Homologous expression of stress-responsive gene OsCHP enhanced environmental adaptation and rice productivity : 벼 유래 유전자 도입에 의한 환경 스트레스 내성과 생산성 증가 품종 개발원문보기
지구 온난화와 무분별한 산업형 개발로 인해 식물은 고염, 냉해, 가뭄 등 다양한 환경 스트레스를 겪는다. 농작물의 생육 기간 중에는 적당한 온도와 일조가 필수적이나, 각종 환경 스트레스 중 하나인 이상 저온 시 출수 지연, 등숙 불량, 생리 장애 등 피해를 가져온다. 특히, 벼는 생육 기간 동안 이상기온 (저온)으로 불완전한 꽃가루 형성 및 수정장애로 임실율 저하 등의 치명적인 피해를 입게 되어 성장 저하 및 생산량 감소로 직결된다. 벼는 아시아를 비롯해 세계적인 주요 작물 중 하나이다. 여러 작물 중 벼는 처음으로 유전자 서열이 밝혀졌다. 그러나 벼의 유전자 기능은 60% 이상이 밝혀지지 않았다. 본 연구는 벼의 알려지지 않은 유전자를 식물체에 도입을 통해 유전적 기능을 밝히면서, 그 유전자가 도입된 식물체를 통해서 현재 인류가 당면한 환경문제, 식량문제 등을 해결하기 위해 환경재해 내성 식물체 개발하기 위해 수행되었다. 식물은 각종 스트레스를 받으면 ...
지구 온난화와 무분별한 산업형 개발로 인해 식물은 고염, 냉해, 가뭄 등 다양한 환경 스트레스를 겪는다. 농작물의 생육 기간 중에는 적당한 온도와 일조가 필수적이나, 각종 환경 스트레스 중 하나인 이상 저온 시 출수 지연, 등숙 불량, 생리 장애 등 피해를 가져온다. 특히, 벼는 생육 기간 동안 이상기온 (저온)으로 불완전한 꽃가루 형성 및 수정장애로 임실율 저하 등의 치명적인 피해를 입게 되어 성장 저하 및 생산량 감소로 직결된다. 벼는 아시아를 비롯해 세계적인 주요 작물 중 하나이다. 여러 작물 중 벼는 처음으로 유전자 서열이 밝혀졌다. 그러나 벼의 유전자 기능은 60% 이상이 밝혀지지 않았다. 본 연구는 벼의 알려지지 않은 유전자를 식물체에 도입을 통해 유전적 기능을 밝히면서, 그 유전자가 도입된 식물체를 통해서 현재 인류가 당면한 환경문제, 식량문제 등을 해결하기 위해 환경재해 내성 식물체 개발하기 위해 수행되었다. 식물은 각종 스트레스를 받으면 생체 내 산소는 전자와 반응하여 반응성이 높은 활성산소종을 발생하게 된다. 이렇게 발생한 활성산소는 세포막 파괴를 비롯해 지질, 핵산, 단백질 등의 생체 내 화합물들을 손상시키며 심할 경우 세포 사멸을 초래한다. 식물은 이러한 손상을 피하기 위한 여러 가지 항산화 시스템을 가지고 있다. 그 중 대표적인 항산화물질은 ascorbate (AsA, Vitamin C)이다. AsA는 여러 환경스트레스로 발생된 활성 산소 농도를 직접 제거할 뿐만 아니라 α-tocophenol의 환원상태 유지, zeaxanthine 생합성 등의 다양한 생리작용을 갖는다. 식물세포에서 활성산소를 제거하는데 주요 항산화 물질인 AsA는 GalDH에 의한 생합성과 항산화 효소인 MDHAR과 DHAR의 의한 대사작용으로 형성된다. AsA는 활성산소종을 제거하며, 일련의 세포 내 활성산소 제거 메커니즘을 통해 세포는 항상성을 유지할 수 있다. 그러나 각종 환경 스트레스를 받게 되면 세포가 처리할 수 있는 것보다 많은 활성산소가 발생하게 되어 세포의 여러 부위에 치명적인 손상을 받아 생산성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 본 연구의 Conserved hypothetical protein 유전자는 식물의 주요 항산화 효소인 MDHAR을 도입한 식물체에 고염의 환경을 유도 한 결과 단백질이 증가하였다. 상기 결과를 토대로, 이 유전자가 환경 스트레스에 대응하기 위해 생산하는 항산화 물질에 어떤 영향을 미치는지 밝히고자 Conserved hypothetical protein를 식물체에 도입하였다. 이 유전자를 도입한 식물체는 각종 환경 스트레스 중 이상저온 스트레스를 겪은 후 활성산소종을 제거하는 주요 항산화 물질인 AsA에 증가로 인해 이상기온 (저온)에 대한 내성이 증가된 것으로 해석된다. 게다가 산화스트레스를 유도하는 파라쾃 (methyl viologen)에도 내성이 증가됨을 확인하였다. 즉, 벼 생육 조건인 GMO 격리포장내의 각종 환경 스트레스 조건에서도 수확량이 증가한 것이다. 본 연구에서 개발된 벼 식물체들은 다양한 환경 스트레스 조건하에서도 증가된 수확량을 나타낼 수 있을 것으로 기대되며, 나아가 식량문제를 해결하는데 기초연구 역할을 할 것이다.
