여름철 고온에 의한 포도 '거봉'의 과피색 불량의 원인을 구명하기 위해, 고온에 따른 과피의 착색 및 식물호르몬 ABA와 GA의 함량 및 대사 관련 유전자의 발현을 분석하였다. 변색기부터 10일 동안의 고온에 의해 '거봉' 포도의 과피색 불량이 나타났으며, 착색을 제외한 나머지 과실품질에는 영향이 없었다. 과피의 총 안토시아닌이 고온처리에 의해 감소하였으며, 안토시아니딘 그룹별로는 malvidin과 peonidin이 대조구에 비해 감소하였다. 과피의 식물호르몬 ABA와 GA의 함량을 분석한 결과, ABA는 고온에 의해 감소하지 않았으며 오히려 대조구에 비해 약간 높은 경향을 보였다. GA는 고온 처리 종료 10일 후부터 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 이로 인해 ABA/GA의 비율이 대조구에 비해 감소하였다. 시기별 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 분석한 결과, 초기 생합성 유전자는 고온에 의해 영향을 받지 않았고, 가장 마지막 단계를 조절하는 UFGT의 발현이 고온 처리에 의해 감소하였다. ABA와 GA의 대사 관련 유전자 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 ABA의 생합성이 영향을 받지 않았고, GA의 생합성을 유도하는 GA20ox1의 발현이 증가하고 불활성화에 관여하는 GA2ox1/2의 발현이 감소하였다. 따라서 본 연구를 통해 변색 초기의 고온으로 인한 '거봉' 포도의 과피색 불량은 과피의 안토시아닌 생합성이 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성이 ABA의 절대적인 함량 보다는 ABA와 GA의 비율로서 조절되고 있다고 판단되었다.
여름철 고온에 의한 포도 '거봉'의 과피색 불량의 원인을 구명하기 위해, 고온에 따른 과피의 착색 및 식물호르몬 ABA와 GA의 함량 및 대사 관련 유전자의 발현을 분석하였다. 변색기부터 10일 동안의 고온에 의해 '거봉' 포도의 과피색 불량이 나타났으며, 착색을 제외한 나머지 과실품질에는 영향이 없었다. 과피의 총 안토시아닌이 고온처리에 의해 감소하였으며, 안토시아니딘 그룹별로는 malvidin과 peonidin이 대조구에 비해 감소하였다. 과피의 식물호르몬 ABA와 GA의 함량을 분석한 결과, ABA는 고온에 의해 감소하지 않았으며 오히려 대조구에 비해 약간 높은 경향을 보였다. GA는 고온 처리 종료 10일 후부터 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 이로 인해 ABA/GA의 비율이 대조구에 비해 감소하였다. 시기별 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 분석한 결과, 초기 생합성 유전자는 고온에 의해 영향을 받지 않았고, 가장 마지막 단계를 조절하는 UFGT의 발현이 고온 처리에 의해 감소하였다. ABA와 GA의 대사 관련 유전자 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 ABA의 생합성이 영향을 받지 않았고, GA의 생합성을 유도하는 GA20ox1의 발현이 증가하고 불활성화에 관여하는 GA2ox1/2의 발현이 감소하였다. 따라서 본 연구를 통해 변색 초기의 고온으로 인한 '거봉' 포도의 과피색 불량은 과피의 안토시아닌 생합성이 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성이 ABA의 절대적인 함량 보다는 ABA와 GA의 비율로서 조절되고 있다고 판단되었다.
We analyzed the anthocyanin accumulation, abscisic acid (ABA), gibberellic acid (GA) contents and metabolic genes expression in berry skins under high temperature (High T) at veraison, in order to investigate the cause of bad coloration of 'Kyoho' grape due to High T in summer season. The coloration...
