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문제 정의
- 따라서 본 연구는 생육기 후반기의 야간 고온이 ‘후지’사과에 미치는 영향을 구명하기 위해 성숙기의 과실 품질과 시기별 안토시아닌 생합성 관련 유전자 발현량을 조사하였고, 잎과 과실의 유리당과 잎의 해부학적 특징을 비교하여 야간 고온에 따른 생리반응을 구명하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
- 과피의 안토시아닌 생합성 관련 유전자의 발현을 분석하기 위해 2주 간격으로 과피 시료를 채취하였으며, 과육에서 분리하여 액체질소로 얼린 상태로 막자사발에서 분쇄하였다. RNA 추출은 Jaakola 등(2001)의 방법을 일부 수정해서 사용하였고, SuperscriptTM RT-PCR System(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)으로 cDNA를 합성하였다. cDNA합성을 위해 100ng의 RNA로 42oC 에서 반응시켰다.
- cDNA합성을 위해 100ng의 RNA로 42oC 에서 반응시켰다. q-PCR은 QuantStudio Sequence Detection System(Applied Biosystems, Foster City, U.S.A.)으로 수행하였고, 최종 reaction volumne은 2µL의 cDNA template를 포함해서 총 10µL로 설정하였다. 실험에 이용한 primer와 reporter 1의 염기서열은 Table 1과 같다.
- 과실의 품질은 10월 30일에 일괄 수확하여 과중, 종경 및 횡경을 측정하였고, 주당 4과를 택해 과실을 착즙하여 당도와 적정 산도(0.1N NaOH, pH 8.1)를 조사하였다. 경도는 과실의 적도면에서 과피를 제거한 후 직경 8mm의 probe를 장착한 Texture Analyzer(TA-XT2, Surrey, U.
- 광학 현미경용 시료의 제작은 Park 등(2013)의 방법을 일부 수정하여 epon block을 만들었고, 초미세절편기(Ultracut R, Leica Co., Germany)를 이용해서 1,500nm 두께로 가공하여 PAS(Periodic acid Schiff)법으로 염색, 광학현미경(Axioskop 2, Carl Zeiss Co., Germany)으로 관찰하였다.
- 사과 과피의 안토시아닌 생합성을 촉진시키는 전사인자 MdMYBA와 그 하위단계에서 전사되는 MdDFR, MdANS 및 MdUFGT의 발현량을 비교하였다(Fig. 2).
- 유리당 분석을 위해 처리가 시작되는 7월 첫째 주부터 2주 간격으로 한 주당 과실 1개와 잎 10장을 채취하였고, 액체질소로 얼린 뒤 바로 동결건조 하였다. 과실은 과피를 제거하여 과육만을 사용하였고, 동결건조 후 곱게 갈아 유리당 함량 분석에 이용하였다.
- 과실은 과피를 제거하여 과육만을 사용하였고, 동결건조 후 곱게 갈아 유리당 함량 분석에 이용하였다. 유리당의 추출 과정은 Colaric 등(2007)의 방법을 일부 수정하여 이용하였고, 여과액을 Sep-pakTM C18 Cartridge(Waters, USA)를 이용해 한번 더 정제하였다. 이동상으로 증류수를 0.
- 9 사과나무를 대상으로 2014년 7월부터 10월까지의 야간온도를 다르게 처리하여 진행하였다. 주간에는 외기 온도와 동일하게 설정하였고, 야간 온도는 대기 온도와 동일한 처리구를 대조구로 하여 대조구보다 야간 온도만 4oC를 낮춘 처리(‘-4oC 처리구’로 표시함)와, 대조구보다 야간온도만 4oC를 높인 처리(‘+4oC 처리구’로 표시함)를 하여 대조구와 비교하였다. 야간 시간은 수원시 평균 일출, 일몰 시간을 계산해서 7~8월은 오후 8시부터 오전 6시, 9월은 오후 7시부터 오전 6시, 10월은 오후 6시부터 오전 7시로 설정하였다.
대상 데이터
- 수원시 국립원예특작과학원내의 유리온실에서 화분에 재식한 3년생 ‘후지’/M.9 사과나무를 대상으로 2014년 7월부터 10월까지의 야간온도를 다르게 처리하여 진행하였다. 주간에는 외기 온도와 동일하게 설정하였고, 야간 온도는 대기 온도와 동일한 처리구를 대조구로 하여 대조구보다 야간 온도만 4oC를 낮춘 처리(‘-4oC 처리구’로 표시함)와, 대조구보다 야간온도만 4oC를 높인 처리(‘+4oC 처리구’로 표시함)를 하여 대조구와 비교하였다.
