variasi alel pada sucrose synthase 3 (rsus3) dalam …

6
PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner” Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK) Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017 Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 42 available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/ VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM LIMA VARIETAS PADI JAPONICA (Oryza sativa L.) Allelic Variation of Sucrose Synthase 3 (RSUS3) on Five Japonica Rice Varieties (Oryza sativa L.) Puji Lestari 1 , Sustiprijatno 2 , I Made Tasma 3 1,2,3 Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Jalan Tentara Pelajar No.3A Bogor 16111, Telp.0251-8337975 e-mail korespondensi: [email protected] ABSTRAK Sucrose synthase 3 di padi (RSUS3) berperan penting dalam respon terhadap cekaman abiotik dan pengisian biji, karena itu variasinya perlu diobservasi pada varietas japonica. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi variasi alel pada RSUS3 dalam lima varietas padi japonica dengan pembanding varietas rujukan, Nipponbare. Single nucleotide polymorphism (SNP), dan insersi/delesi (indel) berhasil diidentifikasi di daerah upstream, intron dan ekson, dan downstream gen RSUS3. Jumlah varian tertinggi ditunjukkan oleh varietas Ilpum dengan 13 SNP dan terendah pada Hwacheong dengan 10 SNP. Transisi mendominasi dan diikuti oleh transversi, dan indel minimal 1 bp diidentifikasi dalam total 6.286 bp gen RSUS3. Delesi 3 bp (CTC) ditemukan di Hwacheong dan Hwaseong pada posisi konsensus yang sama (1.255-1.257 bp). Beberapa SNP dan indel lain ditemukan di posisi yang sama pada beberapa varietas padi yang menunjukkan kedekatan genetiknya. Berdasarkan total sekuen RSUS3, diketahui bahwa Hwacheong dekat dengan Hwaseong, demikian juga antara Ilpum dan Samkwang. SNP dan indel hasil penelitian ini bermanfaat untuk merancang primer berbasis PCR, khususnya varian di ekson yang penting sebagai marka fungsional. Analisis lebih lanjut variasi nukleotida pada gen RSUS3 perlu dilakukan untuk mengembangkan marka molekuler yang bermanfaat dalam membantu evaluasi plasma nutfah dan pemuliaan padi japonica. Kata kunci: variasi nukleotida, sucrose synthase 3, padi japonica, SNP, indel ABSTRACT Sucrose synthase 3 in rice (RSUS3) has an important role in response to abiotic stress and filling grain, thus, its variation needs to be observed in several japonica varieties. The objective of this study was to identify allelic variation of RSUS3 gene in five japonica rice varieties against reference variety, Nipponbare. Single nucleotide polymorphism (SNP), and insertion and deletion (indel) were observed in the upstream region and within the intron and exon, and downstream of the RSUS3 gene. The highest number of variant was demonstrated by variety ‘Ilpum’ with 13 SNPs and the lowest one was shown by ‘Hwacheong’ with 10 SNPs. On this RSUS3, transition was dominated and followed by transversion. Deletion of at least 1 bp was found in the total of 6.286 bp consensus sequence of RSUS3 gene. Deletion of 3 bp (CTC) was observed at the same positions as those shown by ‘Hwacheong’ dan ‘Hwaseong’ at 1.255-1.257 bp. Some SNPs and Indels were found at the same locations in several rice varieties indicating their close genetic relatedness. Based on the RSUS3 sequence, Hwacheong was close to Hwaseong, which was similarly to Ilpum and Samkwang. SNP and indel identified in this study will be useful to design PCR-based primers, especially variants found in exon as functional markers. Further analysis on the nucleotide variation of the RSUS3 needs to be done to develop molecular markers to be used in assisting germplasm evaluation and breeding for abiotic stress tolerance in japonica rice. Key words: nucleotide variation, sucrose synthase 3, japonica rice, SNP, indel Sucrose synthase (SUS) memiliki peran penting terhadap pertumbuhan tanaman, metabolisme gula, dan respon terhadap lingkungan terutama cekaman abiotik. Isoform sucrose synthase dikodekan oleh beberapa gen baik dalam tanaman dikotil maupun monokotil termasuk padi (Hirose et al., 2008; Wang et al., 2015). Khusus untuk sucrose synthase 3 (SUS3) biasanya diekspresikan di akar, terutama di akar lateral pada tanaman yang mengalami stres perendaman (Wang et al., 2014). Sampai saat ini paling sedikit ada enam gen SUS yang telah diidentifikasi di padi (RSUS). Sucrose synthase 3 (RSUS3) merupakan gen RSUS ketiga yang telah diisolasi dan proteinnya telah dikarakterisasi di padi (Wang et al., 1999; Hirose et al., 2008). Dari sudut pandang evolusi, RSUS2 dan RSUS3 mungkin berasal dari nenek moyang yang sama dan mengalami divergensi dari RSUS1.RSUS3 memiliki peran yang saling melengkapi dan menyeimbangkan dengan anggota gen RSUS lainnya selama perkembangan biji padi (Wang et al., 1999). RSUS3 terletak di endosperm dan lapisan aleuron, yang ekspresinya diinduksi selama sintesis pati, (Huang et al., 1996) dan diekspresikan dalam sel-sel yang mengandung pati. RSUS3 terlibat dalam periode pengisian pati pada milky stage dan translokasi karbon ke dalam biji selama periode pengisian biji padi (Wang et al., 1999). Beberapa studi melaporkan informasi penting tentang RSUS3, seperti sekuen gen (Huang et al., 1996; Lestari et al., 2011), elusidasi sekuen di daerah