We analyzed the anthocyanin accumulation, abscisic acid (ABA), gibberellic acid (GA) contents and metabolic genes expression in berry skins under high temperature (High T) at veraison, in order to investigate the cause of bad coloration of 'Kyoho' grape due to High T in summer season. The coloration of 'Kyoho' grapes was stopped by High T for 10 days from veraison, and the fruit quality was not affected except skin color. Total anthocyanin of skins was decreased by High T treatment and malvidin and peonidin were decreased compared to control. In berry skins, ABA content did not decrease by High T treatment, but it was rather higher than that of control. GA content was increased about two times compared to the control after 10 days of High T treatment, which caused decreased ratio of ABA/GA. Analysis of expression of anthocyanin biosynthetic genes showed that the early biosynthetic genes were not affected by High T and the expression of UFGT was decreased by temperature treatment. ABA biosynthetic gene expressions were not affected by High T and the expression of GA20ox1 and GA2ox1/2, which are known to regulate the biosynthesis and inactivation of GA, were increased and decreased by High T, respectively. Therefore, the bad coloration of 'Kyoho' grapes under the High T at veraison was due to inhibition of anthocyanin biosynthesis of skin, and it was suggested that the anthocyanin biosynthesis was controlled by the ratio of ABA and GA rather than ABA content.
We analyzed the anthocyanin accumulation, abscisic acid (ABA), gibberellic acid (GA) contents and metabolic genes expression in berry skins under high temperature (High T) at veraison, in order to investigate the cause of bad coloration of 'Kyoho' grape due to High T in summer season. The coloration of 'Kyoho' grapes was stopped by High T for 10 days from veraison, and the fruit quality was not affected except skin color. Total anthocyanin of skins was decreased by High T treatment and malvidin and peonidin were decreased compared to control. In berry skins, ABA content did not decrease by High T treatment, but it was rather higher than that of control. GA content was increased about two times compared to the control after 10 days of High T treatment, which caused decreased ratio of ABA/GA. Analysis of expression of anthocyanin biosynthetic genes showed that the early biosynthetic genes were not affected by High T and the expression of UFGT was decreased by temperature treatment. ABA biosynthetic gene expressions were not affected by High T and the expression of GA20ox1 and GA2ox1/2, which are known to regulate the biosynthesis and inactivation of GA, were increased and decreased by High T, respectively. Therefore, the bad coloration of 'Kyoho' grapes under the High T at veraison was due to inhibition of anthocyanin biosynthesis of skin, and it was suggested that the anthocyanin biosynthesis was controlled by the ratio of ABA and GA rather than ABA content.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
ABA 및 GA1의 함량은 ng·g-1의 값으로 나타내었으며, 3반복으로 분석하였다.
GA1은 50% MeOH 을 추출 용매로 활용하였고, 내부표준물질인 d2-GA1을 4ng씩 첨가시켜 4°C 암조건에서 15시간 동안 추출하였다.
처리 직후에는 오히려 대조구에 비해서 높은 경향을 보였으며, 처리 종료 10일 후 대조구와 비슷한 수준으로 감소하였다. GA는 전체 활성형 GA 중에서 포도 과실에 가장 많은 양으로 존재하는 것으로 확인된 GA1을 분석하였다(Ryu, unpublished data). 고온처리 종료 10일 후부터 과피의 GA함량이 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 30일 후 다시 대조구의 수준으로 감소하였다.
4). GA에 대해서는 생합성을 유도하는 GA20ox1/2와 불활성화를 조절하는 GA2ox1/2의 시기별 발현을 분석하였다(Fig. 5). 실험 결과, 고온 처리와 동시에 GA20ox1의 발현이 대조구에 비해 증가하였고, 처리 종료 10일 후까지 높게 유지되었다.
qRT-PCR은 LightCycler® 480 Real-time PCR System(Roche Diagnostics, Mannheim, Germany)으로 수행하였고, reaction mixture는 TB GreenTM premix Ex TaqTM (Takara, Tokyo, Japan)를 이용하여 제작하였다.
고온 처리구는 7월 16일(변색기, 전체 송이의 10%가 착색)부터 7월 25일까지 대조구에 비해 6°C 높은 온도를 처리하였으며, 대조구는 완주 지역의 30년 평균 기온을 시간 별로 적용하였다.
고온에 의해 과피의 호르몬 농도가 변화했던 원인을 분석하기 위해, 시기별 ABA 및 GA의 대사와 관련된 유전자의 발현을 분석하였다. ABA의 생합성, 분해를 조절하는 NCED1, ABA8’OH2의 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 두 유전자의 발현이 모두 대조구에 비해 감소하지 않았다(Fig.
고온에 의해 착색이 정상적으로 진행되지 못하고 정지된 원인을 구명하기 위해 과피의 식물 호르몬 ABA와 GA의 함량을 분석하였다(Fig. 2). 과피의 ABA 함량은 변색기(만개 후 52일) 근처에 높게 유지되었다가 만개 후 92일을 기준으로 급격히 감소하는 경향을 보였으며, 고온에 의해 감소하지 않았다.
