KERAGAMAN GENETIK, STRUKTUR POPULASI, DAN HUBUNGAN KEKERABATAN Bambusa spp. DI PULAU SULAWESI DAN SEKITARNYA

ALIN LIANA, Dr. Budi Setiadi Daryono, M.Agr.Sc.; Prof. Dr. Issirep Sumardi; Dr. Purnomo, M.S.

2017 | Disertasi | S3 Ilmu Biologi

Bambu merupakan komponen penting bagi hutan dan ekosistem tropis di dunia. Meskipun keberadaan bambu penting secara ekologis dan ekonomis, namun pengetahuan dasar tentang genetika dan taksonomi bambu masih sangat terbatas karena siklus hidup vegetatif bambu yang panjang, yaitu berkisar antara 3-120 tahun. Penelitian ini bertujuan untuk mengkoleksi jenis Bambusa, mengidentifikasi keragaman genetik, struktur populasi, dan hubungan kekerabatannya berdasarkan karakter molekular, morfologis, dan anatomis. Sampel Bambusa dikoleksi dari 13 stasiun sampling yang meliputi sembilan stasiun di pulau utama dan empat stasiun di pulau marginal. Hasil eksplorasi diperoleh 47 aksesi Bambusa dan lima aksesi yang direkomendasikan sebagai Bambusa. Aksesi Bambusa yang ditemukan termasuk dalam jenis Bambusa blumeana, B. maculata, B. striata, dan B.vulgaris. Aksesi yang direkomendasikan sebagai Bambusa merupakan jenis kalaeng ohose, talam batu, dan bulo batti. Kajian molekular dilakukan dengan analisis hasil sekuen daerah ITS rDNA terhadap 15 aksesi dan polimorfisme pita SSR terhadap 10 aksesi. Keragaman genetik yang berupa jumlah haplotipe, keragaman haplotipe, jumlah site yang polimorfik, dan keragaman nukleotida dianalisis dengan menggunakan program DnaSP 5.10.01. Jarak genetik (genetic distance) antar spesies dan populasi diamati dengan menggunakan model Kimura 2 parameter. Hubungan filogenetik antar spesies Bambusa dianalisis dengan metode Neighbour Joining (NJ) menggunakan perangkat lunak MEGA6. Data persentase pita SSR yang polimorfik, keragaman genetik (HE), dan Shannon diversity index (S) dianalisis menggunakan software POPGENE versi 1.32. Data morfologis rebung, buluh, pelepah buluh, percabangan, dan daun diperoleh melalui pengamatan dan pengukuran langsung di lapangan dan laboratorium. Analisis hubungan kekerabatan fenetik secara morfologis dilakukan terhadap 57 aksesi berdasarkan 36 karakter, sedangkan analisis hubungan kekerabatan fenetik secara anatomis dilakukan terhadap 10 aksesi berdasarkan 23 karakter pada epidermis daun dan buluh yang diamati menggunakan SEM dan LM. Pendekatan fenetik dilakukan menggunakan analisis klaster dengan metode UPGMA dan PCA, masing-masing menggunakan perangkat lunak MVSP versi 3.1. Hasil sekuen daerah ITS rDNA menghasilkan tujuh aksesi sekuen ITS Tipe I (fungsional) dan delapan aksesi ITS Tipe III (Pseudogen). Analisis keragaman haplotipe (Hd) dan nukleotida (�) hasil sekuen ITS Tipe I diperoleh nilai keragaman haplotipe 1,000 dan keragaman nukleotida 0,198. Hasil tersebut menunjukkan tingginya keragaman genetik Bambusa yang diteliti. Namun demikian, analisis distribusi haplotipe memperlihatkan terjadi pembentukan haplotipe yang berbeda dan semua lokasi jaringan haplotipe menyebar, sehingga gagal menunjukkan pengelompokan antar lokasi geografis yang berbeda. Analisis polimorfisme SSR terhadap aksesi yang tergolong ITS Tipe I menunjukkan prosentase pita polimorfik 57,14%, keragaman genetik pada nilai 0,1993, dan Shannon diversity index sebesar 0,2954. Hasil ini sejalan dengan hasil analisis ITS yang menunjukkan tingginya keragaman genetik Bambusa Sulawesi. Hasil analisis klaster pada data morfologis membentuk dua klaster utama, yang memisahkan Neololeba atra dari kelompok Bambusa. Analisis PCA berdasarkan data morfologis menemukan dua karakter morfologis yaitu duri pada buluh dan bentuk percabangan, yang berperan dalam memisahkan Bambusa blumeana dari Bambusa yang lain. Berdasarkan karakter morfologis direkomendasikan tiga spesies sebagai anggota genus Bambusa, yaitu kalaeng ohose, talam batu, dan bulo batti. Hasil analisis klaster terhadap data anatomis juga membentuk dua klaster utama, klaster pertama terdiri atas Dendrocalamus asper dan Gigantochloa atter, sedangkan seluruh spesies Bambusa berada pada klaster kedua. Analisis PCA berdasarkan data anatomis memperlihatkan pemisahan Bambusa blumeana dari Bambusa yang lain karena ditemukan trikoma peltate hair dan absennya sel silika pada epidermis atas daun. Penemuan trikoma peltate hair ini sekaligus menjadi penemuan pertama jenis trikoma tersebut pada Bambusa.

