식물대사화합물을 이용한 해조류 착생 및 성장 효능 검증

전재혁 순천향대학교 대학원 2017 국내석사

포자의 착생으로 인해 성장하는 해조류가 최근 산업화로 우리나라 연안에서 무분별한 해안개발과 환경오염, 갯녹음 등의 영향으로 해중림이 파괴되고 해당 면적이 점차 줄어들고 있는 추세이다. 환경보전의 입장에서 인공 해중림 조성이 필요하게 되었고, 인공어초를 시설하여 해중림이 조성되기까지 해조류 식생의 천이과정을 연구하는 것이 중요하게 되었다. 해조류는 포자가 1)물리적 신호에 의한 착생, 2)화학적 신호에 의한 착생, 3) 해수의 유동적 움직임으로 인해 수동적 착생으로 나눌 수 있으며, 착생영향 중 표면의 물리적요인과 더불어 화학적 요인이 중요하게 작용한다. 따라서 본 연구는 식물호르몬인 Indole-3-acetic acid, Phenyl acetic acid, Abscisic acid를 통해 포자의 운동성 및 착생에 미치는 영향과 발아 및 성장에 미치는 영향과 식물호르몬에 대한 성장에 대하여 비교 연구하였다. 식물호르몬에 따른 파래 포자의 운동성, 착생. 발아 및 성장 효능 검증에서 식물호르몬의 농도가 증가함에 따라 각 실험에서 같은 양상을 보였다. 식물호르몬의 농도 중 모든 농도에서 포자의 운동성이 75 ~ 100 %(매우 강함, ++++)로 효능을 보였으며, 착생 효능 검증에서 각 호르몬의 농도 중 10000 ㎍ L-1 에서 포자의 착생이 대조군 대비 174~189 cell mm-2 로 가장 높게 작용하는 것으로 나타났다. 발아 효능 검증에서는 발아 효능이 가장 크게 나타난 식물호르몬은 Indole-3-acetic acid로 최대 농도 10000 ㎍ L-1 에서 대조군 대비 53 ± 4.72 cell mm-2로 나타났고, 성장 효능 검증에서는 각 식물호르몬의 농도 중 포자의 성장은 대부분 10000 ㎍ L-1 에서 높게 나타났으며, 대조군 대비 엽록소 a는 4.875 ~ 5.23 ㎎ L-1, 엽록소 b는 1.783 ~ 2.646 ㎎ 로 나타났다. 따라서 식물호르몬의 농도에 따라 포자의 착생, 발아 및 성장에 같은 양상으로 영향을 미치는 것으로 판단된다. 본 연구 결과와 선행 연구결과를 토대로 식물호르몬을 통해 해조류의 착생 및 성장에 탁월한 효과를 기대할 수 있으며 해조류의 발달을 조절하는 메커니즘을 연구하는데 기초 자료로 활용 될 수 있을 것으로 판단되며, 착생 및 성장 환경 요인에 따른 연구가 필요하다고 판단된다.