고온이 안토시아닌 합성의 어느 단계에서 영향을 미치는지 분석하기 위해 시기별 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 분석하였다(Fig. 3). 안토시아닌 생합성을 조절하는 초기 생합성 유전자(Early biosynthetic genes, EBG) 중에서 과피의 착색과 동일한 경향을 보이며 발현이 조절된다고 알려진 CHS3, F3H1과 후기 생합성 유전자 (Late biosynthetic genes, LBG) 중에서 DFR, UFGT의 발현을 분석하였다(Azuma 등, 2012).
과실의 품질은 10월 4일에 일괄 수확하여 과방중, 과립수를 조사하였고, 송이 당 10개의 과립을 선정하여 양쪽 적도면을 대상으로 색차계(CR-300, Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 색차값을 측정하였다. 동일한 시료를 대상으로, 과즙을 착즙하여 굴절 당도계(PR-101, Atago, Tokyo, Japan)로 당도를 측정하고 적정 산도(0.
내부표준물질과 endogenous peak 면적의 비율을 기본으로 정량이 이루어졌으며, ABA는 263→153m/z, d6-ABA는 269→159m/z, GA1은 347.1→303.1m/z, d2-GA1은 349.2→305.2m/z를 multiple reaction monitoring (MRM) 조건으로 각각 설정하여 정량하였다.
과실의 품질은 10월 4일에 일괄 수확하여 과방중, 과립수를 조사하였고, 송이 당 10개의 과립을 선정하여 양쪽 적도면을 대상으로 색차계(CR-300, Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 색차값을 측정하였다. 동일한 시료를 대상으로, 과즙을 착즙하여 굴절 당도계(PR-101, Atago, Tokyo, Japan)로 당도를 측정하고 적정 산도(0.1N NaOH, pH 8.1)를 조사한 후 주석산으로 환산하여 표기하였다. 시기별 과피색의 변화는 농촌진흥청에서 제시한 ‘거봉’의 성숙기 판정용 칼라차트(Park 등, 2004)를 기준으로 조사하였다.
따라서, 본 연구에서는 변색 초기의 고온에 의한 ‘거봉’ 포도의 착색을 분석하고, 착색 정지의 원인을 구명하기 위해 시기별로 ABA, gibberellic acid(GA) 농도 및 대사 관련 유전자 발현을 함께 분석하였다.
고온 처리구는 7월 16일(변색기, 전체 송이의 10%가 착색)부터 7월 25일까지 대조구에 비해 6°C 높은 온도를 처리하였으며, 대조구는 완주 지역의 30년 평균 기온을 시간 별로 적용하였다. 시험구당 6주씩 처리하였고, 한 주당 4-5송이(송이당 성엽 14매 이상 확보)의 포도를 착과시켜 과실 품질 및 물질 분석에 이용하였다. 온도 처리가 종료된 이후에는 대조구와 고온구의 온도를 모두 완주지역 7, 8월의 30년 평균 기온으로 적용하여 착색의 진행을 관찰하였다.
안토시아닌 분리에 이용한 컬럼은 YMC-Pack Pro C18 RS(250 × 4.6mm, 5mm, YMC, Japan)이며, 40°C에서 41 분 동안 분석하였다.
여름철 고온에 의한 포도 ‘거봉’의 과피색 불량의 원인을 구명하기 위해, 고온에 따른 과피의 착색 및 식물호르몬 ABA와 GA의 함량 및 대사 관련 유전자의 발현을 분석하였다.
시험구당 6주씩 처리하였고, 한 주당 4-5송이(송이당 성엽 14매 이상 확보)의 포도를 착과시켜 과실 품질 및 물질 분석에 이용하였다. 온도 처리가 종료된 이후에는 대조구와 고온구의 온도를 모두 완주지역 7, 8월의 30년 평균 기온으로 적용하여 착색의 진행을 관찰하였다.
전라북도 완주군 국립원예특작과학원내의 유리온실에서 포트에 재식한 3년생 ‘거봉’ 나무를 대상으로 변색기 고온 처리구와 정상구의 과피색 변화, 식물호르몬, 유전자발현 정도를 비교하였다.
