온도는 곤충의 발달, 성장, 생식에 중요한 요인이며, 또한 곤충의 생존에 직접적 관련있는 물리적 요인이다. 변온동물인 곤충은 생존을 위해 기후변화에 반응을 해야 하며, 저온과 같은 취약한 환경하에서도 다양한 생존전략을 발달시켜야 한다. 본 연구는 저온에 대한 적응에 기여하는 유전자를 동정하기 위해 배추좀나방 유충의 지방체를 저온과 상온에 노출시켜 전사체 분석을 수행하였다. 저온전사체에서는 chitinase, 표피단백질, Hsp23, chytochrome, Glutathione S transferase, phospholipase 2 유전자의 발현이 증가된 반면, 에너지 대사에 관여하는 UDP-당전이효소, trehalase, trehalose transporter는 오히려 발현이 감소하였다. 저온에 곤충이 노출되었을 때, 대사중심인 지방체의 유전자 발현의 변화가 곤충의 온도 적응을 이해하는 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
Kim Chan-Soo;Han Sim-Hee;Lee Wi-Young;Lee Jae-Cheon;Park Young-Ki;Oh Chang-Young
Plant Resources
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제8권3호
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pp.217-224
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2005
We tested the hypothesis that alpine plants have special physiological and biochemical mechanisms in addition to their structural adaptation in order to survive under extreme conditions. The photosynthetic organs of Pinus pumila were used to examine the seasonal changes in sugar concentration, antioxidative enzyme, and lipid peroxidation. The concentrations of sucrose, glucose, fructose and reducing sugar were the highest in the leaves in April. But sugar contents in buds and inner barks did not respond sensitively on temperature change. Meanwhile superoxide dismutase (SOD) activity responded sensitively on the change of temperature and SOD in all tissues maintained high activity in April. Meanwhile anthocyanin content increased rapidly in June but the increase of anthocyanin content was not enough to prevent their tissues from the damage by the exposure of high temperature or other stress. In conclusion, under low temperature condition, P. pumila increased the concentration of soluble sugars and SOD activity in their tissues in order to overcome extreme environmental condition. But in summer, these stress defense system against high temperature might be disturbed slightly. This results in the increase of malondialdehyde (MDA) contents in three tissues by lipid peroxidation.
Psychrophiles have evolved to produce cold-adapted enzymes to enable survival in low-temperature environments. In this study, the cold adaptation of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CpsEPSPS) from Colwellia psychrerythraea, a model psychrophile, was analyzed. The optimum temperature for the activity of CpsEPSPS was found to be 25℃, with 35% activity remaining at 5℃. However, the unfolding temperature of CpsEPSPS was 54℃. This phenomenon is frequently observed in cold-active enzymes. As is the cases for most cold-active enzymes, the Km values of CpsEPSPS for its substrates were higher than those of Escherichia coli EPSPS. These results indicate that CpsEPSPS is cold-adapted, but not perfectly.
A 990 bp full-length gene (xynAHJ2) encoding a 329-residue polypeptide (XynAHJ2) with a calculated mass of 38.4 kDa was cloned from Bacillus sp. HJ2 harbored in a saline soil. XynAHJ2 showed no signal peptide, distinct amino acid stretches of glycoside hydrolase (GH) family 10 intracellular endoxylanases, and the highest amino acid sequence identity of 65.3% with the identified GH 10 intracellular mesophilic endoxylanase iM-KRICT PX1-Ps from Paenibacillus sp. HPL-001 (ACJ06666). The recombinant enzyme (rXynAHJ2) was expressed in Escherichia coli and displayed the typical characteristics of low-temperature-active enzyme (exhibiting optimum activity at $35^{\circ}C$, 62% at $20^{\circ}C$, and 38% at $10^{\circ}C$; thermolability at ${\geq}45^{\circ}C$). Compared with the reported GH 10 low-temperature-active endoxylanases, which are all extracellular, rXynAHJ2 showed low amino acid sequence identities (<45%), low homology (different phylogenetic cluster), and difference of structure (decreased amount of total accessible surface area and exposed nonpolar accessible surface area). Compared with the reported GH 10 intracellular endoxylanases, which are all mesophilic and thermophilic, rXynAHJ2 has decreased numbers of arginine residues and salt bridges, and showed resistance to $Ni^{2+}$, $Ca^{2+}$, or EDTA at 10 mM final concentration. The above mechanism of structural adaptation for low-temperature activity of intracellular endoxylanase rXynAHJ2 is different from that of GH 10 extracellular low-temperature-active endoxylanases. This is the first report of the molecular and biochemical characterizations of a novel intracellular low-temperature-active xylanase.
