[논문]옥수수 영양생장기 한발 스트레스에 의한 광합성의 생리적 반응 및 프로테옴 변화 분석

배환희; 권영상; 손범영; 김정태; 고영삼; 김선림; 백성범; 신성휴; 김상곤

doi:10.7740/kjcs.2019.64.4.422

옥수수 영양생장기 한발 스트레스에 의한 광합성의 생리적 반응 및 프로테옴 변화 분석
Physiological and Proteome Responses of Korean F1 maize (Zea mays L.) Hybrids to Water-deficit Stress during Tassel Initiation 원문보기

Korean journal of crop science = 韓國作物學會誌, v.64 no.4, 2019년, pp.422 - 431

배환희 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 권영상 (안전성평가연구소 환경독성연구센터) , 손범영 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 김정태 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 고영삼 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 김선림 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 백성범 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 신성휴 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 김상곤 ((재)경남한방항노화연구원)

초록
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본 연구는 옥수수 유수형성기(본 잎 6개)에 10일 동안 수분부족처리를 하였을 때 F₁ 옥수수 교잡종 식물체의 생리적 반응과 프로테옴 변화를 분석한 것이다. 실험에 사용한 품종은 일미찰과 광평옥이었다. 1. 정상구에 비해 수분이 결핍된 옥수수 교잡종에서는 평균 3개의 잎이 감소했고, 잎 면적은 각각 32~34 % 감소했으며, 경장은 일미찰에서는 약 14%, 광평옥에서는 약 27% 줄었다. 웅수 길이는 일미찰과 광평옥에서 각각 74, 82%가 감소하였다. 2. V4~6 엽기 때 10일간의 수분 결핍 처리는 옥수수의 모든 부분에서 건물중을 감소시켰으며 특히, 줄기의 건물중이 잎과 뿌리보다 훨씬 감소하였다. 일미찰과 광평옥에서 잎과 줄기의 건물중은 각각 약 83%, 73% 감소했으며, 수술 건물중은 각각 약 35, 86% 감소했다. 3. V4~6 엽기 때 10일간의 수분 결핍 처리는 옥수수의 모든 부분에서 건물중을 감소시켰으며 특히, 줄기의 건물중이 잎과 뿌리보다 훨씬 감소하였다. 일미찰과 광평옥에서 잎과 줄기의 건물중은 각각 약 83%, 73% 감소했으며, 수술 건물중은 각각 약 35, 86% 감소했다. 4. 이차원전기영동방법으로 정상구와 한발 스트레스를 받은 교잡종에서 다른 단백질 발현양상을 나타내는 21 개의 단백질 spot을 확인하였다. MALDI-TOF MS (matrix assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry) 및 단백질 데이터베이스 분석을 통해 21개의 단백질 spot 중 탄수화물 대사에 관련된 단백질이 8개, 스트레스 관련 단백질이 6개, 지방산 이화작용 및 광합성에 관련된 단백질이 각각 2개, 에너지 대사 및 수송에 관련된 단백질이 각각 1개가 분석되었다. 5. 이들 단백질 중 Triosephosphate isomerase, fructose-bisphosphate aldolase, uncharacterized protein을 제외하고 한발 스트레스 처리시 일미찰과 광평옥 모두에서 단백질 발현양이 증가하였으며, lactoylglutathione lyase, delta 3,5-delta 2,4-dienoyl-CoA isomerase은 광평옥에서만 과발현되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Severe droughts in spring have occurred frequently in Korea in recent years, exerting a critical impact on corn yield. Therefore, it is necessary to find physiological and/or molecular indicators of the response to drought stress in maize plants. In this study, we investigated the effects of water-deficit stress on two Korean elite F1 maize hybrids, Ilmichal and Gwangpyeongok, by withholding water for 10 days at tassel initiation. The water deficit drastically reduced the relative leaf water content, leaf number, leaf area, and stem length, leading to dry matter reduction. Moreover, it reduced the SPAD values and stomatal conductance of leaves in drought-stressed plants of both hybrids. Importantly, the number of leaves and SPAD value were non-destructive and easy to investigate in response to water-deficit stress, suggesting that they may be useful indicators for screening drought-tolerant genetic resources. We detected more than 100 spots that were differentially accumulated under drought stress. Of these spots, a total of 21 protein spots (≥1.5-fold) from drought-exposed maize leaves were successfully analyzed by MALDI-TOF-TOF mass spectrometry. Functional annotation using Gene Ontology analysis revealed that most of the identified proteins were involved in carbohydrate metabolism, stress response fatty acid catabolism, photosynthesis, energy metabolism, and transport. The protein expression levels were increased in both Ilmichal and Gwangpyeongok, except for triosephosphate isomerase, fructose-bisphosphate aldolase, and an uncharacterized protein. The lactoylglutathione lyase delta (3,5)-delta (2,4)-dienoyl-CoA isomerase was overexpressed in Gwangpyeongok only. The results obtained from this study suggest that the drought-specific genes may be useful as molecular markers for screening drought-tolerant maize genotypes.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Relative water content of well-watered (control) leaves and 10-day drought-stressed leaves of Ilmichal (Ilmi) and Gwangpyeongok (GPOK) at tassel initiation.
그림 Fig. 2. Number of Ilmi. and GPOK leaves and leaf area following 10 days of drought stress at tassel initiation.
그림 Fig. 3. Stem length and width and tassel length of Ilmi. and GPOK following 10 days of drought stress at tassel initiation.
그림 Fig. 4. Dry weights of the leaves, stems, and tassels of Ilmi. and GPOK following 10 days of drought stress at tassel initiation.
그림 Fig. 5. Dry weights of the aerial parts and roots of Ilmi. and GPOK following 10 days of drought stress at tassel initiation.
그림 Fig. 6. SPAD values, leaf stomatal conductance, and photosynthetic rates of Ilmi. and GPOK following 10 days of drought stress at tassel initiation.
그림 Fig. 7. Representative 2-DE gel images following 10 days of drought stress of Ilmi. and GPOK at tassel initiation.
표 Table 1. List of differentially accumulated proteins identified by MALDI-TOF MS in Ilmi. and GPOK following 10 days of drought stress at tassel initiation.

