포항공대 내에 자리한 벤처기업 제노마인은 지난해 '애기장대'라는 식물에서 계절에 따라 꽃피는 시기를 조절하는 새로운 유전자 자이켄티아를 세계 최초로 발견, 분리에 성공했다. 제노마인 대표인 남홍길 포항공대 교수는 '자이겐티아를 정상적인 식물체에 주입해 꽃피는 시기를 30% 앞당길 수 있는 연구결과가 나왔다"며 자이겐티아를 이용하면 "원하는 시기에 꽃이 피는 화훼류를 만들거나 일년중 특정시점에 수확이 가능한 농작물의 유전공학적 개발에 적용할 수 있다"고 말한다.
식물의 이차생장의 결과로 생산되는 바이오매스의 대부분은 식물의 이차세포벽에 축적된다. 식물의 이차세포벽은 크게 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌이라는 3가지 물질로 구성되며 이들 중 페놀성 복합 화학 물질인 리그닌은 셀룰로스나 헤미셀룰로스와 달리 알코올 발효과정의 저해 물질로이다. 따라서, 식물의 이차세포벽 생합성의 과정을 조절함으로 전체 바이오매스의 생산량과 조성을 바이오 에너지 생산을 위해 최적 조건으로 조절함으로써 바이오 에탄올 생산을 최대화할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 애기장대 유래 MYB7 유전자를 CaMV35S 프로모터 조절 하에서 과별현되게 한 식물체와 식물의 전사조절에서 하위 특정 유전자의 발현을 저해시키는 것으로 잘 알려진 SRDX 융합 단백질 즉, MYB7-SRDX 과발현체를 제작하여 그 특성을 조사하였다. 그 결과 MYB7 전사조절 인자가 리그닌의 생합성을 억제 조절한다는 결과를 관찰하였다. 이는 MYB7 전사조절인자를 이용하면 바이오 에탄올 발효과정에 저해 물질로 작용하는 리그닌을 경감시킬 수 있는 기초 자료로 사용할 수 있을 것이다.
본 연구는 애기장대에서 무름병에 대한 저항성 유전자를 탐색하고자 2만여개의 T-DNA 삽입 돌연변이군을 이용하여 Pcc에 대한 스크리닝을 수행하고 이 방법을 소개한 연구다. 1차 선발을 통하여 15개의 저항성 line과 20개의 감수성 line을 선발하였으며, 이로부터 2차 선발하여 3개의 저항성 line과 4개의 감수성 line을 선발하였고, 최종적으로 3차 선발을 통하여 1개의 감수성 line (Atstp1)을 선발할 수 있었다. 현재 Atstp1을 이용해 flanking sequencing 하여 유전자를 탐색하고 있으며, 앞으로 클로닝을 통하여 다양한 무름병 저항성 식물 개발에 유용하게 이용될 것으로 기대한다.
Differential display 방법으로 NaCl에 의하여 발현이 증가되는 cDNA들을 분리하였으며 그중 하나가 식물유래의 outer envelope membrane protein과 높은 유사성을 보였으므로 이를 ShOEP로 명명하였다. ShOEP는 1293 bp 길이에 359개의 아미노산으로 구성된 open reading frame을 포함하고 있으며, 이로부터 추정되는 분자량은 8.9 kDa이었다. ShOEP 단백질은 애기장대의 OEP와는 40.6%, 시금치와는 38%의 유사성을 나타내었다. Northern 분석결과, ShOEP 유전자는 NaCl의 농도가 증가함에 따라 발현량이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 염생식물인 퉁퉁마디의 OEP는 PEG에 의하여 발현이 증가하는 반면 비염생식물인 애기장대의 OEP는 큰 차이를 보이지 않았다. 효모 complementation 실험결과 ShOEP는 NaCl에 특이적이었으며 식물의 염분스트레스 내성 기작에 직접적으로 관여하고 있음을 알 수 있었다.
본 연구는 토양에 오염된 중금속을 제거하기 위한 식물정화공정에 사용할 식물체를 개발하기 위해 $TgMTP_1$ 유전자를 CaMV35S 상시 발현 할 수 있도록 Ti-plasmid 벡터를 구축하여 형질전환식물을 육성하였다. 유전자가 도입된 형질전환 애기장대에서 TgMTP유전자를 과발현하는 호모 TG-116 (T3 generation) 계통을 육성하여 그 특성을 조사하였다. 호모계통으로 육성한 TG-116 계통은 callus 및 식물체에서 중금속에 대한 저항성을 보였다. 특히 RT-PCR 및 Western 분석에서 유전자의 발현은 잎에서 높게 나타났으며, Ni 흡수 및 축적이 많이 일어났다. 따라서 MTP1 유전자가 발현되어 액포에 중금속을 축적하는 실험결과를 활용한다면 식물정화공정에 사용할 수 있는 다양한 유전자원으로 기대할 수 있다.
애기장대에서 추출한 효소원에 동위원소로 표지 된 $^{32}P$-ATP와 $^3H$-castasterone를 기질로 하여 효소반응을 수행하여 얻어진 생성물을 분석한 결과 $^3H$와 $^{32}P$의 활성이 동시에 검출되었다. 이 대사산물의 구조를 알아보고자 동위원소로 표지 되지 않은 CS, ATP를 이용하여 효소 반응하여 얻어진 대사산물의 GC-MS 분석결과 ion m/z 664의 값을 얻었는데, 이를 CS phosphate로 예상할 수 있었다. 상기의 대사산물 분획에 wheat germ acid phosphatase를 처리하여 phosphoester 결합을 깨뜨린 후 얻어진 생성물의 GC-MS 분석결과 CS의 spectrum을 얻을 수 있었는데 이를 통해 식물체 내 CS의 결합체로 인산화 된 형태가 존재할 가능성을 확인하였다.
B. rapa로부터 분리한 BrMT3 유전자를 도입시킨 효모와 애기장대가 카드뮴을 비롯한 중금속에 저항성을 보이는 것이 확인되었고 이 결과를 토대로 이 유전자가 중금속 흡착을 통한 환경 정화 및 스트레스에 내성을 갖는 형질전환 식물체를 개발하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
산성비 수준의 고농도 수소이온 스트레스인 pH 5.6-4.0 처리는 애기장대 생장에 크게 해를 주지 않았으며 강산성인 pH 3.5 이하에서 수소이온 농도가 높아질수록 식물 뿌리 및 줄기의 생장이 위축되었으며 특히 뿌리가 줄기보다 더 민감하게 반응하였다. 엽록소 함량은 pH 5.6-4.0까지 pH가 낮아질수확 증가히였다. pH 4.0에서 내려갈수록 점진적으로 엽록소 함량이 감소되는 경향을 보였으며 카로티노이드도 엽록소와 같은 경향을 보였으나 pH 3.5에서 함량이 가장 높았다. 안토시아닌은 pH가 낮아질 수록 계속 증가하여 pH 3.0에서 가장 많이 축적되었으며 pH 2.5에서는 급격히 감소되었다. 스트레스 강도가 세어 질수록 엽록소 대비 식물체내 카혹티노이드 및 안토시아닌 함량이 증가한다는 것은 엽록소를 보호하기 위한 식물의 생리적 반응으로 여겨진다. 그러나 안토시아닌과 카로티노이드는 수소이온 농도에 따른 식물체내 함량의 변화가 상이하여서 고수소이온 스트레스에서 식물의 보호하는 기작이 다를 것으로 에상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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