[보고서]해산 홍조 김에서 실리콘 수송체 유전자의 동정과 특성 규명

선상미

[국가R&D연구보고서] 해산 홍조 김에서 실리콘 수송체 유전자의 동정과 특성 규명
Identification and characterization of silicon transporter gene in red seaweed Pyropia yezoensis 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	전남대학교 Chonnam National University
연구책임자	선상미
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	대한민국
발행년월	2020-06
과제시작연도	2020
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
연구관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO202100014655
과제고유번호	1345318010
사업명	개인기초연구(교육부)(R&D)
DB 구축일자	2021-09-25
키워드	해조류.재배.실리콘.스트레스.다당류.항산화물.김.구멍갈파래.LED.

초록 ▼

□ 연구개요
해조류는 agar, polysaccharide, carrageenan 등 경제성을 가진 phyto-colloids의 생산을 위하여 활용되는 해양 다세포 조류이다. 해조류의 양식은 표준화되지가 않아 아직도 초기생활단계에서의 재배기술이 만족스럽지 못하다. 본 연구에서는 Light-emitting diodes (LEDs)를 해조류의 실내재배를 위한 광원으로 개발하였다. 아울러 해조류에 대한 특히 스트레스 조건에서, 해조류의 필수요소로 지명되지 못하였던 까닭에 단지 근래 들어 수십 년 동안만 연구되어진 실리콘의 이점을 규명코자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
먼저 해조류의 배양에 미치는 LED의 영향을 정하고자 하였다. LED에 대한 구멍갈파래의 반응을 조사하기 위하여, 해조류를 백색형광등, 기본색 LED, 그리고 혼합 LED 하에서 28일간 길렀다. 파란 LED와 백색 형광등하의 구멍갈파래는 다른 광원에 비하여 높은 생장율을 보인 반면 적-청 혼합 LED 광원하의 생장은 백색 형광등에서 보다도 낮았다. LED와 형광등 아래에서 해조류의 생장에 차이가 있었지만 어떤 광원에서 자란 해조류에서도 N, P의 함량은 차이가 적었다. 구멍갈파래는 모든 LED 처리 조건에서 조직의 질소와 ulvan 함량이 각각 4.4–6.7%, 20.4–25.1% 범위였다. 푸른 LED하의 해조류에서 추출한 ulvan은 2,2-diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) radical과 hydrogen peroxide로 측정하였을 때 고도의 항산화 활성을 나타내었다. 뿐만 아니라 서로 다른 광원하에서 얻은 ulvan은 서로 다른 다당류조성을 나타내었다. 김 P. yezoensis의 배우체에 대한 다른 온도와 조도의 영향과 50 μM 규산의 잠재적 저해효과를 조사한 바, 상대성장율에 대한 온도 스트레스의 영향, PS II (Fv/Fm)의 적정 광화학적 효율, 광합성율 (Pn)은 실리콘의 존재하에서 가장 낮았다. 엽체의 실리카 함량은 온도의 상승에 따라 증가하여 항산화 유전자의 발현을 증가조절한다. 연구의 마지막 목표는 구멍갈파래에서 추출되는 ulvan의 수율의 최대화하기 위하여 MAE의 운전 변수, 즉 파워, 시간, 물과 원재료 비율, pH 등을 적정화하는 것이었다. 나아가 ulvan의 항산화활성을 과산화수소를 처리한 RAW 264.7 세포에서 시험관내 분석으로 평가하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
연구의 결과를 바탕으로 파란 LEDs는 구멍갈파래의 생장율과 품질을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 이 LED 기술은 실험실 재배 기술의 안정화에 효율적이다. 또한 배양액에 실리콘의 응용은 김의 지속가능한 생산에 유용할 것으로, 각종 환경 스트레스에 대한 저항성을 제공함으로서 조직이 튼튼한 해조류를 유도하게 될 것이다. 구멍갈파래에서 추출되는 생리할성 물질들의 마이크로파 지원 추출은 쉽게 이용할 수 있는 잠재적 해조류를 사용하여 생리활성물질의 대규모 생산에 적용될 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

COVER ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 3
2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
2.1. Enhanced growth rate and ulvan yield of Ulva pertusa using light-emitting diodes (LEDs) ... 4
2.2. Effect of silicon in Pyropia yezoensis under temperature and irradiance stresses through antioxidant gene expression ... 8
2.3. Optimization of microwave-assisted extraction of polysaccharides from Ulva pertusa and evaluation of their antioxidant activity ... 12
2.4. Identification and bioinformatic analysis of PyGPx ... 18
3. 연구개발결과의 중요성 ... 20
4. 참고문헌 ... 20
5. 연구성과 ... 25
End of Page ... 27

