고염과 건조 스트레스 처리 조건 동안 양초 유식물체의 항산화효소 활성 분석 Analysis of Antioxidant Enzyme Activity During Seedling Growth of Leymus chinensis Trin Under Salt and Dehydration Stresses원문보기
본 연구에서는 화본과 다년생 식물인 양초의 환경 스트레스에 대한 적응 기작을 이해하기 위해, 과산화수소를 제거하는 주요 항산화효소인 peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX) 및 catalase (CAT) 활성의 변화를 고염과 건조 스트레스 조건에서 조사하였다. 300 mM 이상의 NaCl과 40% PEG 처리에서 양초 유식물체의 지상부와 지하부의 생장이 크게 감소하였다. 항산화효소 수준은 양초 유식물체의 지상부에서 CAT 활성이 높았지만, APX와 POD는 지하부에서 높은 활성 수준을 보였다. 실제로 NaCl과 PEG 처리동안 APX 활성은 지상부와 지하부가 모두 증가하였으며, CAT 활성은 지상부만 증가하였다. 또한 고염 조건에서 양초식물체의 지상부와 지하부 모두에서 전체페놀 함량이 증가하였다. 본 연구의 결과로서, 양초의 유식물체의 지상부 및 지하부의 생장이 과산화수소를 제거하는 항산화효소활성에 의해 조절됨을 알 수 있었으며, 이는 뿌리에서 APX 활성의 증가 및 지상부에서 CAT 활성증가와 같은 효소활성의 조직 특이적 증가에 영향을 받음을 알 수 있다. 본 연구의 결과는 전형적인 사막지역을 포함하는 고염 지역에서 양초 유식물체의 생장을 위해 항산화 방어기작이 중요함을 의미하는 바이다.
본 연구에서는 화본과 다년생 식물인 양초의 환경 스트레스에 대한 적응 기작을 이해하기 위해, 과산화수소를 제거하는 주요 항산화효소인 peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX) 및 catalase (CAT) 활성의 변화를 고염과 건조 스트레스 조건에서 조사하였다. 300 mM 이상의 NaCl과 40% PEG 처리에서 양초 유식물체의 지상부와 지하부의 생장이 크게 감소하였다. 항산화효소 수준은 양초 유식물체의 지상부에서 CAT 활성이 높았지만, APX와 POD는 지하부에서 높은 활성 수준을 보였다. 실제로 NaCl과 PEG 처리동안 APX 활성은 지상부와 지하부가 모두 증가하였으며, CAT 활성은 지상부만 증가하였다. 또한 고염 조건에서 양초식물체의 지상부와 지하부 모두에서 전체페놀 함량이 증가하였다. 본 연구의 결과로서, 양초의 유식물체의 지상부 및 지하부의 생장이 과산화수소를 제거하는 항산화효소활성에 의해 조절됨을 알 수 있었으며, 이는 뿌리에서 APX 활성의 증가 및 지상부에서 CAT 활성증가와 같은 효소활성의 조직 특이적 증가에 영향을 받음을 알 수 있다. 본 연구의 결과는 전형적인 사막지역을 포함하는 고염 지역에서 양초 유식물체의 생장을 위해 항산화 방어기작이 중요함을 의미하는 바이다.
To understand the adaptability of Leymus chinensis forage grass to environmental stresses, we analyzed the $H_2O_2$ scavenging activity based on several antioxidant enzymes and total phenolics content, including peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX), and catalase (CAT), in shoots a...
To understand the adaptability of Leymus chinensis forage grass to environmental stresses, we analyzed the $H_2O_2$ scavenging activity based on several antioxidant enzymes and total phenolics content, including peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX), and catalase (CAT), in shoots and roots subjected to salt and dehydration stresses during seedling growth. After NaCl or PEG treatment, plants showed reduced seedling growth under over 200 mM NaCl or 30% PEG treatment condition in shoots and roots compared with the control condition. In addition, plants showed high enzymatic activity of CAT in the shoots, whereas they exhibited high activity levels of APX and POD in the roots in both the NaCl and PEG treatment conditions. These results seem to indicate that Leymus chinensis seedlings responding to salt and dehydration stresses during initial growth is associated with enhanced activity of $H_2O_2$ scavenging antioxidant enzymes in the shoots or roots. The plants also showed high levels of total phenolics under NaCl treatment, with a high concentration in both the shoots and roots. Our results showed that the induced activity patterns of APX in the roots and CAT in the shoots indicate that low $H_2O_2$ levels were mainly maintained through tissue-specific redox homeostasis involving enzymes such as APX and CAT during salt and dehydration stresses. This study highlights the importance of antioxidant enzymes in the establishment of Leymus chinensis seedlings under high salinity conditions, such as typical desertification.
