Transcript 8-9-10-11. pemuliaan tanaman menyerbuk silang

1. DASAR GENETIK
2. METODE PEMULIAAN
• INTRODUKSI
• SELEKSI
• HIBRIDISASI
Mengapa tanaman menyerbuk silang
(tidak menyerbuk sendiri ):
• Ada self incompatibility dan male
sterility
• Perbedaan waktu masak organ jantan
dan betina
• Tanaman berumah satu (monoecieous)
atau berumah dua (dioecious)
a. Populasi heterosigot dan heterogen
Aa Bb Cc Bb Aa Aa Bb AA Ee Dd Aa Bb Cc Dd Bb
aa Ee Ff Aa Bb Cc Bb Aa Aa Bb cc Ee Dd Aa Bb
Cc Dd Bb bb Ee Ff Aa Bb Cc Bb Aa Aa Bb BB Ee
Dd Aa Bb Cc Dd Bb dd Ee Ff Aa Bb Cc Bb Aa Aa
Bb cc Ee Dd Aa Bb Cc Dd Bb EE Ee Ff Aa Bb Cc
Bb Aa Aa Bb ee Ee Dd Aa Bb Cc Dd Bb CC Ee Ff
Aa Bb Cc Bb Aa Aa Bb DD Ee Dd Aa Bb Cc Dd Bb
EE Ee Ff Aa Bb Cc Bb Aa Aa Bb FF Ee Dd Aa Bb
Cc Dd Bb ee Ee Ff Aa Bb Cc Bb Aa Aa Bb ff aa
b. Kesetimbangan genetik HardyWeinberg
Frekuensi gen dan genotip pada
sebuah populasi kawin acak akan
selalu tetap dari generasi ke generasi
selama tidak terjadi seleksi, mutasi
dan migrasi
b. Kesetimbangan genetik HardyWeinberg
AA
p2
p2 AA
D
Aa
2pq
+
aa
q2
2pq Aa + q2 aa = 1
H
R
Secara umum apabila ada N individu dalam populasi
kawin acak akan terdapat D individu homosigot
dominan (AA), H individu heterosigot (Aa) dan R
individu homosigot resesif (aa)
Demonstrating the H-W principle
Generation 0
N
♂ gametes
∞
A1
Random mating
A2
A1 A1 , A1 A2 , A2 A2
Genotype
frequencies
p2,
2pq,
A1
q2
Zygotes
A2
♀
♀ gametes
♂
A1
A1
(p)
A2
(q)
A1 A1 (p2)
A1 A2 (pq)
A1 A2 (pq)
A2 A2 (q2)
(p)
Generation 1
N
Genotype frequencies
do not change from
generation to generation
∞
A1 A1 , A1 A2 , A2 A2
p2,
2pq,
q2
A2
(q)
PEMULIAAN TANAMAN/PERBAIKAN GENETIK
TANAMAN MENYERBUK SILANG
• Selalu mengacu pada POPULASI
• Perubahan komposisi genotip dalam
populasi  perubahan frekuensi gen
• Seleksi  meningkatkan frekuensi gen
dikehendaki  menurunkan frekuensi gen
tak dikehendaki
10 20 30 10 20 30 40 15 25 25
25 30 30 20 10 10 10 40 20 25
Ā
35 15 40 15 25 25 25 30 30 20
10 10 10 40 20 25 35 15 40 15
25 25 25 30 30 20 10 10 10 40
Ē
?
METODE PEMULIAAN
1. INTRODUKSI
2. SELEKSI
3. HIBRIDISASI
METODE PEMULIAAN
1. INTRODUKSI
 Sumber varietas baru
 Sumber gen yang diperlukan untuk
perbaikan sifat
 Dimasukkan dalam varietas sintetis
 Digabungkan dengan varietas lokal
 Koleksi keragaman genetik
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI MASSA (Mass selection)
• SELEKSI TONGKOL – BARIS (Ear to Row Selection)
• SELEKSI BERULANG (Recurrent Selection):
– SB sederhana/fenotipa (Simple/Phenotypic
Recurrent 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)
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI MASSA
 Memilih individu dengan sifat yang dikehendaki
dari populasi dasar
 Seleksi didasarkan pada fenotip
 Tidak ada kontrol persilangan
 Tidak ada uji keturunan
 Mendapatkan frekuensi genotip superior terbesar
dalam populasi
 Menghasilkan varietas bersari bebas (open
pollinated varieties)
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI MASSA
- Tanam populasi dasar atau populasi campuran
- Biji dari tanaman terpilih dipanen
- Biji dari tanaman terpilih dengan jumlah yang
sama dicampur dan ditanam untuk siklus seleksi
berikutnya
- Pengaruh lingkungan dapat dikurangi (ketelitian
ditingkatkan) dengan membagi petak seleksi
menjadi blok-blok berukuran kecil
- Setiap blok dipilih tanaman terbaik dengan
jumlah yang sama
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• 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 PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI TONGKOL – BARIS
 dipilih individu superior → 200 – 300 individu
 tanpa /sebagian kontrol persilangan
 tongkol dari individu terpilih dipanen
 sebagian benih dari tongkol terpilih ditanam dalam
baris, sisanya disimpan dan tidak dicampur
 ditentukan baris-baris terbaik (uji keturunan)
 sisa benih dari baris-baris terbaik dicampur untuk
ditanam pada siklus berikutnya
Populasi dasar
A……x……x…...x……x…...x…...G……x…..
