti ras
fisiologi inokulumnya d4. Isolat d4 yang telah berganti inang ke padi tidak mengalami perubahan fenotipe SCAR, AFLP, rep-Pot2, dan sekuen ITS setelah
berganti inang ke varietas padi yang sama. Sebaliknya, d4 yang telah berganti inang ke padi Cisokan mengalami perubahan fenotipe AFLP yang lebih tinggi
ketika kemudian berganti inang ke padi Kencana bali.
Pyricularia dari D. ciliaris d4, dan padi ok6 dan ou6.S4 memiliki
kesamaan sekuen ITS beserta 5.8S rDNA. Sedangkan Pyricularia dari P. repens pr10.a.S4 memiliki perbedaan satu nukleotida terhadap d4, ok6, atau ou6.S4.
Hasil BLAST sekuen ITS beserta 5.8S rDNA dari d4 atau pr10.a.S4 menunjukkan sangat identik 99 dengan Magnaporthe oryzae dari padi. Selain itu, sekuen
ITS beserta 5.8S rDNA dari keempat isolat pada penelitian ini menunjukkan hubungan filogenetik sangat dekat dengan M. oryzae dari serealia lain. Sekuen
ITS beserta 5.8S rDNA tidak mampu memisahkan isolat Pyricularia dari rumput dan padi. Walaupun demikian, berdasarkan azas prioritas maka Pyricularia dari
rumput d4 dan pr10.a.S4 lebih tepat dinamakan Pyricularia grisea dengan Magnaporthe
grisea sebagai teleomorfnya. Sedangkan Pyricularia dari padi ok6 dan ou6.S4 berdasarkan prinsip prioritas juga dapat sebagai P. grisea.
Kata kunci: Pyricularia grisea, Digitaria ciliaris, padi, Panicum repens, SCAR, AFLP, Pot2, ras fisiologi, ITS.
1
BAB I PENDAHULUAN
Latar belakang
Bercak serupa penyakit blas padi dapat ditemukan pada beberapa spesies rumput yang tumbuh di areal penanaman padi di sawah Sukabumi. Areal
persawahan ini termasuk wilayah endemik blas Sobrizal et al. 2010. Sedangkan di Jasinga, Bogor, pada tahun 2005 beberapa galur padi percobaan di ladang
terserang penyakit blas. Padi Kencana bali yang sedang diikutsertakan pada percobaan tersebut juga terserang penyakit blas. Areal tempat percobaan tersebut
juga termasuk daerah endemik blas Purwoko 2005, meskipun areal ini bukan lahan produksi padi dan tidak tampak areal persawahan di sekitarnya. Rumput
Digitaria ciliaris dan Panicum repens di rumah kaca Pusat Penelitian Sumberdaya
Hayati dan Bioteknologi PPSHB IPB juga memiliki bercak penyakit blas. Morfologi Pyricularia yang diperoleh dari rumput dan padi ialah serupa
Rosman et al. 1990, Couch dan Kohn 2002. Nama Pyricularia grisea Sacc. muncul lebih awal sebagai spesies yang patogen pada Digitaria sanguinalis.
Selanjutnya, Pyricularia oryzae Cav. muncul sebagai spesies patogen pada padi yang kemudian dikenal sebagai penyebab penyakit blas. Kedua spesies tersebut
memiliki teleomorf yang sama pada awalnya, yaitu Magnaporthe grisea Hebert Barr Ou 1985. Rosman et al. 1990 menempatkan P. oryzae sebagai sinonim
dari P. grisea. Pyricularia
dari 14 spesies rumput di sekitar pertanaman padi dan padi di Filipina merupakan grup monofiletik berdasarkan hasil hibridisasi dengan probe
rDNA Borromeo et al. 1993. Monofiletisme juga tampak pada Pyricularia dari 23 spesies inang padi dan selain padi, termasuk rumput berdasarkan sekuen
nukleotida internal transcribed spacer ITS dari rDNA, actin, β-tubulin, dan
calmodulin Hirata et al. 2007. Hubungan filogenetik berdasarkan 10 lokus, mengindikasikan bahwa awal Pyricularia patogen padi terjadi di Cina, dan
berasal dari Pyricularia yang patogen ke Setaria viridis dan Setaria faberi, selanjutnya meluas ke rumput Leersia hexandra dan Panicum repens dengan tidak
dapat diketahui asal lokasi penyebarannya, karena keterbatasan sampel dari area geografi Couch et al. 2005.
2 Pyricularia pada rumput di sekitar pertanaman padi di Filipina tidak
menjadi sumber inokulum penyakit blas di padi Borromeo et al. 1993, begitu pula di India, tidak ada aliran genetik Pyricularia patogen padi dan patogen selain
padi Rathour et al. 2006. Asosiasi spesifitas inang tampak dipertahankan melalui perbedaan pada patogenisitas di antara Pyricularia dari inang berbeda.
