[논문]카드뮴에 의해 유도된 담배 식물의 생장, 엽록소와 rubisco/rubisco activase에 대한 salicylic acid의 전환 효과

왕옥산; 노광수

doi:10.5352/jls.2012.22.6.778

카드뮴에 의해 유도된 담배 식물의 생장, 엽록소와 rubisco/rubisco activase에 대한 salicylic acid의 전환 효과
The Reverse Effect of Salicylic Acid on Cd-induced Growth, Chlorophyll, and Rubisco/Rubisco Activase in Tobacco 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.22 no.6 = no.146, 2012년, pp.778 - 787

초록
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카드뮴에 의해 유도되는 담배의 생장, 엽록소 함량, rubisco와 rubisco activase에 미치는 SA의 영향과, 이에 대한 변성제의 효과를 연구하였다. 담배 기내생장에 대한 SA의 최적농도를 찾기 위해, $10^{-6}$ mM - $10^2$ mM SA를 처리하여 9주간 생장시킨 결과, $10^{-4}$ mM SA에서 가장 높은 생장을 보였다. SA와 카드뮴을 4개의 실험구(대조구, SA, 카드뮴, 카드뮴 + SA)로 하여 생장, 엽록소 함량 및 rubisco와 rubisco activase의 함량과 활성을 측정한 결과, 카드뮴 > 카드뮴 + SA < 대조구 카드뮴 + SA < 대조구 ${\beta}$-mercaptoethanol은 활성을 촉진시켰으며, urea, thiourea, guanidium-HCl은 억제시켰다. 이는 L-cysteine과 ${\beta}$-mercaptoethanol은 변성에 관여하지 않으며, urea, thiourea, guanidium-HCl은 변성에 관여하였음을 의미한다. Rubisco activase의 활성에 대한 변성제들의 영향을 조사한 결과, 5종 모두는 비처리구와 비교하여 현저한 영향은 나타내지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

The influence of salicylic acid (SA) on growth, chlorophyll, and rubisco/rubisco activase and effect of denaturator on rubisco/rubisco activase activity were studied in tobacco plants grown in vitro with cadmium (Cd) treatment. In order to find out the optimum concentration of SA, tobacco plants treated with $10^{-6}$ mM - $10^2$ mM of SA were grown in MS medium for 9 weeks, respectively. The most pronounced effect on in vitro growth was found at $10^{-4}$ mM SA. Among the control (not treated with Cd and SA), SA, Cd, and Cd + SA, the growth and content of chlorophyll were in the sequence of Cd < Cd + SA < control < SA, and significantly higher at SA compared with others. Similar results were also observed in the content and activity of rubisco and rubisco activase. These data suggest that inhibitory effect by Cd was reversed by SA. These results also indicate that SA has a positive effect on Cd. The effect of denaturants on rubisco activity showed in the sequence of Cd < Cd + SA < control < SA. Rubisco activity was promoted by L-cysteine and ${\beta}$-mercaptoethanol, not by urea, thiourea, and guanidium-HCl. These data suggest that urea, thiourea, and guanidium-HCl are able to act as denaturator, and L-cysteine and ${\beta}$-mercaptoethanol are not. None of the five denaturants affected the activity of rubisco activase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 카드뮴과 SA에 의해 유도되는 담배 식물의 생장, 엽록소 함량, rubisco와 rubisco activase의 함량과 활성에 대한 결과를 비교하여 카드뮴의 효과에 대한 SA의 영향과, 이에 대한 변성제의 효과를 연구하였다. SA는 세포분열의 촉진과 세포의 팽창을 통해 식물의 생장을 자극하는 효과를 가지며[33], SA의 농도에 따라 식물의 생장의 양상이 다르게 나타난다[41].
이에 본 연구에서는 광합성과 관련된 물질에서 카드뮴의 효과에 대한 SA의 영향을 연구하기 위해 카드뮴에 의해 유도되는 담배 식물의 생장, 엽록소 함량, rubisco와 rubisco activase의 함량과 활성에 미치는 SA의 효과와 이에 대한 변성제의 효과를 조사하였다.