x……B……x…...C……x…...x…...x……x…..
x……x……x…...x……x…...F…...x……x…..
x……x……x…...x……x…...x…...x……H…..
x……x……x…...D……x…...x…...x……x…..
x……x……x…...x……E…...x…...x……x…..
baris
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
x
x
x
x
x
.
.
.
.
A
B
C
D
E
F
G
H
Sebagian biji dari tanaman
terpilih disimpan
A B C D E F G H
Biji yang mempunyai
penampilan dalam baris
terbaik dicampur dan
ditanam ( A C F H )
x……x……x…...x……x…...x
x……x……x…...x……x…...x
x……x……x…...x……x…...x
x……x……x…...x……x…...x
x……x……x…...x……x…...x
x……x……x…...x……x…...x
Populasi dasar untuk siklus
seleksi berikutnya
METODE PEMULIAAN
UJI KETURUNAN
 Penilaian suatu genotip berdasarkan
penampilan keturunannya yang
dihasilkan dari perkawinan tertentu
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG
 Untuk mengumpulkan gen-gen karakter
kuantitatif pada populasi tanpa kehilangan
variabilitas genetik
 Meningkatkan frekuensi gen-gen yang
diinginkan dalam setiap siklus seleksi
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG
Pengembangan
populasi dasar
Seleksi individu
superior untuk
tetua
Evaluasi
individu dalam
populasi
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG – 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
• Alel-alel berbeda akan meningkat dengan
bertambahnya jumlah tetua dan dengan perbedaan
genetik tetua
• Efisiensi seleksi berulang memerlukan tingkat
keragaman genetik yang tinggi
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG – EVALUASI INDIVIDU DALAM
POPULASI
• Seleksi individu dalam populasi disesuaikan
dengan tujuan pemuliaan tanaman
• Seleksi dapat dilakukan sebelum pembungaan,
atau sesudah panen
• Seleksi individu dalam populasi bertujuan
meningkatkan genotip superior di dalam populasi
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG – SELEKSI INDIVIDU SUPERIOR
UNTUK TETUA
• Individu terseleksi (genotipe) superior
digunakan sebagai tetua untuk membentuk
populasi baru sebagai bahan seleksi berikutnya
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG SEDERHANA/FENOTIPIK
• Dapat disejajarkan dengan seleksi massa
• Seleksi didasarkan pada penampilan tetua jantan
dan betina
• Tidak ada uji keturunan
• Terdapat kontrol persilangan
• Bertujuan meningkatkan genotipa superior dalam
populasi
• Varietas yang dihasilkan adalah varietas bersari
bebas
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI BERULANG SEDERHANA
/FENOTIPIK
• Suatu populasi ditanam sedemikian rupa sehingga
memungkinkan untuk diadakan seleksi secara
individu
• Dipilih individu-individu superior untuk sifat yang
diinginkan, individu lain dihilangkan atau
diemaskulasi
• Diadakan persilangan di antara individu-individu
terpilih
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI BERULANG SEDERHANA
/FENOTIPIK
• Hasil silangan dipanen dan biji dicampur
• Biji hasil silangan → ditanam → diadakan pemilihan
individu-individu superior kembali
• Demikian seterusnya, sampai diperoleh sifat
yang diperbaiki sesuai dengan kriteria seleksi
A……x……x…...x……G……x…..
x……B……x…...C……x…...x……
x……x……x…...x……x…...F……
x……x……H…...x……x…...x……
x……x……x…...D……x…...x……
x……x……x…...x……E…...x……
Hasil persilangan
A x C, G x F, B X H,
D X E dicampur
SIKLUS SELEKSI
BERIKUTNYA
x……x……L…...M……x……x…..