스리랑카는 지리적으로 섬으로 형성된 국가로 기후변화에 민감한 나라이다. Kurunegala시는 2009년부터 2019년까지 약 11년 동안 도심지 내 연평균 기온이 0.69±0.37℃로 꾸준하게 증가하였으며, 강우패턴도 변화하고 있다. 그러나 도시 개발 계획시 기후변화 및 기후재난에 대한 규정이 미흡하여 인적 및 물적 피해가 우려되고 있다. 따라서 본 연구는 스리랑카 Kurunegala시의 인문학적 및 자연적 특성을 조사분석하고 기후변화 적응에 대한 방안을 수립하기 위하여 수행되었다. Kurunegala시의 기후변화 적응방안은 기후변화에 대한 정성적 위험 평가를 수행하여 개발하였다. 정성적 위험평가 결과 Kurunegala시의 주요 문제점은 음용수, 수자원 및 건강 관련 인프라로 분석되었다. 물부족 및 도시 내 온도를 완화하기 위한 방안으로는 기존 사회인프라에 비점오염저감, 도시 열섬현상 저감 및 건전한 물순환 체계 구축 등 다양한 효과를 유도하는 저영향개발기술(Low Impact Development, LID)의 적용이 효과적인 것으로 나타났다. 본 자료는 Kurunegala시와 같이 기후변화에 따른 물문제를 안고 있는 도시의 물문제 해결에 활용될 수 있다.
Lower termites require symbiotic microbes in their gut. The microbial communities in the termites must adapt to the termite temperature. Reticulitermes speratus KMT001 from Bukhan Mountain in Seoul may require a special symbiotic microorganisms for growth in low temperature Korean habitat. A metagenomics analysis showed a dramatic change in the symbiotic bacterial flora in the gut of R. speratus KMT001 in response to low temperatures of $4^{\circ}C$ or $10^{\circ}C$. Elusimicrobia, which are endosymbionts of flagellate protists, is the dominant phylum in the termite gut at ${\geq}15^{\circ}C$ but its population decreased drastically at low temperature. Four representative bacterial strains isolated from R. speratus KMT001 in a previous study produced maximum ${\beta}$-glucosidase levels within the temperature range of $10^{\circ}C-30^{\circ}C$. Elizabethkingia sp. BM10 produced ${\beta}$-glucosidase specifically at $10^{\circ}C$. This strain supported the existence of symbiotic bacteria for the low temperature habitat of the termite. This identified bacterium will be a resource for studying low temperature adaptation of termites, studying the gene expression at low temperatures, and developing an industrial cellulase at low temperature.
세계 5대 갯벌해역으로 유명한 한국 서해 경기만의 기후변화 영향을 파악하고, 기후변화 영향을 최소화하기 위한 적응방안 연구하였다. 경기만의 기후변화 영향으로 2100년에 수온은 1.2 ℃ 증가하고, 염분이 1.1 PSU 감소하며, 해수면은 35.2 cm 상승하는 것으로 예측되었다. 또한 해수면 상승의 효과로 150.5 km2의 해안지역이 침수될 것으로 예상되었다. 기후변화로 인한 경기만 생태환경 영향을 최소화하기 위한 적응대책으로는 1) 경기만 자체 자연환경의 적응능력 유지를 위한 지원, 2) 생물 서식지 확보를 위한 인간 활동 조정 등 두가지 방안이 제시되었다.
