Pemuliaan Tanaman Menyerbuk Silang

Alasan utama tidak dapat mengadakan pembuahan sendiri : Adanya inkompatibilitas sendiri dan sterilitas jantan Masaknya organ jantan dan betina berbeda, Tanaman berumah satu (monoceous) atau berumah dua (dioceous).

Landasan genetik Heterosigot dan Heterogen Setiap individu dalam populasi berbeda secara genetis Keragaman genetik dalam populasi sangat besar Terjadi silang dalam, depresi silang dalam, heterosis Pengetahuan tentang kesetimbangan genetik (Kesetimbangan Hardy-Weinberg), peran gen, heritabilitas diperlukan untuk memahami metode seleksi tanaman menyerbuk silang

Silang dalam (inbreeding) Persilangan individu yang berkerabat dekat (saudara kandung atau saudara tiri) Persilangan sendiri (selfing) Meningkatnya homosigositas Ekspresi gen-gen resesif merugikan menyebabkan penurunan penampilan (depresi silang dalam) Tingkat depresi silang dalam berbeda pada setiap spesies tanaman

Kegunaan silang dalam Mengurangi frekuensi alel-alel resesif yang merugikan Meningkatkan variabilitas genetik di antara individu dalam suatu populasi Mengembangkan genotip potensial

Heterosis Peningkatan ukuran dan vigor setelah persilangan Heterosis = hybrid vigor, peningkatan ukuran dan vigor yang melebihi tetua atau rata-rata tetua Heterosis merupakan kebalikan dari depresi silang dalam Dasar teori : hipotesis dominan dan hipotesis over dominan Pemanfaatan heterosis : Varietas Hibrida

Hybrid vigor

Kesetimbangan Hardy-Weinberg Frekuensi gen dan genotip pada sebuah populasi kawin acak akan selalu tetap dari generasi ke generasi selama tidak terjadi seleksi, mutasi dan migrasi. Perbaikan sifat  POPULASI  komposisi alel  frekuensi gen  frekuensi genotip Perubahan komposisi genotip dalam populasi  perubahan frekuensi gen Seleksi  meningkatkan frekuensi gen dikehendaki  menurunkan frekuensi gen tak dikehendaki

HWE Assumptions Mating is random. Effects of migration, mutation, selection are negligible.

When the HWE assumptions are met, the frequency of a genotype is equal to the product of the allele frequencies. AA Aa aa p2 2pq q2 P2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1 Secara umum apabila ada N individu dalam populasi kawin acak. Dari populasi tersebut terdapat D individu dominan yang homosigot AA, H individu heterosigot Aa, serta R individu resesif yang homosigot aa **

Demonstrating the H-W principle Genotype frequencies Generation 0 N ∞ A1 A1 , A1 A2 , A2 A2 p2, 2pq, q2 Genotype frequencies do not change from generation to generation ♀ gametes A1 A2 ♂ gametes (p) (q) A2 A2 (q2) A1 A1 (p2) A1 A2 (pq) ♀ ♂ Random mating Zygotes N ∞ A1 A1 , A1 A2 , A2 A2 p2, 2pq, q2 Generation 1

Metode Pemuliaan Tanaman Menyerbuk Silang INTRODUKSI SELEKSI HIBRIDISASI

1. INTRODUKSI Sumber varietas baru Sumber gen yang diperlukan untuk perbaikan sifat Dimasukkan dalam varietas sintetis Digabungkan dengan varietas lokal Variabilitas genetik

2. SELEKSI SELEKSI MASSA (Mass selection) SELEKSI TONGKOL – BARIS (Ear to Row Selection) SELEKSI BERULANG (SB): SB fenotipa (Recurrent Phenotypic Selection) SB untuk Daya Gabung Umum (Recurrent Selection for General Combining Ability) SB untuk Daya Gabung Khusus (Recurrent Selection for Specific Combining Ability) SB timbal balik (Reciprocal Recurrent Selection)

2.1 SELEKSI MASSA Memilih individu dengan sifat yang dikehendaki dari populasi dasar Seleksi didasarkan pada penampakan fenotip Tidak ada kontrol persilangan Tidak ada uji keturunan Mendapatkan frekuensi genotip superior terbesar dalam populasi Menghasilkan varietas bersari bebas (open pollinated varieties)

Efektivitas seleksi massa Tergantung pada ketelitian seleksi Penampakan fenotip = genotip Mudah diukur : kegenjahan, tinggi tanaman, ukuran tongkol Kontrol lingkungan, meningkatkan variabilitas genetik