제안 방법

11주 후, 4개 실험구들의 생장을 측정하였고, 잎을 사용하여 엽록소 함량 및 rubisco와 rubisco activase의 함량과 활성을 측정하였다.
4) 용액으로 세척하였다. 0.01 M PBS (pH 7.4)로 만든 0.1% BSA 용액을 사용하여 blocking시킨 후, 1차 항체로서 토끼 항 rubisco와 항 rubisco activase 항혈청을 각각 가하고, 2차 항체로서는 0.1% BSA가 들어있는 0.01 M PBS(pH 7.4)로 1:20,000 희석시킨 peroxidase-conjugated goat anti-rabbit IgG 용액을 가하였다. Peroxidase의 기질로서 30% H₂O₂가 함유된 0.
0)로 만든 OPD tablet 용액을 가하여 암상태의 실온에서 20분간 반응시킨 후, 1 N HCl로 반응을 정지시켰다. ELISA microplate reader (Bio-Rad model 3550-UV)를 사용하여 492 nm에서 이들의 흡광도를 측정하여 함량을 계산하였다.
Fig. 1과 Fig. 2에서 얻은 최적농도인 10^-4 mM SA를 사용하여, 대조구, SA 처리구, 카드뮴 처리구 및 카드뮴과 SA 혼합 처리구로 구성된 각각의 MS배지 상에 담배 식물 줄기를 배양한 후, 이들의 생장을 측정하여, 담배 식물의 생장에 미치는 SA와 카드뮴의 효과를 조사하였다.
Fig. 1에서 나타난 결과를 확인하기 위해 각 SA 농도에 따라 배양된 담배 식물의 생체 중량을 측정하였다. SA의 농도가 증가할수록 담배 식물의 중량이 증가하여 10^-4 mM SA에서 가장 높은 함량을 보였으며, 이 이상의 농도에서는 농도가 증가함에 따라 함량은 감소하였다(Fig.
Fig. 3에서 나타난 생장의 결과를 확인하기 위해, 각 실험구에 대한 담배 식물 전체와 잎의 생체 중량을 측정하였다. 담배식물과 잎 생체중량은 대조구가 각각 5.
L-cysteine, β-mercaptoethanol, urea, thiourea, guanidium-HCl을 사용하여 rubisco와 rubisco acticvase의 활성에 대한 이들 변성제의 영향을 측정하였다.
Rubisco activase에 미치는 카드뮴과 SA의 효과의 영향을 보기 위하여, 4개의 각 실험구에서 생장시킨 담배 식물의 잎으로부터 rubisco activase를 분리하였다. 그 결과, 흡광도와 활성의 peak가 한 분획에서 일치하여 이를 rubisco activase의 함량과 활성 측정에 사용하였다.
Rubisco에 미치는 카드뮴과 SA의 효과를 조사하기 위해, 4개의 각 실험구에서 생장시킨 담배 식물의 잎으로부터 rubisco를 분리한 결과, 280 nm에서의 흡광도 peak와 활성의 peak가 한 분획에서 일치하여, 이 분획을 rubisco의 함량과 활성 측정에 사용하였다.
SA의 최적농도를 조사하기 위하여, 기내 배양된 담배 식물의 줄기를 10^-6 mM - 10² mM SA가 각각 함유된 MS배지에서 9주간 배양하여 각 농도에 따른 담배 식물의 생장을 측정하였다.
