콩 품종의 생육특성 및 생육단계별 ADP-Glucose Pyrophosphorylase의 활성변화 비교 Comparison of Agronomic Characteristics and Activity Variation of ADP-Glucose Pyrophosphorylase at Different Growth Stages in Soybean Cultivars원문보기
콩의 생산성을 높이는데 중요한 역할을 하는 효소의 활성변화와 종실 수량과의 관련성을 탐색하기 위해 등숙관련효소인 ADP-glucose pyrophosphorylase(AGP)의 활성변화를 콩 품종별로 등숙기간에 따라 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 풍산나물콩은 협수 및 잎수가 131개 및 102개로 가장 많았으며, 100립중은 10.4g으로 가장 낮았으나 수량은 275kg/10a으로 가장 높아 물질생산 및 건물축적 효율이 우수한 것으로 나타났는데, 개화시기$(R_1,\;R_2)$에 AGP의 활성도 가장 높은 경향이었다. 2. 품종별 $CO_2$ 동화량은 풍산나물콩이 $20.96{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$로 가장 많았으며 검정콩1호는 $12.54{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$로 가장 적었다. 3. 단파흑은 개체당 잎면적이 $3,968cm^2$로 가장 많고 100립중도 30.5g으로 가장 높은 반면 수량은 149kg/10a으로 가장 낮아 건물축적 효율이 가장 낮았으며, 생육단계별 AGP활성도 가장 낮은 수치를 나타냈다. 4. AGP의 small subunit은 60KD의 single band를 나타냈는데 개화기 이후 AGP의 활성변화와 일치하는 경향을 보였다.
콩의 생산성을 높이는데 중요한 역할을 하는 효소의 활성변화와 종실 수량과의 관련성을 탐색하기 위해 등숙관련효소인 ADP-glucose pyrophosphorylase(AGP)의 활성변화를 콩 품종별로 등숙기간에 따라 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 풍산나물콩은 협수 및 잎수가 131개 및 102개로 가장 많았으며, 100립중은 10.4g으로 가장 낮았으나 수량은 275kg/10a으로 가장 높아 물질생산 및 건물축적 효율이 우수한 것으로 나타났는데, 개화시기$(R_1,\;R_2)$에 AGP의 활성도 가장 높은 경향이었다. 2. 품종별 $CO_2$ 동화량은 풍산나물콩이 $20.96{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$로 가장 많았으며 검정콩1호는 $12.54{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$로 가장 적었다. 3. 단파흑은 개체당 잎면적이 $3,968cm^2$로 가장 많고 100립중도 30.5g으로 가장 높은 반면 수량은 149kg/10a으로 가장 낮아 건물축적 효율이 가장 낮았으며, 생육단계별 AGP활성도 가장 낮은 수치를 나타냈다. 4. AGP의 small subunit은 60KD의 single band를 나타냈는데 개화기 이후 AGP의 활성변화와 일치하는 경향을 보였다.
The relationship between ADP-glucose pyrophosphorylase (AGP) activity and the characteristics of related pod setting in developing seed of soybean cv. Pungsannamulkong, Iksannamulkong, Geumjeongkong #1 and Danpaheuk was studied. AGP activity during the accumulate of the majority of dry matter in all...
The relationship between ADP-glucose pyrophosphorylase (AGP) activity and the characteristics of related pod setting in developing seed of soybean cv. Pungsannamulkong, Iksannamulkong, Geumjeongkong #1 and Danpaheuk was studied. AGP activity during the accumulate of the majority of dry matter in all cultivars suggested that this enzyme might be associated with this process. At the Vn and R1 stages, AGP activity of full-grown leaves of Pungsannamulkong, Iksannamulkong, Geumjeongkong #1 was the highest and then decreased progressively. However AGP activity of Danpaheuk was the lowest and also had lower seed weight. So regulation of matter accumulation in developing soybean seeds may also depend on AGP activity. AGP capacities as expressed by AGP activity seem to have a good predicting value for the dry matter of leaf and seed at R1 to R5 stages in our series of R3 stage genotypes. Western blots probed with antibody specific to the subunit of potato AGP revealed a single 60KD immunoreactive band that changed in intensity during the growth cycle in association with changes in total AGP activity.
