Eksplorasi Profil Protein yang Terlibat dalam Respons Kekeringan pada Padi Lokal Berpigmen Indonesia Menggunakan Pendekatan Proteomik

Nurmara Salsabila, Prof. Dr. Yekti Asih Purwestri, S.Si., M.Si.; Dr. Tri Rini Nuringtyas, S.Si., M.Sc.

2026 | Tesis | S2 Bioteknologi

Kekeringan merupakan salah satu faktor abiotik utama yang secara signifikan memengaruhi regulasi morfologis, fisiologis, biokimia, dan molekuler pada padi (Oryza sativa L.), tanaman yang sangat bergantung pada ketersediaan air sepanjang fase pertumbuhannya. Kultivar padi berpigmen dilaporkan memiliki potensi toleransi kekeringan yang lebih tinggi dibandingkan kultivar tidak berpigmen, namun kajian integratif yang menghubungkan performa lapangan dengan pendekatan proteomik masih sangat terbatas. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh cekaman kekeringan terhadap karakter agronomis, fisiologis, morfologis, dan profil protein pada kultivar padi lokal berpigmen Indonesia. Sebanyak delapan kultivar ditanam di rumah kaca dan diberi dua taraf perlakuan Fraction of Transpirable Soil Water (FTSW), yaitu FTSW 1 (kontrol) dan FTSW 0,2 (cekaman) selama tiga minggu pada umur 35–56 hari setelah semai (HSS). Analisis karakter fenotipik dilakukan menggunakan uji t independen, dan kultivar yang paling toleran serta paling rentan dipilih untuk analisis LC-HRMS. Data spektrum massa dianalisis dengan pencocokkan dengan basis data UniProt, dilanjutkan dengan analisis multivariat menggunakan PCA dan PLS-DA (MetaboAnalyst 6.0), serta uji t independen untuk mengidentifikasi protein yang diekspresikan secara diferensial.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa cekaman kekeringan menurunkan performa pertumbuhan pada seluruh kultivar yang diuji. Namun, kultivar Hitam Maumere mampu mempertahankan stabilitas karakter agronomis, fisiologis, dan morfologis yang stabil, sedangkan kultivar Cempo Ireng mengalami penurunan yang signifikan disertai respons morfologis yang tidak konsisten. Analisis proteomik mendeteksi 108 protein dimana diantaranya adalah grup protein, yang setara dengan 156 protein individual. Dari jumlah tersebut, 133 protein memiliki anotasi ontologi gen, sedangkan 23 lainnya belum teranotasi. Protein teranotasi tersebut mencakup berbagai kategori ontologi gen, yaitu gen yang terlibat dalam fungsi molekuler, proses biologi, dan komponen sel, baik secara Tunggal maupun kombinatorial. Analisis PCA dan PLS-DA menunjukkan pemisahan profil protein yang jelas antara kultivar toleran dan rentan,  dengan kontribusi utama berasal dari protein-protein dengan nilai Variable Importance in Projection (VIP) > 1. Kultivar Hitam Maumere menunjukkan aktivitas protein responsif kekeringan yang lebih kuat pada berbagai tingkat mekanisme molekuler, sehingga mendukung ketahanan fisiologisnya yang lebih baik. Selain itu, teridentifikasi 33 protein yang belum terkarakterisasi, termasuk tiga protein yang unik pada Hitam Maumere, yang mengindikasikan potensi protein spesifik kultivar yang berpotensi berperan dalam mekanisme toleransi kekeringan.

Drought is one of the major abiotic stresses that significantly affects the morphological, physiological, biochemical, and molecular regulation of rice (Oryza sativa L.), a crop highly dependent on adequate water availability throughout its growth stages. Pigmented rice cultivars have been reported to exhibit a higher potential for drought tolerance compared with non-pigmented cultivars; however, integrative studies linking field performance with proteomic approaches remain limited. This study aimed to evaluate the effects of drought stress on agronomic, physiological, morphological traits, and protein profiles of Indonesian local pigmented rice cultivars. Eight cultivars were grown under greenhouse conditions and subjected to two levels of Fraction of Transpirable Soil Water (FTSW), namely FTSW 1.0 (control) and FTSW 0.2 (drought stress), for three weeks at 35–56 days after sowing (DAS). Phenotypic traits were analyzed using independent t-tests, and the most drought-tolerant and most drought-susceptible cultivars were subsequently selected for LC-HRMS analysis. Mass spectrometry data were processed by matching against the UniProt database, followed by multivariate analyses using PCA and PLS-DA (MetaboAnalyst 6.0), as well as independent t-tests to identify differentially expressed proteins.

The results demonstrated that drought stress reduced growth performance across all tested cultivars. However, the Hitam Maumere cultivar was able to maintain the stability of agronomic, physiological, and morphological traits, whereas Cempo Ireng exhibited a significant decline accompanied by inconsistent morphological responses. Proteomic analysis detected 108 protein entities, including protein groups, corresponding to 156 individual proteins. Of these, 133 proteins were assigned Gene Ontology (GO) annotations, while the remaining 23 proteins were unannotated. The annotated proteins spanned multiple GO categories, including molecular function, biological process, and cellular component, either as single or combinatorial annotations. PCA and PLS-DA analyses revealed a clear separation of protein profiles between drought-tolerant and drought-susceptible cultivars, with major contributions from proteins exhibiting Variable Importance in Projection (VIP) values greater than 1. The Hitam Maumere cultivar displayed stronger drought-responsive protein activity across multiple levels of molecular mechanisms, thereby supporting its superior physiological resilience. Additionally, 33 uncharacterized proteins were identified, including three proteins unique to Hitam Maumere, indicating the presence of cultivar-specific proteins that may play important roles in drought tolerance mechanisms.

Kata Kunci : FTSW, LC-HRMS, Profil Protein, Uncharacterized Proteins