Keuntungan seleksi massa Mudah dalam pelaksanaan Biaya relatif murah Menekan silang dalam

PROSEDUR SELEKSI Tanam populasi dasar atau populasi campuran Biji dipanen dari tanaman terpilih Ambil biji dari tanaman terpilih dengan jumlah yang sama, kemudian dicampur untuk siklus seleksi berikutnya Untuk mengurangi pengaruh lingkungan dan meningkatkan ketelitian, petak seleksi dibagi dalam blok-blok ukuran kecil Setiap blok dipilih tanaman terbaik dengan jumlah yang sama

2.2 SELEKSI TONGKOL - BARIS Perbaikan dari seleksi massa Seleksi individu tanaman dengan sifat yang dikehendaki Didasarkan pada fenotip Tanpa atau sebagian kontrol persilangan Dilakukan uji keturunan Menghasilkan varietas bersari bebas

Metode seleksi tongkol ke baris x x x x x x - dipilih individu – individu superior (x) x x x x x x → 200 – 300 individu x x x x x x - tanpa / sebagian persilangannya x x x x x x dikontrol - tongkol dari individu terpilih dipanen x x x x x x x x x x x x x x x x - sebagian benih dari tongkol terpilih ditanam, x x x x x x x x sisanya disimpan dan tidak dicampur x x x x x x x x - ditentukan baris-baris terbaik - sisa benih dari baris-baris terbaik ……… dicampur untuk ditanam pada ……... siklus berikutnya ……… - sampai disini telah selesai satu siklus seleksi

Uji Keturunan (Progeny Test) Penilaian suatu genotip berdasarkan penampilan keturunannya yang dihasilkan dari perkawinan tertentu. Pengujian  menilai secara genetik tetua yang akan digunakan dalam program pemuliaan

Prosedur seleksi Pada populasi dasar dipilih tanaman yang superior Tongkol dipanen, sebagian biji ditanam kembali dan sisanya disimpan Biji ditanam dalam baris-baris turunan Ditentukan baris-baris turunan yang baik Sisa biji dari baris-baris turunan terpilih dicampur dengan jumlah yang sama sebagai bahan untuk seleksi berikutnya

Seleksi Berulang Untuk mengumpulkan gen-gen karakter kuantitatif pada populasi tanpa kehilangan variabilitas genetik Meningkatkan frekuensi gen-gen yang diinginkan dalam setiap siklus seleksi

Select superior individuals as parents Develop a population Select superior individuals as parents Evaluate individuals in the population

-Develop population-Pengembangan populasi dasar Populasi dasar merupakan materi awal untuk seleksi berulang yang harus selalu diperbaiki Populasi dasar terbentuk dari persilangan beberapa tetua (genotipe / individu superior) Tetua harus menunjukkan penampilan yang baik tetua potensial. Jumlah tetua  alel-alel berbeda akan meningkat dengan bertambahnya jumlah tetua dan dengan perbedaan genetik dr tetua. Efisiensi seleksi berulang memerlukan tingkat keragaman genetik yang tinggi

Evaluate individuals in the population Seleksi individu dalam populasi disesuaikan dengan tujuan pemuliaan tanaman Seleksi dapat dilakukan sebelum pembungaan, atau sesudah panen Seleksi individu dalam populasi bertujuan meningkatkan genotipa superior di dalam populasi

Select superior individuals as parents Individu terseleksi (genotipe) superior digunakan sebagai tetua untuk membentuk populasi baru sebagai bahan seleksi berikutnya.

Seleksi berulang fenotipa Seleksi didasarkan pada penampilan tetua jantan dan betina Tidak ada uji keturunan Terdapat kontrol persilangan Tujuan : meningkatkan genotipa superior di dalam populasi Varietas yang dihasilkan adalah varietas berserbuk terbuka / bersari bebas Merupakan metoda baku bagi seleksi terarah Dapat disejajarkan dengan seleksi massa pada tanaman menyerbuk sendiri

Evaluasi individu Berdasar pada fenotipaevaluasi fenotipa  individu tanaman Berdasarkan pada penampilan dari turunannya evaluasi genotipa Turunan saudara tiri (half-sib progeny) Turunan saudara kandung (full-sib progeny) Turunan silang diri (selfing)

