BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mayoritas kehilangan hasil cabai merah terjadi akibat serangan patogen penyebab

penyakit tanaman. Salah satu patogen penyebab penyakit penting pada tanaman cabai merah

adalah Cucumber Mosaic Virus (CMV). Pada tingkat serangan tertentu, infeksi CMV dapat

menyebabkan kerugian hasil panen pada tujuh kultivar cabai dari 32 hingga 75% (Sulyo, et al.,

1984 dalam Taufik, 2005) dan menurunkan jumlah buah serta bobot buah tiap tanaman.

Berbagai upaya dapat dilakukan untuk mengendalikan CMV guna menekan angka

kehilangan hasil pada tanaman cabai, antara lain; pemeliharaan dan sanitasi yang baik,

pengendalian vektor virus dengan pestisida, dan penggunaan varietas tahan.

Pemeliharaan dan sanitasi yang baik sering kali belum cukup untuk menekan peluang

terserangnya tanaman terhadap penyakit ini. Pengendalian vektor virus dengan pesitida akan

berpengaruh terhadap kelesatarian lingkungan hidup maupun kualitas tanamam akibat residu

yang ditinggalkannya. Penggunaan varietas tahan dapat menjadi salah satu solusi terbaik, namun

sejauh ini belum ada varietas cabai yang dilaporkan tahan terhadap virus yang menginfeksi cabai

termasuk CMV. Dalam hal ini penambahan agen penginduksi SAR (Systemic Acquired

Resistance) dapat dikembangkan untuk dijadikan alternatif dalam menangani masalah tersebut.

Salah satu agen penginduksi tersebut adalah PGPR (plant growth promoting bacteria).

Beberapa penelitian mengungkapkan bahwa pengaplikasian berbagai jenis PGPR pada

pertanaman dapat mengindukasi ketahanan tanaman melalui systemic acquired resistance yang

dicirikan dengan akumulasi asam salisilat (SA) dan pathogenesis related-protein pada tanaman

(Raupach et al.1996 dan Van Loon et al. 1997). Asam salisilat ini telah terbukti dapat

menghambat genom replikasi tobacco mosaic virus (TMV) pada daun tembakau rentan yang

diinokulasi, sehingga terjadi penundaan gejala sistemik pada semua bagian tanaman.

1

Berdasarkan uraian di atas, maka jealas bahwa ketahanan terimbas (SAR), mekanisme

SAR, dan agen penginduksi SAR yang cocok dan efektif untuk tanaman cabai perlu dipelajari

lebih lanjut guna menekan kehilangan hasil tanaman cabai akibat serangan patogen Cucumber

Mosaic Virus (CMV).

1.2 Tujuan

Makalah ini dibuat agar pembaca mengetahui beberapa hal, yaitu; (1) penyebab kehilangan

hasil tanaman cabai yang salah satunya disebabkan oleh patogen CMV, (2) mengetahui SAR,

agen penginduksi SAR, dan mekanisme SAR pada tanaman.

2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Systemic Acquired Resistance (SAR)

Systemic Acquired Resistance (ketahanan terimbas) merupakan proses ketahanan aktif

yang bergantung pada penghalang fisik atau kimia tanaman inang, yang diaktifkan oleh agensia

biotik atau abiotik (agensia pengimbas), yang dapat melindungi tanaman terhadap patogen tanah

dan dedaunan. Ketahanan terimbas merupakan daya peningkatan pertahanan yang dikembangkan

tanaman karena adanya rangsangan yang sesuai. Pengimbas ketahanan dapat berupa elisitor

hayati, bahan kimia toksin dan non-toksin, sinar ultraviolet, kompos, dan agensia lainnya

(Soesanto, 2008).

SAR diperoleh setelah tanaman memiliki kandungan trigger gen ketahanan tanaman. Salah

satu trigger gen ketahanan tanaman adalah asam salisilat. Asam salisilat terbukti berperan

sebagai sinyal untuk menginduksi pathogenesis related protein yang menyebabkan resistensi

sistemik pada tanaman (Pieterse et al., 1996).

Dalam tembakau, aktivasi SAR menghasilkan penurunan insidensi penyakit pada tanaman

tembakau yang disebabkan oleh jamur Phytophthora parasifica, Cercospora nicotianae, dan

Peronospora tabacina, mosaik virus tembakau virus (TMV) dan tembakau nekrosis virus

(TNV), dan bakteri Pseudomonas syringae pv tabaci dan Erwinia carotovora (Vernooij et al.,

1995) secara signifikan. Namun, hal tersebut tidak terjadi pada penyakit yang disebabkan oleh

Botrytis cinerea atau Alternaria alternata.

