초록 ▼

□ 연구개요
우리나라의 자급조사료 확보는 축산경쟁력 확보를 위해서는 필수적임. 알팔파는 국내에서 전혀 재배되지 않고 전량 수입에 의존하고 있음. 고품질 사료작물인 알팔파는 산성토양에 매우 민감하여 대부분 강산성 토양인 국내 산지초지에서는 재배가 불가한데 이는 산성 pH 조건에서 활성화 되는 알루미늄(Al) 원소의 독성 때문임. 따라서 산성토양과 알루미늄 스트레스에 내성을 가지는 신품종 개발이 필수적임. 따라서 산성토양조건에서 알루미늄의 존재 하에 특이적으로 발현하는 단백질들을 분리하여 그 특성들을 해명하고, 가장 중요한 기능을

□ 연구개요
우리나라의 자급조사료 확보는 축산경쟁력 확보를 위해서는 필수적임. 알팔파는 국내에서 전혀 재배되지 않고 전량 수입에 의존하고 있음. 고품질 사료작물인 알팔파는 산성토양에 매우 민감하여 대부분 강산성 토양인 국내 산지초지에서는 재배가 불가한데 이는 산성 pH 조건에서 활성화 되는 알루미늄(Al) 원소의 독성 때문임. 따라서 산성토양과 알루미늄 스트레스에 내성을 가지는 신품종 개발이 필수적임. 따라서 산성토양조건에서 알루미늄의 존재 하에 특이적으로 발현하는 단백질들을 분리하여 그 특성들을 해명하고, 가장 중요한 기능을 담당 할 것으로 추측되는 단백질에 해당하는 유전자들을 클로닝하여 각 유전자에 대한 발현 및 기능을 in vitro 또는 in vivo 에서 해명한 다음, 유용유전자를 형질전환 기법을 통하여 모델식물 또는 사료작물 식물체내로 도입한 형질전환체를 개발하고 그 특성을 해명함으로서 산성토양에서 활성화된 알루미늄에 대하여 내성을 가지는 신품종 사료작물을 개발하고자 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 알팔파 뿌리 조직으로부터 강산성 조건에서 알루미늄 스트레스 특이적인 단백질들을 이차원전기영동과 MALDI-TOF/TOF 및 gel-free shot gun 분석을 통해 분리 동정하였음
- 차별적 발현 단백질 중 핵심기능 담당 단백질들에 대한 유전자들을 분리하고 알루미늄 스트레스에 대한 발현특성을 분석하였음
- Plastid 존재형 glutamine synthetase, isoflavone reductase 및 glutamate peroxidase유전자를 분리하고 대장균 발현벡터에 도입하여 대장균에서 발현 시킨 후 알루미늄과 다른 금속이온 및 산화 스트레스에 대한 내성 특성을 규명하였으며, 특히 glutamine synthetase가 알루미늄 스트레스뿐만 아니라 금속이온 및 산화스트레스에도 높은 내성을 보이는 것을 최초로 확인하였음
- Glutamine synthetase 유전자를 식물용 발현벡터에 도입 후 모델식물인 애기장대에 도입해 본 결과 형질전환체의 Al 스트레스 내성이 증가됨을 확인하였음
- 재배종 알팔파의 하배축을 이용한 형질전환체계를 확립하고 glutamine synthtase 유전자를 도입한 형질전환체를 개발하였음

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구에서 알루미늄 스트레스 처리한 알팔파의 뿌리조직에서 분리한 단백질에 대한 proteome분석을 통해 plastid type glutamine synthetase를 분리하였음. Glutamine synthetase가 지금까지 알려진 질소대사에 핵심적으로 관여하는 기능 외에 알루미늄 스트레스에 관여한다는 것은 최초로 밝힌 사실임. 뿐만 아니라 glutamine synthetase가 알루미늄 스트레스 외에도 중금속(Cu, Zn) 스트레스 및 산화스트레스 (H₂O₂)에 대해서도 내성을 가지게 하는 것을 대장균 발현시스템과 모델식물인 애기장대 형질전환체를 통해 확인하였음. 이러한 결과는 초본식물에 있어서 glutamine synthetase가 알루미늄 스트레스 내성 획득에 관여한다는 것을 최초로 밝힌 것으로 향후 사료작물에 도입할 경우 산성토양에서 잘 자랄 수 있는 내산성 알팔파 및 타 작물 개발이 가능 할 것으로 기대 됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 알팔파 식물체의 알루미늄(Al) 스트레스처리에 따른 생리생화학적 반응 특성 분석 ... 4
• 2) 알팔파에 있어서 알루미늄 스트레스 특이적 발현 단백질 프로테옴 분석 및 발현분석 ... 5
• 3) 알루미늄 스트레스 관련 단백질 유전자 분리 및 특성 분석 ... 7
• 4) 대장균 (E. coli)발현시스템을 이용한 Al 스트레스 관련 유전자들의 기능검정 ... 9
• 5) 형질전환 식물체 개발 및 특성 해명 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 13
• 끝페이지 ... 14