KARAKTERISASI DAN EKSPRESI GEN ORANGE (CmOR) DALAM AKUMULASI BETA-KAROTEN DAN REGULASI WARNA MESOKARPIUM MELON (Cucumis melo L. 'Melona')

Adib Fakhruddin Yusuf, Prof. Dr. Budi Setiadi Daryono, M.Agr.Sc.

2023 | Tesis | MAGISTER BIOLOGI

Permintaan buah kaya antioksidan tidak selalu dapat diakomodir dengan peningkatan kualitas produk. Melalui upaya pemuliaan, Laboratorium Genetika dan Pemuliaan Fakultas Biologi UGM telah melakukan perbaikan mutu genetik melon. 'Melona' merupakan kultivar hasil pemuliaan dengan kadar beta-karoten tinggi serta memiliki karakter morfologis yang berpotensi menarik minat pasar. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi mengenai profil ekspresi dan karakteristik gen CmOR, hubungan filogenetik protein OR homolog, serta profil beta-karoten pada 'Melona' dibandingkan dengan berbagai genotipe melon. Parameter yang diuji berdasarkan variasi warna mesokarpium dan stadia kematangan buah. Profil ekspresi gen CmOR dieksplorasi dengan instrumen real-time PCR menggunakan metode analisis ekspresi relatif livak. Ekspresi gen CmOR tertinggi diperoleh pada genotipe melon oranye, sedangkan nilai terendah diperoleh pada genotipe melon hijau dan putih. Ekspresi gen CmOR pada melon 'Melona' menempati posisi tertinggi kedua dari seluruh kultivar pembanding. Profil ekspresi CmOR dan konsentrasi beta-karoten berkorelasi positif terhadap stadia kematangan buah 'Melona'. Karakterisasi gen CmOR dianalisis berdasarkan situs polimorfik dan tipe mutasi terkait. Berdasarkan konsensus sequence CmOR, ditemukan 'Golden' SNP pada nukleotida ke-323 yang mengubah asam amino arginin menjadi histidin pada genotipe melon oranye. Delapan mutasi synonymous yang tidak mengubah asam amino dan fenotipe yang diekspresikan. Analisis hubungan filogenetik berdasarkan protein OR homolog menghasilkan hubungan kekerabatan filogenetik yang dekat dengan pengelompokan pada setiap familia dan ordo. Ditemukan CR-domain yang sangat konservatif pada seluruh kultivar dan aksesi spesies tumbuhan. Analisis profil beta-karoten dengan HPLC diperoleh konsentrasi cukup tinggi 5,22 mikrogram/gram pada 'Melona'. Nilai tersebut jauh lebih tinggi dibandingkan dengan genotipe melon hijau dan putih, sehingga berpotensi sebagai sumber antioksidan alternatif yang nyaman untuk dikonsumsi.

Demand for antioxidant-rich fruits cannot always be accommodated by improving product quality. Through breeding efforts, the Laboratory of Genetics and Breeding, Faculty of Biology UGM has improved the genetic quality of melons. 'Melona' is a breeding cultivar with high beta-carotene content and morphological characters that have the potential to attract market interest. This study aims to obtain information on the expression profile and characteristics of the CmOR gene, phylogenetic relationships of homologous OR proteins, and beta-carotene profiles in 'Melona' compared to various melon genotypes. Parameters tested were based on variations in mesocarpium color and fruit maturity stage. CmOR gene expression profile was explored by real-time PCR instrument using livak relative expression analysis method. The highest CmOR gene expression was obtained in orange melon genotypes, while the lowest values were obtained in green and white melon genotypes. The expression of the CmOR gene in 'Melona' melon was the second highest of all comparison cultivars. CmOR expression profile and beta-carotene concentration were positively correlated to the stadia of 'Melona' fruit maturity. Characterization of the CmOR gene was analyzed based on polymorphic sites and associated mutation types. Based on the CmOR consensus sequence, a 'Golden' SNP was found at the 323rd nucleotide that converts the amino acid arginine to histidine in orange melon genotypes. Eight synonymous mutations that did not change the amino acid and phenotype were expressed. Phylogenetic relationship analysis based on homologous OR proteins resulted in a close phylogenetic relationship with clustering in each family and order. Highly conservative CR domains were found in all cultivars and accessions of plant species. Analysis of the beta-carotene profile by HPLC obtained a high concentration of 5.22 microgram/gram in 'Melona'. This value is much higher than the green and white melon genotypes, so it has the potential as a convenient alternative source of antioxidants for consumption.

Kata Kunci : Relative expression, cysteine-rich domain, single nucleotide polymorphism, phylogenetic relationship, high-performance liquid chromatography