The relationship between ADP-glucose pyrophosphorylase (AGP) activity and the characteristics of related pod setting in developing seed of soybean cv. Pungsannamulkong, Iksannamulkong, Geumjeongkong #1 and Danpaheuk was studied. AGP activity during the accumulate of the majority of dry matter in all cultivars suggested that this enzyme might be associated with this process. At the Vn and R1 stages, AGP activity of full-grown leaves of Pungsannamulkong, Iksannamulkong, Geumjeongkong #1 was the highest and then decreased progressively. However AGP activity of Danpaheuk was the lowest and also had lower seed weight. So regulation of matter accumulation in developing soybean seeds may also depend on AGP activity. AGP capacities as expressed by AGP activity seem to have a good predicting value for the dry matter of leaf and seed at R1 to R5 stages in our series of R3 stage genotypes. Western blots probed with antibody specific to the subunit of potato AGP revealed a single 60KD immunoreactive band that changed in intensity during the growth cycle in association with changes in total AGP activity.
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문제 정의
, 2007), 만약 성숙단계별로 콩 종자의 AGP 활성의 변화가 탐색된다면, 이미 cloning 되어 있는 AGP 유전자(김 등, 1998)를 콩에 형질전환 하여 전분 합성량을 증가시키고, 2차적으로 지방산 관련효소를 조작함으로서 유지량을 증대시키는 기초자료로서 이용될 수 있을 것이다. 따라서 콩의 생산성을 높이는데 중요한 역할을 하는 효소의 활성변화를 콩의 성숙단계별로 조사하여 종실 수량과의 관련성 여부를 탐색하였다.
제안 방법
15M NaPPi를 반응시켜 Spectrophotometer(Biospec 1601, Shimadzu Co)의 340nm 파장대에서 5분 간격으로 흡광도를 측정하여 AGP의 활성을 조사하였는데, 효소를 기질과 반응시키기 전에 crude protein을 CBB 방법에 준하여 595nm의 파장에서 농도를 조사하여 반응에 들어가는 효소의 양을 일정하게 통일시킨 후 효소의 활성을 측정하였다. Western blot을 수행하기 위해 crude extract 10ug을 취하여 SDS-PAGE 단백질 전기영동을 수행한 후 gel을 membrane에 blotting 하였으며, 국립 농업과학원 농업생명자원부에서 antibody를 분양 받아 1차로 감자 AGP의 small subunit을 1,000배 희석하고 2차로 토끼의 혈청으로부터 추출한 HRP(horse radish peroxidase) antibody를 1,000배 희석하여 반응시킨 후 X-ray film 상에서 immunoblot의 band를 확인하였다.
생태형이 서로 다른 풍산나물콩, 익산나물콩, 검정콩1호, 단파흑 4품종을 공시하여 2000년 5월 26일에 국립식량과학원 벼맥류부 전작포장에서 단작 표준재배법에 준하여 파종 및 관리를 하였다. 공시품종의 엽수 및 엽면적은 R2 시기에 조사하였으며 개체당 결협관련 특성들은 성숙기에 조사하였다. 잎의 단위별 광합성능은 V5시기에 완전 전개된 중위엽을 대상으로 적외선개스분석기(Infra-red gas analyzer, LCA-4, ADC Ltd.
그 후 저장 중인 시료를 이용하여 막자사발에서 액체질소를 넣고 잘 마쇄한 다음 4℃의 extraction buffer(20 mM HEPES, 10mM MgCl2, 1mM DTT, 소량의 PI)로 효소를 추출하고 reaction buffer(75 mM HEPES, 5 mM MgCl2, 1 mM 3-phosphoglycerate, 100 μg/㎖ BSA, 1.5 mM ADP-glucose, 0.6mM NAD+, 2Unit phosphoglucomutase, 미생물원 유래의 2Unit glucose 6-phosphate dehydrogenase, enzyme)에서 반응시킨 후 최종 반응액으로서 0.15M NaPPi를 반응시켜 Spectrophotometer(Biospec 1601, Shimadzu Co)의 340nm 파장대에서 5분 간격으로 흡광도를 측정하여 AGP의 활성을 조사하였는데, 효소를 기질과 반응시키기 전에 crude protein을 CBB 방법에 준하여 595nm의 파장에서 농도를 조사하여 반응에 들어가는 효소의 양을 일정하게 통일시킨 후 효소의 활성을 측정하였다.