UV-VIS spectrophotometer (Scinco S-100)를 이용하여 RuBP가 PGA (3-phosphoglycerate)를 형성하고, 이것이 GAP(glyceraldehydes 3-phosphate)를 형성할 때 산화되는 NADH 양을 340 nm에서 측정하였다. 1 unit는 1분당 1 mM RuBP를 분해시키는 효소의 양으로 정의하였다.
광합성 색소인 엽록소에 미치는 카드뮴과 SA의 효과를 하기 위해, 4개의 각 실험구에 대한 엽록소 a와 b의 함량을 측정하였다. 엽록소 a와 b 및 전체 엽록소 함량은 대조구가 각각 13.
Rubisco activase에 미치는 카드뮴과 SA의 효과의 영향을 보기 위하여, 4개의 각 실험구에서 생장시킨 담배 식물의 잎으로부터 rubisco activase를 분리하였다. 그 결과, 흡광도와 활성의 peak가 한 분획에서 일치하여 이를 rubisco activase의 함량과 활성 측정에 사용하였다.
대조구, SA 처리구, 카드뮴 처리구 및 카드뮴과 SA 혼합 처리구로 구성된 각각의 MS배지 상에 담배 식물 줄기를 배양한 후, 담배 식물의 생장에 대한 카드뮴과 SA의 결과를 비교하여 카드뮴의 효과에 대한 SA의 영향을 연구하였다. 생장은 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합 처리구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로써, 측정된 식물체와 잎 생체중량의 결과도 같았다.
본 실험에 사용한 식물 재료는 담배로서, SA의 최적농도를 찾기 위해 기내배양된 담배 식물의 줄기를 3 cm로 절단하여 10^-6 mM, 10^-5 mM, 10^-4 mM, 10^-3 mM, 10^-2 mM, 10^-1 mM, 1 mM, 10 mM 및 10² mM SA가 각각 함유된 MS [23]배지에 3개씩 접종하여 9주간 배양한 후 각 농도에 따른 담배 식물의 생장을 측정하였다.
최적농도인 10-4 mM SA와 0.2 mM CdCl2·2.5H2O [31]를 사용하여, 대조구(SA와 카드뮴 무첨가), SA 처리구, 카드뮴 처리구 및 카드뮴과 SA 혼합구로 구성된 MS배지 상에 각각 기내 배양된 3 cm의 담배식물 줄기를 치상하여 배양하였다.
카드뮴과 SA 조건하에서 rubisco activase의 활성에 대한 변성제의 영향을 조사하였다. 대조구, SA 처리구, 카드뮴 처리구 및 카드뮴과 SA 혼합 처리구 모두에서 L-cysteine, β-mercaptoethanol, urea, thiourea 및 guanidium-HCl은 비처리구와 비교하여 약간 높거나 낮은 수치를 보였으나 큰 차이가 없어 rubisco activase의 활성에 효과가 없는 것으로 나타났다(Table 4).
카드뮴과 SA 조건하에서 rubisco activase의 활성이 rubisco와 연관되어 있으므로, rubisco activase의 활성에 대한 변성제의 영향을 조사하였다. L-cysteine, β-mercaptoethanol, urea, thiourea 및 guanidium-HCl은 rubisco activase의 활성에 효과가 없는 것으로 나타났다.