애기장대 MS07 돌연변이체의 캘러스 유사조직의 특성 조사

윤현식 동아대학교 대학원 2012 국내석사

옥수수 뿌리에 있어 식물 호르몬과 외부 자극에 의한 Expansin 유전자의 발현 양상

감민정 中央大學校 2004 국내석사

Expansin은 pH 의존적으로 세포벽을 느슨하게 함으로써 식물 조직의 생장 및 발생에 중요한 역할을 하는 세포벽 단백질이다. 이미 expansin 유전자는 오이, 애기장대, 벼, 콩 등에서 분리되었으며 조직 특이적으로 발현한다. 최근 Wu (2001)등에 의해 옥수수에서 분리된 5개의 α-type, 8개의 β-type 모두 13개의 expansin 유전자 가운데 옥수수 뿌리에서 특이적으로 발현되는 6개의 expansin 유전자들을 선별하여 2일 동안 키운 옥수수 뿌리에서 분리한 total RNA를 이용하여 Northern blot analysis를 수행하였다. 그 결과 Exp1, ExpB2 및 ExpB8의 유전자가 우세하게 발현되었고 이에 본 연구에서는 다양한 호르몬들에 의한 옥수수 뿌리 생리 활성을 바탕으로 하여 expansin 유전자들의 발현 양상 그리고 외부 환경적인 자극에 의한 expansin 유전자의 발현 조절을 살펴보았다. Expansin 유전자는 주로 뿌리 생장이 활발히 일어나는 발아 후 초기 1-4일까지 높은 수준으로 발현하였으며 뿌리 부위별 발현 양상은 α-type의 Exp1 유전자는 뿌리 성숙대에서 주로 발현 되었고 β-type의 ExpB2 및 ExpB8 유전자는 뿌리 끝에서 매우 높게 발현 하였다. 이는 expansin 유전자가 조직 특이적 뿐 아니라 발달 특이적으로 발현 되는 것을 시사하며 특히 ExpB2는 옥수수 뿌리에서 길이 신장에 전반적으로 관여하는 유전자일 것이라 사료된다. 또한 대표적인 식물 생장 호르몬인 IAA처리는 높은 농도에서 옥수수 뿌리 신장을 억제하였고 ExpB2와 ExpB8 유전자의 발현을 억제하였으나 Exp1 유전자의 발현은 증가시켰다. AVG처리에 의한 결과는 IAA에 의한 뿌리 길이 신장 조절과 expansin 유전자 발현 조절이 IAA에 의해 유도된 ethylene의 효과일 가능성을 나타낸다. 성장 촉진 호르몬으로 알려진 BL에 의해 뿌리 길이 신장 및 유전자 발현이 증가되었다. 신장 억제 호르몬으로 알려진 ABA는 높은 농도에서는 유의할 만한 효과가 없었으나 낮은 농도에서 소폭 길이 신장을 촉진하였고 ExpB2 유전자 발현이 이와 유사한 양상으로 조절되었다. 옥수수 뿌리에서 expansin 유전자 발현이 식물체 호르몬에 의해 서로 다르게 조절된다. 이는 다양한 식물체 호르몬에 의한 옥수수 뿌리 신장 조절 과정에 expansin이 관여할 가능성을 제시한다. 비대칭적 길이 신장을 유도하는 중력 자극에 의해 ExpB2 유전자 발현이 중력자극 초기에 증가하였고, 이는 ExpB2가 비대칭적인 옥수수 뿌리 신장에도 관여할 가능성을 보여준다. 또한 상처를 준 옥수수 뿌리에서 ExpB2 및 ExpB8 유전자 발현이 증가한 것은 β-expansin이 손상된 세포의 회복 기능을 수행할 것이라 사료된다. 본 연구는 옥수수 뿌리에서 expansin 유전자 발현이 식물체 호르몬 및 여러 자극에 의해 서로 다르게 조절됨을 보여주었고 특히 옥수수 뿌리 신장과 관련된 연구결과들은 β-type의 expansin인 ExpB2가 주로 옥수수 뿌리 신장에 관여하고 ExpB8과 함께 손상된 세포의 회복 기능 또한 수행할 가능성을 제시한다.

