5
LAPORAN AKHIR PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI Peningkatan Potensi Produksi Kedelai dengan Transformasi Gen-gen Inorganic Carbon Transporter (ictB), Phosphoenolpyruvate Carboxylase (PEPC) dan Phosphoenolpyruvate Carboxykinase (PCK) Tahun ke-1 dari rencana 3 tahun Oleh: Ketua : Prof.Ir. Liliek Sulistyowati, PhD (NIDN: 0012125508) Anggota : Prof.Dr.Ir Bambang Guritno (NIDN: 0007064501) Mochammad Roviq, SP. MP (NIDN: 0005017503) Dibiayai oleh: Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, Melalui DIPA Universitas Brawijaya Nomor: 023.04.2.414989/2014, Tanggal 5 Desember 2013 dan berdasarkan SK Rektor Univesitas Brawijaya Nomor 157 Tahun 2014 Tanggal 10 April 2014 UNIVERSITAS BRAWIJAYA Oktober 2014

LAPORAN AKHIR PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI · pada siklus Calvin dan gen ictB cyanobacteri pengakumulasi CO 2 dari HCO 3-akan ditransformasi pada kedelai. Penelitian bertujuan

  • Upload
    others

  • View
    11

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

i

LAPORAN AKHIR

PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

Peningkatan Potensi Produksi Kedelai dengan Transformasi

Gen-gen Inorganic Carbon Transporter (ictB),

Phosphoenolpyruvate Carboxylase (PEPC) dan

Phosphoenolpyruvate Carboxykinase (PCK)

Tahun ke-1 dari rencana 3 tahun

Oleh:

Ketua : Prof.Ir. Liliek Sulistyowati, PhD (NIDN: 0012125508)

Anggota : Prof.Dr.Ir Bambang Guritno (NIDN: 0007064501)

Mochammad Roviq, SP. MP (NIDN: 0005017503)

Dibiayai oleh:

Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi,

Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, Melalui DIPA Universitas Brawijaya

Nomor: 023.04.2.414989/2014, Tanggal 5 Desember 2013 dan berdasarkan

SK Rektor Univesitas Brawijaya Nomor 157 Tahun 2014 Tanggal 10 April 2014

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

Oktober 2014

i

ii

RINGKASAN

Upaya peningkatan produksi kedelai nasional melalui teknologi budidaya dan

perluasan lahan tidak mampu membebaskan Indonesia dari impor kedelai yang terus

meningkat selama 5 tahun terakhir. Kendala rendahnya hasil bersih fotosintesis akibat

fotorespirasi pada kedelai sebagai tanaman C3 yang terjadi pada kondisi CO2 rendah dan suhu

tinggi berakibat pada rendahnya pertumbuhan dan hasil biji. Pemuliaan kedelai untuk

meningkatkan laju dan efisiensi fotosintesis menyerupai jalur C4 diharapkan mampu

meningkatkan produktifitasnya hingga 30% lebih tinggi. Gen-gen jalur fotosintesis C4 yaitu

PEPC pemfiksasi CO2, PCK penyedia CO2 pada siklus Calvin dan gen ictB cyanobacteri

pengakumulasi CO2 dari HCO3- akan ditransformasi pada kedelai. Penelitian bertujuan untuk

1) transformasi gen ictB, PEPC dan PCK untuk mengetahui tingkat ekspresi gen-gen tersebut

dalam kedelai 2) Meningkatkan laju fotosintesis melalui transformasi gen ictB, PEPC dan

PCK baik tunggal maupun kombinasi. Seluruh tahapan penelitian tahun pertama sudah

selesai dilakukan yaitu meliputi penanaman kedelai untuk menghasilkan polen, perbanyakan

pCAMBIA1301 pembawa gen PEPC, insersi gen pada polen sebagai vektor melalui

elektroporasi, penyerbukan polen yang telah membawa gen PEPC pada stigma kedelai untuk

menghasilkan biji, tahap pembenihan, evaluasi atau identifikasi keberadaan gen PEPC pada

tanaman yang diharapkan tertransformasi dan perbanyakan benih kedelai transforman (T1 ke

T2).

30

DAFTAR PUSTAKA

Bonfil, D. J., M. Tarazi-Ronen, D. Su¨ltemeyer, J. Lieman-Hurwitz, D. Schatz and A.

Kaplan. 1998. A putative HCO3- transporter in the cyanobacterium Synechococcus sp.

strain PCC 7942. FEBS Lett. 430: 236–240

Cushman, J.C. and H.J. Bohnert . 1999. Crassulacean acid metabolism: Molecular genetics.

Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 50: 305–332

Dittrich, P., W.H. Campbell and C. Black. 1973. Phosphoenolpyruvate carboxykinase in

plants exhibiting Crassulacean acid metabolism. Plant Physiol 52(3): 57–361.

FAO. 2013. http://faostat.fao.org. 30 Mei 2013

G. Dean Price, Murray R. Badger, Fiona J. Woodger and Ben M. Long. 2008. Advances in

understanding the cyanobacterial CO2-concentrating-mechanism (CCM): functional

components, Ci transporters, diversity, genetic regulation and prospects for engineering

into plants. J. Ex. Bot. 59(7):1441-61

Gowik, U., S. Engelmann, O. Bläsing, A. Raghavendra and P. Westhoff. 2006. Evolution of

C4 phosphoenolpyruvate carboxylase in the genus Alternanthera: gene families and the

enzymatic characteristics of the C4 isozyme and its orthologues in C3 and C3/C4

Alternantheras. Planta 223:359–368.