Pyricularia dari inang selain padi tidak patogen atau kurang patogen ke padi
Couch et al. 2005. Menurut Hamer et al 1989, seleksi inang untuk genotipe patogen yang spesifik terjadi selama pemuliaan dan budidaya padi.
Pyricularia dari Digitaria ciliaris dan Eragrostis sp. di Filipina memiliki
karakteristik berbeda terhadap Pyricularia dari padi berdasarkan situs enzim restriksi DNA mitokondria mtDNA dan hasil hibridisasi dengan enam jenis
probe PGR613, PGR612, PGR46, PGR6G, PGR106, dan MGR586 dari elemen repetitive
Borromeo et al. 1993. Pyricularia dari rumput juga membentuk kluster yang terpisah dari tanaman penting secara agronomi berdasarkan
restriction fragment length polymorphism RFLP dari rDNA dan sekuen ITS2
Kusaba et al. 1999. Sampai saat ini analisis keragaman genetik Pyricularia yang mengalami pergantian inang dari genus yang berbeda belum pernah dilaporkan.
Di Indonesia, sejak lama rumput yang tumbuh di sekitar pertanaman padi telah menjadi perhatian sehubungan dengan perkembangan penyakit blas, seperti
dilaporkan oleh Rusli 1987, namun belum banyak informasi yang dapat diperoleh dari rumput-rumput di Indonesia.
Di Indonesia, rumput Echinochloa crusgalli Cikampek, Leersia hexandra
Cilacap, Panicum maximum Bali, dan Panicum repens Subang dilaporkan sebagai inang Pyricularia
DBPT Deptan 1992. Sedangkan rumput di sekitar pertanaman padi di Filipina sebagai inang Pyricularia ialah Brachiaria
mutica, Brachiaria distachya, Dactyloctenium aegyptium, Digitaria ciliaris, Echinochloa colona, Eleusine indica, L. hexandra, P. repens, Pennisetum
purpureum, dan Rottboellia exaltata Mackill Bonman 1986, Cenchrus
echinatus, Cynodon dactylon, Cyperus brevifolius, Cyperus rotundus, Eragrostis sp., Leptochloa chinensis, dan Paspalum distichum Borromeo et al. 1993.
Rumput di sekitar pertanaman padi juga dilaporkan menjadi inang Pyricularia, seperti di India Singh Singh 1988, dan Ghana Nutsugah et al. 2008.
3 Menurut Couch dan Kohn 2002, Pyricularia pada rumput liar dan padi
merupakan spesies terpisah. Pyricularia grisea merupakan spesies yang patogen pada Digitaria spp. Digitaria horizontalis dari Brazil, Digitaria smutzi dari
Jepang, dan Digitaria sp. dari USA dan Cina, dengan teleomorfnya ialah M. grisea
, sedangkan P. oryzae merupakan spesies yang patogen pada padi dan berbagai anggota Graminae serealia dan rumput yang dibudidayakan.
Teleomorf P. oryzae, yaitu Magnaporthe oryzae B. Couch. Magnaporthe oryzae ditempatkan sebagai anggota M. grisea spesies kompleks. Serealia dan rumput
budidaya tersebut adalah Eleusine coracana finger millet, Eleusine indica, Eragrostis curvula
, Lolium perenne, Setaria sp. Selanjutnya, M. grisea kompleks digunakan sebagai nama cendawan penyebab blas pada padi dan beberapa
anggota Graminae lain Zellerhoff Schaffrath 2006, Khang et al. 2008, Motallebi et al. 2009a.
Penyakit blas pada padi merupakan salah satu penyakit penting, karena menyebabkan banyak kehilangan hasil panen hingga 50 Babujee
Gnanamanickam 2000. Pada tahun 1963, penyakit blas dilaporkan telah menyerang tanaman padi di 60 negara, dan pada tahun 1925 dilaporkan
keberadaan penyakit blas pada padi di pulau Jawa Parthasarathy Ou 1963. Penyakit blas merupakan penyakit penting pada padi gogo di lahan kering di
Indonesia. Penyakit tersebut telah menyebar luas, menyebabkan kerusakan padi sawah Amir Nasution 1993. Tingkat kerusakannya lebih besar pada padi di
dataran tinggi. Pada tahun 1987-1988, frekuensi serangan penyakit blas di dataran rendah mencapai sekitar 56, dan tahun 19901991 persawahan di Indramayu
kehilangan produksi padi lebih dari 50 akibat serangan penyakit blas DBPT
Deptan 1992. Serangan penyakit tersebut cenderung meningkat setiap tahun. Pada tahun 2006, luas serangan penyakit blas paling tinggi terjadi di Lampung
1,923 ha dan Jawa Barat 1853 ha. Sedangkan pada tahun 2007 dan 2008 berturut-turut luas serangannya paling tinggi di Jawa Barat 2864 ha dan 3205 ha
dan Sulawesi Selatan 2123 ha dan 2078 ha Deptan 2009. Ketahanan padi terhadap penyakit blas sangat dipengaruhi oleh dominasi
ras patogen, sehingga penggunaan varietas tahan blas sangat dibatasi oleh waktu dan tempat. Ras atau patotipe cendawan blas sangat cepat berkembang DTPH
4 2000. Padi var. Kencana bali merupakan salah satu anggota padi diferensial di
Indonesia yang digunakan untuk uji patotipe ras fisiologi. Padi tersebut rentan terhadap semua 27 ras Pyricularia patogen padi yang ada di Indonesia. Padi
diferensial lainnya, di antaranya berupa padi var. Cisokan yang bersifat moderat resisten, yaitu resisten terhadap delapan ras atau dengan kata lain rentan terhadap
serangan 21 ras Pyricularia patogen padi yang ada di Indonesia DBPT Deptan 1992.