토마토의 가뭄 저항성과 물관부 발달을 조절하는 브라시노스테로이드 신호전달에 관한 연구

이진수 충북대학교 2019 국내박사

한 곳에 뿌리를 내려 살아가야 하는 식물의 생애에서, 한정적인 생존자원인 물의 효율적인 흡수와 운용은 식물의 생장과 생존을 결정하는 중요한 요소이다. 먼 옛날 조상인 수생식물이 육지로 진출하면서 직면했던 가장 큰 문제 역시 바로 물의 이용 방법이었을 것이다. 이들은 관다발과 기공의 발달을 통해 달라진 환경에 적응하여 물을 이용할 수 있었으며, 지상으로의 위대한 발걸음을 내딛을 수 있었다. 기공을 통한 증산작용과 줄기와 뿌리에 있는 관다발 내의 물관 세포를 통한 물의 수송은 여러 물리법칙과 맞물려 흙으로부터 식물 전체로 물의 이동이 가능하게 했다. 다양한 유전학적, 분자생물학적, 생리학적 연구는 식물호르몬과 여러 신호전달 요소가 이러한 물관과 기공의 발달을 어떻게 조절하는지에 대한 많은 증거를 제시하였으며, 특히 식물 호르몬이 중심적인 조절자로 역할 하는 것으로 알려졌다. 예를 들면, 현재까지 알려진 식물의 9 가지 호르몬 중 브라시노스테로이드와 옥신은 물관부의 발달에 핵심 조절자로 알려져 있으며, 앱시스산은 여러 스트레스의 저항성에 중요하게 작용하며 특히 가뭄이 일었을 때 기공의 개폐를 조절하는 것으로 알려져 있다. 이처럼 각각의 호르몬의 역할은 잘 알려졌지만, 호르몬 상호간의 cross-talk을 통해 보이는 여러 생리학적 현상에 대한 자세한 분자적 메커니즘이나 그 복잡성이 매개하는 생물학적 역할은 아직 많은 것들이 밝혀지지 않았다. 브라시노스테로이드는 식물의 종자발달에서부터 개화, 뿌리의 발달, 관다발의 발달, 광형태형성, 다양한 스트레스 저항성 유도까지 식물의 생애 전반에 걸친 생장과 생존을 조절하는 중요한 호르몬이다. 1970년대 유채(Brassica napus)의 화분에서 발견된 이후 애기장대(Arabidopsis thaliana) 모델시스템을 이용한 다양한 연구에 의해 브라시노스테로이드의 생합성 과정과 신호전달 경로는 현재 잘 정립된 상태이며, 또한 식물의 다양한 생장을 조절하는 데에 브라시노스테로이드 신호전달과 다른 호르몬 신호전달과의 상호작용이 연관되어있는 것으로 알려졌다. 하지만 여전히 토마토(Solanum lycopersicum)와 같은 중요한 작물과 농산물에서 이들 신호전달이 어떠한 생물학적 의미를 지니는지, 혹은 어떠한 발달 조절 메커니즘이 있는지 정확한 분자적 기작은 잘 알려지지 않았다. 이에 본인은 토마토 작물에서 브라시노스테로이드 신호전달이 보이는 생물학적 역할을 더 자세히 이해하기 위해 브라시노스테로이드 생합성 저해 돌연변이인 마이크로톰(Micro-tom, MT) 토마토와 재배되는 야생형 토마토(WT) 간의 전사체 정보와 생리적 특징을 분석하였고, 이를 통해 이 신호전달이 토마토에서 가뭄 저항성과 물관부 발달을 조절하는 기작에 대한 심도 있는 연구결과들을 얻을 수 있었다. 마이크로톰은 야생형 토마토에 비해 키가 작고, 잎과 엽병을 비롯한 지상기관이 전체적으로 작은 왜소증을 보이며, 또한 기공 개폐가 잘 조절되지 않아 가뭄스트레스에 취약한 표현형을 보였다. 이러한 마이크로톰의 저해된 표현형은 외부에서 브라시노스테로이드를 처리해주거나, 생합성 유전자의 과발현을 통해 브라시노스테로이드 수준을 높임으로써 완전히 회복되는 것을 확인하였다. 본 연구의 전사체 분석 결과는 마이크로톰과 야생형 토마토에서 가뭄 스트레스와 같은 생물/비생물 스트레스 반응성 유전자와 다양한 발달과정의 조절에 관련된 유전자의 발현에 변화가 있음을 보였다. 또한, 마이크로톰에서 생합성 유전자를 과발현한 식물체는 이들 유전자의 발현이 야생형 토마토 수준으로 변화하는 것을 실험을 통하여 규명하였다. 이러한 결과들을 통해, 본인은 브라시노스테로이드 신호전달이 가뭄 및 삼투압 스트레스 저항성에 관련된 유전자의 발현 네트워크를 조절함으로써 비생물학적 스트레스에 대한 반응에 관여한다는 결론을 내렸다. 하지만 이를 입증할 직접적인 분자조절 기작은 향후 연구를 통해 더욱 자세히 증명해야 할 필요가 있다. 최근 식물의 발달을 조절하는 호르몬 신호전달의 분자 조절 기작에 대한 관심이 집중되는 가운데, 브라시노스케로이드 신호전달과 생합성은 관다발의 발달과 식물의 2차생장을 촉진하는 것으로 알려졌다. 하지만 이에 관한 자세한 분자적 조절 기작은 여전히 밝혀지지 않은 상태이며, 이에 본 연구에선 식물의 2차생장을 촉진하는 브라시노스테로이드의 순차적 신호전달이 물관 세포의 분화와 이에 따르는 물관부의 목질화를 조절하는 분자적 조절 기작을 규명하였다. 브라시노스테로이드의 직접적인 처리와 생합성 유전자의 과발현을 통한 브라시노스테로이드 수준의 회복은 마이크로톰이 보이는 저해된 물관부 발달을 회복시켰으며, 유전자가위 기술과 기능유전학적 실험을 통해 하위 신호전달 인자들이 직접적으로 물관부의 발달에 연관되어 있음을 확인하였다. 신호전달 최하위의 전사조절 인자 SlBZR1과 SlBZR2의 기능 변화 돌연변이 실험은 이러한 신호전달을 통한 2차생장과 물관부의 발달에 전사조절인자가 중요하게 작용함을 밝혔다. 또한, 마이크로톰과 야생형 토마토의 전사체 분석 결과는 브라시노스테로이드 신호전달에 의해 다양한 발달 프로세스의 조절, 리그닌 합성 및 세포벽 구성에 관한 유전자, 옥신 호르몬의 수송과 신호전달에 관한 유전자의 발현에 변화가 유도됨을 보였다. 또한 최근 연구 결과들에 의해 옥신 신호전달과 옥신의 극성 수송은 관다발의 발달패턴에 영향을 주며, 옥신 신호전달 인자들이 관다발 줄기세포의 분화와 분열에 영향을 주는 것으로 알려졌다. 