AI 본문요약
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문제 정의

비록 수분 부족 스트레스에 직접적으로 영향을 미치는 분자생물학적 구명 연구가 많이 수행되었지만, 농촌진흥청에서 개발한 옥수수 품종을 대상으로 수분 부족 스트레스에 대한 분자생물학적 변화, 그 중에서 단백질 발현 연구는 거의 진행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 옥수수 유수형성기에 수분부족처리를 하여 농촌진흥청에서 개발된 옥수수 F1 교잡종 일미찰(Ilmi)과 광평옥(GPOK)의 광합성 반응과 단백질체의 변화를 조사하였다.
본 연구는 옥수수 유수형성기(본 잎 6개)에 10일 동안 수분부족처리를 하였을 때 F1 옥수수 교잡종 식물체의 생리적 반응과 프로테옴 변화를 분석한 것이다. 실험에 사용한 품종은 일미찰과 광평옥이었다.

제안 방법

10일간 수분부족처리가 끝나고 수분부족처리구와 정상수분처리구 식물체의 살아 있는 잎의 수와 잎면적측정기(LI-3100C, Li-Cor Inc., USA)를 이용하여 식물체의 잎 면적을 조사하였다. 또한, 식물체의 줄기의 길이와 직경, 웅수(tassel)의 길이를 조사하고, 잎, 줄기, 웅수, 뿌리의 건물중을 조사하였다.
그리고 나서 IPGphor II platform (GE Healthcare, Waukesha,WI, USA)을 사용하여 50 V에서 4 h, 100 V에서 1 h, 500V에서 1 h, 1000 V에서 1 h, 2000 V에서 1 h, 4000 V에서 2 h, 8000 V에서 14 h, 그리고 60 V에서 6 h 1-DE를 수행하였다. 2-DE 분석은 13% SDS-polyacrylamide gel를 사용하였으며, colloidal Coomassie Brilliant Blue (CBB)로 염색하였다. 데이터 정확성을 위해서 생물학적 3반복을 통하여 2-DE분석을 실시하였다.
Peptide spots은 Voyager-DE STR MALDI–TOF mass spectrometer (PerSeptive Biosystems, Framingham, MA, USA)으로 분석하였다. 2개의 내부 표준인 Des-Arg1-bradykinin (m/z =904.4681)와 angiotensin 1 (m/z = 1296.6853)을 사용하였으며, 500~3000 Da의 분자량을 가진 peptide들은 PerSeptiveGrams software package을 사용하여 분석하였다. 단백질은 Mascot (http://www.
1 M NH₄HCO₃ 용액에 담근 후, 55°C에 45분 동안 처리하였다. DTT 용액은 즉시 55 mM iodoacetamide 포함하고 있는 0.1 M NH₄HCO₃ 용액으로 대체하였고, 샘플들은 30분 동안 어두운 상온에서 보관하였다. Gel 조각들은 50% ACN을 포함하고 있는 0.
데이터 정확성을 위해서 생물학적 3반복을 통하여 2-DE분석을 실시하였다. Gel 이미지는 UMAX 스캐너(PowerLook 1120)을 이용하여 분석되었으며, 단백질 spot은 ImageMaster 2D Platinum software 6.0 (GE Healthcare, Waukesha,WI, USA)을 사용하여 정량분석을 하였다.
Peptide spots은 Voyager-DE STR MALDI–TOF mass spectrometer (PerSeptive Biosystems, Framingham, MA, USA)으로 분석하였다.
간단히 요약하면, 옥수수 F1 교잡종 일미찰과 광평옥(3개의 독립된 재료들)을 액체 질소와 막자를 이용하여 미세한 가루로 분쇄하였고, 0.5 MTris-HCl (pH 8.3)과 2% β-mercaptoethanol이 포함된 5 mL의 Mg/NP-40 버퍼를 사용하여 균질화하였다.
Immobilized pH gradient (IPG) strips (24 cm)를 rehydration 시킨 후, rehydration buffer와 단백질 (250 μg)을 1:1로 섞어 로딩하였다. 그리고 나서 IPGphor II platform (GE Healthcare, Waukesha,WI, USA)을 사용하여 50 V에서 4 h, 100 V에서 1 h, 500V에서 1 h, 1000 V에서 1 h, 2000 V에서 1 h, 4000 V에서 2 h, 8000 V에서 14 h, 그리고 60 V에서 6 h 1-DE를 수행하였다. 2-DE 분석은 13% SDS-polyacrylamide gel를 사용하였으며, colloidal Coomassie Brilliant Blue (CBB)로 염색하였다.
, IL, USA)를 사용하여 측정하였다. 그리고 잎의 기공전도도와 광합성률은 휴대용 광합성측정장치(Li-6400, LI COR, Lincoln, NB, USA)을 사용하여 측정하였다. 광합성측정장치 챔버의 모든 조건은 측정하는 동안 표준화하였다(잎 온도 25℃, 광합성유효광량자속밀도(PPFD) 1500 µmol quanta·m^-2·s^-1) (Kim et al.