Dengan demikian, SAR memberikan perlawanan terhadap tujuh dari sembilan patogen

tembakau dengan cara membangun pertahanan yang khas. Dapat dikatakan bahwa terbentuknya

SAR dipengaruhi oleh adanya ekpresi gen tertentu yang salah satunya disebut gen SAR (Ward et

al., 1991).

3

2.2 Mekanisme Induksi SAR oleh Agen Penginduksi

Pada umumnya, agen penginduksi SAR berupa elisitor hayati, bahan kimia toksin dan non-

toksin, sinar ultraviolet, kompos, dan agensia lainnya. Kehadiran agen penginduksi umumnya

mengakibatkan terjadinya akumulasi asam salisilat pada tubuh tanaman. Asam salisilat ini

menghambat aktivitas enzim katalase yang menyebabkan terjadinya peningkatan peroksidase.

SA dan peroksidase ini akan menginduksi gen ketahanan tanaman sistemik. SA akan

menginduksi gen pathogenesis related protein (PR protein), dan peroksidase menginduksi PR-1.

Patogenesis Related (PR)-Protein, merupakan protein spesifik yang terdapat pada tanaman

dan memiliki fungsi serta peranan untuk mempertahankan kelangsungan kehidupan tanaman,

khususnya dalam menangkal serangan dari mikroorganisme/virus patogen yang berbahaya bagi

tanaman tersebut. Patogenensis-related protein juga diartikan sebagai kelompok protein

karakteristik dari tanaman yang terakumulasi setelah adanya infeksi atau perlakuan elisitor.

Ekspresi dari gen-gen yang mengkode PR-protein dan akumulasi dari protein-protein ini dapat

dianggap sebagai bagian dari mekanisme pertahanan tanaman. PR-protein adalah kelompok

protein yang terlibat dalam mekanisme pertahanan tanaman baik pada keadaan infeksi antara

tanaman dan patogen yang sesuai (compatible) maupun yang tidak.

2.3 Mekanisme Ketahanan Terinduksi oleh Plant Growth Promoting Rhizobacteria

(PGPR) pada Tanaman Cabai

Taufik., dkk (2010) melakukan penelitian mengenai Mekanisme ketahanan terinduksi oleh

Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) pada tanaman cabai yang dilakukan pada bulan

Juni sampai Oktober 2007, bertempat di Laboratorium Virologi dan Rumah Kasa Kedap

Serangga, Departemen Proteksi Tanaman, Institut Pertanian Bogor, dan Laboratorium

Pascapanen, Cimanggu Bogor. Tahapan yang dilakukan dalam percobaan kali ini dimulai dari

penyediaan PGPR dan perlakuan benih, penyemaian benih, metode percobaan, metode inokulasi

virus secara mekanis, pengamatan pertumbuhan tanaman, analisis asam salisilat dan peroksidase,

ekstraksi RNA dan Deteksi CMV dengan RT-PCR, serta analisis SDS-PAGE.

4

Isolat yang digunakan adalah kode PG berasal dari kelompok Pseudomonas fluorescens

dan kode BG berasal dari kelompok Bacillus sp. yang merupakan hasil seleksi pada penelitian

sebelumnya. Benih cabai Tit Segitiga direndam dalam suspensi PGPR selama kurang lebih 2

menit. Untuk kontrol digunakan air steril sebagai pengganti suspensi PGPR. Penyemaian benih

dilakukan pada baki plastik yang diisi media steril (tanah+pupuk kandang+arang sekam masing-

masing dengan perbandingan 2:1:1). Sebelum benih ditutup dengan selapis media semai, terlebih

dahulu benih ditetesi suspensi PGPR tiap biji cabai masing-masing satu tetes.

Penelitian dilakukan menggunakan rancangan acak lengkap dengan lima perlakuan.

Kelima perlakuan adalah (1) tanpa PGPR dan tanpa inokulasi CMV, (2) campuran isolat PG 01

dan BG 25 tanpa diinokulasi CMV, (3) campuran isolat PG 01 dan BG 25 tetapi diinokulasi

CMV, (4) isolat PG 01 dan diinokulasi dengan CMV, dan (5) isolat BG 25 dan diinokulasi

dengan CMV. Setiap perlakuan diulang sebanyak 10 kali dan setiap ulangan terdiri atas dua

tanaman.

Inokulasi CMV dilakukan 7 hari setelah aplikasi PGPR dengan cara daun tanaman

sumber inokulum CMV digerus dalam mortar steril. Larutan penyangga fosfat 0,01 M (pH,7)

ditambahkan dengan perbandingan 1 g daun terinfeksi virus per 5 ml larutan penyangga fosfat

(1:5 b/v) . Sap ini segera diinokulasikan ke tanaman uji. Setiap tanaman diinokulasi pada dua

helai daun termuda (bukan kotiledon) yang telah membuka penuh (30 hari setelah semai).

