Potensi Genetik Ciplukan (Physalis Angulata.) Lokal Jawa Timur Berdasarkan Karakter Morfo-Agronomis dan Marka SSR

Sa’diyah, Halimatus and Prof. Ir. Sumeru Ashari,, M.Agr.Sc., Ph.D and Dr. Budi Waluyo,, S.P., M.P. and Dr. Ir. Andy Soegianto,, CESA (2021) Potensi Genetik Ciplukan (Physalis Angulata.) Lokal Jawa Timur Berdasarkan Karakter Morfo-Agronomis dan Marka SSR. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Ciplukan (Physalis angulata) memiliki kandungan obat serta nutrisi tinggi. Saat ini ciplukan merupakan minor crop, belum dibudidayakan secara komersial. Diperlukan usaha pengembangan dan penyediaan kultivar unggul yang dirakit dan/atau diseleksi dari berbagai aksesi plasma nutfah yang tersedia. Potensi genetik suatu spesies sangat bergantung pada ketersediaan keanekaragaman genetik, dan evaluasi keanekaragaman genetik dibutuhkan untuk seleksi tetua secara efektif. Berdasarkan sumber genetik, pemulia dapat memilih populasi dengan jarak yang jauh atau dengan karakteristik yang telah ditentukan sebelumnya. Untuk mengetahui potensi genetik tersebut, dibutuhkan studi tentang jarak dan diversitas genetik. Studi diversitas secara morfologi dan agronomi disarankan untuk analisis keragaman, namun studi ini dapat dipengaruhi oleh lingkungan. Teknologi marka molekuler berdasarkan DNA menyelesaikan keterbatasan evaluasi secara morfologi. Di antara marka molekuler yang efisiensinya tinggi untuk studi plasma nutfah tanaman adalah SSR (Simple Sequences Repeats), karena sifatnya yang polimorfik, kodominan dan tersebar acak dalam genom. Marka SSR juga dapat digunakan untuk memahami hubungan marka dengan karakter morfo-agronomis untuk dimanfaatkan sebagai alat bantu pemuliaan secara inkonvensional. Selain inkonvensional, perakitan varietas dapat secara konvensional melalui seleksi secara langsung terhadap daya hasil atau tidak langsung melalui satu atau beberapa karakter lain yang terkait dengan daya hasil. Indeks seleksi juga perlu untuk seleksi beberapa sifat secara simultan. Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis potensi genetik (keragaman, jarak genetik, diversitas) plasma nutfah P. angulata baik berdasarkan morfo-agronomis maupun SSR; mengetahui ada tidaknya asosiasi antara karakter morfo-agronomis dan SSR; mempelajari heritabilitas dan hubungan antar karakter morfo-agronomis sebagai dasar untuk seleksi. Pengambilan sampel di tiap populasi dilakukan secara convenience sampling pada 6 populasi. Batas tiap populasi ditentukan dengan metode gratikula. Pengamatan morfo-agronomis sebanyak 26 karakter kuantitatif dan 31 karakter kualitatif. Studi molekuler menggunakan 16 marka SSR dari Physalis peruviana. Untuk analisis data, langkah pertama adalah analisis komponen utama untuk memilih karakter yang akan digunakan dalam pengelompokan. Pengelompokan menggunakan metode Unweighted Pair Group Method menggunakan Arithmetic Averages (UPGMA). Sebuah dendrogram dibuat berdasarkan matriks jarak pada data yang telah ditransformasi. Pada analisis asosiasi, menggunakan stepwise multiple-regression analysis, data molekuler sebagai variabel bebas, dan data morfo-agronomis sebagai variabel tak bebas. Sedangkan untuk seleksi, didasarkan pada satu dan dua karakter, serta berdasarkan indeks seleksi. Hasil pengumpulan plasma nutfah, sebanyak 28 dari 33 aksesi merupakan P. angulata, sedangkan 3 spesies lainnya terwakili oleh 1 atau 2 sampel. Ketidakseimbangan jumlah spesies