, USA)를 이용하여 식물체의 잎 면적을 조사하였다. 또한, 식물체의 줄기의 길이와 직경, 웅수(tassel)의 길이를 조사하고, 잎, 줄기, 웅수, 뿌리의 건물중을 조사하였다.
잎의 수분 상태를 알아 보기 위하여 잎의 상대적 수분함량을 측정하였다(Smart & Bingham, 1974). 물 공급을 중단한 후 잎에 위조 현상이 나타난 지 10일째에 옥수수의 최상위 완전전개잎 중간 부분 5 cm정도를 채취하여 잎의 생체중(fresh weight)을 측정하고, 그 잎을 물에 침지하여 냉장고(4℃)에 48시간 동안 치상한 다음 겉에 묻은 물기를 종이타올로 제거하고 무게(turgid weight)를 측정하였다. 이 잎을 드라이 오븐(70℃, 5일)에서 건조한 다음 잎의 건물중(dry weight)을 측정하였다.
수분 부족 스트레스는 식물체 내에 복잡한 분자생리학적 반응을 야기시키기 때문에, 프로테옴 분석을 이용하여 수분 부족에 대한 옥수수의 분자생화학적 반응을 조사하였다(de Vienne et al., 1999; Benešová et al., 2012; Riccardi et al., 2004).
수분공급을 중단하여 잎의 위조증상이 나타나고 10일 째 되었을 때, 옥수수 최상위 완전전개잎의 엽록소 함량은 휴대용 엽록소 측정기(Konica Minolta SPAD 502 Plus Chlorophyll Meter, Spectrum Technologies, Inc., IL, USA)를 사용하여 측정하였다. 그리고 잎의 기공전도도와 광합성률은 휴대용 광합성측정장치(Li-6400, LI COR, Lincoln, NB, USA)을 사용하여 측정하였다.
물 공급을 중단한 후 잎에 위조 현상이 나타난 지 10일째에 옥수수의 최상위 완전전개잎 중간 부분 5 cm정도를 채취하여 잎의 생체중(fresh weight)을 측정하고, 그 잎을 물에 침지하여 냉장고(4℃)에 48시간 동안 치상한 다음 겉에 묻은 물기를 종이타올로 제거하고 무게(turgid weight)를 측정하였다. 이 잎을 드라이 오븐(70℃, 5일)에서 건조한 다음 잎의 건물중(dry weight)을 측정하였다. 잎의 상대적 수분함량(RWC)은 다음과 같이 구하였다.
이들 단백질 spot은 MALDI-TOF 과정과 Protein Prospector 및 Mascot database를 사용하여 총 21개의 단백질을 동정하였으며, 2, 10, 11번 단백질 spot은 광평옥에서만 동정되었다(Fig. 7, Table 1). 이들을 생물학적 기능별로 분류하여 본 결과 탄수화물 대사에 관련된 단백질은 8개, 스트레스관련 단백질은 6개, 지방산 대사와 광합성 관련 단백질 각각 2개, 그리고 에너지 대사, 수송 관련 단백질, 미확인 단백질이 각 1개씩 확인되었다(Table 1).
옥수수 교잡종의 수분 부족 스트레스에 따른 반응 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 일미찰과 광평옥의 수분 부족 스트레스를 받은 잎에서 페놀법을 사용하여 단백질을 추출했으며, 이차원전기영동 최적 분해능을 위하여 pH 5-8인 IPG strip을 사용하였다. 이차원전기영동 분석은 3반복을 하였으며, CBB 염색 및 ImageMaster 소프트웨어를 사용하여 대조군과 수분부족처리군과의 비교를 통해서 21 단백질 spot이 서로 다르게 발현되는 것을 확인하였다(Fig. 7). 이들 중 15개 단백질 spots (8, 12, 13, 16, 17, 18,19, 20, 22, 23, 24, 26, 29, 31, 36)은 수분 부족 스트레스에 의해 일미찰 및 광평옥 옥수수에서 과 발현됨(Fig.
잎의 수분 상태를 알아 보기 위하여 잎의 상대적 수분함량을 측정하였다(Smart & Bingham, 1974).
4 L)하였다. 포트의 토양수분 관리는 포트마다 점적관수 시스템(Netafim Ltd., Israel)을 설치하여 관리하였으며 용적 토양 수분은 커패시턴스형 센서(SM100, Spectrum Technologies,Inc., USA)을 사용하여 측정하였다. 시험구 배치는 완전임의 배치법에 따랐으며 3반복으로 처리하였다.
한국 F₁ 옥수수 교잡종의 수분 부족 스트레스에 따른 반응 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 일미찰과 광평옥의 수분 부족 스트레스를 받은 잎에서 페놀법을 사용하여 단백질을 추출했으며, 이차원전기영동 최적 분해능을 위하여 pH 5-8인 IPG strip을 사용하였다. 이차원전기영동 분석은 3반복을 하였으며, CBB 염색 및 ImageMaster 소프트웨어를 사용하여 대조군과 수분부족처리군과의 비교를 통해서 21 단백질 spot이 서로 다르게 발현되는 것을 확인하였다(Fig.