Upload: others

Post on 04-Jan-2022

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM …

PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner”

Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK)

Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017

Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 42

available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/

VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM LIMA VARIETAS

PADI JAPONICA (Oryza sativa L.) Allelic Variation of Sucrose Synthase 3 (RSUS3) on Five Japonica Rice Varieties (Oryza sativa L.)

Puji Lestari1, Sustiprijatno

2, I Made Tasma

3

1,2,3Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik Pertanian,

Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian

Jalan Tentara Pelajar No.3A Bogor 16111, Telp.0251-8337975

e-mail korespondensi: [email protected]

ABSTRAK

Sucrose synthase 3 di padi (RSUS3) berperan penting dalam respon terhadap cekaman abiotik dan pengisian biji,

karena itu variasinya perlu diobservasi pada varietas japonica. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi

variasi alel pada RSUS3 dalam lima varietas padi japonica dengan pembanding varietas rujukan, Nipponbare. Single nucleotide polymorphism (SNP), dan insersi/delesi (indel) berhasil diidentifikasi di daerah upstream, intron dan

ekson, dan downstream gen RSUS3. Jumlah varian tertinggi ditunjukkan oleh varietas Ilpum dengan 13 SNP dan

terendah pada Hwacheong dengan 10 SNP. Transisi mendominasi dan diikuti oleh transversi, dan indel minimal 1 bp

diidentifikasi dalam total 6.286 bp gen RSUS3. Delesi 3 bp (CTC) ditemukan di Hwacheong dan Hwaseong pada posisi konsensus yang sama (1.255-1.257 bp). Beberapa SNP dan indel lain ditemukan di posisi yang sama pada

beberapa varietas padi yang menunjukkan kedekatan genetiknya. Berdasarkan total sekuen RSUS3, diketahui bahwa

Hwacheong dekat dengan Hwaseong, demikian juga antara Ilpum dan Samkwang. SNP dan indel hasil penelitian ini

bermanfaat untuk merancang primer berbasis PCR, khususnya varian di ekson yang penting sebagai marka fungsional. Analisis lebih lanjut variasi nukleotida pada gen RSUS3 perlu dilakukan untuk mengembangkan marka

molekuler yang bermanfaat dalam membantu evaluasi plasma nutfah dan pemuliaan padi japonica.

Kata kunci: variasi nukleotida, sucrose synthase 3, padi japonica, SNP, indel

ABSTRACT Sucrose synthase 3 in rice (RSUS3) has an important role in response to abiotic stress and filling grain, thus, its variation needs to be observed in several japonica varieties. The objective of this study was to identify allelic

variation of RSUS3 gene in five japonica rice varieties against reference variety, Nipponbare. Single nucleotide

polymorphism (SNP), and insertion and deletion (indel) were observed in the upstream region and within the intron

and exon, and downstream of the RSUS3 gene. The highest number of variant was demonstrated by variety ‘Ilpum’ with 13 SNPs and the lowest one was shown by ‘Hwacheong’ with 10 SNPs. On this RSUS3, transition was

