TESIS

FILOGEOGRAFI DAN KARAKTER MOLEKULER ISOLAT Papaya ringspot virus (PRSV) DI PULAU BALI

BERDASARKAN GEN CP DAN HCPro

IRSAN NUHANTORO

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR 2017

i

TESIS

FILOGEOGRAFI DAN KARAKTER MOLEKULER ISOLAT Papaya ringspot virus (PRSV) DI PULAU BALI

BERDASARKAN GEN CP DAN HCPro

IRSAN NUHANTORO NIM : 1390861012

PROGRAM MAGISTER

PROGRAM STUDI BIOTEKNOLOGI PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR

2017

ii

FILOGEOGRAFI DAN KARAKTER MOLEKULER ISOLAT Papaya ringspot virus (PRSV) DI PULAU BALI

BERDASARKAN GEN CP DAN HCPro

Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister

pada Program Magister, Program Studi Bioteknologi Pertanian,

Fakultas Pertanian, Universitas Udayana

IRSAN NUHANTORO

NIM : 1390861012

PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI BIOTEKNOLOGI PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR 2017

iii

Lembar Pegesahan

TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA

TANGGAL : 18 Mei 2017

Pembimbing I, Pembimbing II,

Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P. Dr. Ir. I Dewa Nyoman Nyana, M.Si. NIP. 19621009 198803 1 002 NIP. 19540220 198503 1 001

Mengetahui

Ketua Program Studi Bioteknologi Pertanian Dekan Fakultas Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Udayana Universitas Udayana,

Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P. Prof. Dr. Ir. I Nyoman Rai, MS. NIP. 19621009 198803 1 002 NIP. 19630515 198803 1 001

iv

Tesis Ini Telah Diuji pada

Tanggal : 18 Mei 2017

Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor

Universitas Udayana No. 231/UN14.2.6/PD/2017

Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana

No : 231/UN14.2.6/PD/2017

Tanggal : 16 Mei 2017

Panitia Penguji Tesis adalah:

Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P.

Anggota:

1. Dr. Ir. I Dewa Nyoman Nyana, M.Si.

2. Prof. Dr. Ir. Made Sudana, M.S.

3. Dr. G.N. Alit Susanta Wirya, S.P., M.Agr.

4. Dr. Putu Sudiarta, S.P., M.Si.

v

SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Irsan Nuhantoro

NIM : 1390861009

Program studi : Bioteknologi Pertanian

Judul Tesis : Filogeografi dan Karakter Molekuler Isolat Papaya ringspot

virus (PRSV) di Pulau Bali Berdasarkan Gen CP dan HCPro

Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah tesis ini bebas plagiat. Apabila

dikemudian hari terbukti plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia

menerima sanksi sesuai peraturan Mendiknas RI No. 17 Tahun 2010 dan Peraturan

Perundang-undangan yang berlaku.

Denpasar, 15 Juni 2017 Yang membuat pernyataan

(Irsan Nuhantoro)

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa yang

telah melimpahkan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul: ”Filogeografi dan Karakter Molekuler Papaya ringspot virus (PRSV) di Pulau Bali Berdasarkan Gen CP dan HCPro”.

Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Pertanian pada program studi Bioteknologi Pertanian Universitas Udayana. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih dengan rasa tulus kepada Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P. dan Dr. Ir. I Dewa Nyoman Nyana, M.Si. selaku dosen pembimbing yang senantiasa sabar memberikan bimbingan, masukan, dan saran-saran kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis tujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp.PD., KEMD dan Bapak Dekan Fakultas Pertanian, Universitas Udayana Prof. Dr. Ir. I Nyoman Rai, M.S., Kepala Badan Karantina Pertanian Ir. Banun Harpini, M.Sc., Kepala Pusat Karantina Tumbuhan Dr. Ir. Antarjo Dikin, M.Sc., dan Kepala Balai Karantina Pertanian Kelas I Denpasar Drh. Saiful Muhtadin, MM. yang telah memberikan izin belajar kepada Penulis. Penulis sangat berterima kasih kepada rekan-rekan di Laboratorium BKP Kelas I Denpasar; Febri, Shinta, Diyah, Patah Munir (Alm), Nurma, Nisa dan rekan-rekan yang tidak dapat disebut satu-persatu atas bantuan selama melakukan penelitian di Laboratorium BKP Kelas I Denpasar. Staf Bioteknologi Pertanian Ni Made Intan M., keluarga besar Bioteknologi Pertanian angkatan 2013, terimakasih atas kebersamaan dan semangatnya selama kuliah. Seluruh dosen Bioteknologi Pertanian, terima kasih juga untuk seluruh pihak dan teman-teman yang telah berkonstribusi dalam penulisan tesis ini, mohon maaf jika ada beberapa pihak yang belum disebutkan.