대상 데이터

식물 배양의 MS 배지는 Duchefa 회사(Haarlem, Netherland) 제품을 사용하였으며, 이외의 모든 시약은 Sigma(ST. Louis, USA)로 부터 구입하여 사용하였다.

이론/모형

Racker [26]의 방법으로 rubisco의 활성을 측정하였다. 1 M Tris (pH 7.
Robinson과 Portis [30]의 방법으로 rubisco activase의 활성을 측정하였다. 0.
Rubisco와 rubisco activase의 함량은 ELISA로 측정하였다. Microplate well에 0.
Wang 등[42]의 방법을 이용하여 담배 식물 잎에서 rubisco와 rubisco activase가 함유된 용액을 분리하였다. 액체 질소를 가하여 마쇄한 잎 분말(20 g)에 grinding buffer (50 mM BTP pH 7.
엽록소 함량의 측정은 Inskeep과 Bloom [13]의 방법에 의해, 담배 식물 잎을 5℃에서 DMF 용액에 하루 밤 동안 정치한 후, 추출물을 8,000× g에서 5분간 원심분리하였다.

성능/효과

또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco의 함량과 활성 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 이는 결합되어 있던 카드뮴이 SA에 의해 제거되었기 때문으로 해석된다. 4개의 실험구를 비교한 결과는 SA가 rubisco의 함량과 활성을 개선시키는 작용에 관여함을 보여주고 있다.
L-cysteine, β-mercaptoethanol, urea, thiourea 및 guanidium-HCl은 rubisco activase의 활성에 효과가 없는 것으로 나타났다.
L-cysteine과 β-mercaptoethanol은 SH 기를 가지고 있어 S-S 결합을 절단함으로써 변성을 유도하는데, 카드뮴과 SA 조건하에서도 rubisco의 활성을 촉진시키는 효과를 나타내어 촉진시키는 결과를 보였으며, 특히 SA에 대한 효과가 매우 컸다.
L-cysteine과 β-mercaptoethanol은 비처리구에 비해 카드뮴과 SA 처리구가 3-4배 정도 활성이 높게 나와 카드뮴과 SA 조건하에서도 rubisco의 활성을 촉진시켰으며, 특히 SA에 대한 효과가 매우 컸다.
Rubisco activase의 함량을 측정한 결과, 대조구에서는 0.111 mg/ml, SA 처리구에서는 0.161 mg/ml, 카드뮴 처리구에서는 0.104 mg/ml, 카드뮴과 SA 혼합 처리구에서는 0.108mg/ml로서(Fig. 6), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 함량 순서를 보였다.
Rubisco activase의 활성을 측정한 결과, 대조구에서는 0.089 unit/ml, SA 처리구에서는 0.161 unit/ml, 카드뮴 처리구에서는 0.078 unit/ml, 카드뮴과 SA 혼합 처리구에서는 0.085 unit/ml로써(Fig. 7), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합처리구 < 대조구 < SA 처리구의 활성 순서를 보였다.
Rubisco에 대한 카드뮴과 SA의 결과가 rubisco activase와 관련되어 기인되는지의 여부를 밝히기 위해 rubisco activase의 함량과 활성을 측정한 결과, rubisco의 결과와 같은 순서로 함량과 활성을 보였다. 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco activase의 함량과 활성을 억제하였음을, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco activase의 함량과 활성을 촉진시켰음을 나타내는 것으로서, 4개 실험구를 비교함으로써 카드뮴에 의해 억제된 rubisco activase의 함량과 활성이 SA에 의해 회복됨으로써 SA가 개선 효과가 있음을 의미한다.
Rubisco의 함량은 대조구에서는 0.586 mg/ml, SA 처리구에서는 0.670 mg/ml, 카드뮴 처리구에서는 0.432 mg/ml, 카드뮴과 SA 혼합 처리구에서는 0.470 mg/ml로서(Fig. 4), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 함량 순서를 보였다.
Rubisco의 활성을 측정한 결과, 대조구에서는 0.126unit/ml, SA 처리구에서는 0.128 unit/ml, 카드뮴 처리구에서는 0.116 unit/ml, 카드뮴과 SA 혼합 처리구에서는 0.120unit/ml로써(Fig. 5), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합 처리구 < 대조구 < SA 처리구의 활성 순서를 보였다.
4), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 함량 순서를 보였다. SA 처리한 것과 카드뮴을 처리한 것이 각각 최고와 최저치를 보였으며, 대조구와 비교하여 Cd 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco의 함량을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco의 함량을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco의 함량억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교한 결과, SA가 rubisco의 함량을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다.
6), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 함량 순서를 보였다. SA 처리한 것과 카드뮴을 처리한 것이 각각 최고와 최저치를 보였으며, 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco activase의 함량을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco activase의 함량을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco activase의 함량 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교한 결과, SA가 rubisco activase의 함량을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다.