tersebut dapat digunakan sebagai indikasi richness P. angulata. Koefisien keragaman (CV) menunjukkan variasi cukup besar pada karakter morfo-agronomis. Keragaman tertinggi adalah Berat buah per tanaman, menunjukkan bahwa aksesi-aksesi tersebut cukup menjanjikan dalam pemuliaan tanaman untuk meningkatkan daya hasil. Dibandingkan ciplukan lokal Mexico, Ciplukan lokal Jawa Timur memiliki keunggulan kualitas buah yang lebih baik karena ukuran buahnya lebih besar, dan umur simpan lebih lama karena kekerasan buahnya lebih tinggi.Pengelompokan berdasarkan karakter kuantitatif maupun gabungan kuantitatif-kualitatif pada spesies P. angulata, menghasilkan banyaknya grup optimum adalah 4 grup, sedangkan berdasarkan data molekuler pada keempat spesies ciplukan menunjukkan optimal pada 5 grup. Pada pengelompokan berdasarkan data molekuler, spesies yang berbeda masuk dalam grup atau subgrup yang berbeda. Hasil ini juga menunjukkan bahwa marka SSR sangat bermanfaat. Pada ketiga metode pengelompokan, terdapat grup yang berisi aksesi dari dua pulau yang terpisah, menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan signifikan antara aksesi dari Jawa bagian timur dan Madura, meskipun ada isolasi geografis. Kesamaan ini bisa disebabkan oleh migrasi oleh manusia atau karena secara morfologis keduanya memiliki jenis ekologi yang sama. Indeks informasi Shannon, yang mencerminkan sifat heterozigot dari populasi, bervariasi rendah hingga sedang, sedangkan koefisien inbreeding (F) bernilai sangat positif, dengan rata-rata 0.965. Hal ini menunjukkan terjadinya defisiensi heterozigot. Hal tersebut mungkin karena ciplukan ber-reproduksi seksual melalui penyerbukan sendiri (autogami). Informasi tersebut juga mengindikasikan bahwa diversitas ciplukan yang terdeteksi menggunakan marka SSR relatif moderat. Analisis mengggunakan AMOVA menunjukkan keragaman dalam populasi lebih tinggi daripada keragaman antar populasi. Pada studi korelasi dan asosiasi, Berat dan Jumlah buah per tanaman berkorelasi tinggi, dan keduanya berasosiasi signifikan dengan SSR13 dan SSR54, sehingga SSR13 dan SSR54 dapat digunakan dalam seleksi untuk meningkatkan daya hasil pada ciplukan menggunakan metode MAS (Marker Assisted Selection). Karakter Diameter buah dan Lebar calyx juga berkorelasi tinggi, keduanya berasosiasi dengan marka SSR yang sama yaitu SSR13 dan SSR1. Seleksi tunggal menggunakan kriteria seleksi Berat buah per tanaman. Seleksi tunggal dapat diterapkan pada penelitian ini karena tidak ada karakter lain yang berkorelasi tinggi dengan arah negatif terhadap karakter Berat buah per tanaman. Seleksi simultan didasarkan pada dua karakter, Volume buah dan Berat buah per tanaman, untuk mendapatkan aksesi berproduksi tinggi sekaligus berukuran relatif besar. Indeks seleksi ESIM menggunakan 4 kriteria seleksi, didapatkan persamaan sebagai berikut: IS = 0.0421 Kekerasa buah + 0.6082 Bobot buah + 0.3817 Total padatan terlarut + 0.6947 Berat buah per tanaman. Aksesi PBL-PT, SMN-PG(02), MLG-TP(01) merupakan aksesi terpilih berdasarkan ketiga metode seleksi tersebut. Dapat disimpulkan bahwa potensi genetik Ciplukan lokal Jawa timur memiliki keragaman karakter morfo-agronomis sedang hingga tinggi dan diversitas moderat berdasarkan marka SSR. Hal ini mengindikasikan bahwa ciplukan lokal Jawa Timur pada penelitian ini prospektif untuk dimanfaatkan dalam upaya pemuliaan tanaman khususnya untuk meningkatkan daya hasil.