한편, 목재의 2차 생장에 관한 연구들은 관다발 조직에서의 옥신의 조직 특이적 농도구배 형성이 물관부의 발달과 목질화, 2차생장에 매우 중요하게 작용함을 밝혔는데, 이는 단순한 극성 수송을 통한 옥신의 축적뿐만 아니라 세포분열 지역내의 적절한 농도구배 형성이 관다발 분화에 중요하게 작용함을 뜻한다. 최종적으로 본 연구를 통하여, 토마토의 SlWAT1 이라는 액포-특이적 옥신 수송체의 유전자 발현이 SlBZR1/SlBZR2의 직접적인 조절에 의해 물관 발달개시 세포에서 증가하며, 이러한 조절 기작은 브라시노스테로이드 신호전달을 통한 물관 세포 분열 및 목질화와 같은 2차 생장에 필수적임을 증명하였다. WAT1 단백질은 액포-특이적 옥신 수송을 통해 세포내의 옥신 항상성을 조절하는 것으로 알려져 있는데, 본 연구의 결과들은 아직까지 잘 알려지지 않은 세포분화 지역에서의 조직 특이적 호르몬 농도구배 형성 기작이 WAT1과 같은 세포내 호르몬 항상성 조절인자들의 조직 특이적 발현조절에 의해 이루어질 수 있다는 증거를 제시한다. 또한, 브라시노스테로이드 신호전달 체계의 생물학적 역할이 식물의 발달을 조절하는 데에 어떻게 작용할 것인지에 대한 정보를 제공함으로써 이에 관한 심도깊은 연구를 수행할 수 있는 정보들을 제공하였다. 종합적으로, 본 연구 결과들은 물의 흡수와 운용이라는 식물의 생장과 생존에 절대적으로 필요한 요소를 조절하는 기작을 밝히는 데 학문적인 기여를 할 수 있을 것이며, 이러한 학문적 발전을 통하여 전 지구적으로 직면한 식량문제와 에너지 활용 문제등을 극복할 수 있는 기술의 개발에 크게 기여할 것으로 사료된다. Water is an essential requirement over the entire lifetime of the plant. The efficient uptake and management of water use could be a bottleneck for terrestrial plant growth and survival. The key water uptake mechanisms are organized by the following: water transport by the xylem cells and the regulation of evaporation by the guard cells. Genetic, functional genomic, and physiological studies have suggested that diverse phytohormones and signaling cues could modulate xylem development and stomatal conductance. Plant hormones are important regulators of these processes; for example, brassinosteroids (BRs) and auxins are known to play crucial roles in xylem development, and abscisic acid (ABA) is a typical operator of stomatal movement. Although the role of individual phytohormones is well researched, the biological role of the interplay of their canonical signal pathways and detailed molecular mechanisms are still unclear. As major phytohormones, BRs regulates a wide range of plant growth and development processes during early seedling development, flowering, root development, vascular development, and photomorphogenesis, and they also regulate multiple stress tolerance responses. The canonical BR signaling and its crosstalk with other signaling pathways are involved in the pleotropic regulation of plant growth and development. However, their biological roles and signaling interaction mechanisms in one of the most important crops, tomato (Solanum lycopersicum), are largely unknown. Here, wild-type cultivated tomato (WT) and a BR synthesis mutant, Micro-Tom (MT), were compared using physiological and transcriptomic approaches. The WT tomato showed a higher tolerance to drought and osmotic stresses than did the MT tomato. However, the BR-defective phenotypes of MT, including plant growth and stomatal closure defects, were completely recovered by the application of exogenous BRs or complementation with