Prosedur seleksi Suatu populasi ditanam sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk diadakan seleksi secara individu Dipilih individu-individu superior untuk sifat yang diinginkan. Yang lain dihilangkan atau diemaskulasi. Diadakan persilangan di antara individu-individu terpilih

Berikut ini adalah Bagan Seleksi Berulang Fenotipik Hasil silangan dipanen dan bijinya dicampur. Biji hasil silangan → ditanam → diadakan pemilihan individu-individu superior kembali. Demikian seterusnya, sampai diperoleh sifat yang diperbaiki sesuai dengan kriteria seleksi. Berikut ini adalah Bagan Seleksi Berulang Fenotipik

x x x x x x x x Populasi dasar x x x x x x x x - individu superior dipilih (x), x x x x x x x x yang inferior dihilangkan x x x x x x x x - Dibuat persilangan antar indi- vidu superior yang terpilih Biji / Benih - Hasil silangan dipanen (biji dicampur) x x x x x x x x vidu superior yang terpilih - Hasil silangan dipanen (biji dicampur) Biji / Benih - Demikian seterusnya

Efisiensi seleksi Tergantung dari tingkat keragaman genetik dari siklus-siklus sebelumnya Dengan keragaman genetik yang hampir sama antara satu siklus seleksi dengan siklus seleksi sebelumnya, kemajuan seleksi pada siklus-siklus selanjutnya masih dapat diharapkan

Waktu yang diperlukan untuk satu siklus seleksi Satu generasi atau satu musim tanam, bila karakter yang diperbaiki dapat dievaluasi sebelum fase pembungaan. Contoh : Ketahanan penyakit. Dua generasi atau dua musim tanam, bila karakter yang diperbaiki baru dievaluasi setelah panen. Contoh : Kandungan minyak jagung

Prosedur seleksi untuk satu generasi Musim pertama : Tanam populasi dasar, dilakukan inokulasi, Saat fase pembungaan pilih tanaman yang resisten. Kumpulkan serbuk sari dari tanaman yang resisten dengan jumlah yang kira-kira sama untuk setiap tanaman. Pernyerbukan dilakukan terhadap tongkol atau bunga betina tanaman yang resisten. Biji yang dihasilkan dicampur dengan jumlah yang sama untuk membentuk populasi dasar siklus berikutnya. Musim kedua siklus kedua

Prosedur seleksi dua generasi Musim pertama : tanam populasi dasar, lakukan selfing pada setiap individu tanaman (Atau pilih individu superior bila dapat dievaluasi secara langsung) Panen biji setiap individu, sebagian biji di analisis kandungan minyaknya, sebagian lagi disimpan untuk ditanam paga siklus berikutnya Musim kedua : Biji dari individu-individu terpilih ditanam dalam baris-baris turunan Persilangan antar baris-baris turunan pada semua kombinasi (intermated) Biji dipanen dari setiap kombinasi persilangan, ambil biji dengan jumlah yang sama kemudian dicampur  populasi dasar siklus berikutnya

Seleksi berulang untuk daya gabung Daya Gabung Umum (DGU) = General Combining Ability (GCA) = Kemampuan suatu genotipa menunjukkan kemampuan rata-rata keturunan bila disilangkan dengan sejumlah genotipa lain yang dikombinasikan, dapat dimasukkan persilangan sendiri genotipa itu. Daya Gabung Khusus (DGK) = Specific Combining Ability (SCA) = kemampuan suatu kombinasi persilangan untuk menunjukkan penampilan keturunan

Seleksi berulang untuk daya gabung umum Didasarkan pada penampilan fenotipe keturunan  evaluasi genotipa Terdapat kontrol persilangan Terdapat uji keturunan tetua penguji memiliki keragaman genetik yang luas  varietas berserbuk terbuka (open pollinated variety) Penguji harus memiliki sifat yang tidak menonjol untuk karakter yang diperbaiki. Varietas sintetis, galur-galur potensial.

Prosedur : Pada generasi pertama (G 1) menanam populasi dasar dan membuat sejumlah penyerbukan sendiri sehingga dihasilkan sejumlah populasi S1 Pada generasi ke dua (G 2), sebagian biji dari galur-galur S1 ditanam terpisah dalam baris-baris dan sisa bijinya disimpan

Di samping itu juga ditanam populasi tetua penguji Di samping itu juga ditanam populasi tetua penguji. Tetua penguji mempunyai dasar genetik yang luas, misalnya hibrida ganda. Selanjutnya diadakan sejumlah persilangan antara galur- galur S1 tersebut dengan tetua penguji .

