수분 공급을 제한하여 수분 부족 스트레스를 처리한 상추식물에서 산화적 스트레스와 관련된 monodehydroascorbate reductase (MDHAR)의 활성도, 엽록소 함량, 과산화수소의 함량 등과의 상관관계를 조사한 결과, 생육배지의 수분의 함량이 감소함에 따라 식물체내 과산화수소의 생성량이 증가($R^2$=0.8851)하였으며, 수용성단백질 함량은 점차 감소($R^2$=0.9826)하는 경향을 나타내었다. 총 엽록소함량은 수분 부족 스트레스를 처리한 공시작물에서의 함량이 정상 생육시 보다 그 함량이 대체적으로 낮은 경향을 보였으며, 엽록소 a와 엽록소 b함량 변화도 총 엽록소의 함량변화와 비슷한 경향을 보였다. 그러나 총 엽록소에 대한 카로티노이드의 비율은 수분 부족 스트레스를 처리한 식물에서 정상생육 시 보다 더 높은 경향을 보였다. 수분 부족 스트레스가 진행됨에 따라 아스코브산의 함량은 정상 생육 시 보다 더 높은 경향을 보였으나 환원형인 디하이드로아스코브산의 함량은 수분 부족 스트레스를 처리한 초기에 정상생육 시 보다 더 낮은 경향을 보였다. MDHAR의 활성도는 사이토졸(cytosolic) 분획과 엽록체(chloroplastic) 분획에서 공히 크게 증가하였으며 MDHAR의 mRNA 전사 정도도 수분 부족 스트레스가 진행됨에 따라 크게 증가하였다. 수분함량이 감소함에 따라 MDHAR의 활성도가 크게 증가하였으며, 또한 과산화수소의 함량이 증가함에 따라서도 MDHAR의 활성도가 크게 증가($R^2$=0.9937과 0.8645)되어 수분 부족 스트레스로 나타나는 요인들과 MDHAR 사이에 밀접한 관련이 있음을 확인할 수 있었다.
The relationship between relative water contents of lettuce leaves and biochemical activities in lettuce was examined in this study to explore an adaptation response of lettuce to water stress from soils. Soil water contents and relative water contents of leaves were positively related to show $R^2$=0.8728. Hydrogen peroxide contents of leaves rapidly increased with reduction of soil water content, whereas soluble protein contents and dry matters rapidly decreased. And chlorophyll a and b contents of leaves decreased with increase in carotenoid content. Furthermore, the activities of ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), and dehydroascorbate reductase (DHAR) increased dramatically, and mRNA transcript levels of APX, MDHAR and DHAR also increased. Relationship of relative water content of lettuce leaves to hydrogen peroxide, to ascorbate peroxidase activity, to dehydroascorbate reductase activity, and to monodehydroascorbate reductase activity was shown to be positively correlated. It is highly plausible from this study that these enzyme activities could be developed as an indicator of water states in soils.
Monodehydroascorbate reductase (MDHAR)는 활성산소종 제거에 중요한 효소이다. 본 연구에서는 MDHAR 유전자를 현사시나무(Populus alba ${\times}$ P. glandulosa)에서 분리하여 이를 PagMDHAR1이라 명명하고 유전자의 구조와 발현특성을 조사 하였다. PagMDHAR1 유전자는 434개의 아미노산으로 구성된 단백질을 암호화하며 3개의 FAD/NAD(P)H 결합 영역이 보존되어 있다. PagMDHAR1은 현사시나무의 염색체에 1 ~ 2 copy가 존재하며, 배양세포와 꽃에서 높게 발현하였다. 현탁배양세포의 생장주기에서는 유도기와 초기 지수생장기에서 높게 발현하였다. 또한 PagMDHAR1은 건조와 염, 저온, 상처 및 ABA 처리에 의해서 발현이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 PagMDHAR1은 ABA를 경유한 신호전달경로를 따라 다양한 스트레스에 반응하며, PagMDHAR1의 기능이 활성산소종에 의해 유도되는 산화 스트레스 방어기작에서 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 스트레스 내성에도 기여할 것으로 생각된다. 이는 향후 PagMDHAR1 형질전환 식물체 생산 등 생명공학적 기술을 이용한 유전자 기능에 대한 연구를 비롯하여 신기능성 임목의 개발에 활용 가능할 것으로 기대된다.
