Judul: Variasi Gen Penyandi Enzim Biosintesis Lignin Tanaman Monokotil dan Karakterisasi Gen COMT pada Sorgum (Sorghum bicolor L. Moench)
Abstrak: VINCENTIA ESTI WINDIASTRI. Variasi Gen Penyandi Enzim Biosintesa Lignin Tanaman Monokotil dan Karakterisasi Gen COMT pada Sorgum (Sorghum bicolor L. Moench). Dibimbing oleh SINTHO WAHYUNING ARDIE dan SATYA NUGROHO. Lignin adalah bahan alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan mentah, di antaranya dalam industri papan partikel, kesehatan, dan bioenergi. Peningkatan produksi lignin mendorong tersedianya sumber lignin terbaharukan dan ramah lingkungan. Sorgum (Sorghum bicolor L. Moench) berpotensi digunakan sebagai sumber biomassa untuk produksi lignin. Produksi lignoselulosa dari sorgum per tahunnya mencapai 19-47 ton/ha. Meskipun demikian, untuk memanfaatan sorgum sebagai sumber lignin secara optimal diperlukan peningkatan kandungan total lignin pada tanaman sorgum. Rekayasa genetika dalam modifikasi kandungan lignin dapat menjadi jawaban. Namun, informasi mengenai gen biosintesis lignin pada sorgum masih terbatas. Penelitian ini bertujuan memperoleh informasi protein biosintesis lignin pada tanaman monokotil menggunakan pendekatan analisis in silico dan mengkarakterisasi gen penyandi enzim COMT (Caffeic acid O methyltransferase) pada sorgum. Analisis bioinformatika mengenai protein biosintesis lignin telah dilakukan menggunakan beberapa program bioinformatika; BLAST, Mega-X, Conserved Domain Database, InterPro, dan MEME. Analisis in silico yang dilakukan menggambarkan bahwa protein biosintesis lignin dari tanaman-tanaman monokotil membentuk klaster yang searah dengan arah divergensi taksonomi tanaman monokotil. Protein lignin dari sorgum mengelompok bersama Mischanthus, tebu dan jagung. Pohon kekerabatan protein COMT menghasilkan nilai bootstrap tertinggi untuk protein COMT sorgum (97) di antara pohon filogeni protein-protein yang lain. Hasil penyejajaran keluarga protein COMT sorgum (XP_002445083.1) dengan protein COMT dari Mischanthus, tebu, jagung dan Arabidopsis thaliana menunjukkan bahwa protein dengan nomor aksesi GenBank XP_002445083.1 mempunyai karakter fungsional yang saling mirip, sehingga dapat diduga bahwa XP_002445083.1 adalah protein penyandi COMT pada sorgum. Gen Bmr12 (BROWN MIDRIB12) diperkirakan mempunyai fungsi dalam penentuan kandungan total lignin pada sorgum karena mutasi gen bmr12 menyebabkan kandungan total lignin tanaman mutan tereduksi. Percobaan ini bertujuan untuk mengidentifikasi variasi basa (single nucleotide polymorphism, SNP) pada coding DNA sequence (CDS) gen Bmr12 dari sorgum dengan kandungan lignin tinggi (aksesi KS, 4182, dan SMM) dan kandungan lignin rendah (aksesi Buleleng Empok, JP, dan Pahat) serta mempelajari pola ekspresi gen Bmr12 pada kedua kelompok sorgum tersebut. Gen Bmr12 berhasil di isolasi dari cDNA enam aksesi sorgum dengan panjang basa nukleotida 1.089 bp. Penyejajaran gen Bmr12 dari keenam genotipe sorgum dengan sekuen referensi (XM_002445038) menunjukkan terdapat 3 synonymous SNP (pada posisi basa ke-420, 675, 693) dan 3 non-synonymous SNP (pada posisi basa ke-266, 676 dan 905) pada aksesi KS. Ekspresi relatif gen Bmr12 pada daun sorgum di stadia heading menunjukkan ekspresi tertinggi pada aksesi 4183A, yaitu 25,59 kali lipat dari ekspresi aksesi Pahat. Ketiga aksesi lainnya, SMM, Buleleng Empok, JP mempunyai pola ekspresi yang hampir sama (11,36; 12,38; 14,57 kali lipat) dan KS sebesar 4,77 kali lipat., VINCENTIA ESTI WINDIASTRI. Variation of Genes Encoding Lignin Biosynthetic Enzymes in Monocots and Characterization of the COMT Gene in Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). Supervised by SINTHO WAHYUNING ARDIE and SATYA NUGROHO. As one of the natural products, lignin can be utilized as raw materials for industries, biofuel, and bioenergy. With the increasing demand for lignin, it is important to find a renewable and environmentally friendly source to produce lignin. Sorghum has the potential to be
Keyword: COMT, in silico, lignin biosynthetic protein, sorghum, total lignin content