Hatch MD (1987) C4 photosynthesis: a unique blend of modified biochemistry, anatomy and

ultrastructure. Biochim Biophys Acta 895:81–106

Hermans, J. and P. Westhoff. 1992. Homologous genes for the C4 isoform of

phosphoenolpyruvate carboxylase in a C3-and a C4-Flaveria species. Mol Gen Genet

234: 275–284

Kaplan, A., R. Schwarz, J. Lieman-Hurwitz, M. Ronen-Tarazi and L. Reinhold. 1994. The

Molecular Biology of Cyanobacteria, ed. Bryant, D. A. Kluwer, Dordrecht The

Netherlands pp. 469–485

Kementrian Pertanian. 2012. Laporan kinerja Kementrian Pertanian 2011. Kementan. p.47

Kim, D-J., S.M. Smith. 1994. Molecular cloning of cucumber phosphoenolpyruvate

carboxykinase and developmental regulation of gene expression. Plant Mol Biol

26:423–434

Latzko, E. and J. Kelly. 1983. The multi-faceted function of phosphoenolpyruvate

carboxylase in C3 plants. Physiol Vég 21: 805–815

LPPM-UB. 2013. Panduan hibah penelitian unggulan tahap II Universitas Brawijaya. LPPM

UB. p.70

Mamedov, T.G., E.R. Moellering and R. Chollet. 2005. Identification and expression analysis

of two inorganic C- and N-responsive genes encoding novel and distinct molecular

forms of eukaryotic phosphoenolpyruvate carboxylase in the green microalga

Chlamydomonas reinhardtii. Plant J 42: 832–843

Matsuoka, M., R.T. Furbank, H. Fukayama and M. Miyao. 2001. Molecular engineering of

C4 photosynthesis. Plant Mol. Biol. 52:297–314

Melzer, E. and M.H. O’Leary. 1987. Anaplerotic CO2 fixation by phosphoenolpyruvate

carboxylase in C-3 Plants. Plant Physiol 84: 58–60

31

Muhaidat, R., R.F. Sage and N.G. Dengler. 2007. Diversity of Kranz anatomy and

biochemistry in C4 eudicots. Am J Bot 94: 362-381

Omata, T., G. D. Price, M. R. Badger, M. Okamura, S. Gohta, and T. Ogawa. 1999.

Identification of an ATP-binding cassette transporter involved in bicarbonate uptake in

the cyanobacterium Synechococcus sp. strain PCC 7942. PNAS 96(23):13571–13576

Price, G. D., D. Su¨ltemeyer, B. Klughammer, M. Ludwig and M.R. Badger. 1998. The

functioning of the CO2 concentrating mechanism in several cyanobacterial strains: a

review of general physiological characteristics, genes, proteins and recent advances.

Can. J. Bot. 76: 973–1002

Rajagopalan, A.V, M.T. Devi and A.S. Raghavendra. 1994. Molecular biology of C4

phosphoenolpyruvate carboxylase:Structure, regulation and genetic engineering.

Photosynth Res 39: 115–135

Reiskind, J.B. and G. Bowes. 1991. The role of phosphoenolpyruvate carboxykinase in a

marine macroalga with C-4-like photosynthetic characteristics. Proc Natl Acad Sci

USA 88:2883–2887

Sáez-Vásquez, J., M. Raynal and M. Delseny. 1995. A rapeseed cold-inducible transcript

encodes a phoshoenolpyruvate carboxykinase. Plant Physiol 109:611–618

Sánchez, R. and F.J. Cejudo. 2003. Identification and expression analysis of a gene encoding

a bacterial-type phosphoenolpyruvate carboxylase from Arabidopsis and rice. Plant

Physiol 132: 949–957

Schuller, K.A., W.C. Plaxton and D.H. Turpin. 1990. Regulation of phosphoenolpyruvate

carboxylase from the green alga Selenastrum minutum. Properties associated with

replenishment of tricarboxylic acid cycle intermediates during ammonium assimilation.

Plant Physiol 93: 1303–1311

Suzuki, S., N. Murai, J.N. Burnell and M. Arai. 2000. Changes in Photosynthetic Carbon

Flow in Transgenic Rice Plants That Express C4-Type Phosphoenolpyruvate

Carboxykinase from Urochloa panicoides. Plant Physiology 124(1): 163-172

Voznesenskaya, E.V., V.R. Franceschi, S.D.X. Chuong and G.E. Edwards. 2006. Functional

characterization of phosphoenolpyruvate carboxykinase-type C4 leaf anatomy:

immuno-, cytochemical and ultrastructure analyses. Ann Bot 98: 77-91

Walker, R.P., R.M. Acheson, L.I. Técsi, R.C. Leegood. 1997. Phosphoenolpyruvate

carboxykinase in C4 plants: its role and regulation. Aust J Plant Physiol 24:459–468.

Wang, X., U. Gowik, H. Tang H, J. Bowers, P. Westhoff and A. Paterson. 2009. Comparative

genomic analysis of C4 photosynthetic pathway evolution in grasses. Genome Biol

10(6): R68

Winter, K. 1985. Crassulacean acid metabolism. In Photosynthetic Mechanisms and the

Environment, J. Barber and N.R. Baker, Eds. Elsevier Science Publsihers B.V.

(Biomedical Division), Amsterdam/New York/Oxford. pp. 329–387

Yang, S-M., C-Y. Chang, M. Yanagisawa, I. Park, T-H. Tseng, M.S. B. Ku. 2008. Transgenic

Rice Expressing Cyanobacterial Bicarbonate Transporter Exhibited Enhanced

Photosynthesis, Growth and Grain Yield. Photosynthesis. Energy from the Sun. pp.

1243-1246