Isolat-isolat cendawan
blas padi cenderung tidak stabil penampakan koloninya, fertilitas, dan patogenisitasnya selama disubkultur berulang-ulang di
laboratorium Valent Chumley 1991. Pada penelitian pendahuluan juga tampak, umumnya cendawan blas yang berasal dari rumput memiliki warna
koloni yang cepat berubah dari gelap menjadi putih selama disubkultur berulang- ulang di laboratorium. Selain itu, jumlah konidium cendawan blas yang berasal
dari rumput sejak awal hasil isolasi lebih sedikit dibandingkan dengan cendawan blas yang diperoleh dari padi. Sporulasi Pyricularia dari rumput budidaya lebih
baik daripada isolat dari rumput liar, kemungkinan karena perbedaan genetik sporulasinya Rao et al. 1972. Pyricularia asal padi yang mengalami gangguan
mag B menghasilkan mutan dengan efek pleotropi, yaitu mereduksi pertumbuhan
somatik, konidiasi, pembentukan apresorium, dan patogenisitas. Mutasi
mag B pada Pyricularia patogen padi yang dihasilkan melalui
transformasi pembentukan rekombinan homolog untuk menggantikan gen target menghasilkan mutan yang mengalami penurunan kemampuannya untuk
menginfeksi dan mengkolonisasi daun padi yang rentan, serta gagal membentuk peritesium perkembangan fase seksual. Sedangkan mutan magA dan magC yang
diperoleh melalui transformasi tidak menghasilkan askus dewasa Liu Dean 1997. Pyricularia patogen padi yang mengalami mutasi gen magB dan magC
akan mereduksi konidiasi, patogenisitas, dan juga berhubungan dengan perkawinan. Delesi gen magA tidak memiliki efek pada pertumbuhan somatik,
konidiasi, ataupun pembentukan apresorium Liu Dean 1997. Hal tersebut di atas mungkin dapat juga terjadi pada Pyricularia di lapang dari berbagai rumput,
sehingga menghasilkan keragaman, seperti tingkat konidiasi. Selain itu, tidak semua Pyricularia dari rumput patogen ke varietas padi ataupun anggota
5 Graminae lainnya Ou 1985, dan Pyricularia dari berbagai inang bervariasi
fertilitasnya Zeigler 1998. Oleh karena itu, keragaman cendawan blas dari rumput dapat berdasarkan penanda molekuler pada lokus magB dan magC dari
cendawan blas yang patogen pada padi. Banyak penanda molekuler lain yang juga dapat digunakan untuk
menganalisis keragaman genetik. Sebagai contoh, sebanyak 14 pasang primer sequence characterized amplified region marker SCAR telah digunakan untuk
memonitor rekombinasi dan migrasi populasi Pyricularia patogen padi dari benua Afrika, Amerika Utara, Amerika Selatan, Asia, dan Eropa Soubabere et al.