GA1은 50% MeOH 을 추출 용매로 활용하였고, 내부표준물질인 d2-GA1을 4ng씩 첨가시켜 4°C 암조건에서 15시간 동안 추출하였다. 추출된 용매는 MeOH로 전처리된 sep-pak C18 카트리지에 통과시켜 40oC의 온도로 감압 농축시킨 뒤 MeOH에 재용해시켜 분석하였다. ABA 및 GA1의 함량은 ng·g-1의 값으로 나타내었으며, 3반복으로 분석하였다.
대상 데이터
과피의 안토시아닌 함량을 분석하기 위해 수확기 송이에서 시료를 채취하였다. 안토시아닌의 추출 및 분석은 Ryu 등(2018)의 방법을 활용하였고, HPLC(1100 Series, Hewlett-Packard, Germany)로 분리 및 정량 분석하였다.
데이터처리
모든 통계처리는 SigmaPlot 8.0 프로그램(SPSS Science, Chicago, USA)을 활용하여 t-test(independent sample)로 평균간의 유의성(P < 0.05)을 검정하였다.
이론/모형
과피의 ABA, GA 대사 관련 및 안토시아닌 생합성 관련 유전자의 발현은 RNA를 추출하여 quantitative realtime polymerase chain reaction(qRT-PCR)을 이용하여 분석하였으며, RNA 추출 및 cDNA 합성 조건은 Ryu 등(2017)의 실험 방법을 이용하였다. qRT-PCR은 LightCycler® 480 Real-time PCR System(Roche Diagnostics, Mannheim, Germany)으로 수행하였고, reaction mixture는 TB GreenTM premix Ex TaqTM (Takara, Tokyo, Japan)를 이용하여 제작하였다.
시기별 과피색의 변화는 농촌진흥청에서 제시한 ‘거봉’의 성숙기 판정용 칼라차트(Park 등, 2004)를 기준으로 조사하였다.
식물 호르몬 중 ABA의 추출 및 정량분석은 Ryu 등(2016)의 실험 방법을 활용하였다. GA1은 50% MeOH 을 추출 용매로 활용하였고, 내부표준물질인 d2-GA1을 4ng씩 첨가시켜 4°C 암조건에서 15시간 동안 추출하였다.
ABA 및 GA1의 함량은 ng·g-1의 값으로 나타내었으며, 3반복으로 분석하였다. 식물 호르몬의 분석을 위한 HPLC 기기 조건은 Ryu 등(2016)의 실험 방법과 동일하였고, 정량분석은 ion trap MS detector(Finnigan LXQ, Thermoelectron, Marietta, USA)가 부착된 HPLC(Nanospace SI-2, Shiseido, Japan)를 이용하였다. 내부표준물질과 endogenous peak 면적의 비율을 기본으로 정량이 이루어졌으며, ABA는 263→153m/z, d6-ABA는 269→159m/z, GA1은 347.
과피의 안토시아닌 함량을 분석하기 위해 수확기 송이에서 시료를 채취하였다. 안토시아닌의 추출 및 분석은 Ryu 등(2018)의 방법을 활용하였고, HPLC(1100 Series, Hewlett-Packard, Germany)로 분리 및 정량 분석하였다. 안토시아닌 분리에 이용한 컬럼은 YMC-Pack Pro C18 RS(250 × 4.
성능/효과
시기별 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 분석한 결과, 초기 생합성 유전자는 고온에 의해 영향을 받지 않았고, 가장 마지막 단계를 조절하는 UFGT의 발현이 고온 처리에 의해 감소하였다. ABA와 GA의 대사 관련 유전자 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 ABA의 생합성이 영향을 받지 않았고, GA의 생합성을 유도하는 GA20ox1의 발현이 증가하고 불활성화에 관여하는 GA2ox1/2의 발현이 감소하였다. 따라서 본 연구를 통해 변색 초기의 고온으로 인한 ‘거봉’ 포도의 과피색 불량은 과피의 안토시아닌 생합성이 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성이 ABA의 절대적인 함량보다는 ABA와 GA의 비율로서 조절되고 있다고 판단되었다.
고온처리 종료 10일 후부터 과피의 GA함량이 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 30일 후 다시 대조구의 수준으로 감소하였다. ABA와 GA의 비율을 분석한 결과, 고온 처리 직후 ABA/GA 값이 일시적으로 높아졌다가 만개 후 73일에 대조구에 비해 감소하였다(Fig. 2).
