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겨울우산버섯에 의한 목재칩의 리그닌 분해 효소 활성 및 리그닌 함량 변화

Changes in Activities of Lignin Degrading Enzymes and Lignin Content During Degradation of Wood Chips by Polyporus brumalis

목재공학 = Journal of the Korean wood science and technology, v.40 no.6, 2012년, pp.424 - 430  

조명길 (국립산림과학원 화학미생물과) ,  유선화 (국립산림과학원 화학미생물과) ,  김명길 (국립산림과학원 화학미생물과)

초록
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본 연구에서는 국내에서 자생하는 백색부후균인 겨울우산버섯(Polyporus brumalis)을 소나무 시편에 배양하여 목재 처리에 의한 리그닌 분해효소의 활성변화를 조사하고 목재의 분해가 일어나는 동안 중량감소율리그닌 감소율을 통해 분해능을 확인하고 여기에 관여하는 유전자의 발현을 조사하였다. SSC (Shallow Stationary Culture) 액체배지에 목재 시편을 넣고 겨울우산버섯을 배양하였을 때 무처리구에서는 laccase의 활성이 20일 이후 감소하는 반면, 시편 처리구에서는 활성이 계속 증가되었다. 특히, 60일 전후의 처리구에서 무처리구에 비해 10배 이상 높은 활성을 나타내었다. 또한, 겨울우산버섯에 의한 소나무칩의 중량 감소율과 리그닌 감소율은 80일 후 각각 23.4%와 6.3%로 나타났다. 40일 배양한 목질칩에서 분리한 겨울우산버섯의 pblac1의 유전자 발현은 무처리구에 비해 소나무 칩 처리구에서 약 3배 정도 높게 나타났다. 이상의 결과로 백색부후균에 의한 목재칩 처리에 의해 리그닌 분해효소의 활성이 증가되며 pblac1이 리그닌 분해에 중요한 역할을 하는 것으로 보여진다. 따라서 백색부후균의 리그닌분해효소 유전자 발현을 조절함으로써 리그닌 분해능이 우수한 균주 개발이 가능하고 목질에탄올 생산 전처리에 효율적으로 이용할 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, laccase activity, rate of weight loss and degree of lignin degradation of pine wood chips were determined during the liquid and solid state incubation with Polyporus brumalis. The results showed that laccase enzyme activity at untreated wood chip was gradually decreased after 20 days,...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 리그닌분해효소 과발현과 목질계 바이오매스의 생물학적 전처리에 활용하기 위한 기초 실험으로서 난분해성 물질 및 리그닌의 분해력이 좋은 겨울우산버섯을 이용하여 소나무칩을 분해할 때 리그닌 분해효소인 laccase의 활성변화와 여기에 관여하는 laccase 유전자의 발현 및 소나무칩의 중량감소율과 리그닌 감소율을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
겨울우산버섯은 어떤 리그닌 분해효소를 가지고 있는가? 겨울우산버섯은 국내에서 자생하는 백색부후균으로 리그닌 분해효소인 laccase와 MnP를 가지고 있다. 선행 연구에서 겨울우산버섯으로부터 2개의 laccase 유전자를 분리하였다(Ryu et al.
판막버섯은 30일 동안 볏짚에 처리한 결과 리그닌을 얼마나 감소시켰는가? , 2010)을 생물학적으로 분해하는 친환경 소재가 될 수 있다. 몇몇 연구자들에 의해 이러한 시도가 진행되고 있는데, 그중 대표적 백색부후균인 판막버섯(Phanerochaete chrysosporium)을 30일 동안 볏짚(rice straw)에 처리하여 분해함으로써 리그닌을 32.6% 감소시켰고, 당화 및 에탄올 수율을 증가시킨 연구 결과가 보고된 바 있으며(Bak et al., 2009), Ceriporiopsis subvermispora를 옥수수대에 처리하여 57.
기존의 상업화된 바이오에탄올 생산 공정은 곡물을 원료로 하여 식량부족, 국제곡물 가격 상승 등의 문제를 유발하는데, 이를 해결하기 위해 진행되고 있는 연구는? , 2012). 이런 문제를 해결하기 위해 옥수숫대를 비롯한 목질계 바이오매스 자원(Lignocellulosic biomass)을 원료로 하는 바이오에탄올을 생산하고자 하는 연구가 국제적으로 활발히 진행되고 있다(Mosier et al., 2005; Kumar et al.
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참고문헌 (14)

  1. Ana, S. 2008. Development and Utilization of Sorghum as a Bioenergy Crop. Genetic Improvement of Bioenergy Crops. 2: 211-248. 

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  3. Chatterjee, S., and P. Karlovsky. 2010. Removal of the Endocrine Disrupter Butyl Benzyl Phthalate from the Environment. Appl. Microbiol. Biotechnol. 87: 61-73. 

  4. Gopalakrishnan, K., J. Van Leeuwen, and R. C. Brown. 2012. Assessing the Environmental Risks and Opportunities of Bioenergy Cropping Sustainable. Bioenergy and Bioproducts Green Energy and Technology. 189-212. 

  5. Guo, L.-Q., S.-X. Lin, X.-B. Zheng, Z.-R. Huang, and J.-F. Lin. 2010. Production, Purification and Characterization of a Thermostable Laccase from a Tropical White-rot Fungus. World J. Microbiol. Biotechnol. 27: 731-735. 

  6. Jessica M. A., J. A. Gallagher, and I. S. Donnison. 2009. Fermentation Study on Saccharina latissima for Bioethanol Production Considering Variable Pre-treatments. Journal of Applied Phycology 21: 569-574. 

  7. Kumar, P., DM. Barrett, MJ. Delwiche, and P. Stroeve. 2009. Methods for Pretreatment of Lignocell- ulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production. Industrial & Engineering Chemistry Research 48: 3713-3719. 

  8. Lee, J.-W., K.-S. Gwak, J.-Y. Park, M.-J. Park, D.-H. Choi, M. Kwon, and I.-G. Choi. 2007. Biological Pretreatment of Softwood Pinus densiflora by Three White Rot Fungi. The Journal of Microbiology 45(6): 485-491. 

  9. Liew, C. Y., A. Husaini, H. Hussain, S. Muid, K. C. Liew, and H. A. Roslan. 2011. Lignin Biodegradation and Ligninolytic Enzyme Studies during Biopulping of Acacia mangium Wood Chips by Tropical White Rot Fungi. World J. Microbiol. Biotechnol. 27: 1457-1468. 

  10. Mosier, N., C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y. Y. Lee, and M. Holtzapple. 2005. Features of Promising Technologies for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass. Bioresource Technology 96(6): 673-676. 

  11. Ryu, S.-H., A.-Y. Lee, and M. k. Kim. 2008. Molecular Characteristics of Two Laccase from the Basidiomycete Fungus, Polyporus brumalis. The Journal of Microbiology 46(1): 62-69. 

  12. Edward M. W. S. and P. C. F. Andre. 2007. Bioenergy Potentials from Forestry in 2050. An Assessment of the Drivers that Determine the Potentials. Climatic Change. 81: 353-390. 

  13. Wan, C. and Y. Li. 2010. Microbial Pretreatment of Corn Stover with Ceriporiopsis subvermispora for Enzymatic Hydrolysis and Ethanol Production. Bioresource Technology 101: 6398-6403. 

  14. Yang, X., F. Ma, Y. Zeng, H. Yu, C. Xu, and X. Zhang. 2010. Structure Alteration of Lignin in Cornstover Degraded by White-rot Fungus, Irpex lacteus CD2. International Biodeterioration & Biodegradation 64: 119-123. 

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