2000. Begitu juga di Indonesia, sebanyak tiga pasang primer SCAR telah digunakan untuk menunjukkan keragaman genetik Pyricularia patogen padi dari
beberapa daerah endemik blas Reflinur et al. 2005. Sampai saat ini belum diperoleh informasi keragaman penanda SCAR pada Pyricularia dari rumput di
sekitar pertanaman padi, khususnya di Indonesia. Oleh karena itu pada penelitian ini akan dilakukan analisis keragaman Pyricularia dari beberapa spesies rumput
menggunakan tiga penanda SCAR, yaitu Cut1, PWL2, dan Erg2. Pada daur penyakit, hubungan inang utama dan inang alternatif untuk
mempertahankan propagul yang dapat menginfeksi sangat penting. Beberapa Pyricularia
dari rumput hanya dapat menginfeksi padi yang rentan Mackill Bonman 1986; Singh Singh 1988; DBPT Deptan 1992, dan beberapa rumput
lain DBPT Deptan 1992. Hasil uji di rumah kaca menunjukkan, Pyricularia yang bukan berasal dari padi umumnya avirulen atau lemah virulensinya terhadap
padi Couch et al. 2005. Kemampuan infeksi silang Pyricularia yang dilakukan oleh para peneliti tersebut di atas tidak didasarkan pada riwayat inokulan spora
tunggal. Oleh sebab itu, analisis genetik sampel basal isolat-isolat satu klonal dengan inokulan sangat diperlukan untuk menduga tingkat mikroevolusi yang
muncul akibat pergantian inang. Mikroevolusi pada mikroba merupakan perubahan berpola evolusi yang
dapat tampak selama waktu relatif pendek King Stansfiled 1990, Mettler et al. 1988 pada beberapa hari atau minggu Morschhäuser et al. 2000 dan dapat
diamati secara langsung di alam atau pada percobaan laboratorium Mettler et al. 1988. Peristiwa mikroevolusi dapat bersifat kembali lagi reversible dan
6 berulang repeatable Mettler et al. 1988. Mutasi titik, penyusunan kembali gen
genetic rearrangements, dan transfer gen merupakan proses yang menyumbang terjadi evolusi pada organisme, termasuk evolusi mikroba. Contoh mikroevolusi
Cochliobolus carbonatum pada jagung di alam yang mengalami insersi
transposon pada gen resistensinya Multani et al. 1998. Contoh lainnya ialah keragaman Fusarium oxysporum f. sp. albedinis penyebab layu pada palm
berdasarkan keserasian vegetatif vegetative compatibility=VCG, RFLP mtDNA, dan random amplified polymorphic DNA RAPD Fernandez et al. 1997. Proses
mikroevolusi pada jangka waktu lama menghasilkan perkembangan spesies baru atau subspesies dan disebut dengan istilah makroevolusi Morschhäuser et al.
2000. Sampai saat ini belum diperoleh laporan tentang mikroevolusi Pyricularia
yang mengalami pergantian genus inang. Hal yang menarik ialah injeksi konidium patogen blas padi ke kultivar padi yang panikelnya resisten penyakit blas
menghasilkan isolat turunan asal bercak blas pada spikeletnya dengan sifat-sifat patogenisitas dan genetik yang bervariasi Namai Iwade 2002, Namai 2011.
Fenomena yang sama mungkin dapat terjadi juga pada cendawan blas asal rumput, pergantian inang kemungkinan dapat menimbulkan variasi patogenisitas
dan genetiknya. Perubahan genetik ini diduga dapat bersifat stabil dan perubahan ini dapat diamati dengan menggunakan penanda molekuler.
Penanda molekuler lainnya yang dapat digunakan untuk mengamati keragaman genetik di antaranya metode amplified fragment lenght polymorphism
AFLP. AFLP telah digunakan untuk membedakan Pyricularia asal padi indica dan japonica Thuan et al. 2000. AFLP juga dipakai oleh Tredway et al. 2005
untuk menunjukkan keragaman genetika Pyricularia asal rumput industri, padi, dan gandum. AFLP tidak digunakan untuk analisis filogenetik pada tingkat di atas
spesies Robinson Harris 1999. AFLP memiliki potensi sebagai sumber informasi filogenetik sistematika molekuler pada takson yang berkerabat sangat
dekat, sangat baik untuk mempelajari hubungan filogenetik ketika sekuen internal transcribed spacer
ITS bersifat terkonservasi Koopman 2005. Selain AFLP, sekuen ITS Hirata et al. 2007 dan pola fragmen DNA
melalui amplifikasi bagian elemen repetitive Pot2 rep-Pot2 Filippi et al. 2002
7 juga dapat digunakan untuk menganalisis keragaman isolat Pyricularia patogen
padi. Daerah ITS rDNA nukleus paling cepat mengalami variasi diantara populasi White et al. 1990. Sekuen ITS yang banyak bervariasi dapat disejajarkan
aligned dengan tingkat kepercayaan hanya antara taksa yang sangat berkerabat dekat Guarro et al. 1999. Oleh sebab itu identitas, keragaman genetik sampel
basal, dan stabilitas genetik cendawan blas asal rumput yang mengalami pergantian inang dipelajari secara molekuler dengan bantuan teknik SCAR,
AFLP, rep-Pot2 dan hubungannya dengan ras fisiologi, serta sekuen ITS. Di seluruh dunia, cendawan blas yang dominan di lapang ialah
anamorfnya Kato et al. 2000. Teleomorf tidak pernah ditemukan di lapang, meskipun terdapat indikasi keberadaan siklus seksual di lapang berdasarkan
penanda molekuler repeat-induced point mutation RIP Ikeda et al. 2002. Teleomorf hanya dihasilkan di laboratorium dari penyilangan dua isolat yang
membawa jenis mating type berbeda, dan salah satu isolat tersebut bersifat hermaprodit Zeigler 1998. Oleh karena itu spesies epitet seringkali berdasarkan
inang. Perkembangan pendekatan spesies mempengaruhi identitas Pyricularia, sehingga koreksi penamaan masih berlangsung. Lokus actin,
β-tubulin, calmodulin, dan ITS rDNA telah menjadi objek penelitian untuk memecahkan
masalah penamaan dan hubungan filogenetik antara isolat. Lokus tersebut juga digunakan untuk menganalisis variasi genetik populasi Pyricularia. Oleh sebab itu
karakterisasi cendawan blas pada rumput dan padi sangat diperlukan untuk menetapkan nama yang tepat terutama kaitannya dengan mikroevolusinya akibat
pergantian inang. Daerah ITS dapat digunakan untuk membedakan spesies Trichophyton
dan Microsporum yang menunjukkan pola mikroevolusi Gräser et al. 1999. Daerah ITS pada ribosomal DNA rDNA telah digunakan untuk membatasi
lingkup spesies cendawan Kusaba et al. 1999, Hirata et al. 2007. Daerah ITS dan intergenic spacer IGS rRNA nukleus merupakan unit berulang, terlibat
paling cepat mengalami variasi diantara spesies pada genus White et al. 1990.