dominated and followed by transversion. Deletion of at least 1 bp was found in the total of 6.286 bp consensus

sequence of RSUS3 gene. Deletion of 3 bp (CTC) was observed at the same positions as those shown by ‘Hwacheong’

dan ‘Hwaseong’ at 1.255-1.257 bp. Some SNPs and Indels were found at the same locations in several rice varieties indicating their close genetic relatedness. Based on the RSUS3 sequence, Hwacheong was close to Hwaseong, which

was similarly to Ilpum and Samkwang. SNP and indel identified in this study will be useful to design PCR-based

primers, especially variants found in exon as functional markers. Further analysis on the nucleotide variation of the

RSUS3 needs to be done to develop molecular markers to be used in assisting germplasm evaluation and breeding for abiotic stress tolerance in japonica rice.

Key words: nucleotide variation, sucrose synthase 3, japonica rice, SNP, indel

Sucrose synthase (SUS) memiliki peran penting

terhadap pertumbuhan tanaman, metabolisme gula, dan

respon terhadap lingkungan terutama cekaman abiotik.

Isoform sucrose synthase dikodekan oleh beberapa gen

baik dalam tanaman dikotil maupun monokotil termasuk

padi (Hirose et al., 2008; Wang et al., 2015). Khusus

untuk sucrose synthase 3 (SUS3) biasanya diekspresikan

di akar, terutama di akar lateral pada tanaman yang

mengalami stres perendaman (Wang et al., 2014).

Sampai saat ini paling sedikit ada enam gen SUS

yang telah diidentifikasi di padi (RSUS). Sucrose synthase

3 (RSUS3) merupakan gen RSUS ketiga yang telah

diisolasi dan proteinnya telah dikarakterisasi di padi

(Wang et al., 1999; Hirose et al., 2008). Dari sudut

pandang evolusi, RSUS2 dan RSUS3 mungkin berasal dari

nenek moyang yang sama dan mengalami divergensi dari

RSUS1.RSUS3 memiliki peran yang saling melengkapi

dan menyeimbangkan dengan anggota gen RSUS lainnya

selama perkembangan biji padi (Wang et al., 1999).

RSUS3 terletak di endosperm dan lapisan aleuron, yang

ekspresinya diinduksi selama sintesis pati, (Huang et al.,

1996) dan diekspresikan dalam sel-sel yang mengandung

pati. RSUS3 terlibat dalam periode pengisian pati pada

milky stage dan translokasi karbon ke dalam biji selama

periode pengisian biji padi (Wang et al., 1999).

Beberapa studi melaporkan informasi penting

tentang RSUS3, seperti sekuen gen (Huang et al., 1996;

Lestari et al., 2011), elusidasi sekuen di daerah

Page 2: VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM …

PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner”

Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK)

Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017

Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 43

available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/

koding/ekson dan non-koding/intron (Huang et al., 1996),

informasi genetik gen (Kishimoto et al., 2001), dan profil

ekspresinya di padi (Hirose et al., 2008). Daerah promoter

RSUS3 juga telah diidentifikasi terkait ekspresinya

(Rasmussen & Donaldson, 2006) dengan eksistensi titik

translokasi yang terletak di daerah intron di upstream dari

gen tersebut (Simpson & Filipowics, 1996; Huang et al.,

1996).

Identifikasi variasi nukleotida dari gen-gen

penting di padi menjadi lebih mudah dengan

perkembangan metode sekuensing. Teknik kloning

molekuler yang mendukung metode sekuensing membuat

sekuensing target gen seperti RSUS3 menjadi lebih mudah

dan lebih tepat. Variasi nukleotida khususnya single

nucleotide polymorphism (SNP) di RSUS3 menjadi lebih

menarik karena variasi DNA tersebut dapat digunakan

sebagai marka genetik (Ching et al., 2002). Varian

berbasis gen dan transkriptom dapat menyediakan

sejumlah besar marka fungsional maupun universal untuk

dapat digunakan dalam pemetaan sifat penting dan studi

asosiasi alel dari gen-gen tertentu (Syvanen, 2001). Marka

SNP juga sering digunakan dalam pemetaan genetik dan

fisik pada wilayah DNA tertentu. Perbandingan variasi

nukleotida dari RSUS3 inter dan intra spesies

dimaksudkan untuk memahami evolusi molekuler.

