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[국내논문] Proteomics를 이용한 고랭지 배추의 고온장해 해석
Proteomic Analyses of Chinese Cabbage(Brassica campestris L. pekinensis) Affected by High Temperature Stresses in Highland Cultivation During Summer in Korea 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.17 no.12 = no.92, 2007년, pp.1649 - 1653  

신평균 (농촌진흥청 농업과학기술원 식물영양과) ,  홍성창 (농촌진흥청 농업과학기술원 식물영양과) ,  장안철 (농촌진흥청 농업과학기술원 식물영양과) ,  김상효 (농촌진흥청 농업과학기술원 식물영양과) ,  이기상 (농촌진흥청 농업과학기술원 식물영양과)

초록
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무더운 날씨가 지속됨으로서 고랭지배추의 생장 및 결구가 지연되고 있는 강원도 정선군 질운산(새빗재)의 600 m와 900 m의 배추를 사용하여 무기성분 및 단백질 발현패턴을 분석하였다. 식물체 무기성분에서는 생장에 관련된 질소 및 인산의 부족현상과 결구에 관련된 칼슘이 부족하였다. 단백체 분석은 2차원 전기영동에 의해 전체 126개의 단백질이 분리되었고 그중 48개의 단백질이 고도에 따라 변화하는 양상을 보여주었다. 이 중에서 30개의 단백질 서열이 결정되었는데, 해발 900 m에서 단백질 발현이 증가한 14개 중에서 oxygen- evolving proteins, rubisco activase and ATPase 등이, 해발 600 m에서는 glutathione S-transferase (1, 28 kD cold induced- and 24kD auxin-binding proteins) and salt-stress induced protein 등 16개의 단백질 발현이 증가하였다. 이러한 단백질은 식물체 손상에 대한 보호기작을 가진 스트레스관련 단백질로 가뭄, 온도상승, 밤낮의 온도차 등의 반복으로 복합적이며 동시 다발적으로 나타나는 고온장해 현상으로 사료된다.

