KERAGAMAN MAKROALGA LAUT DI PANTAI UJUNG GENTENG, JAWA BARAT, INDONESIA BERDASARKAN MORFOLOGI DAN GEN PENANDA 18S rRNA DISERTASI Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari Institut Teknologi Bandung Oleh YESSY NIM: 30516004 (Program Studi Doktor Kimia) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juli 2023 Judul Disertasi: Keragaman Makroalga Laut di Pantai Ujung Genteng, Jawa Barat, Indonesia Berdasarkan Morfologi dan Gen Penanda 18S rRNA Judul (English) : Marine Macroalgae Biodiversity of Ujung Genteng Coastal Area, West Java, Indonesia Based on Morphological and Genetic Marker 18S rRNA ABSTRAK KERAGAMAN MAKROALGA LAUT DI PANTAI UJUNG GENTENG, JAWA BARAT, INDONESIA BERDASARKAN MORFOLOGI DAN GEN PENANDA 18S rRNA Oleh Yessy NIM: 30516004 (Program Studi Doktor Kimia) Makroalga adalah organisme fotosintetik yang merupakan bentuk makrobentik (besar dan menempel) dari alga laut. Makrolga dimanfaatkan secara luas di bidang pangan, pertanian, kosmetik, dan farmasi. Sekitar 8,6% dari total biota di laut Indonesia adalah makroalga, yang menempati luas wilayah lautan sekitar 1,2 juta hektar atau terbesar di dunia. Pantai Ujung Genteng memiliki keanekaragaman hayati yang tinggi karena merupakan pantai yang relatif masih alami dengan zona intertidal yang luas dan terdiri dari beragam habitat. Beberapa penelitian keanekaragaman makroalga telah dilakukan di Pantai Ujung Genteng. Semua kajian keanekaragaman tersebut masih menggunakan cara-cara klasik yaitu menggunakan analisis morfologi. Identifikasi spesies secara morfologi seringkali tidak akurat disebabkan karena kemiripan morfologi sehingga menyebabkan hilangnya informasi mengenai komposisi spesies pada suatu ekosistem atau pada suatu wilayah. Pendekatan cara molekular menggunakan penanda genetik sangat berguna dalam mempelajari spesies khususnya makroalga dan dapat menjawab pertanyaan mengenai hubungan antar taksa (taxa) dan populasi dan divergensi Metode molekuler dapat mengatasi kekurangan pada studi morfologi yang digunakan sebelumnya. Informasi urutan DNA memungkinkan identifikasi spesies yang dulu bersifat ambigu dan tersembunyi pada suatu lingkungan. Urutan gen 18S rRNA dapat dijadikan sebagai penanda genetik untuk identifikasi spesies makroalga karena memiliki daerah lestari dan variabel yang berguna dalam penentuan spesies. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji keanekaragaman makroalga di Pantai Ujung Genteng, Jawa Barat berdasarkan morfologi dan genetik dengan gen penanda 18S rRNA. Pengkajian dilakukan pada dua lokasi di Pantai Ujung Genteng, yaitu Lokasi 1 yang dikategorikan sebagai pantai tidak tercemar karena tidak ada aktivitas manusia, rumah tangga, transportasi dan industri, dan Lokasi 2 yang dikategorikan sebagai pantai tercemar karena ada aktivitas manusia, rumah tangga, transportasi dan industri di sekitar pantai. Metodologi penelitian ini meliputi: (i) pengambilan sampel makroalga di daerah Pantai Ujung Genteng, Jawa Barat; (ii) pengukuran kondisi air laut habitat makroalga yang meliputi pengukuran pH, suhu, salinitas, dan kandungan logam; (iii) analisis morfologi sampel makroalga; (iv) isolasi DNA total dari sampel makroalga; (v) amplifikasi gen 18S rRNA menggunakan metode PCR (vi) penentuan urutan nukleotidanya dengan metode sekuensing Sanger; (vii) identifikasi spesies makroalga berdasarkan urutan nukleotida gen 18S rRNA; (viii) analisis filogenetik sampel makroalga berdasarkan gen 18S rRNA. Sampel yang diperoleh dari Lokasi 1 secara keseluruhan adalah 24 jenis makroalga, yang diberi kode M1.1 hingga M1.24. Sedangkan sampel dari Lokasi 2 diperoleh 21 jenis makroalga yang diberi kode M2.1 hingga M2.21. Keseluruhan sampel makroalga yang didapatkan terdiri dari 17 genus, 15 famili dan 4 kelas. Pada proses pengidentifikasian sampel makroalga berdasarkan morfologi dan urutan gen 18S rRNA didapatkan empat kategori kondisi, yaitu (i) sampel makroalga yang terkonfirmasi secara morfologi