AGP의 활성 측정은 Sowokinos(1976)와 Huber(1983)의 방법에 의해 수행하였다. 생육단계별로 Vn(영양생장기), R1(개화시), R2(개화기), R3(착협시), R4(착협성기) 및 R5(립비대시)시기에 완전 전개된 상위 4번째 잎을 각 품종당 10개체로부터 채취하여 -70℃에 저장하였다. 그 후 저장 중인 시료를 이용하여 막자사발에서 액체질소를 넣고 잘 마쇄한 다음 4℃의 extraction buffer(20 mM HEPES, 10mM MgCl2, 1mM DTT, 소량의 PI)로 효소를 추출하고 reaction buffer(75 mM HEPES, 5 mM MgCl2, 1 mM 3-phosphoglycerate, 100 μg/㎖ BSA, 1.
잎의 단위별 광합성능은 V5시기에 완전 전개된 중위엽을 대상으로 적외선개스분석기(Infra-red gas analyzer, LCA-4, ADC Ltd., UK.)로 오전 10:00～11:00사이에 광도(PPFD)가 광포화상태를 유지하는 1,500μmol m-2s-1 이상일 때 5반복 측정하였다.
콩의 생산성을 높이는데 중요한 역할을 하는 효소의 활성 변화와 종실 수량과의 관련성을 탐색하기 위해 등숙관련효소인 ADP-glucose pyrophosphorylase(AGP)의 활성변화를 콩 품종별로 등숙기간에 따라 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
생태형이 서로 다른 풍산나물콩, 익산나물콩, 검정콩1호, 단파흑 4품종을 공시하여 2000년 5월 26일에 국립식량과학원 벼맥류부 전작포장에서 단작 표준재배법에 준하여 파종 및 관리를 하였다. 공시품종의 엽수 및 엽면적은 R2 시기에 조사하였으며 개체당 결협관련 특성들은 성숙기에 조사하였다.
이론/모형
)로 오전 10:00～11:00사이에 광도(PPFD)가 광포화상태를 유지하는 1,500μmol m-2s-1 이상일 때 5반복 측정하였다. AGP의 활성 측정은 Sowokinos(1976)와 Huber(1983)의 방법에 의해 수행하였다. 생육단계별로 Vn(영양생장기), R1(개화시), R2(개화기), R3(착협시), R4(착협성기) 및 R5(립비대시)시기에 완전 전개된 상위 4번째 잎을 각 품종당 10개체로부터 채취하여 -70℃에 저장하였다.
성능/효과
1. 풍산나물콩은 협수 및 잎수가 131개 및 102개로 가장 많았으며, 100립중은 10.4g으로 가장 낮았으나 수량은 275kg/10a으로 가장 높아 물질생산 및 건물축적 효율이 우수한 것으로 나타났는데, 개화시기(R1, R2)에 AGP의 활성도 가장 높은 경향이었다.
2. 품종별 CO2 동화량은 풍산나물콩이 20.96 μmol m-2s-1로가장 많았으며 검정콩1호는 12.54μmol m-2s-1로 가장 적었다.
3. 단파흑은 개체당 잎면적이 3,968㎠로 가장 많고 100립중도 30.5g으로 가장 높은 반면 수량은 149kg/10a으로 가장 낮아 건물축적 효율이 가장 낮았으며, 생육단계별 AGP활성도 가장 낮은 수치를 나타냈다.