대상 데이터

6853)을 사용하였으며, 500~3000 Da의 분자량을 가진 peptide들은 PerSeptiveGrams software package을 사용하여 분석하였다. 단백질은 Mascot (http://www.matri xscie nce.com)과 Protein Prospector (http://prosp ector.ucsf.edu)을 데이터베이스 통하여 동정하였다.
본 연구는 국립식량과학원 시험연구포장(경기도 수원시)에 있는 비가림 비닐하우스에서 수행하였다. 실험 식물은 국립식량과학원에서 개발하여 널리 재배되고 있는 F₁ 교잡종인 일미찰(찰옥수수)과 광평옥(일반옥수수)으로 플라스틱 14.
옥수수가 출아하고 본엽이 2매가 되었을 때 생육이 균일한 개체를 포트당 1개체씩 남기고 제거하였다. 비료는 농촌진흥청 표준시비량(N-P₂O₅-K²0 = 72.5-30-60 kg/ha)에 따라 처리하였다.
실험 식물은 국립식량과학원에서 개발하여 널리 재배되고 있는 F1 교잡종인 일미찰(찰옥수수)과 광평옥(일반옥수수)으로 플라스틱 14.7 L 원형 포트(25 cm 직경 × 30 cm 높이)에 사양토를 채워 놓고 각 품종 종자 3개씩 4월 29일 파종하였다.
본 연구는 옥수수 유수형성기(본 잎 6개)에 10일 동안 수분부족처리를 하였을 때 F1 옥수수 교잡종 식물체의 생리적 반응과 프로테옴 변화를 분석한 것이다. 실험에 사용한 품종은 일미찰과 광평옥이었다.