Informasi mengenai keragaman genetik padi berdasarkan

RSUS3 akan bermafaat dalam mengetahui perubahan

genetik yang terjadi dalam proses seleksi dan dalam

evaluasi plasma nutfah yang mendukung program

pemuliaan. Karena itu tujuan dari penelitian ini adalah

untuk mengidentifikasi variasi alel RSUS3 dalam lima

varietas padi japonica yag dibandingkan dengan sekuen

varietas padi rujukan, Nipponbare.

METODE

Sebanyak lima varietas padi japonica berasal dari

Korea Selatan digunakan dalam penelitian ini. Benih

ditanam dalam bak di rumah kaca sampai umur 4 minggu.

Daun muda yang sehat dipanen dan digunakan untuk

isolasi DNA. Daun digerus sampai menjadi bubuk halus

menggunakan mortar dan pastle dengan bantuan nitrogen

cair. Ekstraksi DNA dilakukan menggunakan CTAB

(cetyl trimethylamonium bromide) mengikuti protokol

dari Murray & Thompson (1980). DNA yang dihasilkan

selanjutnya dilarutkan dalam bufer TE. DNA utuh ini

dielektroforesis pada 0,8% gel agarosa, diwarnai dengan

etidium bromida, kemudian difoto menggunakan

transilluminator chemidoc. Kuantitas dan kualitas DNA

diukur dengan menggunakan spektrofotometer Nano®

Drop2000 pada panjang gelombang 260/280 dan 260/230.

Sekuen utuh sucrose synthase 3 (RSUS3) yang

tersedia di domain publik diunduh dari database genom

padi (www.gramene.org), yaitu SUS 3_ORYSJ

(LOC_Os07g42490). Reaksi standar PCR dilakukan

menggunakan 10 pasang primer yang dirancang untuk

menghasilkan satu pita DNA (Lestari et al., 2011). Reaksi

PCR sebanyak 50 µl digunakan untuk mengamplifikasi

DNA dalam mesin PTC200 Peltier Thermal Cycler (MJ

Research Watertown, Mass., USA). Program PCR yang

digunakan adalah sebagai berikut: denaturasi awal pada

95 ˚C selama 1 menit, diikuti dengan 35 siklus yang

terdiri dari denaturasi DNA pada 95˚C selama 30 detik,

annealing primer pada 55˚C selama 30 detik dan ekstensi

pada 72˚C selama 1 menit. PCR ditutup dengan ekstensi

akhir pada 72˚C selama 7 menit. Produk PCR kemudian

diendapkan dengan etanol, dikloning dalam vektor

pGEM-T Easy, dan ditransformasi ke dalam sel

kompeten Escherichia coli DH5- dengan mengikuti

protokol kloning standar (Sambrook & Russell, 2001).

Plasmid kemudian diisolasi menggunakan DNA-spinTM

plasmid DNA Purification Kit (Intron Bioteknologi,

Korea). Plasmid yang mengandung gen RSUS3 kemudian

disekuen menggunakan ABI 3700 DNA Sequencer

(Applied Biosystems, Inc) dengan dua arah (forward dan

reverse) untuk sekuen kedua untai.

Sekuen DNA yang dihasilkan diedit dan disejajarkan

menggunakan Bioedit

(http://www.mbio.ncsu.edu/BioEdit/bioedit.html) untuk

mengidentifikasi situs polimorfisme pada lima varietas

padi, terutama SNP dan insersi/delesi (indel). Jenis mutasi

seperti inversi dan transversi berdasarkan empat

kombinasi basa (A, T, G dan C) diidentifikasi. Pohon

filogeni total varietas berdasarkan sekuen RSUS 3 dibuat

menggunakan Mega 4 (Tamura et al., 2007).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sekuen RSUS3 lima varietas padi japonica