a BR biosynthetic SlDWARF gene. Using genome-wide transcriptome analysis, 619 significantly differentially expressed genes (DEGs) were identified between WT and MT plants. Several DEGs were linked to known signaling networks, including those related to biotic/abiotic stress responses, lignification, cell wall development, and hormone responses. Consistent with the higher susceptibility of MT to drought stress, several gene sets involved in responses to drought and osmotic stress were differentially regulated between the WT and MT tomato plants. Hence, I conclude in Chapter 2 that BR signaling pathways are involved in mediating the response to abiotic stress via the fine-tuning of abiotic stress-related gene networks in tomato plants. Recent studies have reported the critical roles of BR biosynthesis and signaling in vascular bundle development and plant secondary growth; however, the molecular bases of these roles are unclear. In Chapter 3, I demonstrated that the canonical BR signaling pathway was essential for xylem differentiation and sequential wood formation by facilitating plant secondary growth. The gradual retardation of xylem development phenotypes during shoot vegetative growth in the BR-deficient MT tomato mutant recovered completely in response to exogenous BR treatment or genetic complementation of the SlDWARF gene. By contrast, overexpression of the tomato Glycogen synthase kinase 3 (SlGSK3) or CRISPR/Cas9-mediated knockout of the tomato Brassinosteroid-insensitive 1 (SlBRI1) gene impaired BR signaling and resulted in severely defective xylem differentiation and secondary growth. Genetic modulation of the transcriptional activity of the tomato Brassinazole-resistant 1/2 (SlBZR1/SlBZR2) confirmed the positive roles of BR signaling pathways in xylem differentiation and secondary growth. Furthermore, Here, I report that BR-facilitated intracellular auxin flux by a vacuole auxin exporter, SlWAT1, is essential for xylem differentiation and sequential wood formation via secondary growth in plants. SlBZR1/SlBZR2 directly upregulated the expression of SlWAT1 in xylem initiation regions. Genetic modulations of SlWAT1 expression levels strongly supported the key upstream functions of BR signaling pathways in the regulation of local intracellular auxin flux during xylem differentiation. I have concluded that BR signaling pathways directly promote xylem differentiation and wood formation by the SlBZR1/SlBZR2-mediated upregulation of SlWAT1-mediated local auxin homeostasis. Taken together, I suggest the BR signaling-mediated regulation mechanisms of drought stress tolerance and xylem differentiation and provide extensive evidence for BR-authorized plant growth and survival mechanisms.