8
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk i Menganalisis keragaman populasi Pyricularia dari beberapa rumput yang
tumbuh berdekatan dengan padi berdasarkan penanda SCAR yang terdiri atas
Cut1, PWL2 dan Erg2; serta penanda magB, dan magC
ii Menganalisis keragaman genetik sampel basal Pyricularia dari rumput D. ciliaris
dan mikroevolusi hasil induksi pergantian genus inangnya berdasarkan lima penanda, yaitu penanda SCAR, AFLP, PCR repetitive Pot2
rep-Pot2, dan hubungannya dengan ras fisiologi patotipe, serta sekuen ITS
beserta 5.8S rDNA nukleus
iii Menganalisis hubungan filogenetik berdasarkan sekuen ITS beserta 5.8S rDNA nukleus antara Pyricularia dari rumput dan padi yang diperoleh dari
lokasi dan waktu yang sama.
Hipotesis :
1 Lokus SCAR yaitu Cut1, PWL2, Erg2, magB, dan magC dapat digunakan sebagai dasar analisis tingkat keragaman Pyricularia patogen rumput
2 Isolat-isolat Pyricularia hasil pertumbuhan konidium tunggal dari satu bercak blas membentuk karakter sampel basal dengan heterogenisitas terbatas dan
perubahan genotipe inang memicu keragaman genetik dari sampel basal Pyricularia
3 Terdapat hubungan filogenetik yang sangat dekat antara Pyricularia pada rumput yang tumbuh di sekitar padi dengan Pyricularia yang berada pada padi,
sehingga keduanya merupakan spesies yang sama, yaitu sebagai Pyricularia grisea
Manfaat
Keragaman penanda SCAR Cut1, PWL2, Erg2, magB dan magC pada Pyricularia
dari beberapa spesies rumput yang tumbuh berdekatan dengan padi di sawah Sukabumi dan ladang Jasinga, Bogor untuk menduga tingkat variasi
Pyricularia patogen rumput di Jawa Barat. Sedangkan data genetik hasil
pergantian inang Pyricularia diharapkan dapat menjadi dasar pendugaan sumber variasi keragaman Pyricularia di lapang, dan menjelaskan hubungan filogenetik
antara Pyricularia patogen padi dan rumput yang tumbuh liar di sekitarnya
9 berdasarkan penanda molekuler yang digunakan pada penelitian ini. Hubungan
filogenetik tersebut untuk menduga aliran genetik Pyricularia pada padi sebagai inang utama dan rumput sebagai inang alternatifnya, sehingga dapat sebagai
landasan rekomendasi penyiangan. Data-data yang diperoleh dari penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai informasi dasar manajemen penyakit blas pada padi di
Jawa Barat.
11
BAB II RUANG LINGKUP PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan
mulai Oktober 2005 – Oktober 2007 dan
September 2008 - Januari 2010, bertempat di Laboratorium Genetika Cendawan, Laboratorium Biotechnology Research Indonesia –Netherland BIORIN, dan
Rumah Kaca Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi PPSHB IPB.
Alur Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahapan Gambar 1. Pada tahap ke- 1, variasi genetik Pyricularia dari beberapa spesies rumput seperti Cydonon
dactylon , Digitaria ciliaris, Eleusine indica, dan Panicum repens diamati pola
penanda SCAR, penanda magB dan magC melalui hasil amplifikasi dengan PCR.