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High temperature stresses have caused growth inhibition and delayed heading in highland cultivation Chinese cabbage during summer in Korea. We have studied high temperature stress responses in the terms of changes of inorganic components and proteins by proteomic analyses. Insufficiencies of nitroge...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • )를 이용하였고, 각 spot의 quantity는 대조군에 비해 두 배 이상의 발현변화를 보여주는 단백질 spots을 선정하였다. 단백질 spotse Shevchenko 등[16, 17]의 방법에 따라 modified porcine trypsin을 이용하여 작은 단편으로 효소적으로 분해하여 CisZipTips(MilHpore)을 사용하여 탈염 및 농축한 후 질량분석을 위해 target plate 위에 적하하였다. 질량분석기는 Ettan MALDI-TOF (Amersham Biosciences Co) 를 사용하여 Target plate 상에 적하되어 있는 단백질 단편들을 mass spectrum으로 분석한 후 ProFound 검색엔진[6]을 이용하여 단백질을 동정하였다.
  • 식물체는 온도상승에 반응하여 스트레스관련 단백질의 급격한 변화가 일어나는 데, heat shock protein[15], ATPase[8], Glutathione S-trans-ferase[3, 9] 등의 단백질이 발현된다고 알려져 있다. 따라서 본 실험에서는 표고 600m와 900m에서 배추시료를 채취하여 proteomics를 이용하여 단백질 발현양상과 무기성분 함량분석을 통하여 고랭지 여름배추의 온도상승에 따른 고온장해 원인을 해석하였다.
  • 액화질소 하에 막자사발로 분쇄하였다. 분쇄된 재료 1 g를 Tris-HCl(pH 6.8)에 혼합하여 혼합액의 다섯배 부피의 아세톤(v/v)을 가한 다음 -20℃에서 2시간 침전시켜 원심분리한 침전물에 전기영동용액(7 M urea, 2 M thiourea, 4%(w/v) CHAPS, l%(w/v) DTT, 2%(v/v) pharmalyte, ImM benzamidine)에 녹여 -20℃에 보관하여 이차원 전기영동 시료로 사용하였다. 단백질의 농도측정은 Bradford[2]법으로 분석하였다.
  • 완료된 이차원 gele Oakley 등[14]의 방법으로 silver 염색한 후 스캐닝하여 컴퓨터에 저장하였다. 스캐닝된 단백질 spots의 발현변화확인을 위한 정량적인 분석은 PDQuest software (BioRad Co.)를 이용하였고, 각 spot의 quantity는 대조군에 비해 두 배 이상의 발현변화를 보여주는 단백질 spots을 선정하였다. 단백질 spotse Shevchenko 등[16, 17]의 방법에 따라 modified porcine trypsin을 이용하여 작은 단편으로 효소적으로 분해하여 CisZipTips(MilHpore)을 사용하여 탈염 및 농축한 후 질량분석을 위해 target plate 위에 적하하였다.
  • )을 이용하여 상온에서 IEF를 수행하였다. 이차적으로 전기영동을 수행하기 위해 IPG Strips을 1% DTT를 함유한 equilibration buffer(50 mM Tris-Cl, pH6.8, 6 M urea, 2% SDS, 30% glycerol) 로 10 분간 incubation 한 후 DALT 2D system Amersham Biosciences Co)을 이용하였다. 완료된 이차원 gele Oakley 등[14]의 방법으로 silver 염색한 후 스캐닝하여 컴퓨터에 저장하였다.
  • 단백질의 농도측정은 Bradford[2]법으로 분석하였다. 일차적으로 등전점 전기영동(IEF)을 위하여 IPG strips를 전기영동용액(7 M urea, 2 M thiourea, 2% CHAPS, 1% DIT, 1% pharmalyte)에 상온에서 12-16시간 정도 reswelling하였고, Strip당 시료는 200 昭를 사용하여 Multiphore II system (Amersham Biosciences Co.)을 이용하여 상온에서 IEF를 수행하였다. 이차적으로 전기영동을 수행하기 위해 IPG Strips을 1% DTT를 함유한 equilibration buffer(50 mM Tris-Cl, pH6.
  • 단백질 spotse Shevchenko 등[16, 17]의 방법에 따라 modified porcine trypsin을 이용하여 작은 단편으로 효소적으로 분해하여 CisZipTips(MilHpore)을 사용하여 탈염 및 농축한 후 질량분석을 위해 target plate 위에 적하하였다. 질량분석기는 Ettan MALDI-TOF (Amersham Biosciences Co) 를 사용하여 Target plate 상에 적하되어 있는 단백질 단편들을 mass spectrum으로 분석한 후 ProFound 검색엔진[6]을 이용하여 단백질을 동정하였다.

대상 데이터

  • 고랭지 여름배추의 고온장해 원인을 구명하기 위하여 2004년 8월 13일 강원도 정선군 질운산의 고랭지 채소단지에서 표고별로 배추시료를 채취하여 현장에서 액화질소를 이용하여 시료를 준비하였다. 식물체의 무기성분 함량분석은토양 및 식물체 분석법μ2]에 의해 산가수분해액 HC1O4 + H2SO4 용액으로 분해하여 질소는 micro-kjeldahl 증류법, 인산은 ammonium metavanadate에 의한 비색법으로 분석하였고, 양이온은 Inductively coupled plasma spectrometer ICP)로 측정하였다.

이론/모형

  • 8)에 혼합하여 혼합액의 다섯배 부피의 아세톤(v/v)을 가한 다음 -20℃에서 2시간 침전시켜 원심분리한 침전물에 전기영동용액(7 M urea, 2 M thiourea, 4%(w/v) CHAPS, l%(w/v) DTT, 2%(v/v) pharmalyte, ImM benzamidine)에 녹여 -20℃에 보관하여 이차원 전기영동 시료로 사용하였다. 단백질의 농도측정은 Bradford[2]법으로 분석하였다. 일차적으로 등전점 전기영동(IEF)을 위하여 IPG strips를 전기영동용액(7 M urea, 2 M thiourea, 2% CHAPS, 1% DIT, 1% pharmalyte)에 상온에서 12-16시간 정도 reswelling하였고, Strip당 시료는 200 昭를 사용하여 Multiphore II system (Amersham Biosciences Co.
  • 시료를 준비하였다. 식물체의 무기성분 함량분석은토양 및 식물체 분석법μ2]에 의해 산가수분해액 HC1O4 + H2SO4 용액으로 분해하여 질소는 micro-kjeldahl 증류법, 인산은 ammonium metavanadate에 의한 비색법으로 분석하였고, 양이온은 Inductively coupled plasma spectrometer ICP)로 측정하였다.
  • 8, 6 M urea, 2% SDS, 30% glycerol) 로 10 분간 incubation 한 후 DALT 2D system Amersham Biosciences Co)을 이용하였다. 완료된 이차원 gele Oakley 등[14]의 방법으로 silver 염색한 후 스캐닝하여 컴퓨터에 저장하였다. 스캐닝된 단백질 spots의 발현변화확인을 위한 정량적인 분석은 PDQuest software (BioRad Co.
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참고문헌 (18)

