RINGKASANJantje Ngangi. Karakterisa

RINGKASAN
Jantje Ngangi. Karakterisasi dan Bioprospeksi Rayap Subteran Pada kayu Wasian (Elmerellia celebica L.) (Dibawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Jantje Pelealu, MS sebagai Ketua, Prof. Dr. Ir. Joutje Warouw, dan Prof. Dr. Ir. Lusi Mandey, MS, sebagai anggota Komisi Pembimbing)
Rayap Odontotermes javanicus Holmgren merupakan rayap dominan yang hidup pada kayu endemik Wasian (Elmerrellia celbica L.) di areal Hutan Rakyat Rumoong Lansot Kabupaten Minahasa Selatan Propinsi Sulawesi Utara. Rayap O. javanicus merupakan kontributor utama biodegradasi senyawa lignoselulosa di daerah tropis. Saluran pencernaannya, mengandung bakteri yang memiliki kemampuan tinggi mendegradasi lignoselulosa secara efisien sehingga menjadi sumber biokatalis potensial untuk konversi kayu menjadi biofuel.
Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengkaji biodiversitas rayap subteran lokal di hutan rakyat Rumoong Lansot Kecamatan Tareran Kabupaten Minahasa Selatan Kabupaten Sulawesi Utara, (2) mendapatkan isolat bakteri yang berpotensi selulolitik dan melakukakan karakterisasi enzim selulolitik isolat bakteri saluran rayap subteran lokal dominan yang hidup pada kayu Wasian, (3) mendeskripisi keragaman genetik rayap O. javanicus menggunakan gen COI mitokondria dan (4) mengidentifikasi dan menganalisis filogenetik isolat bakteri selulolitik saluran pencernaan menggunakan gen 16S rRNA mitokondria.
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juli 2011 sampai dengan Oktober 2013. Penelitian ini terdiri atas empat bagian. Pertama, melakukan survei biodiversitas rayap di Kawasan Hutan Rakyat Desa Rumoong Lansot Kabupaten Minahasa Selatan Kabupaten Propinsi Sulawesi Utara. Survei dilakukan pada lima habitat, yakni: (1) habitat pohon campuran (HPC); (2) pohon Cempaka (HC); (3) Cempaka dan Wasian (HCW); (4) pohon Wasian (HW) ; (5) tanpa pohon (HTP). Metode sampling menggunakan belt transek menurut Jones & Enggleton (2000). Parameter yang diukur adalah kelimpahan relatif, sebaran rayap tiap transek, dan indeks keanekaragaman. Kedua, menemukan isolat bakteri selulolitik saluran pencernaan rayap O. javanicus yang hidup pada kayu Wasian (Elmerelia celebica). Karakterisasi isolat bakteri yang berpotensi selulolitik terdiri atas empat tahap. Tahap pertama, mengisolasi bakteri dari saluran pencernaan rayap menggunakan metode cawan sebar (spread-plate method) yang telah dimodifikasi.Tahap kedua, mengskrining bakteri selulolitik menggunakan media CMC dan congored. Tahap ketiga, mengidentifikasi isolat secara morfologi dan biokimia. Tahap keempat, karakterisasi enzim selulolitik dan mengukur nilai aktivitas enzim selulase melalui pembentukan gula pereduksi menggunakan metode DNS. Pada bagian terakhir, melakukan kajian molekuler rayap dan isolat bakteri terdiri atas tiga tahap yakni ekstraksi DNA menggunakan innuPrep DNA Micro Kit (Analityk Jena, Jerman) sesuai petunjuk manufakur dengan sedikit modifikasi. PCR dilakukan menggunakan 5X Firepol PCR Master Mix Ready-to-Load (Solis Biodyne). Jenis pasangan primer untuk amplifikasi DNA COI dari mitokondria rayap yaitu sesuai yang digunakan Ivanova, et al. (2007), antara lain forward primer FF2d (5’-TTC TCC ACC AAC CAC AAR GAY ATY GG-3’) dan reverse primer FR1d (5’-CAC CTC AGG GTG TCC GAA RAA YCA RAA-3’). Jenis pasangan primer untuk amplifikasi DNA 16S rRNA dari mitokondria bakteri berupa forward primer 63f (5’-CAG GCC TAA CAC ATG CAA GTC-3’) dan reverse primer 1387r (5’-GGG CGG AGT GTA CAA GGC-3’) (Marchesi, et al., 1998. Produk PCR dikirim bersama primer-primernya untuk disekuensing oleh penyedia jasa sekuensing (First Base, Malaysia). Kromatogram yang diperoleh diedit menggunakan software Geneious Basic 5.64 (Drummond, et al., 2013). Hasil sekuensing akan dibandingkan dengan Bank Gen menggunakan BLAST (Basic Lokal Alignment Search Tools). Pohon filogenetik dibangun menggunakan Genetic distance model Tamura-Nei metode algoritma Neighbor-Joining dengan metode resampling Bootstrap replikasi 1000 x.