표/그림 (21)

표 Comparison via ANOVA of growth rates of Ulva pertusa strain as a function of light source (see Table 1 for abbreviations). Values represent the mean (n=3) while error bars show significant standard deviations. Letters indicate significant difference within each experiment at P < 0.05 in thallus growth rate
표 Chlorophyll a concentration, tissue elemental content, and ulvan yield of sterile Ulva pertusa exposed to different light quality (see Table 1 for abbreviations). Values represent the mean (n=3), while error bars show significant standard deviations. Letters indicate significant difference within each experiment at P < 0.05 in comparison
표 Antioxidant activity of the ulvan extracts under different LED lights sources. (A) DPPH radical scavenging activity, and (B) H2O2 radical scavenging activity (see Table 1 for abbreviations). Values are mean ± S.D. (n=3), *P < 0.05
표 Light quality conditions used in this study with Ulva pertusa
표 Chemical composition of the ulvan from Ulva pertusa
표 Influence of silicic acid supply on the relative growth (A), Fv/Fm (B) and Pn (C) of Pyropia yezoensis thalli cultured under temperature stresses (10 – 30oC) and 200 μmol photons m−2s−1 for 1 day. Different letters in one measurement indicate treatments are significantly different at P < 0.05
표 Influence of silicic acid supply on the relative growth (A), Fv/Fm (B) and Pn (C) of Pyropia yezoensis thalli cultured under irradiance stresses (100 – 500 μmol photons m−2s−1)at 10oC for 1 day. Different letters in one measurement indicate treatments are significantly different at P < 0.05
표 Influence of silicic acid supply on silica concentration in thallus cells. Different letters in one measurement indicate treatments are significantly different at P < 0.05
표 Influence of silicic acid supply on the expression of antioxidant genes including glutathione peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX), superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT) under temperature stress. Different letters in one measurement indicate treatments are significantly different at P < 0.05
표 Effect of different time (a), power (b), water-to-raw material ratio (c), and pH (d) on the extraction yield of ulvan. Different letters show statistically significant differences among the groups, P < 0.05
표 ANOVA of response surface quadratic model for the prediction of ulvan yield
표 Response surface (3D) showing the interaction effects of the variables on the yield of ulvan. The effect of (a) extraction time (X1) and power (X2), (b) extraction time and water-to-raw material ratio (X--3), (c) extraction time and pH (X4), (d) power and water to raw material, (e) power and pH, (f) water to raw material ratio and pH on ulvan yield (Y,%)
표 Contour plots showing the interaction effects of the variables on the yield of ulvan. The effect of (a) extraction time (X1) and power (X2), (b) extraction time and water-to-raw material ratio (X--3), (c) extraction time and pH (X4), (d) power and water to raw material, (e) power and pH, (f) water to raw material ratio and pH on ulvan yield (Y,%)
표 FTIR spectra and antioxidant activities of the extracts of polysaccharides from Ulva pertusa by MAE method (mean ± SD, n = 3)
표 Effects of ulvan (μg/mL) on cell viability (a) and production of SOD (b) and CAT (c) in RAW 264.7 cells. The results are presented as mean ± SD (n=3); *, p < 0.05 and **, p < 0.01 vs H2O2 treatment; #, p < 0.05 compared with control group. AA, ascorbic acid treatment at concentration of 100 μg/mL
표 Effects of ulvan (μg/mL) on antioxidative genes GST (a), CAT (b), MnSOD (c), GPx (d) expression in 264.7 cells induced by H2O2. The results are presented as mean ± SD(n=3);*, p < 0.05 and **, p < 0.01 vs H2O2 treatment;#, p < 0.05 compared with control group
표 Phylogenetic tree Gpx from Pyropia yezoensis and other plant and algae
표 Alignment of main domains of GPx isolated from plants and algae
표 Intron-exon organization of the three PyGPX genes. The box represents exon, and the line represents intron
표 The mRNA expression level of PyGPx genes in P. yezoensis sporophytes and gametophytes The level expression of sporophytes was set to 1.0
표 Real-time fluorescent quantitative PCR used to analyze the mRNA expression level of PyGPx genes in P. yezoensis gametophytes during desiccation; 0, 20, 50, and 80% stand for the degree of water loss. The mRNA expression level at 0% desiccation as control was set to 1.0

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