disejajarkan dengan sekuen varietas rujukan, Nipponbare

untuk mengidentifikasi variasi nukleotidanya. Dari total

sekuen RSUS3 (7.733 bp) termasuk promotor (Lestari et

al., 2011), 6.286 bp dianalisis. Secara umum sekuen

RSUS3 dari total varietas japonica yang dianalisis lebih

pendek daripada sekuen Nipponbare, kecuali Samkwang

(6.286 bp) (Tabel 1). Sekuen RSUS3 terpendek ditemukan

pada Hwacheong dan Hwaseong (6.282 bp). Nipponbare

sebagai varietas rujukan yag juga digunakan dalam studi

ini, telah sering dilaporkan dengan mempertimbangkan

bahwa genom padi pertama yang disekuen adalah

Nipponbare dan lengkap informasinya (Toda &

Toriyama, 2013). Karena pentingnya RSUS3 di padi,

identifikasi variasi nukleotida atau alel dalam varietas

japonica seperti yang ditunjukkan dalam penelitian ini

adalah pertimbangan yang tepat dengan memanfaatkan

sekuen varietas rujukan. Alel RSUS3 di Nipponbare

digunakan sebagai rujukan dan perubahan alel yang

diamati di antara varietas dapat dikategorikan sebagai

alel alternatif. Informasi alel unik atau utama RSUS3 di

padi akan berguna terkait toleransinya terhadap cekaman

lingkungan dan mutu rasa beras (Lestari et al., 2011;

Wang et al., 2014).

Page 3: VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM …

PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner”

Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK)

Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017

Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 44

available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/

Tabel 1. Varias alel yang diidentifikasi pada RSUS3 yang diamati diantara 5 varietas padi japonica mengacu pada sekuen genom

rujukan, Nipponbare

Tabel 2. Distribusi SNP dalam gen RSUS3 yang dibagi dalam selang segmen yang diamati pada 5 varietas japonica

Selang segmen bp) SNPs/indel Total

Samkwang Ilpum Hwaseong Hwacheong Samnam

1-500 2 1 1 1 1 6

501-1000 0 3 1 1 0 5

1001-1500 0 1 2 2 2 7

1501-2000 0 0 0 0 1 1

2001-2500 1 2 2 2 1 8

2501-3000 0 1 0 0 1 2 3001-3500 0 3 1 0 1 5

3501-4000 0 2 1 1 0 4

4001-4500 0 0 0 0 1 1

4501-5000 2 0 0 1 0 3 5001-5500 0 0 1 0 1 2

5501-6000 0 0 1 0 1 2

6001-6500 1 0 2 1 0 2

Total 6 13 11 8 10 48

Posisi (bp) SNP/indel (Tipe perubahan basa)

Samkwang

(6286bp)

Ilpum

(6284 bp)

Hwaseong

(6282 bp)

Hwacheong

(6282 bp)

Samnam

(6285 bp)

Ekson

635 C/T (transisi)

2233 C/T (transisi) C/T (transisi) C/T (transisi) C/T (transisi) C/T (transisi) 2777 T/C (transisi)

2797 A/G (transisi)

3137 T/C (transisi)

3327 C/A (transversi) 3315 T/C (transisi)

3399 A/G (transisi)

3869 T/C (transisi)

4348 T/C (transisi) 4612 T/C (transisi)

4615 T/C (transisi)

4947 C/A (transversi)

5005 A/G (transisi) 5888 C/T (transisi)

6068 A/G (transisi)

Intron

56 T/C (transisi)

219 T/- (delesi) T/C (transisi) T/C (transisi)

360 T/- (delesi) 469 A/G (transisi)

553 T/C (transisi)

832 T/C (transisi)

870 G/A (transisi) G/A (transisi) 1094 A/G (transisi)

1146 T/C (transisi)

1179 T/C (transisi)

1255-1257 CTC/--- (delesi) CTC/--- (delesi) 1454 T/G (transversi) T/G (transversi)

1822 T/C (transisi)

2026 A/G (transisi)

2058 A/- (delesi) 2153 T/C (transisi)

3186 A/G (transisi)

3527 A/G (transisi)

3769 A/T (transversi) 3994 A/G (transisi) A/G (transisi)

5526 T/A (transversi)

6229 T/G (transversi)

Page 4: VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM …

PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner”

Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK)

Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017

Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 45

available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/

Gambar 1. Pohon filogeni lima varietas padi japonica berdasarkan variasi nukleotida RSUS3 yang diestimasi dengan analisis

bootstrap menggunakan 1000 permutasi

Total variasi nukleotida yang diidentifikasi

menyebar dari hulu (upstream) ke daerah ekson dan

intron. Jika total sekuen tersegmentasi per 500 bp dan

diasumsikan basa pertama di upstream sebagai titik awal,

variasi tertinggi terjadi pada posisi 2.001-2.500 bp, 1.001-

1.500 bp dengan 7 SNP/indel, dan 1-500 bp dengan 6

SNP/indel. Posisi segmental pada 1.501-2.000 dan 4.001-

4.500 bp memiliki variasi terendah. Jumlah variasi

nukleotida per 500 segmen bp dari RSUS3 ditunjukkan

pada Tabel 2. SNP/indel lebih tinggi di daerah yang

ditranskripsikan dan berisi ekson dan intron daripada di

daerah lain.

