Karakterisasi dan Keragaman Xanthomonas oryzae pv. oryzae Penyebab Penyakit Hawar Daun Bakteri pada Padi di Sumatera Utara

Abstract

Bacterial Leaf Blight is one of the major diseases in rice plants since it can lead to crop failure. This particular disease is caused by the bacteria Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). It has spread all over Asia, Australia, Africa, Latin America, the United States and among the rice crops in Indonesia. Control of the disease has been performed through actions such as disease forecasting, chemical control using antibiotics and planting blight-resistant varieties. The latter is especially effective and economical to control bacterial leaf blight attack. Distribution of Xoo-resistant rice varieties is a form of sustainable solution for disease control without the use of chemicals. The resistance of a particular rice variety to Xoo depends largely on the availability of resistance genes and information on virulence ranges in the pathogenic population. The high virulence range is closely related to the degree of pathogenic diversity. This study was aimed to determine Xoo's genetic diversity in North Sumatra, to identify the Xoo pathotype profile in North Sumatra after being tested using local differential plants and IRRI isogenic lines, as well as to identify Xoo bacteria using Xoo2976-specific molecular markers. The results showed that cluster analysis of PCR results using insertion sequence IS1112-based RAPD primer groups isolates into 9 clusters. The results of the grouping of bacterial pathotype of Xoo isolate North Sumatra using local differential rice plants (Kencana, PB5, Tetep, Kuntulan, and Java 14) grouped on the patotype IV, X and XI based on Kadir's grouping (1999). Patotype IV are dominane in Noth Sumatera. Observations using IRRI isogenic rice strain showed that in North Sumatra there were 6 groups of virulence. Group I (10%) with interactions incompatible with all Xa genes, group II (10%) had interactions compatible with Xa1 and Xa3 genes, but not compatible with other genes. Group III (10%) has interactions that are compatible with genes Xa1, Xa5, Xa7, Xa8, Xa10, and Xa11 but are not compatible with other genes. Group IV (50%) had interactions compatible with all Xa genes, while Group V (10%) had interactions compatible with Xa1 genes and was incompatible with other genes, and lastly Group VI (10%) had gene-compatible interactions Xa3 and not compatible with other genes. Virulence Group IV whose interactions are compatible with all Xa genes is the most widely distributed pathotype (50%). Based on the resistant genes in each individual, the genes Xa2, Xa4, and Xa21 are present as being the most resistant to 50% isolates, followed by Xa5, Xa7, Xa8, Xa10 and Xa11 (40%), Xa3 (30%), and Xa1 (20%). The result of BLASTN analysis of PCR product using Xoo2976 specific molecular marker indicated that DNA sequence is a result of homology amplification with X. oryzae pv. oryzae. Phylogenetic tree analysis using Neighbor Joining method put isolate samples in the same group with isolate X. oryzae pv. oryzae and separated them from X. citri, X. fuscans, X. axonopodis, X. campestris, and X. perforans isolates. All of the above research results can be utilized as a source of information to control bacteria X. oryzae pv. oryzae in North Sumatra and Indonesia. Identification of bacteria X. oryzae pv. oryzae can save precious time in analyzing the control of leaf blight disease-causing bacteria. Research can also be used as a source of genetic diversity and pathotypes in determining the use of resistant genes to control bacterial leaf blight in North Sumatra.

