[논문]일시적 고온 스트레스가 복색 장미 'Pinky Girl'의 화색 및 관련 유전자 발현에 미치는 영향

이슬기; 김완순

doi:10.7235/hort.2015.15077

일시적 고온 스트레스가 복색 장미 'Pinky Girl'의 화색 및 관련 유전자 발현에 미치는 영향
Floral Pigmentation and Expression of Anthocyanin-Related Genes in Bicolored Roses 'Pinky Girl' as Affected by Temporal Heat Stress 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.33 no.6, 2015년, pp.923 - 931

이슬기 (서울시립대학교 환경원예학과) , 김완순 (서울시립대학교 환경원예학과)

초록
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본 연구는 일시적인 고온 스트레스 처리가 복색 장미 'Pinky Girl'의 화아 착색과 안토시아닌 생합성 관련 유전자들의 발현 양상에 미치는 영향을 알아보고자 수행되었다. 꽃잎에서 cyanin의 축적은 화아의 발육단계와 연관이 있으며 화아 발육 과정에서 꽃잎이 출현하는 4단계($S_4$)에서 급격하게 일어났다. 따라서 $S_4$ 단계가 꽃잎 착색에 가장 민감한 시기로 판단된다. $S_4$ 단계에서 3일간 고온 스트레스($39/18^{\circ}C$)를 받은 고온처리구에서 개화 당시 꽃잎의 cyanin 착색이 대조구와 비교하여 45.5% 감소하였다. 한편, 안토시아닌 생합성 관련 유전자인 CHS, CHI, F3'H, DFR, ANS, 3GT, 5GT의 발현은 고온처리구에서 오히려 촉진되었다. 예외적으로 F3H의 발현은 고온처리구에서 26.7% 감소하여 'Pinky Girl'의 복색 발현에 의미 있는 유전자로 확인되었다. 하지만 대부분 안토시아닌 생합성 관련 유전자들의 발현은 꽃잎에서의 cyanin 착색 경향과 비례적이지 않았다. 따라서 장미 꽃잎의 화색소 축적은 번역 이후 효과와 조절유전자와 같은 안토시아닌 생합성과 관련된 다른 복잡한 메커니즘이 연관되어 있을 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate petal pigmentation and the expression patterns of anthocyanin-related genes in bicolored roses 'Pinky Girl' treated with temporal heat stress (THS). Cyanin accumulation in petals was correlated with floral bud development and started rapidly as floral buds began to open, defined as the $4^{th}$ stage of floral bud development ($S_4$). This stage seems to be most susceptible to petal pigmentation. The total of cyanin pigmentation at blooming was significantly decreased (by 45.5%) with exposure to THS ($39/18^{\circ}C$ for three days at $S_4$) in comparison with control. Meanwhile, the expression of anthocyanin-related genes such as CHS, CHI, F3'H, DFR, ANS, 3GT, and 5GT was relatively promoted by THS. Only F3H was less expressed (by 26.7%) with THS treatment; thus, F3H could be a key gene for bicolor promotion in 'Pinky Girl' among anthocyanin-related genes. Overall, the expression pattern of the most anthocyanin-related genes did not match the trends of cyanin pigmentation in petals. These results suggest that floral pigmentation could be associated with other mechanisms related to anthocyanin biosynthesis such as post-translational effects and regulatory genes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 상습적으로 고온 스트레스에 노출되는 여름철에는 복색의 발현이 저하되어 상품성이 떨어지고 거래 가격이 낮아지는 등 농가에 직접적인 피해를 주고 있다(Kim and Lieth, 2012; Korea Agro-Fisheries & Food Trade Corporation, 2014). 따라서 본 연구는 복색 장미 ‘Pinky Girl’을 대상으로 꽃잎의 주요 색소와 착색 특성, 그리고 화아 발달 중 일시적인 고온 스트레스에 따른 화색 관련 유전자들의 발현 양상을 분석하여 고온기 복색장미의 불량한 착색 기작을 이해함으로써 여름철 장미 절화 생산관리에 활용하고자 실시하였다.