Berdasarkan perubahan dari kombinasi empat basa

(A, T, G dan C), lima varietas tersebut yang diketahui

memiliki kandungan amilosa sedang dan variasi mutu

rasa, menunjukkan adanya perubahan bi-alel di RSUS3.

Ilpum memiliki mutu rasa tinggi tetapi rentan terhadap

penyakit, ternyata memiliki situs mutasi tertinggi (13

SNP/indel). Sedangkan Samnam dengan mutu rasa

rendah, menghasilkan 10 SNPs/indel. Jumlah terendah

SNP/indel (enam) terdeteksi pada Samkwang yang

memiliki mutu rasa sedang. Hasil ini sesuai dengan

laporan sebelumnya yang menyatakan bahwa SNP jauh

lebih tinggi dalam genom tanaman dibandingkan variasi

lain seperti simple sequence repeat (SSR) dan bervariasi

antara varietas. Indel minimal 1 bp hingga puluhan kb

juga diidentifikasi dalam genom padi (Yonemaru et al.,

2014). Berdasarkan latar belakang genetik yang berbeda

antara japonica dan indica, variasi alel RSUS3 antara dua

kelompok varietas diharapkan lebih tinggi.

Dari 48 SNP/indel, mayoritas varian (85,4%)

adalah SNP, tujuh varian merupakan delesi 1 bp dan 3 bp.

Delesi T ditemukan di lokasi yang sama pada sekuen

konsensus RSUS3 (di 219 bp) di intron dari tiga varietas

padi japonica yaitu Samnam, Hwaseong, dan

Hwacheong. Ilpum menunjukkan delesi T di wilayah

upstream dari gen (pada posisi 260 bp) dan delesi A

ditemukan di intron pada 2.058 bp. Sementara delesi CTC

ditunjukkan oleh Hwaseong dan Hwacheong di intron

pada posisi 1.255-1.257 bp.

Jumlah variasi SNP/indel menunjukkan perbedaan

dalam ekson dan intron. Sebanyak 27 dan 20 SNP/indel

diamati masing-masing dalam intron dan ekson. Beberapa

SNP terdeteksi dalam varietas tertentu, sementara yang

lain ada pada situs yang sama dari varietas yang berbeda.

Alel C yang terletak di 2.233 bp dari ekson Nipponbare

RSUS3 telah berubah ke T alel pada dua varietas,

Hwaseong dan Hwacheong. Dalam intron, alel T dan alel,

masing-masing terletak pada posisi 1.454 dan 3.994 bp

dari sekuen konsensus RSUS3 di Nipponbare ternyata

telah berubah ke G di Hwaseong dan Hwacheong.

Sejumlah SNP yang ditemukan dalam studi ini

merupakan sumber berharga sebagai marka molekuler.

Marka fungsional berbasis SNP dapat dikembangkan dari

SNP berasal dari ekson gen RSUS3 berdasarkan analisis

asosiasi alel SNP dengan fenotip yang yang diinginkan,

dan dapat sebagi marker-assisted selection (MAS) dalam

program pemuliaan padi. Marka molekuler berdasarkan

variasi DNA dalam intron juga penting untuk membantu

pemetaan genetik dan fisik, studi evolusi, analisis

keragaman genetik, dan studi genetik lainnya (Lestari &

Koh, 2013; Badoni, et al., 2016).