4. AGP의 small subunit은 60KD의 single band를 나타냈는데 개화기 이후 AGP의 활성변화와 일치하는 경향을 보였다.
54 μmol m-2s-1 로 가장 적었다. 수분이용효율은 풍산나물콩이 18.9 mmol mol-1로서 가장 높아 건물생산에 효율적인 품종 이였으며 익산나물 콩이 9.8 mmol mol-1로서 가장 낮은 수치를 보였고 기공전도도에서는 큰 차이를 나타내지 않았다(Table 3). 풍산나물콩은 잎이 세장형이면서 잎의 단면이 두꺼워 광합성 효율이 좋은 반면, 검정콩1호는 잎이 환형이면서 광합성 효율이 낮았다.
풍산나물콩의 경우 AGP 활성변화는 영양생장기보다 개화시에서 약간 높은 경향이었으나 AGP의 small subunit 에서는 영양생장기에서 약간 높은 경향을 보였고 개화기 이후 AGP의 활성변화와 일치하는 경향을 나타내었다. 이상의 결과에서 콩의 등숙기간 중 잎에서의 AGP 활성 변화는 품종별에 따라 생육시기별로 다르게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
8 mmol mol-1로서 가장 낮은 수치를 보였고 기공전도도에서는 큰 차이를 나타내지 않았다(Table 3). 풍산나물콩은 잎이 세장형이면서 잎의 단면이 두꺼워 광합성 효율이 좋은 반면, 검정콩1호는 잎이 환형이면서 광합성 효율이 낮았다. 이는 Shibles et al.
농업형질 중에서 공시품종들의 협수와 엽면적의 변이가 가장 컸다. 풍산나물콩은 협수 및 엽수가 개체당 131개 및 102개로 가장 많았는데, 100립중은 10.4g으로 가장 낮았으나 수량은 275 kg/10a으로 가장 높아 물질 생산 및 건물축적 효율이 우수한 것으로 나타났다. 그런데 단파흑은 개체당 엽면적이 3,968 ㎠로 가장 많고 100립중도 30.
2는 풍산나물콩 잎에서 추출한 총 단백질로부터 Western blot을 수행한 결과를 나타낸 것으로 AGP의 small subunit는 60KD의 single band를 나타냈는데 그 양은 영양 생장기에 최고점을 보였다가 생육단계별로 점차 감소하는 경향이었다. 풍산나물콩의 경우 AGP 활성변화는 영양생장기보다 개화시에서 약간 높은 경향이었으나 AGP의 small subunit 에서는 영양생장기에서 약간 높은 경향을 보였고 개화기 이후 AGP의 활성변화와 일치하는 경향을 나타내었다. 이상의 결과에서 콩의 등숙기간 중 잎에서의 AGP 활성 변화는 품종별에 따라 생육시기별로 다르게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
E. coli 유래의 AGP 유전자를 이용하여 형질전환한 감자, 옥수수 및 Arabidopsis의 경우 전분합성 및 수량이 20-30% 이상 증가하였는데(Muller-Rober et al.., 1994; Zhangying et al., 2007), 만약 성숙단계별로 콩 종자의 AGP 활성의 변화가 탐색된다면, 이미 cloning 되어 있는 AGP 유전자(김 등, 1998)를 콩에 형질전환 하여 전분 합성량을 증가시키고, 2차적으로 지방산 관련효소를 조작함으로서 유지량을 증대시키는 기초자료로서 이용될 수 있을 것이다. 따라서 콩의 생산성을 높이는데 중요한 역할을 하는 효소의 활성변화를 콩의 성숙단계별로 조사하여 종실 수량과의 관련성 여부를 탐색하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콩의 종실 수량이 250kg/10a 내외로 화본과 작물들에 비하여 50% 수준 밖에 되지 않는데, 그 이유는 무엇인가?
2%에 지나지 않는 실정이다(2008, 농림식품부). 또한 종실 수량도 250kg/10a 내외로 화본과 작물들에 비하여 50% 수준 밖에 되지 않는데, 이는 에너지대사 과정에서 glucose의 단백질로의 전환율이 지방이나 탄수화물로의 전환율보다 낮기 때문인 것으로 보고한바 있다(山口등, 1975). 잎에서 광합성에 의해 생성된 탄수화물은 주로 sucrose 형태로 종자 등의 저장기관으로 이동한 후 invertase나 sucrose synthase 등의 작용에 의해 glucose phosphate와 fructose로 분해된다.
