Perpustakaan Digital ITB

Pisang merupakan salah satu komoditas pangan penting di dunia, namun masih menghadapi permasalahan kualitas dan masa simpan buah. Permasalahan tersebut dipengaruhi oleh proses pemasakan yang relatif cepat, sehingga menurunkan kualitas buah. Beberapa strategi pasca panen seperti rekayasa genetika dan metabolit telah dilakukan, namun diperlukan pemahaman mekanisme molekuler yang mendalam untuk menentukan gen dan metabolit kunci yang berperan dalam regulasi pemasakan buah. Musa balbisiana merupakan salah satu jenis pisang yang memiliki karakteristik lambat masak, dengan periode pemasakan sekitar 18 28 hari setelah panen. Karakteristik tersebut berbeda dengan pisang komersial Musa acuminata yang umumnya masak dalam waktu enam hari. Karakter lambat masak pisang M. balbisiana berpotensi dijadikan model untuk memahami mekanisme molekuler yang mendasari proses pemasakan. Studi omik dapat mendukung pemahaman tersebut secara lebih mendalam melalui identifikasi gen dan metabolit terkait karakteristik lambat masak buah. Namun, studi omik pisang Musa balbisiana masih terbatas. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk mengkaji mekanisme molekuler yang berkaitan dengan karakter lambat masak buah Musa balbisiana cv. (PKW) (Grup BB), menggunakan pendekatan transkriptomik dan metabolomik. Pendekatan transkriptomik dilengkapi dengan analisis interaksi antar protein (protein-protein interaction, PPI) untuk mengidentifikasi potensi interaksi antara faktor transkripsi dan gen-gen terkait pemasakan buah. Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahap utama, yaitu (1) analisis profil ekspresi gen dan identifikasi kandidat gen kunci dengan pendekatan transkriptomik selama pemasakan buah PKW; (2) analisis prediksi interaksi antar protein (protein-protein interaction, PPI) antara faktor-faktor transkripsi (TF) pada jalur persinyalan etilen dengan gen-gen terkait jalur metabolisme yang berbeda signifikan berdasarkan analisis transkriptomik; serta (3) analisis profil metabolom dan identifikasi kandidat metabolit kunci dengan pendekatan metabolomik selama pemasakan. Sampel yang digunakan untuk analisis transkriptomik, PPI, dan metabolomik adalah buah PKW kelompok kontrol (tanpa perlakuan etilen) dan kelompok perlakuan etilen (100 ii . Selain itu, sampel buah Cavendish kelompok perlakuan etilen (pisang komersil) digunakan untuk analisis metabolomik lanjutan dengan tujuan membandingkannya dengan kelompok sampel buah PKW perlakuan etilen. Hasil analisis transkriptomik memperlihatkan dua jalur metabolisme yang signifikan dalam proses pemasakan buah PKW, yaitu biosintesis dan persinyalan etilen serta metabolisme karbohidrat (metabolisme pati, sukrosa, dan fruktosa). Lima belas gen biosintesis etilen (kelompok MAT, ACS, dan ACO), 49 gen persinyalan etilen (ERS, ETR, RTE, EIN, EIL, ERF, dan ETO), serta 49 gen metabolisme karbohidrat (ISA, AMY, BAM, DPE2, SUS, SPS, SPP BFF, HXK, FRK, GPI, PGM, PFK6, FBA, SWEET, dan SUT) ditemukan terekspresi signifikan secara diferensial. Sebagian besar gen biosintesis etilen dan metabolisme karbohidrat memperlihatkan penurunan ekspresi (downregulated) selama pemasakan buah, namun memperlihatkan peningkatan ekspresi (upregulated) pada hari pertama setelah pemberian etilen, yang mengindikasikan respons terhadap etilen. Gen-gen persinyalan etilen memperlihatkan pola ekspresi yang bervariasi, yang mengindikasikan peran fungsional yang berbeda selama pemasakan buah PKW. Gen yang terekspresi signifikan secara diferensial dianalisis lebih lanjut menggunakan pendekatan PPI untuk mengidentifikasi prediksi interaksi antara TF pada jalur persinyalan etilen dengan gen pada jalur metabolisme yang relevan. Pada jalur biosintesis etilen, terdapat prediksi interaksi positif antara gen MbERF2 dengan MbACO2, serta prediksi interaksi negatif antara MbETR2 dan MbEIN2 dengan MbACO2. Pada jalur metabolisme karbohidrat, terdapat prediksi interaksi positif antara MbERF4 dan MbERF037/110-like dengan MbBAM2 dan MbBAM3; serta prediksi interaksi negatif antara MbERF11, MbETR2, dan MbEIN2 dengan MbHXK2. Selain itu, ditemukan interaksi antar komponen pada jalur persinyalan etilen, yaitu prediksi interaksi negatif antara MbETR2 dengan MbERF4. Gen yang diprediksi saling berinteraksi tersebut dilakukan validasi ekspresi gen dengan metode quantitative real-time PCR (qRT-PCR). Gen yang berhasil tervalidasi dijadikan kandidat gen kunci, yang meliputi gen biosintesis etilen MbACO2 (Mba07_g18470); gen metabolisme karbohidrat MbHXK2 (Mba08_g27780); serta gen persinyalan etilen (TF) MbERF2 (Mba07_g19900), MbERF11 (Mba11_g23050), MbETR2 (Mba08_g12460), dan MbEIN2 (Mba06_g31940). Analisis metabolomik dilakukan menggunakan metode orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA) untuk mengidentifikasi perbedaan profil metabolit buah PKW dan Cavendish yang diinduksi etilen. Hasil analisis memperlihatkan adanya perbedaan signifikan pada profil metabolit primer selama pemasakan (berdasarkan skor variable importance in projection (VIP) > 1), terutama pada jalur metabolisme gula dan dinding sel, respons terhadap stres oksidatif, serta biosintesis senyawa aromatik. Berdasarkan hasil analisis kurva receiver operating characteristic (ROC), diperoleh tujuh marka metabolit yang membedakan pemasakan daging maupun kulit buah, yakni quinic acid, shikimic acid, 2-aminoethanol, glutamic acid, pyroglutamic acid, alanin, dan inositol. iii Integrasi antara data transkriptomik, analisis PPI, dan metabolomik mendukung dugaan adanya perubahan signifikan pada jalur metabolisme karbohidrat selama pemasakan buah PKW. Hasil integrasi tersebut memperkuat hasil identifikasi kandidat gen kunci, yaitu MbERF11 (Mba11_g23050), MbETR2 (Mba08_g12460), dan MbEIN2 (Mba06_g31940); serta kandidat metabolit kunci, yaitu inositol. Kebaruan penelitian ini terletak pada integrasi analisis transkriptomik, interaksi antar protein (PPI), dan metabolomik untuk identifikasi profil ekspresi gen dan metabolit serta kandidat gen dan metabolit kunci, sehingga dapat membangun model prediktif mekanisme molekuler yang menjelaskan karakter lambat masak buah PKW. Hasil studi ini dapat diaplikasikan dalam penelitian rekayasa genetika dan metabolit serta biologi sintetis, untuk pengembangan manajemen pasca panen dalam meningkatkan kualitas dan memperpanjang masa simpan buah.