제안 방법

)을 주·야간 온도 25/18℃, 습도 50 ± 10%, 광도 700 ± 100µmol·m^-2·s^-1으로 조절되는 생육상 환경에서 재배하였다. 화아의 발달 단계를 직경에 따라 6단계(S₁: 4.5-7.5mm, S₂: 7.5-10.5mm, S₃: 10.5-13.5mm, S₄: 13.5-16.5mm; S₅: 16.5-19.5mm, S₆: 19.5mm <)로 구분하였고, 온도처리는 꽃봉오리에서 꽃잎이 출현하기 직전 단계(S₄)에서 3일간 엽소 현상이 발생하지 않는 최고 온도 조건인 39℃(고온처리구)와 25℃(대조구)로 처리하였다. 이때 야간온도는 고온처리구와 대조구 모두 18℃로 같게 유지하였다.

대상 데이터

식물 재료는 2010년 농촌진흥청에서 육성한 복색 장미 품종 ‘Pinky Girl’(Rosa hybrida L.)을 주·야간 온도 25/18℃, 습도 50 ± 10%, 광도 700 ± 100µmol·m^-2·s^-1으로 조절되는 생육상 환경에서 재배하였다. 화아의 발달 단계를 직경에 따라 6단계(S₁: 4.

데이터처리

통계분석용 프로그램인 SAS package(Statistical analysis system, version 9.2, SAS Institute Inc., USA)를 이용하여 ANOVA(Analysis of variance) 분석을 실시하였으며 각 처리간의 유의성은 DMRT(Duncan’s new multiple range test) 5% 수준으로 하였다.

이론/모형

화색은 색차 색도계(CR-10, MINOLTA, Japan)를 이용하여 L*(darkness-brightness), a*(green-red), b*(blue-yellow)를 측정한 후, McGuire(1992)의 수식을 이용하여 C*와 h*값을 구하였다.

성능/효과

이상에서 복색 장미 ‘Pinky Girl’의 착색 시점은 꽃봉오리가 터지기 직전으로 이 시기 고온 스트레스에 노출될 경우 cyanin의 축적이 현저하게 저하되어 복색 발현이 불량하게 된다. 이러한 착색반응은 안토시아닌 생합성 관련 유전자들의 발현과 연관성이 있는 것으로 확인되었으나, ‘Pinky Girl’에서는 앞에서 언급한 리치((Wei et al.
7% 감소하였다. 이처럼 F3H 발현 양상이 고온 처리구에서 뚜렷하게 구별되므로 ‘Pinky Girl’의 복색을 나타내는데 의미있는 유전자로 판단된다.

후속연구

, 2011)에서와 같이 예외적으로 일치하지 않았다. 화색소 축적과정은 여러 단계에서 다양한 유전자들이 관여하고 있기 때문에 개별 유전자의 발현 유무와 화색소 축적간의 직접적인 연관성에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	안토시아닌의 생합성은 어떤 요인들에 의하여 조절되는가?	페튜니아(Petunia hybrida)에서는 지베렐린, 광, 그리고 당 신호가 화관에서 안토시아닌 합성을 유도하는 전사조절자(master transcription regulators)를 조절하기 위해서 상호작용한다(Weiss, 2000). 또한, 안토시아닌의 생합성은 액포 pH, 보색소, 금속이온, 당치환과 같은 내적 요인과 온도, 광도, 광질 등 환경적 요인에 의하여 조절된다(Kim, 1999). 특히 온도는 안토시아닌 축적에 직접적인 영향을 주는 대표적인 환경적 요인으로, 일반적으로 저온은 phenylalanine ammonia-lyase(PAL), chalcone synthase(CHS)과 같은 안토시아닌 생합성 관련 유전자들의 전사 수준을 높임으로써 안토시아닌 함량을 증가시킨다(Christie et al.
	복색 장미가 갖는 단점은?	또한 저온 조건인 겨울철에는 복색 발현이 우수하므로 매우 높은 가격으로 거래되고 있다. 하지만 상습적으로 고온 스트레스에 노출되는 여름철에는 복색의 발현이 저하되어 상품성이 떨어지고 거래 가격이 낮아지는 등 농가에 직접적인 피해를 주고 있다(Kim and Lieth, 2012; Korea Agro-Fisheries & Food Trade Corporation, 2014). 따라서 본 연구는 복색 장미 ‘Pinky Girl’을 대상으로 꽃잎의 주요 색소와 착색 특성, 그리고 화아 발달 중 일시적인 고온 스트레스에 따른 화색 관련 유전자들의 발현 양상을 분석하여 고온기 복색장미의 불량한 착색 기작을 이해함으로써 여름철 장미 절화 생산관리에 활용하고자 실시하였다.
	복색 장미는 어떤 장미인가?	복색 장미 ‘Pinky Girl’은 하나의 색을 가지는 단색 장미와는 다르게 백색인 기부와 분홍색인 가장자리로 구별이 가능한 장미이다. 최근 소비자의 다양한 화색의 요구가 높아지면서 복색 장미의 판매량이 증가하였다(Byun et al.