ABA의 생합성, 분해를 조절하는 NCED1, ABA8’OH2의 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 두 유전자의 발현이 모두 대조구에 비해 감소하지 않았다(Fig. 4).
GA20ox2는 고온에 의해 영향을 받지 않았으며, 특별한 경향을 보이지 않았다. GA2ox1/2는 고온 처리 직후 모두 발현이 감소하였으며, 처리 종료 10일 후까지 대조구에 비해 낮게 유지되었다.
GA는 고온 처리 종료 10일 후부터 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 이로 인해 ABA/GA의 비율이 대조구에 비해 감소하였다.
GA는 전체 활성형 GA 중에서 포도 과실에 가장 많은 양으로 존재하는 것으로 확인된 GA1을 분석하였다(Ryu, unpublished data). 고온처리 종료 10일 후부터 과피의 GA함량이 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 30일 후 다시 대조구의 수준으로 감소하였다. ABA와 GA의 비율을 분석한 결과, 고온 처리 직후 ABA/GA 값이 일시적으로 높아졌다가 만개 후 73일에 대조구에 비해 감소하였다(Fig.
2). 과피의 ABA 함량은 변색기(만개 후 52일) 근처에 높게 유지되었다가 만개 후 92일을 기준으로 급격히 감소하는 경향을 보였으며, 고온에 의해 감소하지 않았다. 처리 직후에는 오히려 대조구에 비해서 높은 경향을 보였으며, 처리 종료 10일 후 대조구와 비슷한 수준으로 감소하였다.
과피의 총 안토시아닌이 고온처리에 의해 감소하였으며, 안토시아니딘 그룹별로는 malvidin과 peonidin이 대조구에 비해 감소하였다. 과피의 식물호르몬 ABA와 GA의 함량을 분석한 결과, ABA는 고온에 의해 감소하지 않았으며 오히려 대조구에 비해 약간 높은 경향을 보였다. GA는 고온 처리 종료 10일 후부터 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 이로 인해 ABA/GA의 비율이 대조구에 비해 감소하였다.
과피의 착색이 정상적으로 진행되지 않았던 원인을 분석하기 위해 안토시아니딘의 그룹별로 분석한 결과, 전체 5가지 그룹 중에서 Mal과 Peo만이 고온에 의해 영향을 받아 감소하였다(Table. 2). 이 두 그룹은 안토시아니딘의 종류를 결정하는 특징적인 구조(flavilium)에서 B ring에 methoxyl group을 가지며, 외부 스트레스에 의한 산화 반응에 비교적 안정적이라고 알려져 있다(He 등, 2010).
변색기부터 10일 동안의 고온에 의해 ‘거봉’ 포도의 과피색 불량이 나타났으며, 착색을 제외한 나머지 과실품질에는 영향이 없었다. 과피의 총 안토시아닌이 고온처리에 의해 감소하였으며, 안토시아니딘 그룹별로는 malvidin과 peonidin이 대조구에 비해 감소하였다. 과피의 식물호르몬 ABA와 GA의 함량을 분석한 결과, ABA는 고온에 의해 감소하지 않았으며 오히려 대조구에 비해 약간 높은 경향을 보였다.
따라서 변색 초기의 고온에 의한 ‘거봉’의 과피색 불량은 기존에 합성된 안토시아닌이 분해되었다기 보다는, 안토시아닌의 생합성이 전체적으로 억제되었기 때문이라고 판단되었다.
따라서 본 연구를 통해 변색 초기의 고온으로 인한 ‘거봉’ 포도의 과피색 불량은 과피의 안토시아닌 생합성이 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성이 ABA의 절대적인 함량보다는 ABA와 GA의 비율로서 조절되고 있다고 판단되었다.
2, 3). 따라서, 포도 과피의 안토시아닌 생합성 역시 ABA의 절대적인 함량보다는 ABA와 GA의 비율에 의해서 조절될 가능성을 확인하였다.
변색 초기의 고온으로 인해 ‘거봉’ 포도의 착색이 정지된 원인은 과피의 안토시아닌 생합성이 고온에 의해 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성은 ABA의 함량보다는 고온에 의한 GA의 증가와 그에 따른 ABA/ GA값의 감소에 의해서 조절되는 것으로 추정되었다.
