• Molecules and Cells
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• 제19권1호
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• pp.81-87
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• 2005

Phytochelatins play an important role in heavy metal detoxification in plants as well as in other organisms. The Arabidopsis thaliana mutant cad1-3 does not produce detectable levels of phytochelatins in response to cadmium stress. The hypersensitivity of cad1-3 to cadmium stress is attributed to a mutation in the phytochelatin synthase 1 (AtPCS1) gene. However, A. thaliana also contains a functional phytochelatin synthase 2 (AtPCS2). In this study, we investigated why the cad1-3 mutant is hypersensitive to cadmium stress despite the presence of AtPCS2. Northern and Western blot analyses showed that expression of AtPCS2 is weak compared to AtPCS1 in both roots and shoots of transgenic Arabidopsis. The lower level of AtPCS2 expression was confirmed by RT-PCR analysis of wild type Arabidopsis. Moreover, no tissue-specific expression of AtPCS2 was observed. Even when AtPCS2 was under the control of the AtPCS1 promoter or of the cauliflower mosaic virus 35S promoter (CaMV 35S) it was not capable of fully complementing the cad1-3 mutant for cadmium resistance.

• 환경생물
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• 제18권2호
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• pp.269-277
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• 2000

고마리와 소리쟁이에 Cd$^{2+}$와 Pb$^{2+}$를 각각 5 및 10mM로 5일간 처리한 결과, 고마리에서는 중금속 5mM처리구의 경우 Pb$^{2+}$가 Cd$^{2+}$보다 약 3.5배, 10mM의 경우 약 2.9배로 Pb$^{2+}$의 농축량이 높게 검출된 반면, 소리쟁이는 Cd$^{2+}$ 5mM에서 약 1.49$\mu\textrm{g}$/g, 10mM에서 약 2.90$\mu\textrm{g}$/g그리고 Pb$^{2+}$ 5mM에서 약 1.83$\mu\textrm{g}$/g, 10mM에서 약 2.73$\mu\textrm{g}$/g로 검출되어 처리농도별 Cd$^{2+}$와 Pb$^{2+}$의 농축량은 비슷하였다. 고마리와 소리쟁의 배양액(pH 6.5)에 Cd$^{2+}$와 Pb$^{2+}$를 5및 10mM로 혼합하여 처리한 후 각 실험구 토양의 중금속 잔류율과 pH는 대조구에 비해 고마리를 배양하며 Cd$^{2+}$5mM을 처리한 경우 약 77.1%와 pH 6.39, 10mM을 처리한 경우 약 90.2%와 PH 5.97 그리고 Pb$^{2+}$ 5mM을 처리한 경우 약 81.1%와 pH 6.00, 10mM을 처리한 경우 약 85.7%와 pH 5.80, 소리쟁이를 배양하며 Cd$^{2+}$ 5mM을 처리한 경우 약 83.9%와 pH 6.32, 10mM을 처리한 경우 약 93.7%와 pH 6.02 그리고 Pb$^{2+}$ 5mM을 처리한 경우 약 88.6%와 pH 6.27, 10mM을 처리한 경우 약 90.0%와 pH 6.02정도였다. Phytochelatin은 고마리와 소리쟁이에서 모두 Cd$^{2+}$와 Pb$^{2+}$ 무처리구에 비해 5와 10mM처리구에서 유도되었음을 확인하였다. 또한, 각 식물재료 내에서 중금속에 의해 유도된 Phytochelatin의 분자량은 고마리의 경우 Cd$^{2+}$에 의해서는 약 4,300-8,600 da, Pb$^{2+}$에 의해서는 약 3,200-9,700 da, 소리쟁이 의 경우 Cd$^{2+}$에서는 약 4,300 da, Pb$^{2+}$에 의해서는 약 3,200-7,500 da 정도였다.

• 한국식물학회:학술대회논문집
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• 한국식물학회 2002년도 춘계학술발표대회:발표눈문요지록
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• pp.62-72
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• 2002