Berdasarkan tipe mutasi, SNP dapat dibedakan

berdasarkan pola perubahan basa yang diklasifikasikan ke

dalam transisi dan transversi. Transisi SNP didefinisikan

sebagai perubahan dari SNP alel A/T dan T/C dan

sebaliknya. Transversi SNP adalah perubahan dari SNP

alel A/T, G/C, A/C dan G/T, dan sebaliknya. Mayoritas

jenis SNP yang diamati pada RSUS3 diantara lima

varietas japonica adalah transisi (83%) dan sisanya 17%

adalah transversi, dengan rasio 4,88:1. Transversi yang

biasanya ditemukan dalam lima varietas padi japonica

dalam penelitian ini adalah T/G, C/A, A/T dan T/A.

Sementara transisi menunjukkan perubahan yang lebih

variabel bi-alel, yaitu T/C dan sebaliknya, A/G dan

sebaliknya, A/T, dan sebaliknya, dan T/G. Perubahan

T/C, paling banyak ditemukan di RSUS3. Hasil

sekuensing menunjukkan rasio tinggi transisi dan

transversi yang merefleksikan tingkat mutasi gen RSUS3

(Van et al., 2013; Yang et al., 2003).

Page 5: VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM …

PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner”

Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK)

Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017

Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 46

available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/

Variasi nukleotida dari RSUS3 antara lima varietas

japonica menunjukkan adanya pola polimorfisme yang

sama di beberapa varietas, dan karenanya, haplotipenya

dapat diidentifikasi. Kesamaan pola polimorfisme

SNP/indel di situs yang sama di beberapa varietas

menunjukkan bahwa Samkwang secara genetik dekat

dengan Ilpum, sementara Hwaseong terdekat dengan

Hwacheong. Namun, Samnam tampaknya berbeda dari

empat varietas lain (Gambar 1). Jadi varian di RSUS3

dapat memberikan informasi penting tentang kekerabatan

genetik antara varietas padi japonica. SNP/indel

diidentifikasi di RSUS3 dari penelitian ini juga dapat

digunakan sebagai kandidat dalam mengembangkan

penanda molekuler penting bagi berbagai penelitian

genetik dan aplikasinya dalam program pemuliaan padi.

KESIMPULAN

Sekuen konsensus RSUS3 dari Samkwang

memiliki panjang yang sama dengan sekuen rujukan

Nipponbare (6.286 bp), diikuti oleh Samnam (6.285 bp)

dan Ilpum ( 6.284 bp), sedangkan sekuen RSUS3

Hwacheong dan Hwaseong sama panjangnya (6282 bp).

Jumlah varian tertinggi ditemukan di Ilpum (13 situs), dan

terendah di Samkwang (6 situs). Dari total 48 SNP/indel

yang ditemukan, mayoritas adalah SNP (85,4%).

Sebagian besar variasi terjadi pada intron, dengan rasio

transisi dan transversi adalah 4.88 dan 1. Kedekatan

genetik lima varietas padi japonica dapat diketahui

berdasarkan sekuen total RSUS3.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Hee-

Jong Koh yang telah melakukan supervisi dan

memfasilitasi kegiatan ini di Laboratorium Crops

Molecular Breeding Laboratory, Seoul National

University, South Korea.

DAFTAR RUJUKAN

Badoni, S., Das, S., Sayal, Y.K., Gopalakrishnan, S.,

Singh, A.K., Rao, A.R., Agarwal, P., Parida, S.K.,

& Tyadi, A.K. (2016). Genome-wide generation

and use of informative intron-spanning and intron-

length polymorphism markers for high-throughput

genetic analysis in rice. Scientific Report, 6,

23765.

Ching, A., Caldwell, K.S., Jung, M., Dolan, M., Smith,

O.S., Tingey, S., Morgante, M., & Rafalski, A.

(2003). SNP frequency, haplotype structure and

linkage disequilibrium in elite maize inbred lines.

BMC Genetics, 3, 19.

Hirose, T., Scofield, G.N. & Terao, T. (2008) An

expression analysis profile for the entire sucrose

synthase gene family in rice. Plant Science, 174,

534–543.

Huang, J.W., Chen, J.T., Yu, W.P., Shyur, L.F., Wang,

A.Y., Sung, H.Y., Lee, P.D., & Su, K.C. (1996).

Complete structure of three rice sucrose synthase

isogenes and differential regulation of their

expression. Biosci. Biotechnol. Biochem., 60, 233–

239.

Kishimoto, N., Akagi, H., Satozawa, T., Sakamoto, M.,

Fujimura, T., Higo, K., & Shimada, H. (2001).