Hasil penelitian biodiversitas rayap subteran diperoleh, yaitu sepuluh spesies, lima genus dan dua sub-famili. Sub famili Macrotermitinae merupakan jumlah spesies tertinggi (delapan spesies, 89.66%) diikuti oleh Nasutitermitinae (dua spesies, 10.34%). Lima genus antara lain, genus Macrotermes, Odontotermes, Pericapritermes, Havilanditermes dan Nasutitermes. Sepuluh spesies teridentifikasi, yaitu Odontotermes javanicus Holmgren, Macrotermes gilvus Holmgren, Havilanditermes atripennis Haviland, Nasutitermes matangensis Haviland, Odontotermes oblongatus Holmgren, Odontotermes makasarensis Kemner, Odontotermes longinatus Kemner, Odontotermes grandiceps Holmgren, Pericapritermes speciosus Haviland, dan Odontotermes sp. Spesies dominan yaitu O.javanicus Holmgren ditemukan di semua habitat, dan banyak ditemukan pada habitat yang didominasi oleh pohon endemik Sulawesi Elmerrelia celebica L. Habitat HPC memiliki jumlah, kelimpahan dan indeks keragaman spesies tertinggi, kemudian diikuti berturut-turut oleh habitat HCW, HC, HW dan TP. Sebagian besar habitat didominasi oleh rayap yang memiliki kelompok makan tipe II, kecuali habitat TP yang didominasi oleh kelompok makan tipe III.
Saluran pencernaan rayap O. javanicus mengandung empat isolat bakteri yakni isolat JN2, JN4, JN5, dan JN8 yang menunjukkan aktivitas selulolitik pada uji congo red menggunakan media CMC. Semua isolat merupakan bakteri gram positif dan berbentuk basil dan kokobasil. Masing-masing isolat memberi tanggapan reaksi yang berbeda terhadap beberapa perlakuan uji biokimia. Hasil uji biokimia kemudian dicocokkan dengan Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology dan diperoleh bahwa isolat JN2, JN4, JN5 dan JN8 berturut-turut teridentifiksi sebagai Microbacterium sp., Bacillus sp., Microbacterium sp. dan Eubacterium sp. Aktivitas spesifik enzim selulolitik dari masing-masing isolat tertinggi terdapat pada isolat JN5 yaitu 2,5 (nKat/mg) dengan aktivitas produksi optimal harian pada hari ke-3, pH 5,5 dan suhu 300C, diikuti oleh isolat JN2 dengan nilai aktivitas spesifik 1,6 (nKat/mg) dengan aktivitas harian produksi optimal pada hari ke-5, pH 5,0 dan suhu 300C, isolat JN8 dengan nilai aktivitas spesifik 0,9 (nKat/mg) dengan aktivitas produksi optimal harian pada hari ke-7, pH 6,0, dan suhu 400C.