This study has investigated the biosynthesis and function of the heavy metal binding peptides, the phytochelatins, in plants. PCs are synthesised enzymatically from glutathione by the enzyme PC synthase in the presence of heavy metal ions. Using Arabidopsis thaliana as a model organism cadmium-sensitive, phytochelatin-deficient mutants have been isolated and characterised in previous studies. The cadl mutants have wildtype levels of glutathione, are PC deficient and lack PC synthase activity. Thus, the CADl gene has been proposed to encode PC synthase. The CADl gene was isolated by a positional cloning strategy The gene was mapped and a candidate identified. Each of four cadl mutants had a single base pair change in the candidate gene and the cadmium-sensitive, cadl phenotype was complemented by the candidate gene. This demonstrated the CADl gene had been cloned. A homologous gene in the fission yeast, Schizosaccharomyces pombe was identified through database searches. A targeted-deletion mutation of this gene was constructed and the mutant, like cadl mutants of Arabidopsis, was cadmium-sensitive and PC-deficient. A comparison of the redicted amino acid sequences reveals a highly conserved N-terminal region Presumed to be the catalytic domain and a variable C-terminal region containing multiple Cys residues proposed to be involved in activation of the enzyme by metal ions. Similar genes were also identified in animal species. The Arabidopsis CADl/AtPCSl and S. pombe SpbPCS genes were expressed in E. coli and were shown to be sufficient for glutathione-dependent, heavy metal activate PC synthesis in vitro, thus demonstrating these genes encode PC synthase enzymes. Using RT-PCR, AtPCSl expression appeared to be independent of Cd exposure. However, at higher levels of Cd exposure a AtPCSl-CUS reporter gene construct appeared to be more highly expressed. Using the reporter gene construct, AtPCSl was expressed most tissues. Expression appeared to be greater in younger tissues and same higher levels of expression was observed in some regions, including carpels and the base of siliques. AtPCS2 was a functional gene encoding an active PC synthase. However, its Pattern of expression and the phenotype of a mutant (or antisense line) have not been determined. Assuming the gene is functional then it has clearly been maintained through evolution and must provide some selective advantage. This implies that, at least in some cells or tissue, it is likely to be the dominant PC synthase expressed. This remains to be determined

• 한국환경농학회지
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• 제28권4호
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• pp.409-411
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• 2009

Phytochelatins (PCs) are small-sized peptides synthesized by PC synthase (PCS) using glutathione (GSH) as a substrate, and they play an important role in the detoxification of toxic heavy metals in plants, fission yeast, and other living organisms. Recently, it has been suggested that PCS is also involved in degradation of some xenobiotics including monobromobimane. PCS cleaves the Gly residue from GSH-xenobiotics conjugates resulting in ${\gamma}$-Glu-Cys-xenobiotics, and this is to degraded further. Therefore, our research is focus on whether PCS is also involved in degradation of tolclofos-methyl, an important pesticide which has been used in ginseng cultivated areas. Heterologous expression of Arabidopsis PCS confers tolerance to tolclofos-methyl in yeast. Furthermore, PCS-deficient Cad1-3 Arabidopsis mutant showed high sensitivity to tolclofos-methyl compared with wild-type plants. These results imply that PCS is involved in degradation of tolclofos-methyl as other xenobiotics.

• 생명과학회지
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• 제19권12호
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• pp.1685-1689
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• 2009

파이토킬레이트(PC)는 PCS에 의해 생성되는 작은 폴리펩타이드로서 여러 생물에서 발견되고 있다. PC의 역할은 카드뮴과 같은 중금속을 세포질에서 결합하며 이는 액포막에 존재하는 HMT에 의해서 액포 안으로 이동된다. HMT1은 분열효모에서 처음으로 알려졌으며 이후 선충, 초파리 등에서도 발견되었으며 세포 내 역할은 카드뮴 같은 중금속 해독에 관여를 하고 있다. 하지만 액포가 존재하지 않고 PC를 생성하지 않는 초파리에서의 HMT1의 발견은 그 동안 알려진 HMT1의 역할을 재 조명하게 된다. 따라서 PC를 생성하지 못하는 출아효모에 PC를 생성하는 분열효모 유래 SpHMT1을 발현시켜 카드뮴에 대한 저항성을 분석하였다. SpHMT1을 발현하는 출아효모는 카드뮴에 대한 저항성이 현저하게 증가되었고 이는 SpHMT1이 PC가 존재하지 않는 조건에서도 카드뮴에 대한 해독작용을 하는 것을 암시한다. 또한 SpHMT1을 발현하는 출아효모는 GSH에 대한 저항성을 보였고 카드뮴에 대한 저항성도 GHS에 의해서 더 증가되는 결과를 보였다. 이러한 결과는 HMT1이 PC와 결합된 카드뮴을 액포안으로 이동시키는 가능성보다 GSH와 결합된 카드뮴을 액포 안으로 이동시켜 카드뮴에 대한 해독작용을 한다는 것을 암시한다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제40권3호
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• pp.243-248
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• 1997

미나리 (O. javanica)는 오염된 하수 등에서도 매우 잘 자라는 식물체이다. 이런 미나리를 phytoremediation에 응용하기 위하여 $50\;{\mu}M$ 카드늄을 처리하여 카드늄에 대한 저항성 및 식물체에 축적된 카드늄을 정량하고 생리적, 생화학적 변화를 조사하였다. 카드늄을 처리하고 3주 뒤에 미나리는 거의 성장저해를 받지 않았으나 대조구로 사용한 담배 (N. tabacum Xanthi)는 75% 성장저해를 받았다. 미나리는 뿌리, 줄기, 잎에 건중량 1 그램당 각각 2.1, 7.3, $113\;{\mu}moles$의 카드늄을 축적하였다. 카드늄을 처리한 미나리의 경우 전체 thiol 잔기의 농도가 카드늄을 처리하지 않은 미나리에 비해 뿌리, 줄기, 잎에서 각각 0.5, 1,7배 증가하였으나 글루타치온 농도의 경우는 대조구에 비해 각각 57%, 30%, 53% 까지 감소하였다. 이를 HPLC로 조사해본 결과 증가된 thiol의 함량은 새로운 thiol 잔기를 지닌 물질의 생성으로 기인된 것이고, retention time을 기초로 이는 phytochelatin인 것으로 보여진다.