콩은 어떤 작물인가?
콩(Glycine max)은 종실에 약 40%의 단백질과 20% 정도의 지방을 가지고 있는 영양학적으로 매우 중요한 작물이다. 또한 콩은 수천 년 전부터 한반도에서 재배되어 왔으며, 콩으로 만든 된장, 간장, 두부, 콩나물 등의 식품들은 한국민의 식생활에서 무시할 수 없는 전통식품으로 자리 잡아왔다.
박테리아의 AGP란 무엇인가?
, 1988) 식물의 저장기관과 잎에서의 광합성산물 분배의 역할을 수행함으로서 전분의 합성을 증가시킨다(Preiss, 1991). 박테리아의 AGP는 단일 유전자가 생산하는 펩타이드 4개로 구성된 homotetramer 이며 식물의 AGP는 2종류의 유전자에 의해 생성된 large subunit(ls)와 small subunit(ss) 2개씩 결합하여 이루어진 heterotetramer이다. 식물 AGP 각 subunit의 기능을 보면 ADP-glucose 생산반응에 관여하는 반응은 ss peptide의 기능이며, ls peptide의 기능은 AGP의 활성조절인 것으로 알려져 있다(Choi et al.
참고문헌 (15)
김동헌, 이시명, 황영수. 1998. 식물의 전분합성 관련효소 특성 구명 연구. 농업과학원 시험연구사업보고서(생물자원부편) pp. 488-495.
김영진, 이강세, 천상욱, 오영진, 김경호, 최재성, 이문희. 2003. 엽형에 따른 콩 품종의 광합성 능력과 잎의 해부형태 비교. 한국작물학회지 48(3):248-251.
Choi SB, Kim KH, Kavakli IH, Lee SK and Okita TW. 2001. Transcriptional expression characteristics and subcellular localization of ADP-glucose pyrophosphorylase in the oil plant Perilla frutescens. Plant and Cell Physiol. 42(2):146-153
Crafts-Brandner SJ. 1992. Phosphorus nutrition influence on starch and sucrose accumulation, and activities of ADPglucose pyrophosphorylase and sucrose-phosphate synthase during the grain filling period in soybean. Plant Physiol. 98:1133-1138.
Mian, M. A. R., R. Wells, T. E. Carter Jr., D. A. Ashley, and H. R. Boerma. 1998. RFLP tagging of QTLs conditioning specific leaf weight and leaf size in soybean. Theo. and Appl. Gen. 96:354-360.
Muller-Rober B., U. L. Cognata, U. Sonnewald and L. Willmitzer. 1994. A truncated version of an ADP-glucose pyrophosphorylase promoter from potato specifies guard cell-selective expression in transgenic plants. The Plant Cell 6(5):601-612.
Park, SW. and Chung, WI. 1998. Molecular cloning and organspecific expression of three isoforms of tomato ADP-glucosepyrophosphorylase gene. Gene 206:215？221.
Preiss J. 1991. Biology and molecular biology of starch synthesis and its regulation. Oxford Surv Plant Mol Cell Biol. 7:59-114.
Shibles, R. J. Secor, and D. M. Ford. 1987. Carbon assimilation and metabolism. In JR Wilcox, ed, Soybeans: Improvement production, and uses. Amer. Soc. of Agron., Madison, WI, pp. 535-588.
Sowokinos JR. 1976. Pyrophospholylase in Solanum tuberosum I. Changes in ADP-glucose and UDP-glucose pyrophosphorylase activities associated with starch biosynthesis during tuberization, maturation and storage of potatoes. Plant Physiol. 57:63-68.
Zhangying W., C. Xiaoping , W. Jianhua, L. Tingsong, L. Yan, Z. Li and W. Guoying. 2007. Increasing maize seed weight by enhancing the cytoplasmic ADP-glucose pyrophosphorylase activity in transgenic maize plants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 88(1):83-92.
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