대두에서 한발과 담수와 같은 수분스트레스시 항산화제의 함량변화와 항산화 효소의 활성도 턴화를 확인한 결과는 다음과 같다. 대두에서 한발과 담수 수분스트레스 처리시 두 품종모두 수분 함량과 가용성 단백질 함량이 감소하는 미성숙 노화를 나타내었으며 스트레스의 회복시는 회복되었다. 수분스트레스시 APOX, GR의 효소활성은 감소하였고, 스트레스의 회복시 효소활성이 회복되었다. MDHAR 효소 활성은 기간별 처리시 품종별 차이는 있었지만 증가하는 경향을 나타내었고, 회복기를 주었을 때 조금 감소하였지만 일정수준을 유지하였다. DHAR의 효소활성은 기간별 처리시와 회복시 모두 증가하는 경향을 나타내었다. 3일간의 회복기를 주었을 때 효소활성변화는 스트레스시의 결과와 비슷하였으나, 처리기간별 수분 스트레스시 은하콩의 경우 MDHAR과 DHAR의 효소활성이 모두 증가하였다. 아스코브산의 함량온수분 스트레스 처리 기간별과 수분 스트레스 회복시 모두 MDHAR과 DHAR의 효소활성과 상호관련이 높았고, 환원형 글루타치온의 함량은 수분 스트레스 처리 기간별에서는 GR의 활성과 관련이 없었으나 수분 스트레스 회복기를 주었을 때 상호관련이 높게 나타났다.
식물의 저온 적응 메카니즘에서 아스코브산과 관련된 효소 중 MDHA 환원효소의 활성도와 과산화수소, 아스코브산의 함량, mRNA의 발현수준과의 연관성을 연구한 결과는 다음과 같다. MDHA 환원효소의 활성도 변화는 저온에 노출되는 시간이 길어질수록 증가하였으며 6시간 이후에 엽록체분획과 세포질분획에서 급격하게 증가하는 경향을 보였으나 실온으로 회복시켰을 때 효소의 활성도가 상대적으로 감소하는 경향을 보였다. 저온에 노출된 동안 아스코브산의 함량은 비교적 일정한 경향을 보이다가 실온으로 회복시키면 그 이후에는 급격하게 증가하는 경향을 보였다. 반면 저온에 노출되는 동안 급격히 dehydroascorbate 함량이 감소하였다가 실온으로 회복되면 약간 증가하는 경향을 보였다. 아스코브산의 함량과 엽록체분획과 세포질분획의 MDHA 환원효소의 활성도와의 상관관계는 각각 정의 상관($R^2$=0.9240, 0.9108)을 나타내었으나 디하이드로아스코브산의 함량과 MDHA 환원효소의 활성도 사이에는 각각 부의 상관($R^2$=0.8638, 0.8980)을 나타내었다. MDHA 환원효소 활성도와 과산화수소의 함량과의 상관관계를 과산화수소의 생성량이 증가하면 MDHA 환원효소의 활성도가 증가하는 정의 상관($R^2$=0.9443, 0.9647)을 나타내었다. 저온스트레스 처리 시간이 증가할수록 MDHA 환원효소의 mRNA의 발현 수준과 총 MDHA 환원효소의 활성도가 증가하는 경향을 나타내었다.
To determine whether the enhanced UV-B causes oxidative stress, and to test the relationship between plant growth response and biochemical defense response to UV-B, two soybean plants, Keunolkong, a highly UV-B susceptible cultivar, and Danyeubkong, a less UV-B susceptible cultivar, were subjected to the enhanced UV-B [daily dose : 0.06 (control) and 11.32 (enhanced UV-B) kJ $m^{-2}$ ; $UV-B_{BE}$] for 3 weeks. Contents of malondialdehyde and total carotenold were increased in Keunolkong compared with Danyeubkong by UV-B. In control plants, ascorbate level of Danyeubkong was 3 times higher than that of Keunolkong. The ratio of dehydroascorbate/ascorbate was highly increased in Keunolkong by UV-B . The activities of antioxidative enzyme such as superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, monodehydroascorbate reductase and glutathione reductase were increased in both cultivars by UV-B. This results indicate that enhanced UV-B caused oxidative stress in both two cultivars, especially in Keunolkong. Susceptibility of two soybean cultivars to UV-B is closely related to the levels of antioxidants such as carotenoid and ascorbate.