Loci of rice sucrose synthase. Rice Genetics

Newsletter, Vol.18.

http://www.shigen.nig.ac.jp/rice/rgn/vol18/c16.ht

ml.

Lestari, P., Lee, G.A., Ham, T.H., Reflinur, Woo, M.O.,

Piao, R.H., Jiang, W.Z., Chu, S.H., Lee, J.H, &

Koh. H.J. (2011). Single nucleotide polymorphism

and haplotype diversity in rice sucrose synthase 3.

Journal of Heredity, 102, 735–746.

Murray, M.G., & Thompson, W.F. (1980). Rapid

isolation of high molecular weight plant DNA.

Nucleic Acids Res., 8, 4321–4325.

Rasmussen, T.B., & Donaldson, I.A. (2006). Investigation

of the endosperm-specific sucrse synthase

promoter from rice using transient expression of

reporter genes in guar seed tissue. Plant Cell Rep.,

25 (10), 1035–1042.

Sambrook, J., &.Russell, D.W. 2001. Molecular cloning:

a laboratory manual. New York: Cold Spring

Harbor Laboratory Press.

Simpson, G. G., & Filipowics, W. (1996). Splicing of

precursors to mRNA in higher plants: mechanism,

regulation, and sub-nuclear organization of the

spliceosomal machinery. Plant Mol. Biol., 32, 1–

41.

Syvanen, A.C. (2001). Accessing genetic variation:

genotyping single nucleotide polymorphism. Nat.

Rev. Genet., 2, 930–942.

Tamura, K., Dudley, J., Nei, M. & Kumar, S. (2007)

MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics

Analysis (MEGA) software version 4.0. Mol. Biol.

Evol., 24, 1596–1599.

Toda, T., & Toriyama, K. (2013). Re-sequencing of

mitochondrial genes in a standard rice cultivar

Nipponbare. Rice, 6, 2.

Wang, H., Sui, X., Guo, J., Wang, Z., Cheng, J., Ma, S.,

Li, X., & Zhang, Z. (2014). Antisense suppression

of cucumber (Cucumis sativus L.) sucrose synthase

3 (CsSUS3) reduces hypoxic stress tolerance.

Plant Cell Environ., 37, 795–810.

Wang, A.Y., Kao, M.H.,.Yang, W.H., Sayion, Y., Liu,

L.F., Lee P.D., & Su. J.C. (1999). Differentially

and developmentally regulated expression of three

rice sucrose synthase genes. Plant Cell Phyisol.,

40, 800–807.

Page 6: VARIASI ALEL PADA SUCROSE SYNTHASE 3 (RSUS3) DALAM …

PROSIDING SEMINAR NASIONAL III TAHUN 2017 “Biologi, Pembelajaran, dan Lingkungan Hidup Perspektif Interdisipliner”

Diselenggarakan oleh Prodi Pendidikan Biologi-FKIP bekerjasama dengan Pusat Studi Lingkungan dan Kependudukan (PSLK)

Universitas Muhammadiyah Malang, tanggal 29 April 2017

Lestari et al., Variasi Alel pada RSUS3 47

available at http://research-report.umm.ac.id/index.php/

Wang Z., Wei, P., Wu, M., Xu, Y., Li, F., Luo, Z., Zhang,

J., Chen, A., Xie, X., Cao, P., Lim, F., & Yang, J.

(2015). Analysis of the sucrose synthase gene

family in tobacco: structure, phylogeny, and

expression patterns. Planta, 242(10), 153–166.

Yonemaru, J.I., Ebana, K., &Yano, M. (2014). Haprice,

an SNP haplotype database and a web tools for

rice. Plant Cell Physiol., 55, e9.

Lestari, P. & Koh, H.J. (2013). Development of new

CAPS/dCAPS and SNAP markers for rice eating

quality. Hayati J. Biosci., 20(1),15–23.

Yang, Z., Ro, S., & Rannala, B. (2003). Likelihood

models of somatic mutation and codon substitution

in cancer genes. Genetics, 165(2), 695–705.

Van, K., Kang, K.J., Han, K.S., Lee, Y.H., Gwag, J.G.,

Moon, J.K., & Lee, S.H. (2013). Genome-wide

SNP discovery in mungbean by Illumina HiSeq.

Theor. Appl. Genet., 126(8), 2017–2027