참고문헌 (30)

Burchi, G., D. Prisa, A. Ballarin, and P. Menesatti. 2010. Improvement of flower color by means of leaf treatments in lily. Sci. Hortic. 125:456-460.

상세보기
Byun, M.S., K.N. Chang, J.S. Kim, M.J. Kim, and K.W. Kim. 2005. Changes tendency of the flower colors in cut Rosa hybrida cultivars. J. Korean Flower Res. Soc. 13:347-353.
Christie, P.J., M.R. Alfenito, and V. Walbot. 1994. Impact of lowtemperature stress on general phenylpropanoid and anthocyanin pathways: Enhancement of transcript abundance and anthocyanin pigmentation in maize seedlings. Planta 194:541-549.

상세보기
Dela, G., E. Or, R. Ovadia, A. Nissim-Levi, D. Weiss and M. Oren-Shamir. 2003. Change in anthocyanin concentration and composition in 'Jagure' rose flowers due to transient hightemperature conditions. Plant Sci. 164:333-340.
Huh, E.J., H.K. Shin, S.Y. Choi, O.G. Kwon, and Y.R. Lee. 2008. Thermosusceptible developmental stage in anthocyanin accumulation and color response to high temperature in red chrysanthemum cultivars. Korean J. Hortic. Sci. Technol. 26:357-361.
Iida, S., Y. Morita, J.D. Choi, K.I. Park, and A. Hoshino. 2004. Genetics and epigenetics in flower pigmentation associated with transposable elements in morning glories. Adv. Biophys. 38:141-159.

상세보기
Inagaki, Y., Y. Hisatomi, T. Suzuki, K. Kasahara, and S. Iida. 1994. Isolation of a suppressor-mutator/enhancer-like transposable element, Tpn1, from Japanese morning glory bearing variegated flowers. Plant Cell 6:375-383.

상세보기
Itoh, Y., D. Higeta, A. Suzuki, H. Yoshida, and Y. Ozeki. 2002. Excision of transposable elements from the chalcone isomerase and dihydroflavonol 4-reductase genes may contribute to the variegation of the yellow-flowered carnation (Dianthus caryophyllus). Plant Cell Physiol. 43:578-585.

상세보기
Jeon, W.H. 2001. Molecular characterization of an UDP-glucose flavonoid glucosyl transferase (ufgt) gene during the colour development in fruits and flowers. MS thesis, Dankook Univ., Korea.
Kim, J.H. 1999. The nature of flower color. JinSol Ltd. Seoul, Korea.
Kim, W.S. and J.H. Lieth. 2012. Simulation of year-round plant growth and nutrient uptake in Rosa hybrida over flowering cycles. Hortic. Environ. Biotechnol. 53:193-203.

원문보기 상세보기
Korea Agro-Fisheries & Food Trade Corporation. 2014. The auction market price of flowers from 2013 to 2014. http://www.yfmc.co.kr.
Koes, R., W. Verweij, and F. Quattrocchio. 2005. Flavonoids: a colorful model for the regulation and evolution of biochemical pathways. Trends Plant Sci. 10:236-242.

상세보기
Leyva, A., J.A. Jarillo, J. Salinas, and J.M. Marinez-Zapater. 1995. Low temperature induces the accumulation of phenylalanine ammonia-lyase and chalcone synthase mRANs of Arabidopsis thaliana in a light-dependent manner. Plant Physiol. 108:39-46.

