초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 고등식물 잎에서 일어나는 상태전이 현상을 체계적으로 재조사하여, 다양한 광 및 환경조건 아래서 역동적으로 반응하는 장단기 적응기작으로서의 상태전이를 재조명하려 하였다. 이를 위한 세 가지 세부연구목표는 아래와 같다.
제1세부목표: 상태전이 지표의 변이 kinetics 비교에 따른 다른 상태전이 유형의 구별
제2세부목표: 막 단백질 인산화와 관련된 상태전이 유형의 특성 규명
제3세부목표: 막 단백질 이동과 redox state에 따른 상태전이 유형의 조절기작 규명
상기 목

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 고등식물 잎에서 일어나는 상태전이 현상을 체계적으로 재조사하여, 다양한 광 및 환경조건 아래서 역동적으로 반응하는 장단기 적응기작으로서의 상태전이를 재조명하려 하였다. 이를 위한 세 가지 세부연구목표는 아래와 같다.
제1세부목표: 상태전이 지표의 변이 kinetics 비교에 따른 다른 상태전이 유형의 구별
제2세부목표: 막 단백질 인산화와 관련된 상태전이 유형의 특성 규명
제3세부목표: 막 단백질 이동과 redox state에 따른 상태전이 유형의 조절기작 규명
상기 목적을 달성하기 위한 연구내용은 다음과 같다. (1) 다양한 환경조건 하에서, 장단기 순화과정 동안 엽록소 형광 파라미터, 77K 스펙트럼 등 여러 가지 다른 상태전이 지표의 동역학적 양상을 비교분석하여 상태전이 유형을 구별하였다. (2) 상태전이의 조절에 중요한 인산화 효소가 결손되거나, 인산화 효소의 기질인 핵심 인산화 막단백질의 결손이 다른 상태전이 유형에 미치는 영향을 조사하여, 상태전이 유형별 특성을 단백질 인산화 차원에서 보다 구체적으로 규명하였다. (3) 인산화를 조절하는 산화환원 조건의 영향을 조사하기 위해서, 산화환원 조건에서 또는 산화환원 조절기구 및 기타 조절기구에 결손을 보이는 돌연변이체에서 상태전이 유형별 나타나는 변화를 조사하였고, (4) 막 이동성 연구를 위하여, 초원심분리법 및 전기영동 등 분자생물학적 방법을 사용하였다. (5) 이를 통하여 상태전이의 조절기구에 대한 종합적인 모델을 제시하고, 쌍자엽과 단자엽 식물에서 일반화시켜 보았다.

연구결과
본 연구결과, 제1세부목표와 관련하여, (1) low light에서 유도되는 유형과 high light에서 유도되는 유형을 구별하였고, (2) 전자는 LHCII 의존적이며, 후자는 CP29 의존적이었다. (3) STN8 kinase 결손시 광계2에서 슈퍼옥시드가 발생하며, (4) 광계2에서 슈퍼옥시드가 발생하는 PsbS 결손시 다른 보호기작인 CEF가 유도되었고, (5) 이 유도에 저산소 조건이 관계하였다. 제2세부목표와 관련하여, (6) 단자엽 식물과 달리, 쌍자엽 식물에서는 CP29의 인산화가 Western blotting에 의해 관찰되지 않았다. (7) 애기장대에서는 CP29 인산화가 STN7에 의해 일어나지만, 벼에서는 CP29가 minor LHCII임에도 불구하고, STN8 인산화 효소에 의하여 인산화되었고, (8) 탈인산화는 PBCP에 의해 조절되었고, (9) LHCII 탈인산화 효소인 PPH가 결손될 때, CP29의 인산화는 영향을 받지 않았다. 제3세부 목표와 관련하여, (10) CP 복합체 중 광계2 슈퍼복합체의 이동은 PQ 풀이 환원될 때, LHCII의 인산화와 관련되나, 탈인산화와는 무관하였고, (11) 막단백질 이동과 관련된 FAD8 결손식물체를 확보하였고, 이 효소는 저온광저해 순화과정에 필요함을 밝혔다. (12) Low-High light 관련 유형 상태전이에서 CP29이 LHCII와 같이 PSI으로 이동함을 지지하는 결과를 보였다.