Pola keragamannya dibandingkan juga dengan Pyricularia dari padi. Pada tahap selanjutnya ke-2, menganalisis keragaman sampel basal Pyricularia dari D.
ciliaris d dan pengamatan mikroevolusi Pyricularia d4 dari D. ciliaris yang
mengalami pergantian genus inang ke padi var. Kencana bali tahap ke-1 d~k dan tahap ke-2 d~k~k; ke padi var. Cisokan tahap ke-1 d~c dan ke-2 d~c~c; ke
padi var. Kencana bali tahap ke-1 dan ke padi var. Cisokan tahap ke-2 d~k~c; sebaliknya ke padi var. Cisokan tahap ke-1 dan ke padi var. Kencana bali tahap
ke-2 d~c~k; ke Panicum repens d~p. Pengamatan mikroevolusinya berupa perubahan penanda SCAR, pola AFLP, pola repetitive Pot2 rep-Pot2 dan ras
fisiologinya, serta sekuen ITS beserta 5.8S rDNA nukleus. Pada tahap ke-3 menganalisis hubungan filogenetik berdasarkan sekuen ITS beserta 5.8S rDNA
nukleus pada Pyricularia dari rumput D. ciliaris dan P. repens dan padi yang diperoleh pada lokasi dan waktu yang sama. Sekuen tersebut dicari kesamaannya
dengan sekuen nukleotida di GeneBank menggunakan program basic local alignment search tool
BLAST yang ada di http:blast.ncbi.nlm.nih.gov.
12 Alur Penelitian
III. Hubungan filogenetik Pyricularia dari rumput dan padi
Amplifikasi ITS beserta 5.8S rDNA nukleus pada 5 isolat hasil tahap ke-1 Sekuensing ITS beserta 5.8S rDNA
I. Analisis keragaman genetik Pyricularia dari beberapa spesies rumput
Isolasi dan identifikasi cendawan bercak blas pada rumput
PCR
Penanda SCAR Cut1, PWL2, dan Erg2 Penanda magB dan magC
Perbanyakan biomassa dan isolasi DNA
Gambar 1 Diagram alir penelitian. Isolasi DNA dan karakterisasi
Perbanyakan inokulan Pyricularia d4 Inokulasi d4 terhadap satu serial inang pengganti
Reisolasi turunan d4 dari inang-inang pengganti dan perbanyakan biomassa
Penanda AFLP
Penanda repetitive Pot2 dan patotipe ras fisiologi
Penanda SCAR
Sekuen ITS beserta 5.8S rDNA nukleus
II. Analisis keragaman genetik Pyricularia dari Digitaria ciliaris dan
mikroevolusinya akibat pergantian inang
13 Program yang digunakan untuk menganalisis data hasil penelitian ini
adalah Phylogenetic Analysis Using Parsimony PAUP version 4.0b10 for 32- bit Microsoft Windows Swofford 2002 dan NTSYS Spc version 2 Rohlf 1998.
PAUP digunakan untuk menganalisis pengelompokan keragaman penanda SCAR dari beberapa spesies rumput melalui distance dengan UPGMA. Program
ini juga digunakan untuk menganalisis data AFLP dari hasil pergantian inang, yaitu mengkonstruksi filogram melalui distance Robinson Harris 1999
dengan heuristic. Pada analisis tersebut, tingkat perubahan pola AFLP dari Pyricularia
d4 setelah berada pada inang pengganti ditunjukkan oleh jarak genetiknya. Data AFLP juga dianalisis dengan pengelompokan clustering dalam
bentuk dendrogram pada program NTSYS Spc version 2 Rohlf 1998. Selain itu, PAUP juga digunakan untuk mengkonsruksi filogram dalam menganalisis
hubungan filogenetik cendawan blas asal rumput dan padi dari lokasi dan waktu yang sama berdasarkan sekuen ITS beserta 5.8S rDNA. Filogram dikonstruksi
melalui distance dengan neighbour joining.
15
BAB III KERAGAMAN
Pyricularia ASAL RUMPUT BERDASARKAN PENANDA SCAR DAN MAG
Abstrak
Karakterisasi penanda sequence characterized amplified region SCAR, magB, dan magC pada populasi Pyricularia dari rumput yang tumbuh liar
disekitar tanaman padi belum dilaporkan. Oleh karena itu dilakukan karakterisasi tiga penanda SCAR Cut1, PWL2, Erg2, dan dua penanda lainnya berupa magB
dan magC pada Pyricularia dari beberapa spesies rumput yang tumbuh berdekatan dengan padi untuk menduga tingkat variasi Pyricularia di Jawa Barat.
Sebanyak 41 isolat Pyricularia dari Cydonon dactylon, Eleusine indica, Digitaria ciliaris, dan Panicum repens
menunjukkan semuanya memiliki kesamaan ukuran fragmen DNA hasil amplifikasi kelima penanda. Ukuran fragmen Cut1, PWL2,
dan Erg2 berturut-turut ± 1700 pb, 900 pb dan 1400 pb. Sedangkan ukuran fragmen magB dan magC masing-masing ± 1330 pb dan 1550 pb. Ukuran
fragmen Cut1, PWL2, Erg2, magB, dan magC tersebut juga sama dengan ukuran fragmen 22 isolat Pyricularia dari padi. Sampel Pyricularia dari empat spesies
rumput memiliki lima fenotipe SCAR yang dikonstruksi berdasarkan hasil amplifikasi dengan urutan Cut1, PWL2, dan Erg2. Kelima pola fenotipe ini
menunjukkan frekuensi yang berbeda, yaitu 19.5 berfenotipe 011 A, 41.5 berfenotipe 101 B, 31.7 berfenotipe 111 C, 2.5 berfenotipe 001 D, dan
4.9 berfenotipe 010 E. Fenotipe SCAR Pyricularia dari satu bercak blas rumput kebanyakan terdiri atas dua fenotipe SCAR, dengan variasi fenotipe
terutama pada Cut1 dan PWL2. Frekuensi gen penanda SCAR juga bervariasi, yaitu sebanyak 78.1 Pyricularia dari rumput memiliki Cut1, hanya 54.1
yang memiliki PWL2, dan 95.1 memiliki Erg2. Hanya satu isolat Pyricularia yang tidak menghasilkan amplikon magC, sehingga magB dan magC tidak dapat
menunjukkan keragaman genetik Pyricularia dari rumput.