Penulis menyampaikan rasa hormat dan terimakasih untuk Ayahanda Sutarjo dan Ibunda Sukapti, istriku tercinta Siti Nurbaya, anakku Radithya dan Radya, kakakku Eni dan Mas Hendro, adikku Ervi dan Firdaus serta keponakanku Ami, Ira dan Dimas, atas segala doa, curahan kasih sayang, pengertian dan dukungannya kepada penulis.

Penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun sehingga tesis ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Denpasar, Juni 2017

Irsan Nuhantoro

vii

ABSTRAK

FILOGEOGRAFI DAN KARAKTER MOLEKULER ISOLAT Papaya ringspot virus (PRSV) DI PULAU BALI

BERDASARKAN GEN CP DAN HCPro

Pepaya (Carica papaya L.) merupakan salah satu tanaman hortikultura utama di Indonesia. Produksi pepaya dari 2012 sampai tahun 2014 mengalami penurunan. Penyakit tanaman yang dapat menurunkan produksi pepaya secara signifikan yaitu Papaya ringspot virus (PRSV). Laporan pertama insidensi PRSV pada tahun 2012 di Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam dan dilaporkan penyakit ini menyebar dengan cepat. Pada tahun 2013, PRSV dilaporkan di Bali, Sleman, Boyolali dan Medan. Penelitian ini bertujuan mengetahui karakteristik molekuler dan filogenetika PRSV isolat Bali, Sleman, Boyolali dan Medan. Karakter molekuler dan filogentik PRSV isolat Medan, Sleman, Boyolali dan Bali telah diidentifikasi dan dideterminasi. Derajat kesamaan antara isolat PRSV Bali dan Sleman paling tinggi yaitu 99,69 % berdasarkan sekuen HCPro dan 98,7 % berdasarkan sekuen CP. Derajat kesamaan antara empat isolat dengan beberapa isolat PRSV negara lain yaitu diatas 81,23 %. Derajat kesamaan menunjukkan bahwa virus yang berasosiasi dengan gejala infeksi patogen pada tanaman pepaya di Medan, Sleman, Boyolali dan Bali adalah virus PRSV tipe P. Berdasarkan sekuen HCPro empat isolat memiliki derajat kesamaan tertinggi dengan isolat PRSV Vietnam. Karakter molekuler berdasarkan sekuen HCPro memberikan derajat kesamaan lebih tinggi antara isolat, dapat digunakan untuk mempelajari filogenetika dan asal usul PRSV. Kata kunci: CP, HCPro, karakter molekuler, pepaya, PRSV.

viii

ABSTRACT

PHYLOGEOGRAPHY AND MOLECULAR CHARACTER OF Papaya ringspot virus (PRSV) BALI ISOLATE BASED ON

CP AND HCPro GENE

Papaya (Carica papaya L.) is one of major horticultural crop in Indonesia. The production of papaya fruit decrease from 2012 to 2014. Papaya ringspot virus (PRSV) was plant disease can decrease significantly of the papaya production. The first report incidence of this pest was in 2012 at Nanggroe Aceh Darussalam and reported spreading rapidly. In 2013, the PRSV was reported in Bali, Sleman, Boyolali and Medan. This study aims was to determine the molecular characterization and phylogenetic of PRSV isolates from Bali, Sleman, Boyolali and Medan. Molecular characterization and phylogenetic of PRSV isolates has succeeded indentifiying and determine. Homology between PRSV Bali and Sleman isolates have the higest among the other isolates. The degree of similiarity between PRSV Bali and Sleman isolates was 99,69 % based on the HCPro sequence and 98,7 % based on CP sequence. The degree of similiarity between four PRSV isolates with some isolates from other country above 81,23 %. This indicates that the plant virus associated with symptoms of pathogen infection in papaya plants at Bali, Sleman, Boyolali and Medan was PRSV type P. Based on PRSV HCPro sequence all fourth PRSV isolates from Indonesia have a higest homology with PRSV isolate from Vietnam. Molecular characterization based on HCPro sequence provide higher degree of similiarity, can use on phylogenetic study and study origin of PRSV. Key words: CP, HCPro, molecular character, papaya, PRSV.

ix

RINGKASAN

Pepaya (Carica papaya L.) termasuk tanaman hortikultura utama di

Indonesia Produksi pepaya dari tahun ke tahun mengalami penurunan. Salah satu

penyebab penurunan produksi yaitu serangan hama dan penyakit. Patogen tanaman

yang dapat menurunkan produksi pepaya secara signifikan yaitu Papaya ringspot

virus (PRSV). Insidensi PRSV di Indonesia dilaporkan pertama kali pada tahun

2012 di Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam dan penyakit ini menyebar dengan

cepat. Pada tahun yang sama PRSV juga dilaporkan menginfeksi tanaman pepaya

di Sleman dan tahun 2013 PRSV juga ditemukan di Bali. Sehingga perlu dilakukan

penelitian lebih lanjut tentang isolat virus PRSV yang dideteksi di pulau Bali guna

mengetahui karakteristik molekuler dan filogenetik PRSV untuk mempelajari pola

penyebaran PRSV yang menginfeksi tanaman pepaya di Pulau Bali.