Sekuens DNA gen COI dari lima spesies O. javanicus Holmgren yang berasal dari beberapa habitat berbeda, memiliki panjang basa nukleotida antara 681-695 bp dan memiliki urutan basa nukleotida yang cenderung sama. Variasi genetik antara lima sampel rayap, yaitu rayap kayu cempaka Lansot (RC), rayap kayu wasian yang sudah lapuk Rumoong (RKB), rayap serbuk kayu wasian Rumoong (RS), rayap kayu wasian Rumoong (RWTA) dan rayap kayu wasian Tondano Minahasa (RWTO) antara 0.1-1.0%. Rata-rata persentase kandungan basa nukleotida (A+T) 54.42% dan (G+C) 45.58%. Komposisi rata-rata basa nukleotida adenine (31.44%), sitosin (27.54%), timin (23.38%) dan guanine (17.6%). Terdapat perbedaan urutan basa nukleotida pada lima situs. Pola perubahan urutan basa tipe C-T terdapat pada RKB situs 254 bp, tipe G-A terdapat pada RWTO dan RS situs 371 bp dan 671 bp, tipe A-G terdapat pada RWTO dan RC situs 674 bp dan tipe T-G terdapat pada RS situs 689 bp. Konstruksi pohon filogenetik menunjukkan bahwa semua sampel memiliki kekerabatan yang tinggi dengan spesies Odontotermes javanicus Holmgren. O. javanicus yang berasal dari habitat RC, RKB, RWTA, RS dan RWTO secara genetik masih satu kerabat (satu spesies) karena memiliki nenek moyang yang sama dan membentuk clade yang bersifat monofiletik. Rayap O. javanicus yang berasal dari habitat RS dan RWTO berada dalam hubungan yang lebih dekat karena cenderung membentuk clade yang baru.
Sekuen DNA gen penyandi 16S rRNA dari bakteri selulolitik isolat JN2, JN4, JN5 dan JN8 dengan panjang antara 1293-1498 bp. Isolat JN2 memiliki kedekatan dengan Trabulsiella odontotermitis kode akses NCBI NR043860.1 dengan derajat kesamaan homolog 99%, isolat JN4 memiliki kedekatan dengan Citrobacter sp. TS84 kode akses NCBI HQ600991 dengan derajat kesamaan 88%, JN5 memiliki kedekatan dengan Bacillus sp MI-32a2 kode akses NCBI DQ196480.1 dengan derajat kesamaan 98% dan isolat JN8 memiliki kedekatan dengan Bacillus thurinegnsis dengan kode akses JF496339.1 dengan derajat kesamaan 99%.
Data aktivitas selulolitik isolat bakteri hindgut rayap subteran lokal yang hidup pada kayu endemik Wasian Sulawesi Utara menjadi parameter penting dan dapat dikembangkan dalam mendisain proses industri untuk memproduksi bioetanol atau biofuel berbasis bahan lignoselulosa.

