Pemuliaan Tanaman Menyerbuk Silang

1. PemuliaanTanamanMenyerbukSilang

2. Alasanutamatidakdapatmengadakanpembuahansendiri : • Adanyainkompatibilitassendiridan sterilitas jantan • Masaknya organ jantandanbetinaberbeda, • Tanamanberumahsatu (monoceous) atauberumahdua (dioceous).

3. 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

4. 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

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

6. 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

8. Hybrid vigor

9. 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

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

11. When the HWE assumptions are met, the frequency of a genotype is equal to the product of the allele frequencies. AA Aaaa p2 2pq q2 P2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1 Secaraumumapabilaada N individudalampopulasikawinacak. Dari populasitersebutterdapatD individudominan yang homosigot AA, H individuheterosigotAa, sertaR individuresesif yang homosigotaa**

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

13. Metode Pemuliaan Tanaman Menyerbuk Silang • INTRODUKSI • SELEKSI • HIBRIDISASI

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

15. 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)

16. 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)

17. Efektivitasseleksimassa • Tergantung pada ketelitian seleksi • Penampakan fenotip = genotip • Mudah diukur : kegenjahan, tinggi tanaman, ukuran tongkol • Kontrol lingkungan, meningkatkan variabilitas genetik

18. Keuntunganseleksimassa • Mudah dalam pelaksanaan • Biaya relatif murah • Menekan silang dalam

19. 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

20. 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

21. Metodeseleksitongkolkebaris x xxxxx- dipilihindividu – individu superior (x) x xxxxx→ 200 – 300 individu x xxxxx - tanpa / sebagianpersilangannya x xxxxxdikontrol - tongkoldariindividuterpilihdipanen x xxxxxxx x xxxxxxx - sebagianbenihdaritongkolterpilihditanam, x xxxxxxxsisanyadisimpandantidakdicampur x xxxxxxx- ditentukanbaris-baristerbaik - sisabenihdaribaris-baristerbaik ……… dicampuruntukditanampada ……... siklusberikutnya ……… - sampaidisinitelahselesaisatusiklus seleksi

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

23. 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

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

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

26. -Develop population-Pengembanganpopulasidasar • 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

27. 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

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

29. 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

30. Evaluasiindividu 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)

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

32. 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

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

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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

38. Seleksiberulanguntukdayagabung 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

39. 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.

40. 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

41. 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 .

42. 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 baikdipilih untuk diteruskan pada generasi berikutnya.

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

44. 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

45. ♀ ♂ 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 xx 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).

46. 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’

47. 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

48. 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

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

50. 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.