데이터처리

2-DE 분석은 13% SDS-polyacrylamide gel를 사용하였으며, colloidal Coomassie Brilliant Blue (CBB)로 염색하였다. 데이터 정확성을 위해서 생물학적 3반복을 통하여 2-DE분석을 실시하였다. Gel 이미지는 UMAX 스캐너(PowerLook 1120)을 이용하여 분석되었으며, 단백질 spot은 ImageMaster 2D Platinum software 6.
모든 데이터는 평균 ± 평균오차(SEM)으로 표현하였고, SAS statistical software package ver. 9.2 (SAS Institute,USA)를 사용하여 오차 값을 구하였다.

이론/모형

2-D gel 이미지는 Kim et al. (2008)에서 보고된 방법으로 분석하였다. 단백질 침전물은 rehydration buffer로(GE Healthcare, Waukesha, WI, USA)으로 녹였다.
, USA)을 사용하여 측정하였다. 시험구 배치는 완전임의 배치법에 따랐으며 3반복으로 처리하였다.

성능/효과

1. 정상구에 비해 수분이 결핍된 옥수수 교잡종에서는 평균 3개의 잎이 감소했고, 잎 면적은 각각 32~34 % 감소했으며, 경장은 일미찰에서는 약 14%, 광평옥에서는 약 27% 줄었다. 웅수 길이는 일미찰과 광평옥에서 각각 74, 82%가 감소하였다.
2. V4~6 엽기 때 10일간의 수분 결핍 처리는 옥수수의 모든 부분에서 건물중을 감소시켰으며 특히, 줄기의 건물 중이 잎과 뿌리보다 훨씬 감소하였다. 일미찰과 광평옥에서 잎과 줄기의 건물중은 각각 약 83%, 73% 감소했으며, 수술 건물중은 각각 약 35, 86% 감소했다.
3. V4~6 엽기 때 10일간의 수분 결핍 처리는 옥수수의 모든 부분에서 건물중을 감소시켰으며 특히, 줄기의 건물 중이 잎과 뿌리보다 훨씬 감소하였다. 일미찰과 광평옥에서 잎과 줄기의 건물중은 각각 약 83%, 73% 감소했으며, 수술 건물중은 각각 약 35, 86% 감소했다.
4. 이차원전기영동방법으로 정상구와 한발 스트레스를 받은 교잡종에서 다른 단백질 발현양상을 나타내는 21개의 단백질 spot을 확인하였다. MALDI-TOF MS (matrix assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry) 및 단백질 데이터베이스 분석을 통해 21개의 단백질 spot 중 탄수화물 대사에 관련된 단백질이 8개, 스트레스 관련 단백질이 6개, 지방산 이화작용 및 광합성에 관련된 단백질이 각각 2개, 에너지 대사 및 수송에 관련된 단백질이 각각 1개가 분석되었다.
5. 이들 단백질 중 Triosephosphate isomerase, fructose-bisphosphate aldolase, uncharacterized protein을 제외하고 한발 스트레스 처리시 일미찰과 광평옥 모두에서 단백질 발현양이 증가하였으며, lactoylglutathione lyase, delta 3,5-delta 2,4-dienoyl-CoA isomerase은 광평옥에서만 과발현되었다.
이차원전기영동방법으로 정상구와 한발 스트레스를 받은 교잡종에서 다른 단백질 발현양상을 나타내는 21개의 단백질 spot을 확인하였다. MALDI-TOF MS (matrix assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry) 및 단백질 데이터베이스 분석을 통해 21개의 단백질 spot 중 탄수화물 대사에 관련된 단백질이 8개, 스트레스 관련 단백질이 6개, 지방산 이화작용 및 광합성에 관련된 단백질이 각각 2개, 에너지 대사 및 수송에 관련된 단백질이 각각 1개가 분석되었다.
4). 결과적으로, 두 옥수수 교잡종의 지상부 총 건물중은 약 60% 감소했으며, 뿌리의 건물중은 일미찰과 광평옥에서 각각 약 36%와 54% 감소했다(Fig. 5). 이러한 결과는 식물 영양생장 단계에서 수분 부족은 초장과 잎의 크기를 감소시켜 줄기와 잎의 건물 중을 감소시킨다는 이전의 보고와 일치하였다(Abrecht &Carberry, 1993; Claassen & Shaw, 1970; Denmead & Shaw,1960; Eck, 1986; Heiniger, 2001; NeSmith & Ritchie, 1992).
옥수수 유수형성기 10일간 수분부족처리에 의해 잎의 SPAD 값이 일미찰에서 약 10%, 광평옥에서 19% 감소하였다(Fig. 6). 잎의 기공전도도는 유수형성기 10일간 수분부족처리에 의해 일미찰에서 약 96%, 광평옥에서 약 98% 감소되었고, 이와 비슷한 양상으로 광합성도 일미찰에서 89%, 광평옥에서 86% 감소하였다(Fig.