데이터처리
- 모든 통계처리는 SAS 9.0 프로그램으로 Duncan의 다중검정을 실시하여 처리간 비교하였다.
성능/효과
- -4oC 처리구에서 이들 유전자의 발현이 9월부터 증가하기 시작하였고, 과피에서 특이적으로 발현되는 안토시아닌 생합성 유전자의 전사인자 MdMYBA부터 생합성의 가장 마지막 단계에 있는 MdUFGT의 발현까지 모두 증가하였다. 따라서 야간 저온에 의해 과피 착색이 좋아지는 원인은 안토시아닌 생합성에 관련된 유전자의 발현이 과피의 착색이 촉진되는 시기에 증가했기 때문이고(Ban 등, 2007), 이는 저온이 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 증가시켜 착색을 도왔다는 Ubi 등(2006)의 보고와 일치하였다.
- 대조구와 -4oC 처리구의 과실 착색의 시작시기는 약 2주 간의 차이를 보였으며, 야간의 온도 하락으로 인해 착색이 앞당겨지고 최종적으로 성숙기에 착색이 우수해지는 효과를 확인하였다. 저온에 의해 착색이 빠르게 시작되면 성숙기 과실의 착색이 좋았다는 ‘거봉’ 포도에서의 연구결과와 일치하였다(Shim 등, 2007).
- Wang 등(2011)은 고온에 의해 안토시아닌 생합성 유전자의 발현이 감소했다고 보고했지만, 야간 고온처리는 주간의 고온처리처럼 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 억제하지 못하였다. 따라서 야간 고온에 의해 착색이 불량해지는 것은 안토시아닌 생합성에 필요한 전사체의 양과는 관련이 없는 것으로 판단되었다. 처리가 시작된 7월부터 8월까지는 안토시아닌 합성에 대한 억제인자의활성이 가장 높은 시기이고, 착색이 시작되기 전인 만개 후 12주전에는 Abscisic acid(ABA)나 ethylene 활성 대비 Gibberellic acid(GA)활성에 의해 안토시아닌 합성이 억제되기 때문인 것으로 여겨진다.
- ‘후지’의 경우 야간 고온에 의해서 착색이 큰 영향을 받지만 그 외의 품질 요인은 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 따라서 이상 기후로 인해 열대야의 발생 일수가 증가하고 야간 온도가 상승하면 착색에 의한 품질하락이 가장 큰 문제가 될 것으로 판단되었다.
- 야간 고온에 의해 만개 후 12주전까지 안토시아닌 생합성 유전자의 발현이 높다가 이후 대조구의 수준으로 유지되었지만, 착색은 정상적으로 진행되지 못하였다. Wang 등(2011)은 고온에 의해 안토시아닌 생합성 유전자의 발현이 감소했다고 보고했지만, 야간 고온처리는 주간의 고온처리처럼 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 억제하지 못하였다.
- 잎에 존재하는 유리당 함량의 시기별 변화를 조사한 결과, 전체 온도 처리기간 동안 sorbitol과 glucose 함량에서 유의한 차이가 확인되었다(Fig. 3).
후속연구
- 처리가 시작된 7월부터 8월까지는 안토시아닌 합성에 대한 억제인자의활성이 가장 높은 시기이고, 착색이 시작되기 전인 만개 후 12주전에는 Abscisic acid(ABA)나 ethylene 활성 대비 Gibberellic acid(GA)활성에 의해 안토시아닌 합성이 억제되기 때문인 것으로 여겨진다. 따라서 야간 고온 처리시 만개 후 12주 전에는 착색 과정에 영향을 미치는다른 억제인자가 작용하게 되며, 이를 구명하기 위해 안토시아닌의 전구물질인 안토시아니딘에 glucoside를 결합시키는 MdUFGT 등의 분석이 필요하다고 판단되었다.
- 또한 안토시아닌 생합성 유전자의 시기별 발현에 변화를 유발하였고 착색이 불량하였다. 야간고온에 따른 반응은 당해 년에 나타나기보다는 수년간 효과가 누적되는 경우에 나타나므로 과실 품질의 하락이나 수체의 노화 등의 문제점이 발생할 가능성이 높기 때문에 이와 관련된 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.
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