1에서 나타난 결과를 확인하기 위해 각 SA 농도에 따라 배양된 담배 식물의 생체 중량을 측정하였다. SA의 농도가 증가할수록 담배 식물의 중량이 증가하여 10^-4 mM SA에서 가장 높은 함량을 보였으며, 이 이상의 농도에서는 농도가 증가함에 따라 함량은 감소하였다(Fig. 2).
SA처리 하지 않은 대조구와 10^-6 mM SA에서 10^-1 mM SA 처리구에서는 모두 담배 식물의 줄기로부터 식물체가 형성되었으며, 이 중 10^-4 mM SA에서 가장 양호하게 생장하였다. 그러나 1 mM SA와 10 mM SA에서는 줄기로부터 약간 잎이 형성되었으나, 10² mM SA에서는 완전하게 식물체가 형성되지 않았다(Fig.
L-cysteine과 β-mercaptoethanol은 비처리구에 비해 카드뮴과 SA 처리구가 3-4배 정도 활성이 높게 나와 카드뮴과 SA 조건하에서도 rubisco의 활성을 촉진시켰으며, 특히 SA에 대한 효과가 매우 컸다. Urea와 thiourea는 비처리구에 비해 활성이 약간 낮게 나타난 반면, guanidium-HCl은 매우 낮게 나타나 rubisco의 활성을 억제시키는 효과가 있음을 알 수 있었다(Table 3).
결론적으로, SA는 담배 식물의 기내생장, 엽록소 및 rubisco/rubisco activase에 대한 카드뮴의 손실 효과를 개선시키는 작용을 하는 것으로 추측되며, 이 작용에 변성제 중의 일부가 관여하는 것으로 생각된다. 본 연구의 결과는 중금속에 의한 식물 생장 억제의 개선과 동시에 이 개선 과정을 전신획득저항성과 연관시킨 연구에 접목할 수 있을 것으로 사료된다.
광합성 색소인 엽록소에 미치는 카드뮴과 SA의 효과를 하기 위해, 엽록소의 함량을 측정한 결과, 엽록소 a에서 약간의 차이가 있었으나, 전체 엽록소 함량은 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로 증가하였는데, 이는 카드뮴에 의한 엽록소의 억제를 SA가 회복시켰음을 보여 주고 있다.
대조구, SA 처리구, 카드뮴 처리구 및 카드뮴과 SA 혼합 처리구 모두에서 L-cysteine, β-mercaptoethanol, urea, thiourea 및 guanidium-HCl은 비처리구와 비교하여 약간 높거나 낮은 수치를 보였으나 큰 차이가 없어 rubisco activase의 활성에 효과가 없는 것으로 나타났다(Table 4).
대조구, SA 처리구, 카드뮴 처리구 및 카드뮴과 SA 혼합 처리구의 각각 생장시킨 담배 식물의 잎으로부터 분리한 rubisco의 활성에 대한 변성제의 영향을 조사한 결과, 본 연구에 사용한 모든 조절제는 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로 활성이 증가되었으며, 이 순서는 변성제의 처리 유무와 상관없이 변화가 없었다.
5), 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합 처리구 < 대조구 < SA 처리구의 활성 순서를 보였다. 대조구보다 카드뮴 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco의 활성을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco의 활성을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco의 활성 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교함으로써 SA가 rubisco의 활성을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다.
생장은 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합 처리구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로써, 측정된 식물체와 잎 생체중량의 결과도 같았다. 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮았는데, 이는 카드뮴이 생장을 억제한 결과이며, 대조구와 SA 처리구를 비교하면 SA가 생장을 촉진시켰음을 알 수 있었다. 또한 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교한 결과는 카드뮴에 의해 억제되었던 생장이 SA에 의해 회복되었음을 보여주고 있다.
Rubisco에 대한 카드뮴과 SA의 결과가 rubisco activase와 관련되어 기인되는지의 여부를 밝히기 위해 rubisco activase의 함량과 활성을 측정한 결과, rubisco의 결과와 같은 순서로 함량과 활성을 보였다. 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco activase의 함량과 활성을 억제하였음을, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco activase의 함량과 활성을 촉진시켰음을 나타내는 것으로서, 4개 실험구를 비교함으로써 카드뮴에 의해 억제된 rubisco activase의 함량과 활성이 SA에 의해 회복됨으로써 SA가 개선 효과가 있음을 의미한다. 이러한 카드뮴에 대한 SA의 완화 현상은 보리 유식물[20], 대두 유식물[9]에서 보고되고 있으며, 애기장대 유식물에서 NaCl에 의한 손상에 SA가 중요한 역할을 한다는 보고도 있다[4].
대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮았는데, 이는 카드뮴이 생장을 억제한 결과이며, 대조구와 SA 처리구를 비교하면 SA가 생장을 촉진시켰음을 알 수 있었다. 또한 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교한 결과는 카드뮴에 의해 억제되었던 생장이 SA에 의해 회복되었음을 보여주고 있다. 대두 유식물 잎에서 카드뮴에 의한 생장은 SA의 존재 하에서는 현저하게 감소되며, 이는 SA가 카드뮴의 효과를 완화시킨 결과이다[9].