옥수수 유수형성기(본 잎 6개)에 10일 동안 수분부족처리에 의해 일미찰과 광평옥 식물체 잎의 상대적 수분함량은 정상수분처리구보다 각각 23%와 39% 정도 낮았다. 이는 유수형성기 10일간 토양 수분부족이 잎의 수분 부족을 일으켰다는 것을 나타낸다(Fig.
유수형성기 10일간 수분부족처리구에서는 정상수분처리구와 비교하여 일미찰과 광평옥 식물체의 웅수(tassel) 길이가 각각 74%와 82% 정도 감소하였다(Fig. 3). 본 연구에서 수분부족처리를 한 시기는 유수가 형성되는 시기이다.
일미찰과 광평옥에서 수분 부족 스트레스는 탄수화물 대사에 관련되어 있는 단백질들의 발현에 영향을 주었다. 이들 중 malate dehydrogenase (MDH; spot 12), ribulose-phosphate 3-epimerase (RPE; spot 16), NAD-dependent epimerase/dehydratase (spot 19), peptidyl-prolyl cis-trans isomerase (PPIase; spot 22), alpha-galactosidase (AGA; spot 31)은 일미찰과 광평옥에서 공통적으로 발현량이 증가하였으나, Triosephosphate isomerase (TPI; spot 14), fructose-bisphosphate aldolase (FBA: spot 27)은 감소하였고, lactoylglutathione lyase (spot 2)은 광평옥에서만 특이적으로 발현량이 증가하였다(Table 1). MDH는 탄수화물 합성에 관여하고(Cramer et al.
7, Table 1). 이들을 생물학적 기능별로 분류하여 본 결과 탄수화물 대사에 관련된 단백질은 8개, 스트레스관련 단백질은 6개, 지방산 대사와 광합성 관련 단백질 각각 2개, 그리고 에너지 대사, 수송 관련 단백질, 미확인 단백질이 각 1개씩 확인되었다(Table 1).
7, Table 1). 이러한 결과는 옥수수 품종 간 수분 부족 스트레스로 인해 공통적으로 영향을 받는 단백질이 있음과 동시에 품종 특이적 단백질이 있음을 확인하였다.
6). 이로 보아 유수 형성기에 10일간 한발피해를 입을 경우 광합성이 거의 이루어지지 않는다는 것을 알 수 있었다. Hayano-Kanashiroet al.
5). 일미찰과 광평옥에서 잎과 줄기의 건물중은 각각 83%와 73% 정도 감소했으며(Fig. 4), 웅수 건물중은 각각 약 35%와 86% 감소했다(Fig. 4). 결과적으로, 두 옥수수 교잡종의 지상부 총 건물중은 약 60% 감소했으며, 뿌리의 건물중은 일미찰과 광평옥에서 각각 약 36%와 54% 감소했다(Fig.
V4~6 엽기 때 10일간의 수분 결핍 처리는 옥수수의 모든 부분에서 건물중을 감소시켰으며 특히, 줄기의 건물 중이 잎과 뿌리보다 훨씬 감소하였다. 일미찰과 광평옥에서 잎과 줄기의 건물중은 각각 약 83%, 73% 감소했으며, 수술 건물중은 각각 약 35, 86% 감소했다.
6). 잎의 기공전도도는 유수형성기 10일간 수분부족처리에 의해 일미찰에서 약 96%, 광평옥에서 약 98% 감소되었고, 이와 비슷한 양상으로 광합성도 일미찰에서 89%, 광평옥에서 86% 감소하였다(Fig. 6). 이로 보아 유수 형성기에 10일간 한발피해를 입을 경우 광합성이 거의 이루어지지 않는다는 것을 알 수 있었다.
정상수분처리구에 비해 한발처리한 일미찰은 잎 개수가 평균 2.8개, 광평옥은 3.3개 감소하였고, 잎 면적은 일미찰에서 68%, 광평옥에서 66% 정도 감소하였다(Fig 2). 줄기의 길이는 일미찰에서는 약 80%, 광평옥에서는 약 73% 감소하였고, 줄기 직경은 일미찰에서 약 14%, 광평옥에서는 약 27% 줄었다(Fig 3).
3개 감소하였고, 잎 면적은 일미찰에서 68%, 광평옥에서 66% 정도 감소하였다(Fig 2). 줄기의 길이는 일미찰에서는 약 80%, 광평옥에서는 약 73% 감소하였고, 줄기 직경은 일미찰에서 약 14%, 광평옥에서는 약 27% 줄었다(Fig 3). 이러한 결과는 유수형성기 10일간의 수분 부족 스트레스가 잎 발달과 줄기 신장에 상당한 영향을 미친다는 것을 의미한다.
두 번째 수분 부족의 영향을 많이 받은 단백질 그룹은 스트레스관련 단백질들이다. 총 6개의 스트레스관련 단백질이 동정되었으며, 두 개의 Ascorbate peroxidase (APX; spot 8, 18)와 각각 한 개의 cysteine proteinase inhibitor (CPI;spot 13), harpin binding protein 1 (HrBP1; spot 17), serine/threonine-protein phosphatase 1 (PP1; spot 23), 그리고 peroxidase 66 (POX; spot 26)은 수분 부족에 따라 일미찰 및 광평옥 모두에서 발현량이 증가함을 확인하였다(Fig. 7, Table 1). 식물은 환경스트레스에 의해 유도되는 활성산소로 인한 피해를 줄이기 위한 진화를 거듭하였다.

