Introduction of Chloroplast Small Heat Shock Protein Increases Photosynthesis and Thermotolerance in Transgenic Plants

엽록체 Small Heat Shock Protein의 도입에 따른 형질전환 식물체의 광합성 활성 및 고온내성의 증가

To investigate the function of the chloroplast small heat shock protein (small HSP), transgenic tobacco plants (Nicotiana tabacum L., cv. SRI) that show constitutive expression of the chloroplast small HSP were generated. Effects of constitutive expression of the introduced gene on thermotolerance were first probed with the chlorophyll fluorescence. After a 5-min incubation of leaf discs at high temperatures, an increase in the Fo level and a decrease in the Fv level, indications of separation of LHCII from PSII and inactivation of electron transport reactions in PSII, were mitigated by constitutive expression of the small HSP. When tobacco plantlets grown in Petri dishes were incubated at $52^{\circ}C$ for 45 min and subsequently incubated at $25^{\circ}C$, leaf color of nontransformants was gradually became white and all plantlets finally were died. Under conditions in which all nontransformants were dying, more than 80% of the transformants remained green and survived. These results suggest that the chloroplast small HSP plays an important role in protecting photosynthetic machinery during heat stress.

엽록제 small HSP의 기능을 조사하기 위하여 항상적으로 발현하는 형질전환 식물체를 작성하였다. 고온 스트레스 하에서의 형질전환 식물체의 고온내성을 chlorophyll 형광으로 측정하였다. Leaf disc를 고온조건에서 5분간 처리한 후, 광화학계 II의 불활성화를 나타내는 Fo 값의 증가 또는 Fv 값의 감소치를 조사하였다. 형질전환 식물체는 고온 스트레스 하에서의 이들 값의 증감율이 현격히 감소하였다. 또한 유식물체를 $52^{\circ}C$에서 45분간 처리한 후, $25^{\circ}C$에서 계속적으로 배양하였을 때, 비형질전환 식물체는 전부 고사하였으나, 형질전환 식물체의 약 80%는 생존하였다. 이러한 결과는 엽록체 small HSP가 고온 스트레스 하에서 광합성기구를 보호하는데 있어서 중요한 기능을 담당하고 있음을 나타낸다.