생장은 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합 처리구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로서, 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮았으며, 대조구와 SA 처리구를 비교하면 SA가 높게 나타났다. 또한 카드뮴 처리구와 비교하여 카드뮴과 SA 혼합 처리구가 높게 나타났으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교함으로써 생장 회복현상을 확인할 수 있었다(Fig. 3).
SA 처리한 것과 카드뮴을 처리한 것이 각각 최고와 최저치를 보였으며, 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco activase의 함량을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco activase의 함량을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco activase의 함량 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교한 결과, SA가 rubisco activase의 함량을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다.
카드뮴처리구가 대조구보다 낮은 것은 카드뮴이 rubisco activase의 활성을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco activase의 활성을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco activase의 활성 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합처리구 및 SA 처리구를 비교함으로써 SA가 rubisco activase의 활성을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다.
SA 처리한 것과 카드뮴을 처리한 것이 각각 최고와 최저치를 보였으며, 대조구와 비교하여 Cd 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco의 함량을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco의 함량을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco의 함량억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교한 결과, SA가 rubisco의 함량을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다.
대조구보다 카드뮴 처리구가 낮은 것은 카드뮴이 rubisco의 활성을 억제하였음을 나타내며, 대조구보다 SA 처리구가 높은 것은 SA가 rubisco의 활성을 촉진시켰음을 나타낸다. 또한 카드뮴 처리구와 카드뮴과 SA 혼합 처리구를 비교하면 카드뮴에 의한 rubisco의 활성 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었으며, 카드뮴 처리구, 카드뮴과 SA 혼합 처리구 및 SA 처리구를 비교함으로써 SA가 rubisco의 활성을 개선시키는 작용에 관여함을 알 수 있었다. 이 rubisco의 활성 결과들은 함량의 결과와 일치하였다.
생장은 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합 처리구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로서, 대조구와 비교하여 카드뮴 처리구가 낮았으며, 대조구와 SA 처리구를 비교하면 SA가 높게 나타났다.
엽록소 a와 b 및 전체 엽록소 함량은 대조구가 각각 13.03, 20.53, 33.56 mg/g, SA 처리구가 13.2, 20.6, 33.78 mg/g, 카드뮴 처리구가 13.5, 13.79, 27.30 mg/g, 카드뮴과 SA 혼합처리구가 13.37, 15.37, 28.94 mg/g으로써(Table 2), 엽록소 a에서 약간의 차이가 있었으나, 전체 엽록소 함량은 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 순서를 보였으며, 카드뮴에 의한 엽록소의 억제를 SA가 회복시켰음을 알 수 있었다.
이러한 점으로 미루어 보아 본 연구에서의 L-cysteine, β-mercaptoethanol, urea, thiourea, guanidium-HCl은 rubisco와 rubisco activase의 활성에 영향을 미칠 것으로 사료된다.
SA는 식물체내에 존재하는 endogenous 생장조절제이기 때문에 생장에 미치는 SA의 영향을 연구하는 것은 매우 중요하다. 이에 담배 식물의 생장에 대한 SA의 최적농도를 찾기 위하여, 10^-6 mM - 10² mM SA가 각각 함유된 MS배지에서 배양하여 각 농도에 따른 생장을 측정한 결과, 10^-4 mM SA에서 가장 높은 생장을 보였으며, 1 mM 이상에서는 식물체가 거의 형성되지 않았다. 또한 식물체의 생체 중량도 같은 결과를 보였다.
이에 본 연구에서는 카드뮴과 SA에 의해 유도되는 rubisco의 함량과 활성에 대한 자료를 비교하여 카드뮴의 효과에 대한 SA의 영향을 조사한 결과, 카드뮴 처리구 < 카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로 함량과 활성이 증가하였다.
카드뮴과 SA에 의한 rubisco의 활성과 SA에 의한 카드뮴의 영향에 대한 5종의 변성제의 효과를 조사한 결과, 모든 변성제는 카드뮴 처리구 <카드뮴과 SA 혼합구 < 대조구 < SA 처리구의 순서로 활성을 보였으며, 이 순서는 변성제의 처리 유무와 상관없이 변화가 없었다.