Penyakit hawar daur bakteri (Bacterial Leaf Blight) merupakan salah satu penyakit penting pada tanaman padi karena dapat menyebabkan gagal panen. Penyakit ini disebabkan oleh bakteri Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). Penyakit ini telah menyebar di Asia, Australia, Afrika, Amerika Latin, Amerika Serikat dan seluruh pertanaman padi di Indonesia. Pengendalian terhadap penyakit sudah dilakukan untuk menanggulangi penyakit ini seperti peramalan penyakit (disease forecasting), pengendalian secara kimia menggunakan antibiotik, dan penanaman varietas tahan. Penanaman varietas tahan merupakan salah satu cara yang efektif dan ekonomis untuk mengendalikan serangan penyakit hawar daun bakteri. Penyebaran varietas padi tahan Xoo merupakan solusi berkelanjutan untuk mengendalikan penyakit dibandingkan penggunaan zat kimia. Ketahanan suatu varietas padi terhadap Xoo sangat tergantung pada ketersediaan gen resistensi dan informasi tentang kisaran virulensi pada populasi patogen. Tingginya kisaran virulensi sangat berhubungan dengan tingkat keanekaragaman patogen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keanekaragaman genetik Xoo di Sumatera Utara, mengetahui profil patotipe Xoo di Sumatera Utara yang diuji menggunakan tanaman diferensial lokal dan galur isogenik IRRI, serta mengidentifikasi bakteri Xoo menggunakan penanda molekuler spesifik Xoo2976. Hasil penelitian menunjukkan bahwa analisis kluster hasil PCR menggunakan primer RAPD berbasis insertion sequence IS1112 mengelompokkan isolat ke dalam 9 kluster. pada indeks similaritas 80%. Berdasarkan hasil uji tanaman padi diferensial lokal (Kencana, PB5, Tetep, Kuntulan, dan Java 14) bahwa di Sumatera Utara terdapat tiga patotype yaitu patotype IV, X dan XI. Patotype IV merupakan patotype yang dominan di Sumatera Utara. Selain itu pengamatan menggunakan galur padi isogenik IRRI menunjukkan bahwa di Sumatera Utara terdapat 6 kelompok virulensi yaitu kelompok I (10%) dengan interaksi tidak kompatibel dengan seluruh gen Xa, kelompok II (10%) dengan interaksi kompatibel dengan gen Xa1 dan Xa3 sedangkan dengan gen lainnya membentuk interaksi tidak kompatibel, kelompok III (10%) dengan interaksi kompatibel dengan gen Xa1, Xa5, Xa7, Xa8, Xa10, dan Xa11 tetapi tidak kompatibel dengan gen lainnya, kelompok IV (50%) membentuk interaksi yang kompatibel dengan seluruh gen Xa, kelompok V (10%) dengan interaksi kompatibel dengan gen Xa1 dan tidak kompatibel dengan gen yang lainnya, dan kelompok VI (10%) dengan interaksi kompatibel dengan gen Xa3 dan tidak kompatibel dengan gen lainnya. Kelompok virulensi IV dengan interaksi yang kompatibel dengan seluruh gen Xa merupakan patotipe yang terdistribusi paling luas (50%). Berdasarkan gen tahan pada setiap individu, gen Xa2, Xa4, dan Xa21 hadir sebagai gen paling efektif yang tahan terhadap 50% isolat, diikuti oleh Xa5, Xa7, Xa8, Xa10, dan Xa11 (40%), Xa3 (30%), dan Xa1 (20%). Hasil analisis BLASTN produk PCR menggunakan penanda molekuler spesifik Xoo2976 menunjukkan bahwa sekuen DNA hasil amplifikasi homologi dengan bakteri X. oryzae pv. oryzae. Analisis pohon filogenetik dengan metode Neighbor Joining mengelompokkan sampel isolat pada group yang sama dengan isolat X. oryzae pv. oryzae dan terpisah dari isolat X. citri, X. fuscans, X. axonopodis, X. campestris, dan X. perforans. Seluruh hasil penelitian dapat dimanfaatkan sebagai sumber informasi dalam pengendalian bakteri X. oryzae pv. oryzae di Sumatera Utara maupun Indonesia. Identifikasi bakteri X. oryzae pv. oryzae secara efisien dapat menghemat waktu dalam menganalisis pengendalian bakteri yang menyebabkan penyakit hawar daun bakteri tersebut. Penelitian juga dapat dimanfaatkan sebagai sumber keragaman genetik dan patotipe dalam menentukan penggunaan gen tahan untuk mengendalikan penyakit hawar daun bakteri di Sumatera Utara.