• 한국토양환경학회지
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• 제5권1호
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• pp.33-43
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• 2000

고마리 서식지 토양 및 식물체 내치 중금속 함량을 조사한 결과, 서식처 토양 및 식물체 내에서 $Cd^{2+}$ 는 검출되지 않았으나 토양에서 $Pb^{2+}$는 약 7.8~12.6$mu\textrm{g}$/g로 검출되었고, 고마리의 잎에서 $Pb^{2+}$는 약 11.7~18.4$\mu\textrm{g}$/g, 줄기에서 약 7.5~15.5$\mu\textrm{g}$/g 그리고 뿌리에서 약 89.1~193.6$\mu\textrm{g}$/g로 검출되었다. 토양 내의 중금속 함량과 식물체 내의 중금속 농축량 사이에 상관계수(r)는 0.814(>t12. 0.01)로 정상관관계를 나타냈다. 고마리에 Cd$({NO_3})_2$와 Pb$({NO_3})_2$를 5와 10mM로 처리한 후, 식물체의 잎에서 중금속 함량을 분석한 결과, $Cd^{2+}$와 $Pb^{2+}$는 각각 약 0.82~2.79$mu\textrm{g}$/g와 약 2.87~8.08$mu\textrm{g}$/g로 검출되었다. 고마리 배양 후 실험토양 내의 중금속 잔류량은 $Cd^{2+}$의 경우 약 77.1~90.2%로 감소되었고, $Pb^{2+}$의 경우 약 81.1~85.7%로 감소되었다. 고마리에 중금속 물질을 처리한 후 유도.생성되는 Phytochelatin은 중금속 물질을 처리함에 따라 그 상대생성량이 증가하였다. 이들의 분자량은 $Cd^{2+}$를 처리한 경우 약 4,300~8,600da그리고 $Pb^{2+}$를 처리한 경우 약 3,200~9,700da이었다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제39권6호
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• pp.494-500
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• 1996

중요한 환경문제로 대두되고 있는 중금속 오염의 대처 방안으로 식물을 이용한 경제적인 정화 방법을 모색하고자 미나리의 중금속 흡수능력을 검정하고 카드늄 결합단백질을 동정하였다. 미나리의 중금속 흡수능력은 미나리를 카드늄 $(Cd^{2+})$, 크롬 $(Cr^{3+})$ 및 납 $(Pb^{2+})$의 농도를 달리한 배양액에서 재배한 후 미나리에 잔류하는 중금속을 정량함으로써 측정되었다. 중금속의 처리 기간은 3일과 7일로 하였고, 생장 저해가 일어나는 농도까지 처리하였다. 카드늄은 16.68 ppm, 크롬은 20 ppm까지 지속적으로 잔류량이 증가하였고 그 농도 이상에서는 생장 저해가 일어나면서 잔류량의 증가율이 둔화되었다. 식물체 부위별 카드늄과 크롬의 잔류량은 뿌리에서 월등하게 높게 나타났고 줄기와 잎의 순으로 낮아졌다. 납의 경우는 카드늄과 크롬에 비하여 잔류량이 가장 높은 뿌리에서 4배 정도 잔류량이 높게 나타났다. 20 ppm의 중금속 용액에서 7일간 재배한 미나리 뿌리에는 건조중량 1 g에 대하여, 카드늄이 6.1 mg, 크롬은 5.2 mg 그리고 납은 23.6 mg이 잔류하고 있었다. 이것은 잔류하고 있는 중금속 중에서 카드늄은 80%, 크롬은 92%그리고 납은 96%이상이 미나리 뿌리에 잔류하고 있는 것이다. 20 ppm카드늄이 함유된 배양액에서 7일간 자란 미나리 뿌리 추출액을 Sephadex G-50과 DEAE-Cellulose 크로마토그래피를 수행하여, polyacrylamide gel 전기영동 상으로 단일 단백질 분리대의 중금속 결합단백질을 정제하였다. 이 단백질의 분자량은 gel filtration 상에서 약 5,000 Da이었고 아미노산의 조성을 보면 산성 아미노산이 27.3%, cystein이 9.9%로서 중금속 결합단백질의 특성을 가지고 있었다. 그러나 그 아미노산 조성은 지금까지 알려진 phytochelatin과는 다른 새로운 중금속 결합단백질로 나타났다.