본 실험에서도 변색 초기의 고온에 의해 과피의 ABA 함량이 영향을 받아 감소하지 않았으며(Fig. 2), 생합성을 조절하는 NCED1 및 ABA8’OH2 유전자의 발현 역시 고온에 의해 감소하지 않았다(Fig. 4).
Park 등(2010)은 변색기를 기준으로 ‘거봉’ 과피의 착색도를 분석했을 때, 붉은 색을 나타내는 hunter a*값이 변색 2주 후까지 증가하다가 다시 감소한다고 하였으며, 최종적으로 안토시아닌 함량이 낮은 송이일수록 높은 hunter a*값을 나타낸다고 하였다. 본 연구의 결과에서도 고온에 의해 과피의 안토시아닌 함량이 감소하였고, 결과적으로 대조구의 과립보다는 밝은 적색을 띠며 hunter a*값이 높은 결과를 나타내었다.
성숙기 판정용 칼라차트를 기준으로 과피색을 조사한 결과, 고온처리 직후 대조구에 비해 고온구의 과피 착색이 진행되지 못하였고, 이러한 경향은 ‘거봉’의 상업적 수확기인 만개 후 약 100일(변색 48일 후)까지 유지 되었다.
GA는 고온 처리 종료 10일 후부터 대조구의 약 2배로 증가하였으며, 이로 인해 ABA/GA의 비율이 대조구에 비해 감소하였다. 시기별 안토시아닌 생합성 유전자의 발현을 분석한 결과, 초기 생합성 유전자는 고온에 의해 영향을 받지 않았고, 가장 마지막 단계를 조절하는 UFGT의 발현이 고온 처리에 의해 감소하였다. ABA와 GA의 대사 관련 유전자 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 ABA의 생합성이 영향을 받지 않았고, GA의 생합성을 유도하는 GA20ox1의 발현이 증가하고 불활성화에 관여하는 GA2ox1/2의 발현이 감소하였다.
실제 과피의 안토시아닌 함량을 비교한 결과, 고온 처리에 의해 총 안토시아닌 함량이 대조구의 54% 수준으로 감소하였다(Table 2). 안토시아니딘의 그룹별로 비교하면 malvidin(Mal), peonidin(Peo)이 대조구에 비해 유의하게 감소하였으며, delphinidin(Del), petunidin(Pet), cyanidin(Cya)은 고온 처리에 의해 감소하지 않았다.
5). 실험 결과, 고온 처리와 동시에 GA20ox1의 발현이 대조구에 비해 증가하였고, 처리 종료 10일 후까지 높게 유지되었다. GA20ox2는 고온에 의해 영향을 받지 않았으며, 특별한 경향을 보이지 않았다.
애기장대의 경우, 안토시아닌 생합성은 다양한 호르몬의 상호작용에 의해 결정된다고 밝혀져 있으며(Das 등, 2012), 당에 의한 안토시아닌 축적 경로의 경우 ABA가 안토시아닌의 생합성을 촉진시키는 역할을 하는데 비해 GA는 그것을 억제하는 역할을 한다(Weiss와 Ori, 2007; Loreti 등, 2008). 실험의 결과, 변색 초기의 고온에 의해 GA 생합성 유전자 중 GA20ox1의 발현 증가 및 불활성화 관련 유전자 GA2ox1/2의 발현이 감소하였고(Fig. 5), 과피의 GA 함량이 증가하였다(Fig. 2). 이로 인해 ABA/ GA 비율이 고온에 의해 일시적으로 감소하였으며(만개 후 73일), 이 경향이 실제 과피의 안토시아닌 생합성을 조절하는 UFGT의 발현 패턴과 유사하였다(Fig.
실제 과피의 안토시아닌 함량을 비교한 결과, 고온 처리에 의해 총 안토시아닌 함량이 대조구의 54% 수준으로 감소하였다(Table 2). 안토시아니딘의 그룹별로 비교하면 malvidin(Mal), peonidin(Peo)이 대조구에 비해 유의하게 감소하였으며, delphinidin(Del), petunidin(Pet), cyanidin(Cya)은 고온 처리에 의해 감소하지 않았다.