pada tingkat genus dapat diidentifikasi hingga tingkat spesies oleh urutan 18S rRNA; (ii) sampel makroalga yang teridentifikasi hingga tingkat spesies, baik secara morfologi maupun genetika dengan urutan gen 18S rRNA; (iii) sampel makroalga yang teridentifikasi secara morfologi pada genus/spesies yang berbeda dari genus/spesies hasil identifikasi oleh gen 18S rRNA; (iv) sampel makroalga yang terkonfirmasi hanya secara morfologi karena tidak tersedia data urutan gen 18S rRNA (amplifikasi gen 18S rRNA tidak berhasil pada beberapa sampel). Pohon filogenetik terdiri dari clade yang yang memperlihatkan pengelompokan makroalga merah, makroalga coklat, dan makroalga hijau.Keanekaragaman makroalga pada kedua Lokasi 1 dan Lokasi 2 cukup jauh berbeda dengan ditemukannya beberapa jenis spesies yang hanya tumbuh di Lokasi 1, dan beberapa jenis lainnya hanya tumbuh di Lokasi 2. Jenis makroalga yang memiliki sebaran/keberlimpahan tertinggi secara keseluruhan yang meliputi Lokasi 1 dan 2 adalah Enteromorpha sp., diikuti oleh Gracilaria corticata. Sementara jenis makroalga yang paling berlimpah di Lokasi 1 adalah Enteromorpha sp, diikuti oleh Chaetomorpha brachygona, sedangkan Lokasi 2 adalah Cladophora vagabunda, diikuti oleh Padina australis. Lokasi 2 yang memiliki kandungan logam timbal (Pb) 8,2 kali lebih tinggi dibandingkan lokasi 1 didominasi oleh makroalga coklat Padina sp. sehingga diduga Padina sp. (bioindikator efektif logam) lebih tahan pada kadar Logam timbal yang lebih tinggi. Beberapa jenis makroalga baru terungkap pada penelitian ini keberadaannya di Pantai Ujung Genteng, yaitu Palisada sp. (kode akses GenBank OQ938823), Gracilaria curtissiae, Gracilaria canaliculata (OQ938824, OQ938832, OQ938836, OQ938842, OQ938847) dan Wurdemannia miniata (OQ930737). Penggunaan penanda genetik 18S rRNA dapat memberikan hasil identifikasi yang lebih tepat dibandingkan analisis secara morfologi saja. Makroalga-makroalga yang tumbuh pada Lokasi 1 adalah makroalga yang tidak dapat tumbuh pada timbal air laut yang tinggi (Enteromorpha sp. dan Chaetomorpha brachygona), dan makroalga-makroalga yang tumbuh pada Lokasi 2 adalah makroalga yang dapat tumbuh pada kadar logam timbal air laut yang tinggi (Cladophora vagabunda dan Padina australis). Kata kunci: Pantai Ujung Genteng, makroalga, 18S rRNA, keragaman genetik ABSTRACT Marine Macroalgae Biodiversity of Ujung Genteng Coastal Area, West Java, Indonesia Based on Morphological and Genetic Marker 18s rRNA By Yessy NIM: 30516004 (Doctoral Program in Chemistry) Macroalgae are photosynthetic organisms which are macrobenthic (large and attached) forms of marine algae. Macrolgae are widely used in the sectors of food, agriculture, cosmetics, and pharmaceuticals. Approximately 8.6% of the total marine biota in Indonesia are macroalgae, which occupy an area of about 1.2 million hectares of ocean or the largest in the world. Ujung Genteng coastal area has high biodiversity because it is a relatively unspoiled coastal area with a wide intertidal zone and consists of a variety of habitats. Several studies on macroalgal diversity have been conducted in the Ujung Genteng coastal area. All of these diversity studies still use classical methods: morphological analysis. Morphological identification of species is often inaccurate due to morphological similarities, leading to loss of information regarding species composition in an ecosystem or in an area. The molecular method approach using genetic markers is very useful in studying species, especially macroalgae and can answer questions about the relationship between taxa (taxa) and populations and divergence. Molecular methods can overcome deficiencies in morphological studies used previously. DNA sequence information enables the identification of species that were previously ambiguous and hidden in an environment. The 18S rRNA gene sequence can be used as a genetic marker for the identification of macroalgae