캘루스 유사조직 분화 억제에 관여하는 MS07유전자의 클로닝 및 생리학적 기능 탐구

권해인 동아대학교 대학원 2014 국내석사

식물 스테로이드성 호르몬 Brassinosteroids의 생체함량 조절 및 작용 기작에 관한 연구

김태욱 中央大學校 2003 국내박사

본 연구에서는 Brassinosteroids (BRs)의 생장과 분화에 대한 조절 기작을 전체적인 측면에서 유기적으로 이해하고자 BRs의 생합성, 생분해, conjugation 등의 다양한 BRs 대사경로를 통한 BRs의 생체 함량조절 과정을 확인하였고 또한 이러한 방법을 통해 함량조절 되어진 BRs가 화학적 신호로 작용하여 BRs의signal transduction을 통해 어떤 유전자의 발현을 조절하여 BRs가 식물의 뿌리에서 자신의 생리활성을 나타내는지 조사하였다. 먼저 내생 BRs의 함량을 증가시키는 가장 중요한 요인인 BRs의 생합성 과정에 관한 연구로서 최근 식물체에서 동정되기 시작한 C27 BRs의 생합성 과정을 in vitro 효소변환 연구 heterologous expression을 통해 조사하여 C27 BRs를 통한 새로운 BRs의 생합성 경로가 식물체 내에 존재함을 확인하였다. C27 BRs와 동일한 탄소골격을 갖는 cholesterol이 cholestanol (CHN)로 전환되고 CHN은 CHN → 6-deoxo-28-norCT → 6-deoxo-28-nor-3-DHT → 6-deoxo-28-norTY → 6-deoxo-28-norCS → 28-norCS으로 전환되는 `The late C-6 oxidation pathway`와 CHN → 6-oxoCHN → 28-norCT → 28-nor-3-DHT → 28-norTY → 28-norCS의 순서로 전환되는 `The early C-6 oxidation pathway`의 두 가지 생합성 경로를 통해 28-norCS을 합성하는 것을 확인하였다. 특히 6-deoxo-28-norCS의 C-6 oxidation은 heterologous expression을 통한 연구를 통해 C28 BRs의 생합성에서 동일한 반응을 촉매하는 CYP85A1에 의해서 촉매되는 것을 확인하였으며 C27 BRs를 통해 생합성된 최종산물인 28-norCS는 C-24 methylation에 의해 CS으로 전환되어 C28 BRs의 생합성 경로로 편입됨을 증명하였다. 또한 C27 BRs와 C28 BRs의 생합성 과정을 통해 생성된 CS의 내생함량을 낮출 수 있는 BRs의 생분해 및 conjugation 과정을 조사하였다. C27 BRs와 C28 BRs의 생합성 과정을 통해 생성된 CS이 BL로 전환되는 과정 이외에도 C-26 demethylation과 phosphorylation 등의 대사과정을 갖고 있음을 확인하여 식물체 내에서 다양한 대사경로를 통하여 CS의 적정함량을 유지하고 있음을 알 수 있었다. 또한 CS의 생합성 전구체중 하나인 28-norCS이 CS으로의 전환뿐만 아니라 side chain의 demethylation을 통해 생분해될 수 있음을 확인하여 C28 BRs인 CS의 내생함량은 C27 BRs인 28-norCS의 대사방향에 의해서도 조절됨을 알 수 있었다. 상기와 같은 다양한 대사과정을 통해 함량 조절된 BRs가 자신의 생리활성을 나타내기 위해 BRs의 signal transduction pathway를 통해 어떤 유전자를 어떤 방식으로 발현시킬 수 있는지를 식물의 뿌리의 굴중성 반응과 길이 생장을 중심으로 조사하였다. 애기장대 BRs-insensitive mutants를 이용한 다양한 실험을 통하여 애기장대 뿌리에서 BRs의 signal transduction pathway가 IAA의 내생함량 변화와 같은 IAA의 활성 조절 등을 통해 굴중성 촉진 활성을 나타낼 가능성이 높음을 확인하였다. 또한 세포신장에 관여하는 단백질로서 알려진 expansin이 BRs의 세포신장 활성에 관여할 가능성에 주목하여 애기장대의 26개의 alpha-expansin 유전자들중 AtEXP5가 BRs의 활성을 매개하는 것으로 나타났다. AtEXP5에 대한 homozygous knockout mutant는 BRs의 처리에 의해서 뿌리의 길이생장이 억제되지 않았다. 다양한 BRs-insensitive mutants를 이용한 AtEXP5 유전자의 발현양상을 조사한 결과 뿌리에서 BRs의 signal transduction pathway가 AtEXP5 유전자의 발현을 특이적으로 조절하여 뿌리의 길이생장 억제활성을 나타내는 것으로 생각되어진다. AtEXP5 mutant의 IAA에 대한 비정상적인 측근의 형성 또한 BRs가 측근의 형성에 관여한다는 보고와 BRs의 많은 활성이 IAA과 유사하고 또한 두 호르몬간의 상호작용을 고려했을 때 AtEXP5 mutants의 BRs에 대한 불감수성에 기인하는 것으로 생각되어진다.

