Ekspresi β -1,3 glukanase dan kitinase pada tanaman kopi arabika (Coffea arabica L.) tahan dan rentan karat daun Expression of β-1,3 glucanase and chitinase of arabica coffee (Coffea arabica L.) resistant and susceptible against leaf rust disease

Abstract

Summary

Leaf rust disease caused by Hemileia vastatrix is considered to be one of the most important diseases on arabica coffee plantation. In order to understand the mechanism underlying resistance of arabica coffee against leaf rust disease, this research was aimed to study expression of β-1,3 glucanase (GLU) and chitinase (CHI) genes in the arabica coffee S1934 and  BLP10 that have been reported respectively as a resistant and susceptible varieties to H. vastatrix. The two varieties were essayed against H. vastatrix, and an RT-PCR (Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction) using total RNAs  from the S1934 and BLP10, both inoculated with H. vastatrix and uninnoculated was carried out for studying the expression of GLU and CHI. Two primer pairs were designed to amplify the conserved region of GLU and CHI. Amplification products were sequenced and the nucleotide sequences were subjected to BlastX analysis. The result of bioassay confirmed that arabica coffee S1934 was resistant to H. vastatrix, while BLP10 was susceptible.   β-1,3 glucanase was expressed in all of the four samples, the inoculated and uninnoculated S1934, and BLP10 in different degree. S1934 expressed higher GLU compared to BLP10. In the inoculated S1934 the expression of this gene was higher compared to that of the uninoculated one. Expression of CHI was detected only in the S1934, both inoculated and uninoculated. Sequence analysis confirmed that the RT-PCR products were exon regions of genes encoding β-1,3 glucanase dan chitinase respectively. Both of the cDNA fragment have been cloned in E.coli.

Ringkasan

Karat daun yang disebabkan oleh jamur Hemileia vastatrix merupakan salah satu penyakit penting pada perkebunan kopi arabika. Untuk memahami mekanisme ketahanan kopi arabika terhadap karat daun, penelitian ini bertujuan untuk mempelajari ekspresi gen β-1,3 glukanase dan kitinase pada varietas kopi arabika S1934 yang dilaporkan tahan karat daun dan varietas BLP10 yang termasuk rentan karat daun. Untuk itu kedua varietas diuji kembali ketahanannya terhadap H. vastatrix melalui bioesai dan dilakukan RT-PCR menggunakan RNA total dari S1934 dan BLP10, baik yang diinokulasi dengan H. vastatrix maupun yang tidak diinokulasi, untuk mempelajari ekspresi gen GLU dan CHI. Dua pasang primer spesifik dirancang untuk mengamplifikasi daerah konservatif kedua gen  tersebut. Hasil amplifikasi disekuen dan dianalisis menggunakan program BlastX. Hasil bioesai mengkonfirmasi bahwa S1934 tahan terhadap H. vastatrix, sedangkan  BLP10 rentan.  β-1,3 glukanase diekspresikan pada kedua varietas, baik yang diinokulasi maupun yang tidak diinokulasi, namun dengan tingkat ekspresi yang sedikit berbeda. Varietas S1934 mengekspresikan β-1,3 glukanase lebih tinggi dibandingkan dengan BLP10. Ekspresi gen tersebut pada S1934 yang diinokulasi lebih tinggi dibandingkan dengan yang tidak diinokulasi. Sedangkan kitinase hanya diekspresikan pada varietas S1934. Hasil sekuensing dan analisis DNA mengkonfirmasi bahwa sekuen hasil RT-PCR merupakan bagian ekson dari gen penyandi β-1,3 glukanase dan kitinase. Kedua fragmen tersebut telah diklon pada E. coli.