x……J……x…...x……x…...x……
I……x……x…...x……P…...x……
x……x……x…...x……x…...Q……
x……x……N…...O……x…...x……
x……x……x…...x……x…...x……
Hasil persilangan
I x J, L x M, N X O,
P X Q dicampur
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• EFISIENSI SELEKSI BERULANG SEDERHANA
/FENOTIPIK
• 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
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• WAKTU YANG DIPERLUKAN 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
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• 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
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI UNTUK 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 dianalisis
kandungan minyaknya, sebagian lagi disimpan untuk
ditanam pada 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
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• 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 satu
kombinasi persilangan untuk menunjukkan
penampilan keturunan
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• SELEKSI BERULANG UNTUK DAYA GABUNG UMUM
• Didasarkan pada penampilan fenotipe
keturunan  evaluasi genotipa
• Terdapat kontrol persilangan
• Terdapat uji keturunan di mana tetua penguji
memiliki keragaman genetik yang luas (varietas
berserbuk terbuka, var. hibrida ganda)
• Penguji harus memiliki sifat yang tidak
menonjol untuk karakter yang diperbaiki
• Hasil : varietas sintetis, galur-galur potensial
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI BERULANG UNTUK DGU
• Pada generasi pertama (G1) menanam populasi
dasar dan membuat sejumlah penyerbukan
sendiri sehingga dihasilkan sejumlah populasi S1
• Pada generasi ke dua (G2), sebagian biji dari
galur-galur S1 ditanam terpisah dalam baris-baris
dan sisa bijinya disimpan
• Di samping itu juga ditanam populasi tetua penguji
• Diadakan sejumlah persilangan antara galur- galur
S1 tersebut dengan tetua penguji
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PROSEDUR SELEKSI BERULANG UNTUK DGU
• Biji hasil persilangan pada generasi ke dua
ditanam dengan ulangan secukupnya (untuk uji
keturunan)
• Pada generasi ke tiga (G 3) diadakan pemilihan
galur S1 berdasarkan uji keturunannya
• 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 ini
dibiarkan kawin acak, shg terjadi rekombinasi.
• Biji hasil kawin acak ini dicampur untuk digunakan
pada siklus berikutnya
Generasi 1
Populasi dasar
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
Sejumlah S1
• Menanam populasi dasar
• Penyerbukan sendiri pada
pada sejumlah individu (X)
sehingga dihasilkan
sejumlah populasi sejumlah
S1
Generasi 2
Sejumlah S1
ditanam dalam baris
A
B
C
D
E
F
G
H
I
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
♀
Tetua penguji
X…X
X…X
X…X
X…X
X…X
X…X
X…X
X…X
X…X
♂
• Sebagian dari biji
galur-galur S1
ditanam, kemudian
disilangkan dengan
tetua penguji (tetua
jantan)
• Sisa biji S1 disimpan.
Generasi 3
Uji keturunan
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
• Biji hasil persilangan ditanam
dengan ulangan secukupnya
untuk uji keturunan (dalam
baris)
• Ditentukan galur S1 terpilih
berdasarkan uji keturunan
(S1 terpilih adalah S1 yang
penampilan keturunannya
baik)
Generasi 4
Sisa biji S1 terpilih
dicampur dan ditanam
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
X…X…X…X…X…X
G1’
• Sisa biji galur S1 terpilih
ditanam dan dibiarkan kawin
acak, sehingga terjadi
rekombinasi
• Biji hasil panen dicampur
untuk digunakan pada siklus
berikutnya (G 1’ )
• Siklus pertama selesai.
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• 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
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• 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 generasi
METODE PEMULIAAN
2. SELEKSI
• PERSYARATAN SELEKSI BERULANG TIMBAL BALIK
•
•
•
•
Seleksi berdasarkan keturunan dari tanaman
Terdapat kontrol penuh terhadap persilangan
Peran gen over dominan, dominan, aditif
Terdapat uji keturunan dengan tipe uji
keturunan daya gabung umum dan khusus
• Varietas yang dibentuk adalah Varietas
Perbaikan Hibrida
METODE PEMULIAAN
2. HIBRIDISASI
• Antar varietas atau antar spesies
• Pemanfaatan heterosis
METODE PEMULIAAN
2. HIBRIDISASI
• 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 atau beberapa
generasi agar karakter-karakter yang
dikehendaki dalam keadaan homosigot
• Beberapa galur yang tidak terpilih seringkali
diperlukan untuk menyimpan vigor yang hilang
selama silang dalam
METODE PEMULIAAN
2. HIBRIDISASI
• HETEROSIS
• 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 : perakitan varietas
hibrida
METODE PEMULIAAN
2. HIBRIDISASI
• 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
METODE PEMULIAAN
2. HIBRIDISASI
• SILANG DALAM (INBREEDING)
• Mengurangi frekuensi alel-alel resesif yang
merugikan
• Meningkatkan variabilitas genetik di antara
individu dalam suatu populasi
• Mengembangkan genotip potensial
HYBRID VIGOR