애기장대 Exp5유전자와 뿌리의 발달 : 식물 호르몬에 대한 반응

민정용 中央大學校 2004 국내석사

본 연구에서는 순수 열성 AtEXP5 mutant를 이용하여 애기장대 expansin5 유전자의 기능를 연구하였다. AtEXP5 mutant는 어린시기에서야생형보다 뿌리가 길고 측근의 형성이 많아지는 비정상적인 뿌리의 발생을 나타냈다. 또한 애기장대의 각 조직에서 AtEXP5 유전자의 발현양상을 조사한 결과 특히 어린시기 (seedlings)의 뿌리에서 AtEXP5 유전자의 발현이 강하게 나타나 AtEXP5 유전자가 seedling의 뿌리에서 뿌리 길이생장과 측근형성에 중요한 역할을 하고 있는 것으로 사료되었다. 이를 보다 명확히 확인하고자 AtEXP5 유전자의 기능을 뿌리 길이생장과 측근형성을 중심으로 연구하였다. 먼저, 뿌리의 길이생장과 관련된 기능연구를 위해서 AtEXP5 mutants에 다양한 식물 호르몬을 처리한 후 뿌리의 길이변화를 조사하였다. 그 결과 AtEXP5 mutants는 brassinosteroids (BRs) 뿐만 아니라 ethylene에 의해서도 뿌리의 길이생장이 억제되지 않았고 야생형의 뿌리에서 AtEXP5 유전자의 발현은 BRs와 ethylene의 처리에 의해 증가하는 것으로 나타나 AtEXP5 유전자가 두 호르몬의 뿌리 길이생장 억제활성과 관련된 기능을 가지고 있음을 알 수 있었다. 한편, 야생형에서 뿌리의 길이생장 억제와 관련해서 BRs와 ethylene과의 연관성을 조사하기 위해서 야생형에 BRs와 ethylene 생합성 억제제 (Co2+, AVG)를 처리하였다. 그 결과 BRs과 ethylene 생합성 억제제를 함께 처리할 경우에는 뿌리의 길이생장 억제활성이 나타나지 않았다. 또한, AtEXP5의 발현에 있어서도 야생형에 BRs를 처리하였을 때는 증가하였으나 BRs과 ethylene 생합성 억제제를 함께 처리할 경우에는 감소하였다. 이는 BRs이 ethylene의 합성을 유도하여 뿌리 길이생장을 억제시키는 것으로 사료된다. 이를 확인하기 위해 BRs를 처리한 야생형의 뿌리에서 ACO 발현을 조사한 결과 BRs에 의해 발현이 농도에 의존적으로 증가하였다. 따라서, BRs에 대한 뿌리 길이생장 억제는 BRs가 조직내 ethylene의 함량을 증가시키고, 이렇게 유도된 ethylene이 AtEXP5 유전자의 발현양상을 증가시켜 이루어짐을 확인할 수 있었다. 한편, 뿌리의 측근형성과 관련된 AtEXP5 유전자의 기능연구를 위해 우선적으로 측근형성에 중요한 기능을 하는 것으로 알려진 auxin을 AtEXP5 mutants와 야생형에 처리하여 측근형성 양상을 비교하였다. 그 결과 AtEXP5 mutants는 야생형에 비해 훨씬 낮은 농도의 IAA에서 측근의 형성이 유도되어 AtEXP5 유전자가 결핍될 경우 측근 형성시 auxin에 대한 sensitivity가 크게 증가하는 것을 확인하였다. 다음으로 측근 형성시 AtEXP5 유전자의 발현을 야생형 뿌리에서 조사한 결과 AtEXP5 유전자는 내생 auxin에 의해 측근 원기가 유도되는 시기인 7일째에는 발현이 급격히 감소하는 것으로 나타나 적어도 auxin에 의한 측근형성 과정에는 AtEXP5 유전자가 매우 낮은 발현을 유지하여야하는 것으로 나타났다. 이러한 AtEXP5 유전자의 발현은 BRs의 신호전달체계에 의해 특이적으로 조절되기 때문에 측근의 형성과정에 있어서도 BRs가 관여할 가능성을 조사하였다. 이에 다양한 BRs 관련 mutants에서 10-10 M의 IAA에 의한 측근의 형성을 비교한 결과 BRI-GFP mutants와 야생형은 측근형성이 증가한 반면 bri1-301, bak1 mutants와 AtEXP5 mutant는 억제되어 auxin에 대한 sensitivity가 야생형과 다른 것으로 나타났다. 이러한 AtEXP5 mutants와 BRs-insensitive mutants가 auxin에 대해 sensitivity가 달라지는 원인을 조사하고자 polar auxin transport 억제제인 NPA를 처리한 뒤 측근이 형성될 시기에 이들의 길이변화를 조사한 결과 BRs의 신호전달이 제대로 일어나지 않는 bri1-301과 AtEXP5 mutants의 경우에는 NPA에 의한 뿌리의 길이억제 정도가 야생형에 비해 둔감하였고, 특히 AtEXP5 mutant의 경우 고농도의 NPA에 의해 뿌리의 길이억제 정도가 야생형에 비해 현저하게 낮게 나타났다. 이에 BRs mutants와 AtEXP5 mutant가 측근 형성시 나타내는 auxin에 대한 sensitivity의 변화는 적어도 AtEXP5 유전자의 결핍으로 인해 세포벽 신장 활성 변화에 따른 auxin의 transport 활성차이에 기인한 것으로 생각되었다. 결론적으로 본 연구에서는 애기장대 expansin5가 뿌리에서 BRs에 의해 특이적으로 발현이 조절되는 표적 단백질로서, ethylene에 의한뿌리의 길이생장 억제와 auxin에 의한 측근 형성에 관여함을 확인하였다.