Al Mahmud, Jubayer;Hasanuzzaman, Mirza;Nahar, Kamrun;Rahman, Anisur;Hossain, Md. Shahadat;Fujita, Masayuki
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.235-235
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2017
Chromium (Cr) toxicity is hazardous to the seed germination, growth, and development of plants. ${\gamma}$-Aminobutyric acid (GABA) is a non-protein amino acid and is involved in stress tolerance in plants. To investigate the effects of GABA in alleviating Cr toxicity, we treated eight-d-old mustard (Brassica juncea L.) seedlings with Cr (0.15 mM and 0.3 mM $K_2CrO_4$, 5 days) alone and in combination with GABA ($125{\mu}M$) in a semi-hydroponic medium. The roots and shoots of the seedlings accumulated Cr in a dose-dependent manner, which led to an increase in oxidative damage [lipid peroxidation; hydrogen peroxide ($H_2O_2$) content; superoxide ($O{_2}^{{\cdot}-}$) generation; lipoxygenase (LOX) activity], MG content, and disrupted antioxidant defense and glyoxalase systems. Chromium stress also reduced growth, leaf relative water content (RWC), and chlorophyll (chl) content but increased phytochelatin (PC) and proline (Pro) content. Furthermore, supplementing the Cr-treated seedlings with GABA reduced Cr uptake and upregulated the non-enzymatic antioxidants (ascorbate, AsA; glutathione, GSH) and the activities of the enzymatic antioxidants including ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), dehydroascorbate reductase (DHAR), glutathione reductase (GR), glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glyoxalase I (Gly I), and glyoxalase II (Gly II), and finally reduced oxidative damage. Adding GABA also increased leaf RWC and chl content, decreased Pro and PC content, and restored plant growth. These findings shed light on the effect of GABA in improving the physiological mechanisms of mustard seedlings in response to Cr stress.
Background: Red-skin root disease has seriously decreased the quality and production of Panax ginseng (ginseng). Methods: To explore the disease's origin, comparative analysis was performed in different parts of the plant, particularly the epidermis, cortex, and/or fibrous roots of 5-yr-old healthy and diseased red-skin ginseng. The inorganic element composition, phenolic compound concentration, reactive oxidation system, antioxidant concentrations such as ascorbate and glutathione, activities of enzymes related to phenolic metabolism and oxidation, and antioxidative system particularly the ascorbate-glutathione cycle were examined using conventional methods. Results: Aluminum (Al), iron (Fe), magnesium, and phosphorus were increased, whereas manganese was unchanged and calcium was decreased in the epidermis and fibrous root of red-skin ginseng, which also contained higher levels of phenolic compounds, higher activities of the phenolic compound-synthesizing enzyme phenylalanine ammonia-lyase and the phenolic compound oxidation-related enzymes guaiacol peroxidase and polyphenoloxidase. As the substrate of guaiacol peroxidase, higher levels of $H_2O_2$ and correspondingly higher activities of superoxide dismutase and catalase were found in red-skin ginseng. Increased levels of ascorbate and glutathione; increased activities of $\text\tiny L$-galactose 1-dehydrogenase, ascorbate peroxidase, ascorbic acid oxidase, and glutathione reductase; and lower activities of dehydroascorbate reductase, monodehydroascorbate reductase, and glutathione peroxidase were found in red-skin ginseng. Glutathione-S-transferase activity remained constant. Conclusion: Hence, higher element accumulation, particularly Al and Fe, activated multiple enzymes related to accumulation of phenolic compounds and their oxidation. This might contribute to red-skin symptoms in ginseng. It is proposed that antioxidant and antioxidative enzymes, especially those involved in ascorbate-glutathione cycles, are activated to protect against phenolic compound oxidation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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