Judul: Tolerance Mechanisms and Improvement of Sengon  (Falcataria falcata) Tolerant to Gall Rust using Multi-Omics Approach
Abstrak: Sengon (Falcataria falcata (L.) Greuter & R. Rankin) sangat diminati oleh masyarakat karena mudah dibudidayakan serta bernilai ekonomis tinggi. Permintaan kayu sengon mengalami peningkatan setiap tahun, pada tahun 2018 dilaporkan kebutuhan kayu sengon mencapai 3,6 juta m3 . Sementara ketersediaan kayu sengon pada tahun 2018 hanya sebesar 299.829 m3 atau 8,32% dari total permintaan. Salah satu penyebab terjadinya kesenjangan tersebut adalah serangan penyakit karat puru. Penyakit tersebut disebabkan oleh jamur Uromycladium falcatariae yang membuat kerusakan pada kayu sengon hingga kematian tanaman sengon. Upaya pengendalian karat puru dengan cara mekanis, kimia maupun penggunaan agen hayati telah banyak dilakukan namun hasilnya belum memuaskan, sehingga penanaman sengon tahan karat puru sangat menjanjikan. Adanya perkembangan teknologi OMICs dapat mendukung dan mempercepat program pemuliaan sengon toleran terhadap karat puru. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji penerapan teknologi multi-omics untuk mempelajari respons tanaman serta identifikasi gen-gen dan senyawa metabolit yang terkait dalam sistem pertahanan sengon terhadap serangan karat puru, serta pengembangan penanda SNP (Single Nucleotide Polymorphism) untuk menunjang program pemuliaan tanaman sengon (F. falcata) toleran karat puru. Sengon toleran dan intoleran hasil uji progeni digunakan sebagai sampel percobaan pada penelitian ini. Analisis transkriptomik dan metabomik dilakukan menggunakan bibit famili toleran dan intoleran yang diberi perlakuan artificial inoculation dan dievaluasi secara periodik yaitu 7, 21, dan 35 Hari Setelah Inokulasi (HSI), serta 0 HSI atau tanpa inokulasi sebagai kontrol. Hasil analisis transkriptomik sengon menunjukkan bahwa gen yang terekspresi secara signifikan pada famili toleran lebih banyak dibandingkan famili rentan. Gen-gen yang diduga berperan dalam respons pertahanan sengon terhadap penyakit karat puru yaitu Disease tolerance protein RGA2, Leucine Rich Repeat, WRKY transcription factor 40, MLP-like protein 43, Heat shock 70 kDa, Ethylene-responsive transcription factor 7, Helicase-like transcription factor, NAD(P)H-quinone oxidoreductase, Senescence-associated carboxylesterase 101, Probable BOI-related E3 ubiquitin protein ligase 2, Protein ECERIFERUM 1, dan Patatin-like protein 7. Analisis metabolomik berhasil mengidentifikasi 41 senyawa metabolit sekunder pada daun sengon toleran dan intoleran. Sebanyak 2 senyawa spesifik pada tanaman toleran, 8 senyawa spesifik pada tanaman intoleran, dan 31 senyawa ditemukan pada keduanya. Senyawa yang ditemukan didominasi oleh golongan asam amino dan peptida (31%) serta flavonoid (27%). Integrasi data transkrip dan senyawa metabolit sekunder ditemukan adanya dugaan dua tahap respons pertahanan sengon terhadap karat puru, yaitu respons awal dan respons lanjutan. Respons awal melibatkan gen dan senyawa yang berperan dalam biosintesis asam absisat, sementara respons lanjutan melibatkan gen dan senyawa yang berperan dalam biosintesis flavonoid. Sementara, analisis asosiasi penanda SNPs dengan sifat toleransi sengon terhadap karat puru dilakukan menggunakan 15 famili toleran dan 15 famili intoleran berumur 24 bulan setelah tanam. Uji khi kuadrat menunjukkan terdapat empat penanda yang berpengaruh nyata (P<0,05) terhadap toleransi sengon, yaitu primer WRKY40, WRKY11, IAA 1, dan IAA 2. Hasil clustering menggunakan ketiga primer tersebut mengelompokkan 30 sampel famili menjadi tiga kluster. Kluster pertama merupakan famili yang mengalami keparahan serangan ≤ 50% (toleran), kluster kedua merupakan famili dengan keparahan serangan lebih dari 50% hingga kurang dari 80% (intermediet), sementara kluster ketiga merupakan famili dengan keparahan serangan lebih dari 80% (intoleran).
Keyword: gall rust, gene expression, plant defense, secondary metabolite, sengon