To understand the adaptability of Leymus chinensis forage grass to environmental stresses, we analyzed the $H_2O_2$ scavenging activity based on several antioxidant enzymes and total phenolics content, including peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX), and catalase (CAT), in shoots and roots subjected to salt and dehydration stresses during seedling growth. After NaCl or PEG treatment, plants showed reduced seedling growth under over 200 mM NaCl or 30% PEG treatment condition in shoots and roots compared with the control condition. In addition, plants showed high enzymatic activity of CAT in the shoots, whereas they exhibited high activity levels of APX and POD in the roots in both the NaCl and PEG treatment conditions. These results seem to indicate that Leymus chinensis seedlings responding to salt and dehydration stresses during initial growth is associated with enhanced activity of $H_2O_2$ scavenging antioxidant enzymes in the shoots or roots. The plants also showed high levels of total phenolics under NaCl treatment, with a high concentration in both the shoots and roots. Our results showed that the induced activity patterns of APX in the roots and CAT in the shoots indicate that low $H_2O_2$ levels were mainly maintained through tissue-specific redox homeostasis involving enzymes such as APX and CAT during salt and dehydration stresses. This study highlights the importance of antioxidant enzymes in the establishment of Leymus chinensis seedlings under high salinity conditions, such as typical desertification.
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문제 정의
식물은 고염 및 건조 스트레스를 포함한 환경스트레스 조건에 노출되면 과다한 활성산소종의 증가에의해 산화스트레스가 유발된다. 그러므로, NaCl 처리 조건에서 양초 유식물체의 과산화수소 제거 관련 항산화효소들의 활성을 조사 하였다. 양초 유식물체의 APX와 POD 활성수준은 지하부가 지상부보다 높았으며, CAT의 경우는 지상부가 지하부보다 높은 활성 수준을 나타내었다.
제안 방법
다음으로 PEG를 처리한 양초 유식물체들의 과산화수소 제거 관련 항산화효소들의 활성을 조사하였다(Fig. 4).
배양실에서 7일 동안 키운 유식물체를 0, 100, 200, 300, 400 mM의 NaCl이 각각 포함된 MS 기본 배지와 0, 20, 30, 40% PEG가 각각 포함된 MS 기본 배지에 에 옮겨 2주간 배양하였다. 다양한 NaCl 및 PEG가 처리된 배지에서 각 양초 유식물체는 2일 간격으로 지상부와 지하부의 길이를 측정하였으며, 측정된 지상부와 지하부 시료들은 액체질소에 얼려 항산화효소 활성 및 전체페놀 함량 측정에 이용하였다.
스트레스 조건에 대한 양초 유식물체의 감수성을 검정하기 위해, 식물이 고염 스트레스에 노출되었을 때 받게 되는 이온 독성 스트레스에 관련된 NaCl을 농도별로 처리한 후 지상부와 지하부의 생장을 조사하였다. 농도별로 측정한 결과를 그래프로 나타내어 확인한 결과, 지상부와 지하부 모두 200 mM NaCl 처리 농도에서 생장의 저하가 나타나기 시작했으며, 300 mM 이상의 NaCl 처리에 의해서는 생장 저해가 현저히 나타났다.
전체 페놀함량은 변형된 Stadnik와 Buchenauer [14]의 방법을 변형하여 사용하였다. Methanol을 이용하여 추출된 양초 유식물체의 지상부와 지하부 추출물을 0.
대상 데이터
실험에서 사용한 양초(Leymus Chinensis Trin.) 종자의 소독은 종피를 제거하고 70% ethanol에서 1분간 교반 하면서 살균한 후, 5% sodium hyperchloride 용액에서 30분간 교반 하며 표면 살균 하였다. 살균한 종자는 멸균된 증류수로 5회 씻어 주었다.
이론/모형
0) 과 함께 넣어 마쇄한 후 12,000 rpm, 4℃의 조건에서 15분간 원심 분리한 상등액을 조효소액으로 사용하여 실험을 진행하였다. 단백질 정량은 BSA를 표준단백질로 사용한 Bradford[5] 의 방법에 따라 측정하였다. Peroxidase (POD) 활성은 pyrogallol을 기질로 사용하여 측정 하였다[9].
성능/효과
4). APX 활성은 PEG 처리 농도에 따라 지상부와 지하부 조직에서 전체적으로 활성이 증가하였고 CAT 활성은 지상부에서 20% PEG 처리에 특이적으로 증가하는 결과를 보였다. 반면에 POD 활성은 지상부에서는 변화가 없었으며, 지하부에서는 PEG 처리에 따라 활성이 감소하거나 일정하게 유지되는 결과를 보였다.
이들 중 대표적인 것이 APX, POD 및 CAT이다. 그러므로, 본 연구의 결과로서, 건조와 염 스트레스 동안 양초 유식물체의 지상부와 지하부에서는 APX 활성이 주된 항산화 방어 기작을 수행하며, CAT는 지상부의 항산화 방어 활성에 주된 기능을 수행함을 알 수 있다.
본 연구에서는 양초 유식물체의 NaCl 및 PEG 스트레스에 대한 생리적 및 생화학적 반응을 이해하기 위해 다양한 농도의 NaCl과 PEG를 처리했으며, 300 mM 이상의 NaCl과 40% 이상의 PEG가 크게 생장을 억제 시킴을 확인하였다. 양초 유식물체의 지상부와 지하부에서 NaCl 및 PEG 처리동안 활성이 증가하였으며, CAT 활성은 고농도의 NaCl 및 PEG에서 지상부 특이적으로 증가함을 확인하였다.