후속연구

동정된 일부 단백질 중 옥수수 수분 부족에 따른 PPIase, TPI와 에너지 대사에 관련된 mitochondrial ATP synthase, 그리고 수송에 관련된 vacuolar ATP synthase subunit E의 기능적 연구는 아직까지 미미한 편이다. 따라서 이런 단백질들에 대한 기능 연구가 추가적으로 필요로 한다. 또한 본연구에서 수분부족처리에 특이적으로 발현한 유전자 정보를 활용한 유전자원 간 가뭄 저항성 관련 유전자 발현 비교연구를 통해 분자생물학적 가뭄 저항성 평가지표를 개발할 수 있을 것이다.
따라서 이런 단백질들에 대한 기능 연구가 추가적으로 필요로 한다. 또한 본연구에서 수분부족처리에 특이적으로 발현한 유전자 정보를 활용한 유전자원 간 가뭄 저항성 관련 유전자 발현 비교연구를 통해 분자생물학적 가뭄 저항성 평가지표를 개발할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	옥수수의 용도는?	옥수수(Zea mays L.)는 주요한 식량 작물 중 하나로 음식, 다양한 산업 및 바이오에너지 생산 용도로 이용된다고 알려져 있다(Cordell et al., 2011).
	수분 스트레스가 옥수수에 끼치는 악영향은 무엇인가?	수분 부족은 옥수수 생육 초기 발달과 성장을 억제 할 뿐만 아니라 생식 단계에서의 알곡크기, 이삭크기 등 옥수수성장에 상당한 영향을 미치며(Bassetti & Westgate, 1993;Farré & Faci, 2006), 광합성 활동이 감소한다고 알려져 있다(Yordanov et al., 2003; Zlatev & Yordanov, 2004).
	옥수수는 유수형성기 때 본 잎이 몇 개인가?	옥수수 유수형성기(본 잎 6개)에 10일 동안 수분부족처리에 의해 일미찰과 광평옥 식물체 잎의 상대적 수분함량은 정상수분처리구보다 각각 23%와 39% 정도 낮았다. 이는 유수형성기 10일간 토양 수분부족이 잎의 수분 부족을 일으켰다는 것을 나타낸다(Fig.

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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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