Penelitian ini bertujuan mengetahui karakter molekuler dan filogenetik

PRSV untuk mempelajari pola penyebaran PRSV yang menginfeksi tanaman

pepaya di Pulau Bali. Penelitian menggunakan empat isolat PRSV yaitu isolat

Medan, Sleman, Boyolali dan Bali. Penelitian dilakukan dengan mengamati gejala

penyakit yang berasosiasi dengan tanaman pepaya. Gejala yang diamati dari

tanaman pepaya terinfeksi PRSV yaitu daun mengalami klorosis, terbentuk mosaik

kekuningan, bercak minyak pada tangkai daun dan bercak cincin pada buah. Variasi

gejala yang timbul dikarenakan virulensi dari isolat PRSV Bali, Sleman, Boyolali

dan Medan berbeda, perbedaan varietas tanaman pepaya serta perbedaan respon

tanaman pepaya terhadap infeksi patogen.

x

Penelitian telah berhasil mengidentifikasi karakter molekuler gen CP dan

HCPro isolat PRSV Bali, Sleman, Boyolali dan Medan. Derajat kesamaan antara

isolat PRSV Bali dan Sleman paling tinggi yaitu 99,69 % berdasarkan sekuen

HCPro dan 98,7 % berdasarkan sekuen CP. Tingkat kekerabatan secara genetik

yang tinggi antara isolat PRSV Bali dan Sleman juga menunjukkan gejala yang

ditimbulkan akibat infeksi PRSV pada tanaman pepaya hampir sama. Derajat

kesamaan antara isolat PRSV Bali, Sleman, Boyolali dan Medan yaitu 89,61 % -

98,37 % berdasarkan sekuen CP dan 99,50 % - 99,96 % berdasarkan sekuen HCPro.

Hasil ini menunjukkan bahwa empat isolat PRSV memiliki kekerabatan yang

tinggi. Konstruksi pohon filogeni berdasarkan sekuen CP didapatkan bahwa empat

isolat merupakan paraphyletic dari sekuen isolat PRSV Aceh, empat isolat

membentuk satu cabang dengan isolat PRSV Aceh dan terpisah dari group PRSV

beberapa negara lain.

Derajat kesamaan antara empat isolat dengan beberapa isolat PRSV negara

lain yaitu berkisar antara 81,23 % - 91,56 % berdasarkan sekuen CP dan 87,56 % -

92,27 % berdasarkan sekuen HCPro. Derajat kesamaan menunjukkan bahwa virus

yang berasosiasi dengan gejala infeksi patogen pada tanaman pepaya di Medan,

Sleman, Boyolali dan Bali adalah virus PRSV tipe P, yang memiliki kemungkinan

bukan merupakan mutasi dari PRSV tipe W yang menginfeksi tanaman Cucurbits

di Indonesia. Berdasarkan sekuen HCPro empat isolat memiliki derajat kesamaan

tertinggi dengan isolat PRSV Vietnam yaitu 92,08 % - 92,27 %.

Homologi berdasarkan sekuen HCPro memiliki presentase yang lebih tinggi

dibandingkan berdasarkan sekuen CP serta dapat menunjukan dengan baik bahwa

x xi

isolat PRSV yang menginfeksi tanaman pepaya di Indonesia adalah tipe P dan

bukan merupakan mutasi dari PRSV tipe W lokal. Pohon filogeni yang dikonstruksi

berdasarkan sekuen HCPro menunjukan bahwa empat isolat parapyletic dengan

isolat PRSV Vietnam dan Taiwan dan membentuk satu group yang terpisah dari

isolat PRSV negara lain. Sekuen HCPro empat isolat PRSV Indonesia memiliki

derajat kesamaan lebih tinggi dengan isolat PRSV Vietnam dibandingkan dengan

isolat PRSV Taiwan. Namun berdasarkan derajat kesamaan hasil translasi asam

amino gen HCPro isolat PRSV Vietnam dan Taiwan dengan empat isolat adalah

sama yaitu 97,76 % dan 98,5 %. Penggunaan karakter molekuler berdasarkan

sekuen HCPro memberikan derajat kesamaan lebih tinggi antara isolat, dapat

mengambarkan penyebaran dan asal usul PRSV.