그러므로, NaCl 처리 조건에서 양초 유식물체의 과산화수소 제거 관련 항산화효소들의 활성을 조사 하였다. 양초 유식물체의 APX와 POD 활성수준은 지하부가 지상부보다 높았으며, CAT의 경우는 지상부가 지하부보다 높은 활성 수준을 나타내었다. APX 활성은 400 mM NaCl 처리 조건에서 지상부(1.
본 연구에서는 양초 유식물체의 NaCl 및 PEG 스트레스에 대한 생리적 및 생화학적 반응을 이해하기 위해 다양한 농도의 NaCl과 PEG를 처리했으며, 300 mM 이상의 NaCl과 40% 이상의 PEG가 크게 생장을 억제 시킴을 확인하였다. 양초 유식물체의 지상부와 지하부에서 NaCl 및 PEG 처리동안 활성이 증가하였으며, CAT 활성은 고농도의 NaCl 및 PEG에서 지상부 특이적으로 증가함을 확인하였다. 이러한 결과들을 통하여 양초 유식물체의 고염 및 건조 스트레스에 대한 생리적 및 생화학적 변화를 이해할 수 있었다.
후속연구
이상의 결과는 앞으로 다년생 화본과 작물들의 고염 및 건조 스트레스에 대한 생리적 변화 연구 및 저항성 품종 선발에 중요한 자료가 될 것으로 생각된다. 또한 본 연구 결과의 활용을 통해 환경스트레스에 대한 내성을 향상시키기 위하여 항산화기구를 강화시킨 작물 품종의 선발과 형질전환 식물체 개발을 통한 환경재해에 강한 실용적인 작물들의 분자 육종이 기대되는 바이다.
이러한 결과들을 통하여 양초 유식물체의 고염 및 건조 스트레스에 대한 생리적 및 생화학적 변화를 이해할 수 있었다. 본 연구의 결과들을 기반으로 하여 양초 식물체에서 정확한 항산화 방어기작의 연구를 위해 건조 및 염 스트레스 조건에서 생성되는 단일 단백질 수준의 분석 및 단백질체의 변화에 대한 연구가 향후 필요할 것으로 생각된다. 이상의 결과는 앞으로 다년생 화본과 작물들의 고염 및 건조 스트레스에 대한 생리적 변화 연구 및 저항성 품종 선발에 중요한 자료가 될 것으로 생각된다.
본 연구의 결과들을 기반으로 하여 양초 식물체에서 정확한 항산화 방어기작의 연구를 위해 건조 및 염 스트레스 조건에서 생성되는 단일 단백질 수준의 분석 및 단백질체의 변화에 대한 연구가 향후 필요할 것으로 생각된다. 이상의 결과는 앞으로 다년생 화본과 작물들의 고염 및 건조 스트레스에 대한 생리적 변화 연구 및 저항성 품종 선발에 중요한 자료가 될 것으로 생각된다. 또한 본 연구 결과의 활용을 통해 환경스트레스에 대한 내성을 향상시키기 위하여 항산화기구를 강화시킨 작물 품종의 선발과 형질전환 식물체 개발을 통한 환경재해에 강한 실용적인 작물들의 분자 육종이 기대되는 바이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
양초의 특징은 무엇인가?
5)에 널리 자생하고 있는 다년생의 화본과 식물이다. 특히, 양초는 척박한 토양에 비교적 잘 적응하며 사막화가 진행 중인 지역의 토양 유실 및 황사발생을 억제할 수 있는 특징을 갖는 주요한 식물이다. 양초는 또한 높은 단백질을 함유한 양질의 건초로서의 가치도 갖고 있는 사료작물이다[7].
양초란 무엇인가?
양초(Leymus Chinensis Trin.)는 중국, 시베리아, 몽골을 포함한 동북아시아의 건조 및 알칼리토양(pH8.5-11.5)에 널리 자생하고 있는 다년생의 화본과 식물이다. 특히, 양초는 척박한 토양에 비교적 잘 적응하며 사막화가 진행 중인 지역의 토양 유실 및 황사발생을 억제할 수 있는 특징을 갖는 주요한 식물이다.
식물이 과다한 활성산소종에 의해 유발되는 산화스트레스를 받게 되면 발생하는 현상은 무엇인가?
식물이 과도한 스트레스를 받게 되면 생체내 산소가 반응성이 높은 독성의 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)으로 변하게 된다. 다양한 환경스트레스에 의해 유발되는 활성산소종의 과다발생은 식물의 생산성을 감소시키는 주요 요인이 되고 있다. 이러한 과다한 활성산소종에 의해 유발되는 산화스트레스는 식물의 대표적 방어기구인 superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), peroxidase (POD), catalase (CAT) 등의 항산화효소와 ascorbic acid (AsA)와 glutathione (GSH) 같은 저분자 항산화물질 등에 의해 효율적으로 제거된다[11].
참고문헌 (16)
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Bradford, M. M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72, 248-254.
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