Judul: Genetic Mapping and Identification of Drought Tolerance Genes in Rice
Abstrak: Respon toleransi kekeringan pada tanaman padi merupakan sifat kompleks hasil kontribusi dari berbagai karakter agromorfofisiologi yang dikendalikan oleh sejumlah gen dan diwariskan secara kuantitatif sebagai quantitative trait loci (QTL). Eksplorasi QTL untuk sifat toleransi kekeringan menggunakan sumber daya genetik baru dapat bermanfaat untuk mempelajari mekanisme yang mendasari sifat tersebut. Penelitian ini menggunakan populasi recombinant inbred line (RIL) padi keturunan F9 silangan IR64 × Hawara Bunar sebagai sumber daya genetik baru untuk melakukan pemetaan QTL dan identifikasi gen yang bertanggung jawab pada toleransi cekaman kekeringan terkait sifat agromorfofisiologi pada tanaman padi. Studi genetik diawali dengan melakukan sekuensing genom 90 padi RIL berikut kedua tetuanya. Identifikasi marka SNP dan konstruksi peta genetik pada 12 kromosom padi dilakukan sebagai karakterisasi genotipe. Karakterisasi fenotipe secara paralel dilakukan untuk karakter morfofisiologi dan agrofisiologi pada percobaan yang berbeda. Karakter morfofisiologi terkait toleransi cekaman kekeringan diamati secara simultan pada fase vegetatif di dalam rumah kaca menggunakan sistem pemrosesan morfometri dan instrumen Li-Cor 6400. Karakterisasi fenotipe juga dilakukan pada karakter agrofisiologi fase reproduktif yang dilakukan pada kondisi lapangan. Asosiasi genotipe-fenotipe berbasis populasi bi-parental dilakukan sebagai upaya dalam menentukan daerah QTL dan mengidentifikasi gen untuk karakter terkait toleransi kekeringan pada tanaman padi. Tingkat ekspresi gen-gen di dalam daerah QTL tersebut selanjutnya dikuantifikasi berdasarkan meta-analisis transkriptom. Gen responsif kekeringan mayor juga diidentifikasi berdasarkan meta-analisis transkriptom. Peta genetik yang digunakan untuk analisis QTL dikonstruksi dari marka hasil sekuensing. Genom 90 galur populasi RIL beserta kedua tetuanya disekuen menggunakan teknik genotyping-by-sequencing dan dihasilkan 30,3 juta basa dengan kualitas baik. Total sebanyak 4 juta marka SNP dihasilkan dari pensejajaran sekuen genom RIL beserta tetuanya. Marka tersebut diseleksi sehingga diperoleh 55.205 SNP berkualitas tinggi. Peta genetik sepanjang 1980 cM dengan kerapatan rata-rata sebesar 2,27 cM pada 12 kromosom tanaman padi telah berhasil dikonstruksi menggunakan 55.205 marka SNP, yang diwakili oleh 873 marka BIN. Peta genetik berikut dengan informasi konstitusi genetik dari setiap galur populasi RIL pada tahap ini selanjutnya digunakan untuk analisis QTL. Analisis QTL untuk karakter morfofisiologi dan agrofisiologi tanaman padi masing-masing dilakukan pada fase vegetatif dan reproduktif di bawah kondisi cekaman kekeringan. Karakter morfologi yang diamati yaitu luas daun, jumlah daun, panjang tajuk dan akar, berikut nilai rasionya. Karakter fisiologi yang diamati yaitu terkait fotosintesis, transpirasi, konduktansi stomata, CO2 interseluler, efisiensi penggunaan air, suhu tajuk, dan parameter Ball-Berry. Karakter agronomi yang diamati yaitu terkait hasil dan komponen hasil, yang meliputi jumlah malai, jumlah anakan, dan tinggi tanaman. Karakter agromorfofisiologi dianalisis dari pengamatan langsung pada kondisi kontrol dan cekaman kekeringan, berikut dengan karakter kondisional yang diperoleh dari perhitungan lima indeks toleransi, menghasilkan 175 kombinasi karakter morfofisiologi dan 147 kombinasi karakter agrofisiologi. Analisis pemetaan interval komposit berhasil mendeteksi 159 QTL untuk karakter morfofisiologi di dalam 52 daerah pada 12 kromosom tanaman padi. Sebanyak 4 QTL hotspot dan 1 QTL mayor untuk karakter morfofisiologi terpetakan pada kromosom padi nomor 1, 4 dan 11. Total 154 QTL untuk karakter agrofisiologi yang teridentifikasi, terdistribusi pada 66 daerah di dalam 12 kromosom padi. Satu daerah QTL hotspot berasosiasi dengan sejumlah karakter agrofisiologi toleransi kekeringan berhasil dipetakan pada kromosom nomor 8. Profil ekspresi pada gen-gen di dalam daerah QTL untuk karakter
Keyword: genotyping-by-sequencing, quantitative trait loci, recombinant inbred line, single nucleotide polymorphism, transcriptomics