Pada generasi ke tiga (G 3) diadakan pemilihan galur S1 berdasarkan uji keturunannya. Biji hasil persilangan pada generasi ke dua ditanam dengan ulangan secukupnya. Galur S1 yang menghasilkan keturunan yang baik dipilih untuk diteruskan pada generasi berikutnya.

Pada generasi ke empat (G 4), sisa biji galur S1 terpilih dicampur dan ditanam. Populasi tanaman ini dibiarkan kawin acak, sehingga terjadi rekombinasi. Setelah dipanen, bijinya dicampur untuk digunakan pada siklus – siklus berikutnya

Bagan Seleksi Berulang Untuk DGU adalah sbb : x x x x x x x x Generasi 1 : G 1 x x x x x x x x - Menanam populasi dasar x x x x x x x x - Penyerbukan sendiri pada x x x x x x x x pada sejumlah individu (x) ↓ sehingga dihasilkan se- Sejumlah S1 jumlah populasi S1

♀ ♂ Generasi 2 x x x x x x x x - Sebagian dari biji galur-galur x x x x x x x x S1 ditanam, kemudian disi – G 2 x x x x x x X x x langkan dengan tetua penguji x x x x x x x x (tetua jantan). - Sisa biji disimpan. x x x x x x Generasi 3 x x x x x x - Biji hasil persilangan ditanam G 3 x x x x x x dengan ulangan secukupnya x x x x x x untuk uji keturunan - Ditentukan galur S1 terpilih berda- sarkan uji keturunan (S1 terpilih penampilan keturunannya baik).

Sisa biji S1 ter- pilih dicampur ↓ Generasi 4 x x x x x x x x - Sisa biji galur S1 terpilih x x x x x x x x ditanam dan dibiarkan ka- G 4 x x x x x x x x win acak, sehingga terjadi x x x x x x x x rekombinasi. ↓ ↓ ↓ ↓ - Biji hasil panen dicampur untuk digunakan pada si – Biji dicampur klus berikutnya (G 1’ ) - Siklus pertama selesai. G 1’

Seleksi berulang untuk daya gabung khusus Tujuan : Mencari kombinasi yang khas dan memperlihatkan perbaikan terbesar dari suatu populasi. Galur murni-galur murni yang lebih baik dapat diturunkan dari populasi tersebut Prosedur seleksi sama dengan seleksi berulang untuk daya gabung umum, kecuali berbeda pada varietas pengujinya Varietas penguji memiliki variabilitas genetik yang sempit galur murni, hibrida silang tunggal Varietas yang dihasilkan : hibrida tunggal, ganda

Seleksi berulang timbal-balik Merupakan gabungan dari SB DGU dan SB DGK Setiap populasi berperan sebagai penguji untuk populasi lainnya  timbal –balik. Dua populasi dasar yang digunakan sebaiknya memperlihatkan diversitas yang cukup besar. Perbaikan populasi dapat diharapkan pada setiap populasi. Perbaikan hibrida (populasi persilangan)perbaikan antar populasi

Seleksi Berulang Timbal Balik Seleksi ini ditujukan untuk perbaikan hibrida. Metodenya merupakan gabungan dari Seleksi berulang untuk DGU dan DGK.

Perbedaannya dengan dua metode seleksi berulang untuk DGU dan metode seleksi berulang untuk DGK ialah pengujinya juga merupakan sebagian dari populasi yang diuji. Artinya, satu populasi merupakan penguji populasi lain, dan sebaliknya → situasinya timbal balik.

Persyaratan : Seleksi berdasarkan keturunan dari tanaman Terdapat kontrol penuh terhadap persilangan Peran gen over dominance, dominan, aditif Terdapat uji keturunan dengan tipe Uji keturunan daya gabung umum dan khusus Varietas yang dibentuk adalah Varietas Perbaikan Hibrida

Hibridisasi Antar varietas atau antar spesies Pemanfaatan heterosis

Persilangan antar varietas atau antar spesies Digunakan untuk menggabungkan gen-gen yang dikehendaki dari beberapa tetua berbeda. Segregasi terjadi pada generasi F1. Diperlukan selfing untuk satu or beberapa generasi agar supaya karakter-karakter yang dikehendaki dalam keadaan homosigot. Beberapa galur yang tidak terpilih seringkali diperlukan untuk menyimpan vigor yang hilang selama silang dalam.