후속연구

결론적으로, SA는 담배 식물의 기내생장, 엽록소 및 rubisco/rubisco activase에 대한 카드뮴의 손실 효과를 개선시키는 작용을 하는 것으로 추측되며, 이 작용에 변성제 중의 일부가 관여하는 것으로 생각된다. 본 연구의 결과는 중금속에 의한 식물 생장 억제의 개선과 동시에 이 개선 과정을 전신획득저항성과 연관시킨 연구에 접목할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	카드뮴이 식물에 어떤 작용을 하나요?	중금속의 일종인 카드뮴(Cd)은 산업화의 부산물로서 생기는 환경오염원으로써, 자연생태계로 유입되면 인간에게 만성중독을 유발시켜 건강을 위협할 뿐만 아니라 식물에게도 매우 유독한 것으로 알려져 있다[15]. 카드뮴은 식물의 생장에 필수적인 원소는 아니지만 뿌리를 통해 흡수되어 액포에 고농도로 축적되면[7], 탄수화물, 단백질, 지질 및 핵산 대사의 교란[29,40], 뿌리에서의 수분과 양분흡수 및 기타 이온들의 흡수억제, 발생과 분화의 지연[35], 광합성, 광호흡 및 호흡을 저해함으로써, 궁극적으로 식물의 생장을 억제시킨다[2].
	식물 방어 기전으로 Salicylic acid은 어떤 기능을 하나요?	Salicylic acid(SA)는 페닐알라닌으로부터 시킴산 경로를 통해 합성되는 단순 페놀성 화합물로서, 카르복실기와 수산기를 가지고 있다. 식물에 병원체가 침입하면 저항성이 유도되어 그 후에 침입하는 동일하거나 다른 종류의 병원체에 대해 저항성이 증가하는 식물질병에 대한 전신획득저항성을 가지고 있는 것으로 추정하고 있으며[1,5,32], 오존, 자외선, 열 스트레스, 냉해, 가뭄, 염 스트레스에 관여한다[14,22,39]. SA는 ABA에 의한 성장 억제 효과를 반전시키며[28], 키네틴. IAA, 지베렐린과 같은 식물성장 조절제와 같이 사용하면 개화를 촉진 하는 등의 효과를 나타낸다[19]. 또한 SA는 중금속이온에 의한 손실효과를 개선하는 작용을 하는 것으로 알려져 있으며[21], 특히 SA는 카드뮴의 독성을 변형시키는 능력이 있는 것으로 보고되고 있다[9]. Panković 등[25]은 광합성의 암반응에서 RuBP (ribulose 1,5-bisphosphate) 재생에 카드뮴이 영향을 미치며, Lee와 Roh [18]는 카드뮴이 rubisco의 유도와 활성화를 저해한다고 보고하였다.
	카드뮴과 SA 조건하 rubisco의 활성부위에서 L-cysteine과 β-mercaptoethanol은 어떤 작용을 촉진한 것으로 보이는가?	L-cysteine과 β-mercaptoethanol은 SH 기를 가지고 있어 S-S 결합을 절단함으로써 변성을 유도하는데, 카드뮴과 SA 조건하에서도 rubisco의 활성을 촉진시키는 효과를 나타내어 촉진시키는 결과를 보였으며, 특히 SA에 대한 효과가 매우 컸다. 이는 rubisco의 활성부위의 SH기에 결합된 카드뮴[37]의 제거에 관여하는 SA의 작용을 L-cysteine과 β-mercaptoethanol이 촉진시킨 결과로 추측된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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