Sebelum diinokulasi karborundum ditaburkan pada bagian permukaan atas daun, kemudian sap

dioleskan dengan kapas steril pada permukaan daun dimulai dari daun bagian bawah ke bagian

atas secara searah dengan tidak mengulangi pada daerah yang sama. Segera setelah pengolesan

sap dilakukan pembilasan sisa-sisa sap yang masih melekat pada permukaan daun tanaman uji

menggunakan air mengalir.

Pertumbuhan tanaman yang diamati adalah tinggi tanaman, insidensi penyakit

berdasarkan gejala yang muncul, dan masa inkubasi. Analisis asam salisilat dan peroksidase

dilaksanakan di Laboratorium Pascapanen, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan

Pascapanen Pertanian, Cimanggu Bogor. Analisis high performance liquid chromatography

(HPLC) untuk mengukur SA dan aktivitas enzim peroksidase mengikuti prosedur association of

5

official analytical chemists (AOAC Methods 1995). Analisis HPLC dan peroksidase dilakukan

14 hari setelah perlakuan PGPR (bibit diaplikasi pada saat berumur 2 minggu setelah semai)

untuk uji pertama, sedangkan pada uji kedua dilakukan pada akhir pengamatan tinggi tanaman.

Ekstraksi total RNA dari jaringan tanaman cabai dilakukan 14 hari setelah inokulasi

(HSI). Metode ekstraksi menggunakan reagen TRIzol (Invitrogen Co., Calrsbad, CA, USA)

sesuai dengan petunjuk dari perusahaan dan diberi perlakuan dengan Rnase-free Dnase. Dengan

menggunakan hasil ekstraksi total RNA yang diekstraksi dari tanaman cabai dibentuk cDNA

pada reaksi reverse transcriptase dengan ready to go RT-PCR bead (Amersham Pharmacia

Biotech Inc.) dan primer CMV-R (5’-GACTGACCATTTTAGCCG-3’). DNA komplementer

(cDNA) yang terbentuk langsung digunakan sebagai cetakan dalam reaksi PCR menggunakan

pasangan primer CMV-R dan CMV-F (5-ATTTAGGTTCAATTC-3’) . Urutan sekuen primer,

CMV-R, dan CMV-F, disusun berdasarkan sekuen CMV-B2, yaitu di daerah non coding region

2035-2052 Untuk deteksi RT-PCR dan analisis pola protein tanaman hanya menggunakan

beberapa sampel tanaman uji. Untuk analisis total protein dilakukan dengan metode sodium

dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE).

Tabel 1. Hasil tinggi tanaman cabai kultivar Tit Segitiga

Tabel 2. Masa inkubasi dan insidensi penyakit tanaman cabai Tit Segitiga

6

Tabel 3. Konsentrasi SA dengan analisis HPLC dan aktivitas enzim peroksidase

Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa PGPR dapat meningkatkan tinggi tanaman

seperti yang tertera pada tabel 1. Perlakuan PGPR PG 01 + BG 25 tanpa inokulasi CMV

memberikan hasil tinggi tanaman yang paling tinggi. Selain meningkatkan pertumbuhan

tanaman, isolat PGPR juga mampu menginduksi ketahanan tanaman cabai sehingga tanaman

mampu menekan insidensi penyakit dan munculnya gejala pada saat terjadi infeksi virus. Dapat

terlihat pada tabel 2 bahwa penggunaan isolat campuran (PG 01 dan BG 25) mampu mengurangi

penghambatan pertumbuhan tinggi tanaman dibandingkan dengan perlakuan secara tunggal.

Meskipun demikian, tanaman yang diberi perlakuan PGPR secara tunggal juga menunjukkan

pertumbuhan yang lebih baik dibandingkan dengan tanaman yang tidak diberi PGPR.

Jumlah tanaman yang menunjukkan gejala mosaik pada perlakuan campuran PG 01 dan

BG 25 dengan diinokulasi CMV mencapai 8,33%, jumlah yang sama diperoleh pada perlakuan

tunggal BG 25. Sementara insidensi penyakit pada perlakuan tunggal isolat PG 01 mencapai

16,67%. Berdasarkan pada waktu munculnya gejala atau masa inkubasi, maka isolat campuran

PG 01 dan BG 25 menunjukkan waktu yang lebih lama yaitu 19 HSI, sementara perlakuan secara

tunggal memerlukan 6 HSI (PG 01) dan 4 HSI (BG 25). Dapat disimpulkan bahwa PG 01 + 25

BG dengan inokulasi CMV menunjukkan hasil insidensi penyakit yang lebih lama dengan

jumlah yang sedikit.