  1. Angadi, S. V., H. W. Cutforth, P. R. Miller, B. G. McConkey, M. H. Entz, S. A. Brandt, and K. M. Volkmar. 2000. Response of three Brassica species to high temperature stress during reproductive growth. Canadian J. Plant Science 80, 693-701 

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  3. Edwards, R., D. P. Dixon, and V. Walbot. 2000. Plant glutathione S-transferases: enzymes with multiple functions in sickness and in health. Trends Plant Sci. 5, 193-198 

  4. Erickson, A. N., and A. H. Markhat. 2002. Flower developmental stage and organ sensitivity of bell pepper (Capsicum annuum L.) to elevated temperature. Plant Cell Environ. 25, 155-163 

  5. Hwang, S. W., J. Y. Lee, S. C. Hong, Y. H. Park, S. G. Yun, and M. H. Park. 2003. High temperature stress of summer Chinese cabbage in alpine region. Korean J. Soil Fert. 36, 417-422 

  6. http://129.85.19.192/profound_bin/WebProFound.exe 

  7. IPCC Working Group I. 2001. Climate change : the scientific basis. Projections of future climate change, Geneva, Switzerland. http://www.grida.no/climate /ipcc_tar/wg1/ 339.htm 

  8. Jiao, S., E. Hilaire, and A. J. Guikema. 2004. Identification and differential accumulation of two isoforms of the $CF_{1}$ - $\beta$ subunit under high light stress in Brassica rapa. Plant Physiol. Biochem. 42, 883-890 

  9. Mang, H. G., E. O. Kang, J. H. Shim, S. Kim, K. Y. Park, Y. S. Kim, Y. Y. Bahk, and W. T. Kim. 2004. A proteomic analysis identifies glutathione S-transferase isoforms whose abundance is differentially regulated by ethylene during the formation of early root epidermis in Arabidopsis seedlings. Biochem. Biophys. Acta. 1676, 231-239 

  10. Mckersie, B. D., and Y. Y. Leshem. 1994. Stress and stress coping in cultivated plants. Kluwer Acadenic Publishers, Dordrecht, Netherland 

  11. Morrison, M. J. 1993. Heat stress during reproduction in summer rape. Canadian J. Botany 71, 303-308 

  12. National Institute of Agricultural Science and Technology(NIAST). 2000. Analysis method of soil and plant. pp. 202. National Institute of Agricultural Science and Technology, Suwon, Korea 

  13. Nuttal, W. F., A. P. Moulin, and L. J. Townley-Smith. 1992. Yield response of canola to nitrogen, phosphorus, precipitation, and temperature. Agronomy J. 84, 765-768 

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  17. Shevchenko, A., O. N. Jensen, A. V. Podtelejnikov, F. Sagliocco, M. Wilm, O. Vorm, P. Mortensen, A. Shevchenko, H. Boucherie and M. Mann. 1996. Linking genome and proteome by mass spectrometry: large-scale identification of yeast proteins from two dimensional gels. Proc. Natl. Acad. Sci. 93, 14440-14445 

  18. Young, L. W., R. W. Wilen, and P. C. Bonham-Smith. 2004. High temperature stress of Brassica napus during flowering reduces micro- and megagametophyte fertility, induces fruit abortion, and disrupts seed production. J. Exp. Botany 55, 485-495 

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