F3H1와 DFR은 고온에 의해 발현이 영향을 받지 않았다. 안토시아닌 생합성의 가장 마지막 단계를 조절하는 UFGT는 고온 처리 직후 대조구에 비해 발현이 감소하였으며, 처리 종료 20일 후에는 다시 대조구의 수준으로 증가하여 수확기까지 차이를 나타내지 않았다.
과피의 ABA 함량은 변색기(만개 후 52일) 근처에 높게 유지되었다가 만개 후 92일을 기준으로 급격히 감소하는 경향을 보였으며, 고온에 의해 감소하지 않았다. 처리 직후에는 오히려 대조구에 비해서 높은 경향을 보였으며, 처리 종료 10일 후 대조구와 비슷한 수준으로 감소하였다. GA는 전체 활성형 GA 중에서 포도 과실에 가장 많은 양으로 존재하는 것으로 확인된 GA1을 분석하였다(Ryu, unpublished data).
고온 처리에 의한 과실품질을 비교한 결과, 착색과 관련된 항목을 제외한 나머지 과실 품질은 고온에 의해 영향을 받지 않았다(Table 3). 칼라차트로 비교한 과피의 착색도는 고온에 의해 감소하였고, Hunter 값 중 붉은색의 정도를 나타내는 a*값이 유의하게 증가하였다. 과중, 과실의 당도 및 산도는 고온 처리에 의해 영향을 받지 않았다.
후속연구
변색 초기의 고온으로 인해 ‘거봉’ 포도의 착색이 정지된 원인은 과피의 안토시아닌 생합성이 고온에 의해 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성은 ABA의 함량보다는 고온에 의한 GA의 증가와 그에 따른 ABA/ GA값의 감소에 의해서 조절되는 것으로 추정되었다. 여름철 이상 고온으로 인한 과피의 착색 불량을 경감시키기 위해서는 안토시아닌 생합성을 촉진시키는데 있어 다양한 식물 호르몬의 관계를 명확히 구명할 필요가 있으며, 본 연구에서 다루었던 활성형 ABA나 GA의 정량분 석뿐만 아니라 고온에 의한 실시간 호르몬 대사 변화에 대한 연구가 추가로 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ABA는 무엇인가?
포도의 착색을 증진시키기위해 환상박피, 토양수분 조절, 적엽 등의 재배적인 조치에 대한 연구가 수행되어 왔지만(Castellarin 등, 2007; Koshita 등, 2011; Lemut 등, 2011), 과방에 식물 호르몬 abscisic acid(ABA)를 살포하는 것이 가장 효과적인 것으로 알려졌다(Jeong 등, 2004; Cantin 등, 2007). 실제로 ABA는 포도의 성숙을 조절하는 가장 중요한 식물 호르몬으로(Pilati 등, 2017), 과피에서 변색기를 기준으로 함량이 증가하며(Wheeler 등, 2009), 과방에 ABA를 직접 살포시 안토시아닌 생 합성 유전자의 발현을 증가시켜 착색을 증진시킨다고 알려져 있다(Jeong 등, 2004).
포도의 품질은 어떤 요인들에 의해 판단되는가?
포도의 품질은 맛, 크기, 색 등의 다양한 요인에 의해 판단되며, 그 중에서 과피색은 소비자가 품질을 판단하는데 있어 중요한 요인으로 여겨지고 있다. 포도의 과피색은 안토시아닌이라는 색소의 종류 및 농도로 결정되며, 품종 고유의 안토시아닌 조성은 유전적인 요인에 의해 결정된다(Castellarin과 Gaspero, 2007).
ABA와 GA의 대사 관련 유전자 발현을 분석한 본 연구의 결과는 어떠한가?
ABA와 GA의 대사 관련 유전자 발현을 분석한 결과, 고온에 의해 ABA의 생합성이 영향을 받지 않았고, GA의 생합성을 유도하는 GA20ox1의 발현이 증가하고 불활성화에 관여하는 GA2ox1/2의 발현이 감소하였다. 따라서 본 연구를 통해 변색 초기의 고온으로 인한 '거봉' 포도의 과피색 불량은 과피의 안토시아닌 생합성이 억제되었기 때문이었고, 안토시아닌 생합성이 ABA의 절대적인 함량 보다는 ABA와 GA의 비율로서 조절되고 있다고 판단되었다.
참고문헌 (23)
Azuma, Akifumi, Yakushiji, Hiroshi, Koshita, Yoshiko, Kobayashi, Shozo.
