Perpustakaan Digital ITB

Genus Planococcus merupakan kelompok bakteri gram-positif yang dapat ditemukan di berbagai lingkungan ekstrim berkat resistensi tingginya terhadap cekaman lingkungan. Bakteri ini mampu menghasilkan senyawa karotenoid C30 yang berperan penting dalam pertahanan seluler seperti fotoproteksi, aktivitas antioksidan untuk menangkal radikal bebas, dan pemeliharaan integritas membran sel. Biosintesis karotenoid C30 pada Planococcus diatur oleh Biosynthetic Gene Cluster (BGC) dengan dua gen inti utama, yaitu crtM (4,4?-diapophytoene synthase) dan crtN (4,4?-diapophytoene desaturase). Namun, variasi sekuens pada gen inti tersebut serta asosiasi dengan habitat ekologisnya masih belum banyak dieksplorasi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis variasi sekuens gen inti karotenoid C30 (crtM dan crtN) pada genus Planococcus serta menganalisis asosiasinya dengan kategori habitat. Dataset yang terdiri dari 31 genom Planococcus dan satu outgroup (Metaplanococcus flavidus CCUG 56756) diperoleh melalui penambangan data pada database NCBI dan dikurasi ke dalam enam kategori habitat, yaitu cryosphere, marine & coastal, inland saline, hypersaline, host-associated, dan terrestrial. Anotasi genom dan prediksi BGC dilakukan menggunakan DFAST dan antiSMASH v8.0.4. Rekonstruksi filogenetik dibangun menggunakan IQ-TREE v3.0.1 untuk menghasilkan dua pohon filogenetik, yaitu berdasarkan 10 gen housekeeping (MLSA) dan berbasis gen inti BGC C30, yang diikuti oleh kuantifikasi inkongruensi topologi berbasis Generalized Robinson-Foulds (gRF) serta visualisasi tanglegram untuk mengevaluasi keselarasan filogeni BGC Karotenoid C30 dengan filogeni spesies. Analisis statistik multivariat PERMANOVA diterapkan untuk menguji asosiasi habitat berdasarkan data matriks similaritas protein gen inti. Tekanan seleksi alam negatif dan positif yang bersifat pervasive dan episodik dianalisis menggunakan tools FUBAR (Fast Unconstrained Bayesian AppRoximation) dan MEME (Mixed Effects Model of Evolution) secara berurutan. Situs yang mengalami tekanan seleksi positif kemudian dipetakan terhadap domain Pfam, Intrinsically Disordered Region (IDR) melalui AIUPred, lalu dianalisis dampak pergeseran fisikokimianya terhadap Aliphatic Index (AI), GRAVY, dan titik isoelektrik (pI) . Hasil penelitian menunjukkan bahwa arsitektur gen inti BGC karotenoid C30 (crtNc-crtM-crtNc- ? crtNa) bersifat sangat terkonservasi. Pada analisis filogenetik, ditemukan diskordansi topologi global yang tinggi antara pohon spesies dan pohon BGC (PID = 71,2% dan CID = 63,8%), namun konservasi topologi lokal tetap terdeteksi (MSID = 35,8%). Analisis sekuens protein menunjukkan bahwa crtM mempertahankan tingkat kemiripan yang tinggi (63%–100%), sedangkan crtN memperlihatkan variabilitas sekuens yang lebih tinggi (similaritas 28%–99%). Selanjutnya, uji PERMANOVA mengonfirmasi bahwa variasi sekuens gen crtM dan crtN berasosiasi secara signifikan dengan kategori habitat (p < 0,05), dengan faktor habitat menjelaskan 26,2%–27,8% variansi sekuens. Analisis tekanan seleksi menunjukkan dominasi seleksi negatif pada domain SQS_PSY gen crtM. Sebaliknya, pada crtN ditemukan penumpukan situs seleksi positif pada kawasan C-terminal fleksibel yang terprediksi sebagai IDR (Intrinsically Disordered Region) yang terletak pada situs 415–470. Seleksi positif pada IDR crtN secara dominan berdampak pada pergeseran ganda Aliphatic Index dan GRAVY (61,8% situs) tanpa mengubah titik isoelektrik (0% pI change) untuk mempertahankan penempelan pada membran sel. Secara keseluruhan, hasil penelitian ini mengungkap pola variasi molekuler Planococcus yang menyeimbangkan rigiditas CrtM dengan plastisitas fisikokimia dari wilayah C-terminal CrtN, di mana kategori habitat berasosiasi secara signifikan namun terbatas dengan variasi gen inti di tengah tingginya diskordansi topologi filogenetik antarpohon berbasis gen inti BGC C30 dan pohon spesies.