Kata kunci: Pyricularia, Cydonon dactylon, Eleusine indica, Digitaria ciliaris, Panicum repens,
padi, SCAR, magB, magC
Pendahuluan
Beberapa spesies rumput yang tumbuh di sekitar pertanaman padi telah dilaporkan sebagai inang Pyricularia. Di Indonesia, rumput seperti Echinochloa
crusgalli Cikampek, Leersia hexandra Cilacap, Panicum repens Subang, dan
Panicum maximum Bali sebagai inang cendawan blas Deptan DBPT 1992.
Leersia hexandra dan P. repens juga menjadi inang cendawan blas di Filipina,
selain itu bercak blas juga ditemukan pada Brachiaria distachya, Brachiaria mutica, Dactyloctenium aegyptium, Digitaria ciliaris, Echinochloa colona,
Eleusine indica, Pennisetum purpureum, dan Rottboellia exaltata Mackill
Bonman 1986. Di India, cendawan blas pada L. hexandra, Cyperus compressus,
16 Cyperus iria,
dan Cyperus rotundus Singh Singh 1988, serta Pennisetum purpureum
di Ghana Nutsugah et al. 2008. Pada penelitian pendahuluan tampak bahwa cendawan blas yang berasal
dari rumput memiliki warna koloni yang cepat berubah dari gelap menjadi putih selama disubkultur berulang-ulang di laboratorium. Selain itu, jumlah konidium
cendawan blas yang berasal dari rumput sejak awal hasil isolasi lebih sedikit dibandingkan dengan cendawan blas yang diperoleh dari padi. Sporulasi
Pyricularia dari rumput budidaya lebih baik daripada isolat dari rumput liar,
kemungkinan karena perbedaan genetik sporulasinya Rao et al. 1972. Pyricularia
dari padi yang mengalami gangguan magB menghasilkan mutan dengan efek pleotropi, yaitu mereduksi pertumbuhan somatik, konidiasi,
pembentukan apresorium, dan patogenisitas. Isolat-isolat cendawan blas padi dilaporkan cenderung tidak stabil dalam penampakan koloni, fertilitas, dan
patogenisitasnya selama disubkultur di laboratorium Valent Chumley 1991. Pembentukan apresorium pada mutan nul magB dapat dipulihkan
melalui penambahan cAMP Liu Dean 1997. Mutasi dominan magB menyebabkan autolisis koloni yang telah tua, pembentukan melanin tertunda,
reduksi reproduksi seksual dan aseksual. Selanjutnya, mutan dominan magB mampu menghasilkan apresorium pada permukaan hidrofobik dan hidrofilik,
meskipun perkembangan pada permukaan hidrofilik tertunda. Mutan dari tipe mutasi magB lainnya adalah tidak menyebabkan perubahan fenotipe yang drastis,
hanya meningkatkan sensitivitas terhadap penghambatan konidiasi melalui tekanan osmotik Fang Dean 2000. Sedangkan delesi pada magC
menyebabkan mutannya mengalami reduksi konidiasi, tetapi tidak mempunyai efek pada pertumbuhan miselium atau pembentukan apresorium. Sebaliknya
delesi magA tidak memiliki efek pada pertumbuhan somatik, konidiasi, ataupun pembentukan apresorium Liu Dean 1997. Gen magB dan magC beserta magA
berada pada kromosom yang terpisah dan hanya satu salinan copy dalam genom Pyricularia
dari padi Dean 1997. Pyricularia
dari berbagai inang bervariasi fertilitasnya, yaitu kemampuannya sebagai jantan fertil untuk menginduksi pembentukan peritesium,
dan sebagai betina fertil untuk menghasilkan pembentukan peritesium Zeigler
17 1998. Sebagai contoh, 78 sampel dari populasi Pyricularia dari Stenotaphrum
secundatum didominasi oleh gen kawin tipe Mat1-1 dan bersifat steril, hanya satu
sampel yang jantan fertil dengan gen kawin tipe Mat1-2, tidak ditemukan betina yang fertil, meskipun ditemukan dua macam gen tipe kawin. Contoh lainnya 87
sampel populasi Pyricularia dari inang Festuca arundinaceae juga memiliki gen kawin tipe Mat1-1, dengan betina fertilnya berjumlah 47. Sebanyak 47 sampel
betina fertil tersebut yang meghasilkan peritesium kosong ialah 19 sampel. Frekuensi gen tipe kawin lawan jenisnya dari populasi Pyricularia pada kedua
inang sangat rendah 0-5.7 Tredway et al. 2003. Hal tersebut di atas mungkin berhubungan dengan subunit