연구결과의 활용계획
틸라코이드 막단백질의 역동적 이동을 수반하는 상태전이는 광환경 변이에 따른 고등식물 잎의 장단기 순화/적응기작으로서 연구결과의 학술적인 가치가 매우 크다. 상태전이 연구는 스트레스 내성작물의 개발과도 밀접한 관계가 있으므로 응용가치도 매우 크다. 특히 상태전이와 관련한 내성증진은 식물세포의 핵심 기작으로서 다양한 환경에 대한 내성작물의 개발에 적용되며, 쌍자엽 및 단자엽 식물에 일반화 시킬 수 있는 핵심기작으로서 응용면에서 그 적용범위는 매우 넓을 것이다. 따라서 개발된 기술은 여러가지 비생물학적 및 생물학적 스트레스 내성 작물 개발 등에도 적용될 수 있다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
To re-elucidate the control mechanism for state transition (ST) as a dynamic movement of thylakoid proteins for the short- and long-term adaptation of higher plant leaves under various conditions, we set-up following 3 sub-goals: (1) Identification of ST types by comparing kinet

Purpose& contents
To re-elucidate the control mechanism for state transition (ST) as a dynamic movement of thylakoid proteins for the short- and long-term adaptation of higher plant leaves under various conditions, we set-up following 3 sub-goals: (1) Identification of ST types by comparing kinetics of ST indicators. (2) Elucidation of ST in relation to the phosphorylation of thylakoid proteins. (3) Investigation of redox-state dependent regulation mechanisms for membrane protein mobilization for ST types. To achieve purposes of this project, (1) we want to analyze kinetics pattern of ST parameters during short- and long-term acclimation periods under various environmental conditions and to devide them into several ST types, (2) to study the changes in the characteristics in the mutants deficient in kinases or their target phophoproteins, (3) To study redox regulation mechanisms, we will characterize various mutants that have defects in putative regulation mechanisms. In this way, we want to propose overall ST regulation mechanism. (4) We also want to characterize monocots and dicots that show different degree of crosstalks between regulation mechanisms and to propose final overall regulation mechanism for ST.

Result
In relation to the objective 1, (1) we could devide a low-light induced and highlight induced ST, (2) and the former was LHCII-dependent, and the latter was CP29 dependent. (3) In STN8 deficient plant leaves, superoxide was generated from PSII. (4) In superoxide genenrating PsbS KO plants, another protective mechanism, CEF, was induced, (5) which was related to low oxygen condition, In relation to the objective 2, (6) Different from monocots, we could not observe CP29 phosphorylation by Western blotting in dicots. (7) Although CP29 phosphorylation is regulated by STN7 in Arabidopsis, CP29 in rice was phophorylated by STN8 inspite of the fact that CP29 is a minor LHCII, (8) and its dephosphorylation was by PBCP. (9) When LHCII dephosphorylation was blocked in PPH deficient mutants, there was no influence on the phosphorylation of CP29 in rice. In relation to the objective 3, (10) PSII supercomplex migration was related to LHCII phosphorylation, but independent to ots dephosphorylation. (11) Related to this study, FAD8-ko mutant was studied to find its relation to acclimation to light chilling. (12) LHCII migrate to PSI under low light and CP29 (LHCII) migrate to PSI under high light condition.

Expected Contribution
ST including dynamic movement of thylakoid proteins is a short- and long-term reponse/acclimation mechansm in high plants under changing light environments, and scientific importance of the understanding this mechanism is enormous. Studies on ST is closely related to the development of crop plants tolerant to various environmental stress and therefore the application value of this study is also high. Especially, stress tolerance mechanisms related to ST are core mechanisms in plant cells, and therefore they can be applied to development of various crop plants tolerant to environmental stresses. In this project, we study mechanisms that apply to both monocots and dicots, and therefore its application range will be very wide. thus, because we are studying core defense mechanisms, the resulting tools can be applied to the development of various crop plants tolerant to both biotic and abiotic stress conditions.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 28
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 30
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 30
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 30
• 8. 참고문헌 ... 31
• 9. 연구성과 ... 32
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 33
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33
• 12. 기타사항 ... 34
• 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 35
• 끝페이지 ... 44