Kata Kunci: biodiversitas, rayap subteran Odontotermes javanicus, bakteri penghasil selulolitik, DNA mitokondria COI dan gen 16S rRNA












SUMMARY






Keywords: biodiversity, termites subteran Odontotermes javanicus, cellulolytic bacteria, mitochondrial DNA COI and 16S rRNA gene

Hasil (Inggris) 1:

SUMMARYJantje Ngangi. Characterization and Termite Subteran Bioprospeksi on wood Wasian (Elmerellia celebica L.) (Under the guidance of Prof. Dr. IR. Jantje Pelealu, MS as Chairman, Prof. Dr. IR. Joutje Warouw, and Prof. Dr. IR. Lusi Mandey, MS, Member of the Commission as Supervisor)Termites termite Odontotermes javanicus Holmgren is predominantly living in the endemic wood Wasian (Elmerrellia celbica l.) in the area of the forest People Rumoong Lansot South Minahasa Regency in North Sulawesi Province. Termite o. javanicus is a main contributor to lignoselulosa compound biodegradation in the tropics. Pencernaannya channels, containing bacteria that have a high ability to degrade lignoselulosa efficiently so that it becomes a source of potential biokatalis for conversion of wood into biofuel.This research aims to: (1) investigate biodiversity local forest subteran termite folk Rumoong Lansot District Tareran District South Minahasa District of North Sulawesi, (2) get a potentially bacteria isolates selulolitik and melakukakan characterization of bacterial isolates selulolitik enzyme channels the local dominant subteran termites that live on wood Wasian, (3) genetic diversity of the termite mendeskripisi o. javanicus using Mitochondrial COI gene and (4) identify and analyze the phylogenetic selulolitik bacteria to the digestive tract isolates using mitochondrial 16S rRNA gene.This research was carried out from July 2011 to October 2013. This study consists of four parts. First, conduct a survey of biodiversity in forested areas of termite Folk Village Rumoong Lansot District South Minahasa Regency, North Sulawesi Province. The survey was conducted in five areas, namely: (1) a mixed tree habitat (HPC); (2) the tree Cempaka (HC); (3) the Cempaka and Wasian (HCW); (4) the tree Wasian (HW); (5) without trees (HTP). Method of sampling using a belt transek according to Jones & Enggleton (2000). The measured parameters are relative abundance, distribution, and transek each termite index of diversity. Second, find the bacterial isolates selulolitik termite digestive tract o. javanicus living on wood Wasian (Elmerelia celebica). Characterization of bacterial isolates are potentially selulolitik consists of four stages. The first phase, isolating bacteria from gastrointestinal tract of termite using bowls spread (spread-plate method) that has been modified.The second phase, mengskrining selulolitik bacteria using media CMC and congored. The third phase, identifying the isolates in the morphology and biochemistry. The fourth stage, the characterization of the enzyme selulolitik and measuring the value of selulase enzyme activity through reducing sugar formation method using DNS. On the last part, doing Molecular study of termites and the bacterial isolates comprised three stages namely extraction of DNA using the innuPrep DNA Micro Kit (Analityk Jena, Germany) according to the instructions manufakur with minor modifications. PCR is performed using 5 x Firepol PCR Master Mix Ready-to-Load (Solis Biodyne). This type of DNA amplification primer pairs for COI from mitochondria termites that fit used Ivanova, et al. (2007), among other forward primer FF2d (5 '-TCC TTC ACC AAC CAC AAR GAY ATY GG-3 ') and reverse primer FR1d (5′-CTC CAC AGG PM TCC GAA RAA RAA YCA-3 '). This type of DNA amplification primer pairs for 16S rRNA sequences from bacterial primary 63f aircraft are to be forward (5 '-ATG CAC TAA GCC CAG CAA GTC-3 ') and reverse primer 1387r (5′-GGG AGT CGG GGC CAA-GTA 3 ') (Marchesi, et al., 1998. PCR products were sent along primary-primary disekuensing by their service provider for sequencing (First Base, Malaysia). Kromatogram earned edited using software Geneious Basic 5.64 (Drummond et al., 2013). Sequencing results will be compared with the Bank of genes using the BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Phylogenetic trees constructed using Genetic distance model Tamura-Nei-Neighbor algorithm method of Joining with Bootstrap resampling method of replication 1000 x. Biodiversity research results obtained, namely termites subteran ten species, five genera and two sub-family. Sub family of the highest species number is Macrotermitinae (eight species, 89.66 percent) followed by Nasutitermitinae (10.34 