지구 온난화와 무분별한 산업형 개발로 인해 식물은 고염, 냉해, 가뭄 등 다양한 환경 스트레스를 겪는다. 농작물의 생육 기간 중에는 적당한 온도와 일조가 필수적이나, 각종 환경 스트레스 중 하나인 이상 저온 시 출수 지연, 등숙 불량, 생리 장애 등 피해를 가져온다. 특히, 벼는 생육 기간 동안 이상기온 (저온)으로 불완전한 꽃가루 형성 및 수정장애로 임실율 저하 등의 치명적인 피해를 입게 되어 성장 저하 및 생산량 감소로 직결된다. 벼는 아시아를 비롯해 세계적인 주요 작물 중 하나이다. 여러 작물 중 벼는 처음으로 유전자 서열이 밝혀졌다. 그러나 벼의 유전자 기능은 60% 이상이 밝혀지지 않았다. 본 연구는 벼의 알려지지 않은 유전자를 식물체에 도입을 통해 유전적 기능을 밝히면서, 그 유전자가 도입된 식물체를 통해서 현재 인류가 당면한 환경문제, 식량문제 등을 해결하기 위해 환경재해 내성 식물체 개발하기 위해 수행되었다. 식물은 각종 스트레스를 받으면 생체 내 산소는 전자와 반응하여 반응성이 높은 활성산소종을 발생하게 된다. 이렇게 발생한 활성산소는 세포막 파괴를 비롯해 지질, 핵산, 단백질 등의 생체 내 화합물들을 손상시키며 심할 경우 세포 사멸을 초래한다. 식물은 이러한 손상을 피하기 위한 여러 가지 항산화 시스템을 가지고 있다. 그 중 대표적인 항산화물질은 ascorbate (AsA, Vitamin C)이다. AsA는 여러 환경스트레스로 발생된 활성 산소 농도를 직접 제거할 뿐만 아니라 α-tocophenol의 환원상태 유지, zeaxanthine 생합성 등의 다양한 생리작용을 갖는다. 식물세포에서 활성산소를 제거하는데 주요 항산화 물질인 AsA는 GalDH에 의한 생합성과 항산화 효소인 MDHAR과 DHAR의 의한 대사작용으로 형성된다. AsA는 활성산소종을 제거하며, 일련의 세포 내 활성산소 제거 메커니즘을 통해 세포는 항상성을 유지할 수 있다. 그러나 각종 환경 스트레스를 받게 되면 세포가 처리할 수 있는 것보다 많은 활성산소가 발생하게 되어 세포의 여러 부위에 치명적인 손상을 받아 생산성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 본 연구의 Conserved hypothetical protein 유전자는 식물의 주요 항산화 효소인 MDHAR을 도입한 식물체에 고염의 환경을 유도 한 결과 단백질이 증가하였다. 상기 결과를 토대로, 이 유전자가 환경 스트레스에 대응하기 위해 생산하는 항산화 물질에 어떤 영향을 미치는지 밝히고자 Conserved hypothetical protein를 식물체에 도입하였다. 이 유전자를 도입한 식물체는 각종 환경 스트레스 중 이상저온 스트레스를 겪은 후 활성산소종을 제거하는 주요 항산화 물질인 AsA에 증가로 인해 이상기온 (저온)에 대한 내성이 증가된 것으로 해석된다. 게다가 산화스트레스를 유도하는 파라쾃 (methyl viologen)에도 내성이 증가됨을 확인하였다. 즉, 벼 생육 조건인 GMO 격리포장내의 각종 환경 스트레스 조건에서도 수확량이 증가한 것이다. 본 연구에서 개발된 벼 식물체들은 다양한 환경 스트레스 조건하에서도 증가된 수확량을 나타낼 수 있을 것으로 기대되며, 나아가 식량문제를 해결하는데 기초연구 역할을 할 것이다.
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