Bamboo are vital plant of tropical forests and other ecosystems around the world. Although ecologically and economically of bamboos are important, but basic knowledge of genetics and taxonomy of bamboo are limited because of the vegetative growth phase of bamboo varies from 3 years to 120 years. The objectives of this research were to collect a variety of Bambusa, identifying genetic diversity, population structure, and genetic relationships based on the molecular, morphological, and anatomical characters. Bambusa samples were collected from 13 sampling stations covering nine stations on the mainland and four stations on the marginal land. Exploration results obtained 47 accessions of Bambusa and five accessions recommended as Bambusa. Bambusa accessions that have been found are Bambusa blumeana, B. maculata, B. striata, and B. vulgaris. The accessions recommended as Bambusa are kalaeng ohose, talam batu, and bulo batti. Phenetic affinity based on morphological data was conducted on 57 accessions using 36 characters. Molecular studies performed on 15 accessions using ITS rDNA sequences and 10 accessions using SSR. Genetic variation analysis namely the number of haplotypes, haplotype diversity, the number of polymorphic sites, and nucleotide diversity were analyzed by using DnaSP program 5:10:01. The genetic distance between species and populations was observed using Kimura 2 parameter models. The phylogenetic relationships between species Bambusa was analyzed by Neighbour Joining (NJ) using MEGA6 software. Data percentage of polymorphic band, genetic diversity (HE), and Shannon diversity index (S) of SSR were analyzed using POPGENE software version 1:32. Phenetic affinity based on anatomical data was conducted on 10 accessions using 23 characters in the leaf epidermis and culms were observed using SEM and LM. Morphological and anatomical data were subjected to cluster analysis and principal component analysis. The result of the sequence of ITS rDNA regions resulted in seven accessions of ITS Type I (functional) and eight accessions of ITS Type III (Pseudogen). Haplotype diversity (Hd) and nucleotide (�) analysis of ITS Type I sequence results obtained by 1.000 haplotype diversity and 0.198 nucleotide diversity. These results indicate the high genetic diversity of Bambusa under study. However, the haplotype distribution analysis showed the occurrence of different haplotypes and all haplotype network locations spreading, thus failing to showed clustering between different geographic locations. The SSR polymorphism analysis of accession belonging to ITS Type I showed the percentage of polymorphic band 57,14%, genetic diversity at value 0.1993, and Shannon diversity index 0.2954. These results are in line with the ITS results indicating the high genetic diversity of Bambusa Sulawesi. Cluster analysis of morphological data clearly showed two major clusters that separated Neololeba atra from Bambusa. PCA of morphological analysis found two morphological characters that is a thorn in the culm and brances, which plays a role in separating Bambusa blumeana from other Bambusa species. Based on morphological characters this research recommended three species as a member of Bambusa, namely kalaeng ohose, talam batu, and bulo batti. Cluster analysis of anatomical data also showed two major clusters, the first cluster consists of Dendrocalamus asper and Gigantochloa atter, while all species of Bambusa located on another cluster. PCA analysis showed the anatomical separation of Bambusa blumeana from the others Bambusa species because it found peltate hair trichomes and absence of silica cells in the upper epidermis of leaves. The peltate hair trichomes also become the first discovery on Bambusa.

Kata Kunci : Bambusa spp., genetic variability, population structure, genetic relationship, Celebes Island