Hasil analisis SA dan aktivitas enzim peroksidase yang pertama (10 HSI) menunjukkan

bahwa perlakuan PGPR meningkatkan SA. Konsentrasi SA dan peroksidase tertinggi terjadi

7

pada tanaman yang diberi isolat PG 01 diikuti dengan inokulasi CMV yaitu 6,24 ppm menjadi

11,05 ppm dan 1,76 μg/g menjadi 6,11 μg/g (Tabel 3). Pada saat dilakukan pengukuran SA dan

peroksidase yang kedua (sekitar 3 BSI) terlihat bahwa secara umum kadar SA dan peroksidase

setiap tanaman uji tidak berubah. Perkecualian terlihat pada tanaman yang diberi perlakuan

campuran PGPR tetapi tidak diinokulasi CMV.

Peningkatan konsentrasi SA dan peroksidase pada tanaman cabai yang diberi perlakuan

PGPR baik secara tunggal maupun campuran diikuti dengan inokulasi CMV atau tanpa inokulasi

CMV dibandingkan dengan kontrol sehat. Hal ini membuktikan bahwa tanaman yang diberi

PGPR atau terinfeksi CMV mampu meningkatkan konsentrasi sekunder metabolit seperti SA dan

peroksidase sebagai respons ketahanan terhadap infeksi CMV.

Dengan demikian, perlakuan PGPR merupakan alternatif yang cukup baik untuk

digunakan dalam perlindungan tanaman karena PGPR dapat diaplikasikan pada biji,

dicampurkan ke dalam tanah untuk pembibitan, atau saat pindah tanam. Studi ini telah

membuktikan bahwa PGPR dapat menjadi alternatif pengendalian yang mampu melindungi

tanaman secara sistemik terhadap infeksi virus.

Sementara untuk deteksi CMV dengan RT-PCR dan analisis SDS- PAGE menunjukkan

hasil sebagai berikut. Primer yang digunakan berhasil mendeteksi keberadaan genom CMV pada

tanaman yang diinokulasi dengan ukuran 600 bp. Selain itu tidak ada perbedaan pola pita total

protein tanaman baik yang diberi PGPR maupun kontrol.

8

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

Dalam mendapatkan varietas yang tahan, para pemulia tanaman lebih banyak

mengoptimalkan gen-gen ketahanan. Sedangkan gen-gen pertahahan yang dimiliki oleh tanaman

yang tahan maupun rentan belum dimanfaatkan (Suganda, 1999). Aktifitas gen pertahanan dapat

dipicu dengan menggunakan agen penginduksi. Salah satu agen penginduksi gen pertahanan

(SAR inducer agent) adalah PGPR.

Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) dapat digunakan untuk menekan insidensi

penyakit melalui mekanisme induksi ketahanan secara sistemik atau menghasilkan hormon

tumbuh dan asam salisilat (SA). Asam salisilat menghambat genom replikasi virus sehingga

terjadi penundaan gejala sistemik pada semua bagian tanaman. Keberadaan asam salisilat dalam

meningkatkan konsentrasi peroksidase dalam tubuh tanaman. Kedua senyawa ini berperan

sebagai sinyal penginduksi yang akan mengekspresikan gen-gen ketahanan berupa PR-Protein

yang berfungsi sebagai anti mikroba dan pencegah multiplikasi, penyebaran, dan lokalisasi virus.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa aplikasi PGPR dapat mereduksi insiden penyakit

pada tanaman yang terinfeksi CMV. Aplikasi PGPR secara signifikan dapat meningkatkan

pertumbuhan tanaman cabai dan mengurangi insiden penyakit meskipun terinfeksi oleh CMV.

9

DAFTAR PUSTAKA

Ryals Jhon A, et al. 1996. Systemic Acquired Resistance, Agricultural Biotechnology Research

Unit, Ciba-Geigy Corporation. The Plant Cell, Vol. 8, 1809-1819, Oktober 1996. Tersedia

[Online]: http://www.uvm.edu/~tpdelane/lab/reprints/Ryals_etal1996.pdf Diakses pada

tanggal 19 Mei 2015.

Taufik., dkk. 2005. Kajian Plant Growth Promoting Rhizobacteria sebagai Agens Proteksi

Cucumber Mosaic Virus dan Chilli Veinal Mottle Virus pada Cabai. Hayati, Desember

2005, hlm. 139-144 Vol. 12, No. 4.

Taufik., dkk. 2010. Mekanisme Ketahanan Terinduksi oleh Plant Growth Promoting

Rhizobacteria (PGPR) pada Tanaman Cabai. J. Hort. 20(3):274-283,2010. Diakses melalui

http://download.portalgaruda.org/article.php?article=184784&val=6406&title=Mekanisme

%20Ketahanan%20Terinduksi%20oleh%20Plant%20Growth%20Promotting

%20Rhizobacteria%20%28PGPR%29%20pada%20Tanaman%20Cabai%20Terinfeksi

%20Cucumber%20Mosaik%20Virus%20%28CMV%29 pada 19 Mei 2015.

10