상세보기
Li, Q., J. Wang, H.Y. Sun, and X. Shang. 2014. Flower color patterning in pansy (Viola x wittrockiana Gams.) is caused by the differential expression of three genes from the anthocyanin pathway in acyanic and cyanic flower areas. Plant Physiol. Biochem. 84:134-141.

상세보기
Longo, L. and G. Vasapollo. 2005. Anthocyanins from bay (Laurus nobilis L.) berries. J. Agric. Food Chem. 53:8063-8067.

상세보기
McGuire, G.R. 1992. Reporting of objective color measurements. Hortic. Sci. 27:1254-1255.
Mori, K., S. Sugaya, and H. Gemma. 2005. Decreased anthocyanin biosynthesis in grape berries grown under elevated night temperature condition. Sci. Hortic. 105:319-330.

상세보기
Murray, JR. and W.P. Hackett. 1991. Dihydroflavonol reductase activity in relation to differential anthocyanin accumulation in juvenile and mature phase Hedera helix L. Plant Physiol. 97:343-351.

상세보기
Ogata, J., Y. Kanno, Y. Itoh, H. Tsugawa, and M. Suzuki. 2005. Anthocyanin biosynthesis in roses. Nature 435:757-758.

상세보기
Quintana, A., J. Albrechtova, R.J. Griesbach, and R. Freyre. 2007. Anatomical and biochemical studies of anthocyanidins in flowers of Anagallis monelli L. (Primulaseae) hybrids. Sci. Hortic. 112:413-421.

상세보기
Saito, R., N. Fukuta, A. Ohmiya, Y. Itoh, Y. Ozeki, K. Kuchitsu, and M. Nakayama. 2006. Regulation of anthocyanin biosynthesis involved in the formation of marginal picotee petals in Petunia. Plant Sci. 170:828-834.

상세보기
Shvarts, M., A. Borochov, and D. Weiss. 1997. Low temperature enhances petunia flower pigmentation and induces chalcone synthase gene expression. Physiol. Plant. 99:67-72.

상세보기
Stommel, J.R., G.J. Lightbourn, B.S. Winkel, and R.J. Griesbach. 2009. Transcription factor families regulate the anthocyanin biosynthetic pathway in Capsicum annuum. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 134:244-251.

상세보기
Sung, S.Y., S.H. Kim, V. Velusamy, Y.M. Lee, B.K. Ha, J.B. Kim, S.Y. Kang, H.G. Kim, and D.S. Kim. 2013. Comparative gene expression analysis in a highly anthocyanin pigmented mutant of colorless chrysanthemum. Mol. Biol. Rep. 40:5177-5189.

상세보기
Vaknin, H., A. Bar-Akiva, R. Ovadia, A. Nissim-Levi, I. Forer, D. Weiss, and M. Oren-Shamir. 2005. Active anthocyanin degradation in Brunfelsia calycina (yesterday-today-tomorrow) flowers. Planta 222:19-26.

상세보기
Wei, Y.Z., F.C. Hu, G.B. Hu, X.J. Li, X.M. Huang, and H.C. Wang. 2011. Differential expression of anthocyanin biosynthetic genes in relation to anthocyanin accumulation in the pericarp of Litchi chinensis Sonn. PLoS One. 6:e19455.

상세보기
Weiss, D. 2000. Regulation of flower pigmentation and growth: Multiple signaling pathways control anthocyanin synthesis in expanding petals. Physiol. Plant. 110:152-157.

상세보기
Yamagishi, M. 2011. Oriental hybrid lily Sorbonne homologue of LhMYB12 regulates anthocyanin biosyntheses in flower tepals and tepal spots. Mol. Breed. 28:381-389.

상세보기
Zhang, D., B. Yu, J. Bai, M. Qian, Q. Shu, J. Su, and Y. Teng. 2012. Effects of high temperatures on UV-B/visible irradiation induced postharvest anthocyanin accumulation in 'Yunhongli No. 1' (Pyrus pyrifolia Nakai) pears. Sci. Hortic. 134:53-59.

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표제어: PCR

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