species because it has conserved and variable regions that are useful in species determination. This study aims to examine the diversity of macroalgae in Ujung Genteng coastal area, West Java, Indonesia based on morphology and genetics with the 18S rRNA marker gene. The assessment was carried out at two locations on Ujung Genteng Beach, namely Location 1 which is categorized as an unpolluted beach because due to the lack of human, domestic, transportation and industrial activity, and Location 2 which is categorized as a polluted coastal area because there are human, domestic, transport or industrial activities take place around it. The research methodology included: (i) macroalgae sampling in the Ujung Genteng coastal area, West Java; (ii) measurement of seawater conditions for macroalgae habitat including measurements of pH, temperature, salinity, and metal content; (iii) morphological analysis of macroalgae samples; (iv) total DNA isolation from macroalgae samples; (v) amplification of the 18S rRNA gene using the PCR method (vi) determination of its nucleotide sequence using the Sanger sequencing method; (vii) identification of macroalgae species based on the nucleotide sequence of the 18S rRNA; (viii) phylogenetic analysis of macroalgae samples based on the 18S rRNA sequences. The samples obtained from Location 1 consisted of 24 types of macroalgae, which were coded M1.1 to M1.24. While samples from Location 2 obtained 21 types of macroalgae coded M2.1 to M2.21. The total macroalgae samples obtained consisted of 17 genera, 15 families and 4 classes. In the process of identifying macroalgae samples based on morphology and 18S rRNA gene sequence, four categories of conditions were obtained, namely (i) macroalgae samples that were confirmed morphologically at the genus level could be identified to the species level by 18S rRNA sequence; (ii) samples of macroalgae identified to the species level, both morphologically and genetically with the 18S rRNA gene sequence; (iii) macroalgae samples identified morphologically in a different genus/species from the identified genus/species by the 18S rRNA gene; (iv) morphologically confirmed macroalgae samples due to the absence of 18S rRNA gene sequence data (18S rRNA gene amplification was unsuccessful in some samples. The phylogenetic tree consisted of clades showing the grouping of red macroalgae, brown macroalgae, and green macroalgae. The diversity of macroalgae at both Locations 1 and 2 was quite different from the finding of several types of species that only grew in Location 1, and several other types only of growth in Location 2. The type of macroalgae that had the highest overall distribution/abundance which included Locations 1 and 2 was Enteromorpha sp., followed by Gracilaria corticata. While the most abundant type of macroalgae in Location 1 was Enteromorpha sp, followed by Chaetomorpha brachygona, while Location 2 was Cladophora vagabunda, followed by Padina australis. Location 2 which contains lead (Pb) 8.2 times higher than location 1 is dominated by brown macroalgae Padina sp. so it is suspected that Padina sp. (effective metal bioindicator) is more resistant to higher levels of Pb Metal. Several new types of macroalgae were revealed in this study to exist in Ujung Genteng Beach, namely Palisada sp. (GenBank access codes OQ938823), Gracilaria curtissiae, Gracilaria canaliculata (OQ938824, OQ938832, OQ938836, OQ938842, OQ938847) and Wurdemannia miniata (OQ930737). The use of 18S rRNA genetic markers provides more precise identification than morphological analysis only. The macroalgae grown at Location 1 were macroalgae that cannot grow in high-lead seawater (Enteromorpha sp. and Chaetomorpha brachygona), and the macroalgae grown at Location 2 were macroalgae that could grow at high seawater lead levels (Cladophora vagabunda and Padina australis). Keywords: Ujung Genteng coastal area, macroalgae, 18S rRNA, genetic diversity.