percent), two species. Five genera, among others, the genus Macrotermes, Pericapritermes, Havilanditermes, Odontotermes and Nasutitermes. Ten species were identified, namely Odontotermes javanicus Holmgren, Holmgren gilvus Macrotermes, Havilanditermes atripennis Haviland, Nasutitermes matangensis Haviland, Odontotermes oblongatus Holmgren, Odontotermes makasarensis Kemner, Odontotermes longinatus Kemner, Odontotermes grandiceps Holmgren, Pericapritermes speciosus Haviland Odontotermes SP., and the dominant species is o. javanicus Holmgren found in all habitats, and many are found in habitats dominated by tree endemic to Sulawesi Elmerrelia celebica l. Habitat HPC has a total, abundance and diversity of species the highest index, followed in succession by the habitat of HCW, HC, TP and HW. most of the habitat is dominated by termite that has type II dining group, except habitat dominated by TP group packed type III.Termite digestive tract o. javanicus contains four bacterial isolates which isolates JN2, JN4 JN5,, and selulolitik activity that shows JN8 on test congo red using media CMC. All isolates were gram positive bacteria and shaped basil and kokobasil. Each isolate gives a different reaction to the response of some biochemical test treatment. Biochemical test results are then matched with Bergey's Manual of Determinative Bacteriology and retrieved that isolates JN2, JN4 JN5, and successive teridentifiksi JN8 as Microbacterium SP., Bacillus SP., Microbacterium SP. and Eubacterium SP. specific Activity of the enzyme selulolitik of each isolate of the highest found in isolates JN5 i.e. 2.5 (nKat/mg) with optimal production activity daily on day 3, pH 5.5 and 300C temperature, followed by isolates of specific activity value JN2 1.6 (nKat/mg) with optimal production daily activity on day 5, the pH of 5.0 and a temperature of 300C, isolate specific activity value JN8 0.9 (nKat/mg) with optimal production activity daily on day 7, pH 6.0, and a temperature of 400C.Gene COI DNA sequence from five species of o. javanicus Holmgren coming from several different habitats, has a length of bases between 681-695 bp and has a sequence of bases that tend to be the same. Genetic variation among the five samples of termites, namely termites wood cempaka Lansot (RC), termites wood wasian already stands Rumoong (RKB), termite sawdust wasian Rumoong (RS), termites wood wasian Rumoong (RWTA) and termites wood wasian Tondano Minahasa (RWTO) between 0.1-1.0%. The average percentage of bases (A + T) 54.42% and (G + C) 45.58%. The average composition of the nucleobase adenine (31.44%) cytosine (27.54 percent), thymine (23.38%) and guanine (17.6 percent). There is a difference in the sequence of nucleotide bases in five sites. The pattern of change in the sequence of bases C-T type is present on the RKB site 254 bp, type G-A is present on the site and RS RWTO 371 671 bp and bp, type A-G are present in the RC site and 674 RWTO bp and T-type G is present on the RS website 689 phylogenetic tree Construction BP. showed that all samples have high affinities with species Odontotermes javanicus Holmgren. O. javanicus emanating from the habitat of the RC, RKB, RWTA, RS and genetically RWTO still one kin (one species) because it had a common ancestor and forming a monophyletic clade. Termite o. javanicus emanating from the habitat of the RS and RWTO are in closer ties because it tends to form a clade that is new.DNA gene sequence 16S rRNA encoder from bacteria isolates JN2 selulolitik, JN4 JN5, and with a length between JN8 1293-1498 BP. JN2 Isolates have a closeness with Trabulsiella access code odontotermitis NCBI NR 043860.1 with homologous similarity degree of 99%, JN4 isolates have proximity to Citrobacter SP. TS84 access code HQ600991 NCBI with degrees of similarities 88%, has the proximity of JN5 Bacillus sp MI-32a2 NCBI DQ 196480.1 access code with the degree of similarity of 98% and isolates have proximity to JN8 Bacillus thurinegnsis with access code JF 496339.1 with the degree of similarity of 99%.Selulolitik activity data isolates local subteran termite hindgut bacteria that live on a tree endemic to North Sulawesi Wasian becomes an important parameter and can be developed in the industrial process designed to produce biofuel-based materials or bioetanol lignoselulosa. Keywords: biodiversity, termite Odontotermes subteran javanicus, selulolitik-producing bacteria, mitochondrial DNA and 16S rRNA gene COISUMMARYKeywords: biodiversity, termites subteran Odontotermes javanicus, cellulolytic bacteria, DNA mitochondrial COI and 16S rRNA gene