Flavonoid biosynthesis-related genes in grape skin are differentially regulated by temperature and light conditions.
Planta,
vol.236,
no.4,
1067-1080.
Cantin, C.M., Fidelibus, M.W., Crisosto, C.H..
Application of abscisic acid (ABA) at veraison advanced red color development and maintained postharvest quality of 'Crimson Seedless' grapes.
Postharvest biology and technology,
vol.46,
no.3,
237-241.
Castellarin, Simone D, Di Gaspero, Gabriele.
Transcriptional control of anthocyanin biosynthetic genes in extreme phenotypes for berry pigmentation of naturally occurring grapevines.
BMC plant biology,
vol.7,
46-46.
Castellarin, Simone D., Matthews, Mark A., Di Gaspero, Gabriele, Gambetta, Gregory A..
Water deficits accelerate ripening and induce changes in gene expression regulating flavonoid biosynthesis in grape berries.
Planta,
vol.227,
no.1,
101-112.
Fortes, Ana Margarida, Teixeira, Rita Teresa, Agudelo-Romero, Patricia.
Complex Interplay of Hormonal Signals during Grape Berry Ripening.
Molecules a journal of synthetic chemistry and natural product chemistry,
vol.20,
no.5,
9326-9343.
Jeong, S.T., Goto-Yamamoto, N., Kobayashi, S., Esaka, M..
Effects of plant hormones and shading on the accumulation of anthocyanins and the expression of anthocyanin biosynthetic genes in grape berry skins.
Plant science,
vol.167,
no.2,
247-252.
Koshita, Yoshiko, Yamane, Takayoshi, Yakushiji, Hiroshi, Azuma, Akifumi, Mitani, Nobuhito.
Regulation of skin color in ‘Aki Queen’ grapes: Interactive effects of temperature, girdling, and leaf shading treatments on coloration and total soluble solids.
Scientia horticulturae,
vol.129,
no.1,
98-101.
Sternad Lemut, M., Trost, K., Sivilotti, P., Vrhovsek, U..
Pinot Noir grape colour related phenolics as affected by leaf removal treatments in the Vipava Valley.
Journal of food composition and analysis : an official publication of the United Nations University, International Network of Food Data Systems,
vol.24,
no.6,
777-784.
Li, Yuan, Ma, Ruijing, Xu, Zhenzhen, Wang, Junhan, Chen, Tong, Chen, Fang, Wang, Zhengfu.
Identification and quantification of anthocyanins in Kyoho grape juice‐making pomace, Cabernet Sauvignon grape winemaking pomace and their fresh skin.
Journal of the science of food and agriculture,
vol.93,
no.6,
1404-1411.
MORI, Kentaro, SUGAYA, Sumiko, GEMMA, Hiroshi.
Regulatory Mechanism of Anthocyanin Biosynthesis in 'Kyoho' Grape Berries Grown under Different Temperature Conditions.
生物環境調節 = Environment control in biology,
vol.42,
no.1,
21-30.
de Rosas, Inés, Ponce, María Teresa, Malovini, Emiliano, Deis, Leonor, Cavagnaro, Bruno, Cavagnaro, Pablo.
Loss of anthocyanins and modification of the anthocyanin profiles in grape berries of Malbec and Bonarda grown under high temperature conditions.
Plant science,
vol.258,
137-145.
Ryu, Suhyun, Han, Hyun-Hee, Jeong, Jae Hoon, Kwon, Yong Hee, Han, Jeom Hwa, Do, Gyung Ran, Choi, In-Myung, Lee, Hee Jae.
Night temperatures affect fruit coloration and expressions of anthocyanin biosynthetic genes in ‘Hongro’ apple fruit skins.
European journal of horticultural science,
vol.82,
no.5,
232-238.
Shinomiya, R., Fujishima, H., Muramoto, K., Shiraishi, M..
Impact of temperature and sunlight on the skin coloration of the 'Kyoho' table grape.
Scientia horticulturae,
vol.193,
77-83.
WHEELER, S., LOVEYS, B., FORD, C., DAVIES, C..
The relationship between the expression of abscisic acid biosynthesis genes, accumulation of abscisic acid and the promotion ofVitis viniferaL. berry ripening by abscisic acid.
Australian journal of grape and wine research,
vol.15,
no.3,
195-204.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.