English Abstract

Ciplukan (Physalis angulata) has high medicinal and nutritional content. Currently, ciplukan is a minor crop, it has not been cultivated commercially. Efforts are required to develop and supply superior cultivars that are assembled and / or selected from the various available germplasm accessions. The genetic potential of a species is highly dependent on the availability of genetic diversity, and evaluation of genetic diversity is required for effective parental selection. To determine the genetic potential, studies of distance and genetic diversity are needed. Diversity studies morphologically and agronomically are suggested for diversity analysis, but this study can be influenced by the environment. DNA-based molecular marker technology resolves the limitations of the morphological evaluation. One of the highly efficient molecular markers for the study of plant germplasm is the SSR (Simple Sequences Repeats), due to their polymorphic, codominant and random distribution in the genome. SSR markers can also be used to understand the relationship between markers and morpho-agronomic characters to be used as an unconventional breeding tool. Apart from being unconventional, assembling varieties can be conventionally through direct selection of yields or indirectly through one or several other characteristics related to yield power. The selection index is also necessary for the simultaneous selection of several traits. Based on the description above, this study aims to analyze the genetic potential (variation, genetic distance, diversity) of P. angulata germplasm based on both morpho-agronomic and SSR; knowing whether there is an association between morpho-agronomic characters and SSR; studied heritability and the relationship between morpho-agronomic characters as a basis for selection. Sampling in each of 6 population was carried out by convenience sampling. The boundary of each population is determined by the graticule method. There were 26 quantitative and 31 qualitative of morpho-agronomic characters observed. The molecular study used 16 SSR markers from Physalis peruviana. For data analysis, the first step is principal component analysis to select the characters to be used in clustering. Clustering uses the Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages (UPGMA). A dendrogram is created based on a distance matrix on the transformed data. Association analysis using stepwise multiple- regression, molecular data as independent, and morpho-agronomic data as dependent variables. Selection is based on one and two characters, and based on the selection index. From the collection of germplasm, 28 of the 33 accessions were P. angulata, while the other 3 species were represented by 1 or 2 samples. This imbalance in the number of species can be used as an indication of the richness of P. angulata. The coefficient of variation (CV) shows a fairly large variation in morpho-agronomic characters. The highest diversity was Fruit weight per plant, indicating that these accessions were promising in plant breeding to increase yield. Compared to local Mexican, East Java local ciplukan have the advantages of better fruit quality because of the larger fruit size, and longer shelf life due to higher fruit firmness. Grouping based on quantitative characters and combinations of quantitative- qualitative, resulting that the optimum number of groups is 4 groups, while based on molecular data on the four species of ciplukan show optimal in 5 groups. Grouping based on molecular data, different species belong to different groups or subgroups. Those indicate that the SSR markers are very useful. In the three classification methods, there are groups containing accessions from two separate islands, indicating that there is no significant difference between accessions from xvii eastern Java and Madura, despite geographical isolation. This similarity can be caused by migration by humans or because morphologically they both have the same type of ecology. The Shannon information index, which reflects the heterozygous nature of the population, varies low to moderate, while the inbreeding coefficient (F) is highly positive, with a mean of 0.965. This indicates a heterozygous deficiency. This may be because ciplukan has sexual reproduction through self-pollination (autogamy). This information also indicates that the ciplukan diversity detected using the SSR markers is relatively moderate. Analysis using AMOVA showed that the diversity within populations was higher than that between populations. In the correlation and association study, Weight and Number of fruits per plant were highly correlated, and both were significantly associated with SSR13 and SSR54. The Fruit diameter and Calyx width were also highly correlated, both of which were associated with the same SSR markers, namely SSR13 and SSR1. Single selection is done by using Fruit weight per plant as selection criteria. Single selection can be applied in this study because there are no characters that have a high correlation with a negative direction with Fruit weight per plant. Simultaneous selection is based on two characters, Fruit volume and Fruit weight per plant, to obtain accessions with high yielding and relatively large fruit size. ESIM selection index using 4 selection criteria, obtained the following equation: IS = 0.0421 Fruit hardness + 0.6082 Fruit weight + 0.3817 Total soluble solids + 0.6947 Fruit weight per plant. PBL-PT, SMN-PG (02), MLG-TP (01) accessions are selected accessions based on those three selection methods. It can be concluded that the genetic potential of the local Ciplukan in East Java has moderate to high morpho-agronomic character diversity and moderate diversity based on SSR markers. This indicates that the ciplukan in this study is prospective to be used in plant breeding efforts, especially to increase yield.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	0621040003
Subjects:	600 Technology (Applied sciences) > 660 Chemical engineering and related technologies > 660.6 Biotechnology
Divisions:	S2/S3 > Doktor Ilmu Pertanian, Fakultas Pertanian
Depositing User:	Nur Cholis
Date Deposited:	25 Jul 2022 02:52
Last Modified:	25 Jul 2022 02:52
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/192591

Text (DALAM MASA EMBARGO) Halimatus Sadiyah.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2023. Download (6MB)

Actions (login required)

View Item