α dari protein G yang disandikan oleh tiga gen, yaitu mag
A, magB, dan magC Dean 1997. Gen subunit α dari protein G mengontrol
pertumbuhan, perkembangan, patogenisitas, dan diperlukan untuk perkawinan Pyricularia
dari padi Liu Dean 1997. Oleh karena itu penanda magB dan magC dapat digunakan sebagai dasar keragaman pada Pyricularia untuk
mendapatkan informasi keberadaan kedua penanda tersebut sehubungan dengan pemisahan spesies dan aliran genetik antara Pyricularia pada inang rumput dan
padi. Isolat yang tidak berasal dari padi umumnya tidak patogen terhadap padi,
ataupun hanya memberikan reaksi patogen lemah Singh dan Singh 1988, Couch et al
. 2005. Demikian halnya di Indonesia, semua isolat Pyricularia dari Leersia hexandra
, Panicum maximum, Panicum repens, dan Echinochloa crusgalli hanya patogen terhadap padi var. Kencana bali. Sedangkan isolat dari L. hexandra hanya
patogen terhadap P. repens, tidak terjadi saling infeksi silang dari isolat lainnya DBPT Deptan 1992. Sebaliknya, Pyricularia NBG-A8401 dari padi mampu
menginfeksi lima spesies gulma yang berupa rumput Brachiaria distachya, Echinochloa colona, L. hexandra
, Leptochloa chinensis, dan Rottboellia exaltata, dan dua strain lainnya dari Pyricularia asal padi 2017 dan 43 hanya mampu
menginfeksi L. chinensis Mackill Bonman 1986. Berbagai
metode molekuler
telah digunakan untuk mengetahui keragaman cendawan. Haplotipe Pyricularia dengan inang padi 68 strain dari
benua Afrika, Amerika Utara, Amerika Selatan, Asia, dan Eropa membentuk lima grup berdasarkan hasil amplifikasi 14 pasang primer sequence characterized
18 amplified region marker
SCAR. Haplotipe Pyricularia padi dari Asia memiliki keragaman tinggi, sehingga berada di semua grup. Sebaliknya haplotipe
Pyricularia padi dari Eropa tidak menyebar, berada dalam satu grup dengan
Pyricularia padi dari Amerika Utara, Amerika Selatan, dan Asia Soubabere et al.
2000. Sebanyak 16 jenis primer penanda SCAR yang dikembangkan oleh Soubabere et al. 2001 untuk memonitor rekombinasi dan migrasi populasi
Pyricularia padi. Sebanyak tiga jenis Cut1, PWL2, dan Erg2 penanda SCAR
dari ke 16 jenis tersebut dapat menunjukkan keragaman genetik haplotipe Pyricularia
dari padi daerah endemik blas, yaitu Sumatra Utara, Sumatra Barat, Lampung, Sukabumi, dan Bogor Reflinur et al. 2005.
Sampai saat ini belum diperoleh informasi keragaman penanda SCAR dan mag pada Pyricularia penginfeksi rumput yang tumbuh liar di sekitar
tanaman padi. Oleh sebab itu penelitian ini bertujuan menganalisis keragaman Pyricularia
dari beberapa spesies rumput yang tumbuh di sekitar tanaman padi berdasarkan lima macam penanda molekuler, yaitu tiga penanda SCAR Cut1,
PWL2, Erg2, dan dua penanda lainnya berupa magB, dan magC. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menduga tingkat variasi Pyricularia di Jawa Barat.
Bahan dan Metode Tempat.
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Genetika Cendawan dan Biorin di Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi PPSHB
IPB.
Bahan. Bercak blas pada helaian daun spesies rumput dari tiga lokasi
berbeda, yaitu dari empat spesies rumput di sekitar pertanaman padi pada sawah di Sukabumi dengan waktu pengambilan berbeda, satu spesies rumput di sekitar
pertanaman padi pada ladang di Jasinga Bogor, dan satu spesies rumput di rumah kaca PPSHB IPB, Kampus Dermaga Tabel 1. Sebagai pembanding, bercak blas
dari helaian daun padi diambil dari lokasi dan waktu yang sama dengan pengambilan sampel dari rumput. Selain itu, sebagai kontrol digunakan
Pyricularia dari beberapa varietas padi hasil koleksi Kebun Percobaan Muara,
Balai Besar Penelitian Tanaman Padi BB Padi Bogor. Spesies rumput diidentifikasi oleh Pusat Penelitian Biologi LIPI Bogor.