In order to investigate the mechanism of adaptation to long-term heat stress, six female buffalo calves of about 7 to 8 months age, were exposed to the cool-comfort environment (THI 65) for 21 days to obtain normal values of blood acid-base. An adaptive response of acid-base regulation was determined to long term (21 days) exposure of buffalo calves to hot-dry (THI 80) and hot-humid (THI 84) conditions. Higher rectal temperature and respiratory rate was recorded under hot-humid exposure compared to hot-dry. Significant reduction in the rectal temperature and respiratory rate on day 21 of hot-dry exposure indicated early thermal adaptation compared to hot-humid. Decreasing rectal temperature and respiratory rate from day 1 to 21 was associated with concurrent decrease in blood pH and pCO2. Increased plasma chloride concentration with low base excess in blood and in extracellular fluid suggested compensatory response to respiratory alkalosis. Reduced fractional excretion of sodium with increased fractional excretion of potassium and urine flow rate indicated renal adaptive response to heat stress.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.303-303
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2017
Japanese agriculture has faced to several threats: aging and decrease of farmer population, global competition, and the risk of climate change as well as harsh and variable weather. On the other hands, the number of large scale farms is increasing, because farm lands have been being aggregated to fewer numbers of farms. Cost cutting, development of efficient ways to manage complicatedly scattered farm lands, maintaining yield and quality under variable weather conditions, are required to adapt to changing environments. Information and communications technology (ICT) would contribute to solve such problems and to create innovative technologies. Thus we have been developing an early warning and decision support system to reduce weather and climate risks for rice, wheat and soybean production in Japan. The concept and prototype of the system will be shown. The system consists of a weather data system (Agro-Meteorological Grid Square Data System, AMGSDS), decision support contents where information is automatically created by crop models and delivers information to users via internet. AMGSDS combines JMA's Automated Meteorological Data Acquisition System (AMeDAS) data, numerical weather forecast data and normal values, for all of Japan with about 1km Grid Square throughout years. Our climate-smart system provides information on the prediction of crop phenology, created with weather forecast data and crop phenology models, as an important function. The system also makes recommendations for crop management, such as nitrogen-topdressing, suitable harvest time, water control, pesticide spray. We are also developing methods to perform risk analysis on weather-related damage to crop production. For example, we have developed an algorism to determine the best transplanting date in rice under a given environment, using the results of multi-year simulation, in order to answer the question "when is the best transplanting date to minimize yield loss, to avoid low temperature damage and to avoid high temperature damage?".
발효식품에서 분리한 효모 482균주의 저온적응성 및 알코올 생성능을 확인하고 ${\beta}$-glucosidase와 cerulenin, TFL저항성을 실험하여 저온적응성이 우수하고 향기성분 활성이 좋은 Y297 균주를 선발하였다. 26s rRNA 염기서열을 분석한 결과, Y297은 Saccharomyces cerevisiae로 동정되었다. 선발된 균주는 $15^{\circ}C$에서는 $25^{\circ}C$에 비해 정지상으로에 도달하는 시간은 오래 걸리지만 보다 많은 균수를 유지하였다. YPD 액체배지에 알코올 농도 10%와 glucose 60% 그리고 NaCl 8%가 포함된 배지에서 내성을 확인할 수 있었다. YPD(glucose 25%)배지에서 배양한 효모의 세포질 단백질을 추출하여 ${\beta}$-glucosidase와 esterase의 활성을 측정한 결과 시판효모보다 우수한 활성을 나타냈다. 이러한 결과를 통해 선발된 Y297는 약주제조에 적합한 종균효모로써의 가능성을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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