Karakterisasi Fenotipik dan Genotipik Pola Varigata pada Daun Anggrek Dendrobium Burana Green dan Phalaenopsis Sogo Vivien

FEBRI YUDA KURNIAWAN, Prof. Dr. Endang Semiarti, M.S., M.Sc.; Dr. Ir. Aziz Purwantoro, M.Sc.

2023 | Tesis | MAGISTER BIOTEKNOLOGI

Dendrobium Burana Green dan Phalaenopsis Sogo Vivien merupakan anggrek hibrida yang dapat menghasilkan mutan varigata. Varigata dibagi menjadi tipe struktural dan pigmen. Varigata sebagian besar disebabkan oleh mutasi pada gen-gen plastida. Meskipun sudah ada berbagai penelitian terkait varigata pada tanaman lain, penelitian pada anggrek masih cukup terbatas. Penelitian ini bertujuan untuk mengkarakterisasi fenotip varigata pada daun dan mekanisme pembentukannya pada D. Burana Green dan P. Sogo Vivien. Pengamatan morfologi pertumbuhan pucuk daun varigata dilakukan dan dilanjutkan dengan pengamatan anatomi dengan membandingkan zona putih dan hijau, mengukur konsentrasi pigmen klorofil, karotenoid, dan mendeteksi kandungan amilum di antara kedua zona tersebut. Selain itu, analisis polimorfisme dan ekspresi semi-kuantitatif juga dilakukan pada sekuen parsial gen PDS3 dan VAR2. Varigata tepi (tipe 1) merupakan pola dominan pada kedua anggrek. Pola ini ditandai dengan persentase luas area zona putih akan selalu lebih kecil dari zona hijau seiring pertumbuhan daun hingga mencapai kestabilan pola. Berdasarkan struktur anatomi daun, perbedaan zona varigata pada kedua anggrek terletak pada jumlah dan diameter kloroplas. Diameter kloroplas pada zona putih lebih kecil dari pada zona hijau. Diameter kloroplas di zona hijau dua kali lebih besar dari zona putih dengan jumlah empat kali lebih banyak. Zona varigata terbentuk akibat adanya perbedaan pola distribusi kloroplas fungsional pada daun. Konsentrasi klorofil dan karotenoid di zona hijau lebih tinggi dari pada zona putih yang mendukung karakteristik varigata tipe klorofil. Zona hijau memiliki lebih banyak butiran amilum daripada zona putih. Jarak stomata antar zona varigata berbeda dan diduga sebagai karakter pembeda antar zona varigata. Mutasi pada ekson 3 sekuen parsial gen PDS3 dan ekson 1 gen VAR2 diduga menyebabkan pergeseran motif asam amino pada sekuen polipeptida. Hal ini diduga menyebabkan fenomena daun varigata pada kedua anggrek. Ekspresi gen PDS3 dan VAR2 yang lebih tinggi di zona putih disebabkan oleh umpan balik negatif karena konsentrasi pigmen yang rendah dan kloroplas yang tidak berkembang di zona putih.

Dendrobium Burana Green and Phalaenopsis Sogo Vivien is a hybrid orchid which can produce a mutant with foliar variegation phenotype. Variegation can be divided into leaf structural type and pigment-related variegation. Foliar variegation was mostly caused by mutation on plastid genes. Even though there are various studies for foliar variegation on other plants, studies on foliar variegation in orchids are quite limited. This study aimed to characterize the variegated-leaf phenotype and its formation mechanism in D. Burana Green and P. Sogo Vivien. Morphological observations of variegated leaf bud growth were carried out and continued with anatomical observation by comparing the white and green part of the leaf, measured the concentration of chlorophyll pigments, carotenoid, and detecting leaf starch content between both parts. In addition, polymorphism analysis and semi-quantitative expression was also performed on the PDS3 and VAR2 gene partial sequences. A marginal variegated pattern (type 1) is the dominant pattern in both orchids. This pattern is characterized by the percentage area of the white area will always be smaller than the green zone as the leaves grow until it is reach pattern stability. Based on leaf anatomy structure, the difference between variegated sites for both orchids is only in the number and diameter of chloroplasts. Chloroplast diameter within the white part is smaller than green part. Chloroplasts diameter in the green part are two times larger than the white part with four times more in amount. The two parts were formed due to differences in the distribution pattern of functional chloroplasts in the leaves. The concentration of chlorophyll and carotenoid in the green part is higher than the white part, a characteristic of the chlorophyll type variegation. The green parts have more starch grains than the white part. Stomata distance between variegated zones is different and it was suggested as distinctive character between variegated zones. Mutations in the partial sequences of the exon 3 PDS3 gene and exon 1 VAR2 gene are thought to cause a shift in the amino acid motif in the polypeptide sequence. It is suggested to cause the variegated leaf phenomenon in both orchids. The higher expression of PDS3 and VAR2 genes in the white zone was caused by negative feedback for low pigment concentration and undevelop-chloroplasts in the white zone.

Kata Kunci : Anggrek, Gen PDS3, Gen VAR2, Kloroplas, Varigata daun