캘루스 분화에 관여하는 유전자의 탐색과 이의 응용

김한솔 동아대학교 대학원 2016 국내석사

접시꽃(Althaea rosea Cav.)의 組織培養에서 植物호르몬의 影響

윤광호 단국대학교 대학원 1992 국내석사

접시꽃(Althaea rosea Cav.)의 組織培養에서 식물호로몬의 影響 생물학과 : 윤 광 호 지도교수 : 차 현 철 식물호로몬이 조직배양중인 접시꽃 잎에서의 기관발생에 미치는 연구의 결과 다음과 같았다.. 잎으로 부터 캘러스 형성은 2,4-D 단독 처리시 보다 3.0 - 10 ㎎/l 2,4-D와 0.5 - 2.0 ㎎/l kinetin를 병용 처리하였을 때 더욱 효과적이었으며, vitamin을 첨가 했을때 캘러스 형성은 더욱 왕성하였다. 엽신으로 부터 기관 형성은 NAA 0.5 - 2.0 ㎎/l와 BAP 0.5 - 4.0 ㎎/l를 병용 처리시 shoot가 발생되었고, IAA 0.5 - 2.0 ㎎/l와 kinetin 0.5 - 2.0 ㎎/l 병용처리시 뿌리 형성에 가장 효과적이었다. 엽병에서 유도된 캘러스로부터 기관 형성의 양상을 보면 모든 cytokinin (kinetin, BAP, 2ip)처리구에서 IAA양에 따라 뿌리가 발생이 결정되었고, 특히 BAP와 NAA병용 처리시 소식물체가 형성되었지만 2ip와 NAA병용 처리시 캘러스만 증식되었다. 캘러스로부터 식물체 재분화에 가장 효과적인 호로몬 농도는 NAA 0.5 ㎎/l와 BAP 0.5 - 2.0 ㎎/l 처리시였다. 캘러스의 생장 양상은 접종후 20일까지 생체량이 서서히 증가하다가 이후 급격히 증가하였으나 48일 후엔 감소하여 계대 배양은 4-5주가 적합하였다. The objectives of this study, are to investigate the effects of phytohormones on the callus induction and plant regeneration in Althaea rosea leaves. The callus formation from leaf explant was as more prominent in media supplemented with 3.0 - 10.0 ㎎/l kinetin and 0.5 - 2.0 ㎎/l 2,4-D than in that with 2,4-D alone. In addition of vitamins to MS media led calli to grow more virgous and green color. The organ formed from leaf blade was shoot in the case of combination with 0.5 - 2.0 ㎎/l NAA and 0.5 - 4.0 ㎎/l BAP and adventitious root was formed in combination with 0.5 - 2.0 ㎎/l IAA and 0.5 - 2.0 ㎎/l kinetin. The formation of the root from petiole-derived callus enhanced by incresing quanlity of IAA in all media supplenemted with cytokinin (kinetin, BAP, 2iP), whereas in media supplemented with BAP and NAA was formed only callus without any organs formation. The optimum concentration for regeneration of plantlet from callus was 0.5 ㎎/l NAA and 0.5 - 2.0 ㎎/l BAP. The growth of callus was increased slowly during first 20 days and increased sharply for next 28 days and decreased afterward. So a interval of 4 - 5 weeks is suitable for subculture of the calli.

음원(아날로그, 디지털)이 배추의 생육 및 식물호르몬(GA, ABA, JA) 함량 변화에 미치는 영향

김호연 경북대학교 대학원 2008 국내석사

The positive role of music on animals and plants cannot be overlooked. Various studies have been conducted in order to investigate the effect of music on plant growth and development. However, little attention has been paid to evaluate the role of analog and digital music on plants and to ascertain that which music form is more effective in enhancing plant growth and development In this experiment, we investigated the effect of analog and digital music on oriental cabbage. We treated oriental cabbage with different durations of analog and digitalmusic (90~91dB) and recorded the effect of these music forms on growth parameters and level of endogenous gibberellins, abscisic acid and jasmonic acid. The analog music enhanced plant fresh weight, dry weight, shoot length, plant length and photosynthetic rate more than digital music. Analog music also promoted the level of endogenous plant hormones, related to plant growth and defense mechanism, such as GA and JA more than digital music. It was thus concluded that different music forms effect plant growth differently and there is also a relationship between music and endogenous plant growth hormones.