Differential Photodynamic-induced Oxidative Stress Imposed by Aminolevulinic Acid and Oxyfluorfen

Sunyo Jung(정선요) 韓國雜草學會 2009 Weed&Turfgrass Science Vol.29 No.4

5-aminolevulinic acid(ALA)와 oxygluorfen의 광역학적 저해 기작에 대한 영향을 벼 식물체에서 비교하였다. 다양한 농도의 ALA 및 oxyfluorfen이 처리된 벼 잎조직의 세포질 누출이 광조사 시간에 따라 크게 증가하였다. ALA가 처리된 잎조직이 oxyfluoren이 처리된 입조직이 보다 세포질 누출 속도가 빠리 증가하였다. ALA 또는 oxyfluorfen의 엽면 처리 시 malonyladehyde의 생성이 급격하게 증가하였고, 특히 ALA 처리 식뭉에서 더 큰 증가를 보여주었다. 엽록소와 카로티노이드 함량 또한 ALA와 oxyfluorfen이 처리된 식물에서 모두 감소하였으나, ALA 처리 식물에서 더 큰 감소를 보여주었다. 엽록소 a/b 비율은 ALA와 oxyfluorfen 처리 식물에서 모두 감소하였으나 두 처리 간에 차이는 없었다. 전체적으로 볼 때 ALA 처리 식물이 oxyfluoren 처리 식물에 비해 급격한 광역학적 스트레스를 겪는 것으로 보인다. We compared the effect of 5-aminolevulinic acid (ALA) and oxyfluorfen on photodynamic-induced oxidative stress in rice plants. Leaf squares of rice plants incubated with various concentrations of ALA and oxyfluorfen under illumination were characterized by a time-dependent increase in electro-conductivity. The ALA-treated leaf tissues showed much faster increase in conductivity than the oxyfluorfen-treated leaf tissues did. The production of malonyldialdehyde also drastically increased in response to foliar application of ALA and oxyfluorfen, with a greater increase in the ALA-treated plants. In response to foliar application of herbicides, chlorophyll and carotenoid contents decreased in both ALA-treated and oxyfluorfen-treated plants, with sightly higher decline in the ALA-treated plants. The ratio of chlorophyll a/b decreased in response to ALA and oxyfluorfen treatments, but did not show any noticeable difference between the two treatments. Overall, the ALA-treated rice plants suffered greater photodynamic stress, compared with the oxyfluorfen-treated plants.

Expression Site of Protoporphyrinogen Oxidase Influences on Herbicide Resistance in Transgenic Rice

Sunyo Jung(정선요) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.3

과산화계 제초제 oxyfluorfen이 처리된 비형칠전환 벼와 형질전환 벼에서 Protox 발현 위치가 제초제 저항성에 미치는 영향을 비교하였다. Arabidopsis protoporphyrinogen oxidase(Protox; AP 계통)를 색소체에만 발현하는 형질전환 벼와 Myxococcus xanthus Protox 유전자를 색소체와 미토콘드리아에 모두 발현하는 형질전환 벼(TTS 계통)가 형질전환 시스템으로 사용되었다. Oxyfluorfen이 처리된 TTS4 계통은 AP 계통이나 비형질전환 벼에 비해 낮은 수준의 세포질 누출 및 malonyldialdehyde를 보여주었고, 높은 5-aminolevulinic acid 합성 능력을 유지 하였다. Oxyfluorfen 작용 동안, TTS4 계통은 API 계통보다 높은 제초제 저항성을 보여주었는데, 이는 색소체만에서의 Arabidopsis Protox의 발현에 비해 색소체와 미토콘드리아에서의 M. xanthus Protox의 쌍발현이 광역학적인 protoporphyrin Ⅸ의 축적을 더 효율적으로 억제하였기 때문일 것이다. 이 결과들은 미토콘드리아 내 Protox의 발현이 Protox 저해형 제초제에 대한 식물의 저항성에 크게 기여함을 의미한다. The effect of Protox expression site on herbicidal resistance was investigated in wild-type and transgenic rice plants imposed by peroxidizing herbicide oxyfluorfen. The transgenic rice systems involved the plastidal expression of Arabidopsis protoporphyrinogen oxidase (Protox; AP line) and the dual expression of Myxococcus xanthus Protox in chloroplasts and mitochondria (TTS line). The oxyfluorfen-treated TTS4 line showed the lower levels of cellular leakage and malonyldialdehyde and the sustained capacity of 5-aminolevulinic acid synthesis, compared to the oxyfluorfen-treated AP and wild-type lines. During oxyfluorfen action, the TTS4 line had greater herbicide resistance than the AP1 line, indicating that the dual expression of M. xanthus Protox in chloroplasts and mitochondria prevented the accumulation of photodynamic protoporphyrin Ⅸ more effectively than the expression of Arabidopsis Protox only in chloroplasts. These results suggest that the ectopic expression of Protox in mitochondria greatly contributes to the herbicidal resistance in rice plants.

Photodynamic Stress-Induced Nonenzymatic Antioxidant Responses in Transgenic Rice Overexpressing 5-Aminolevulinic Acid Synthase

Sunyo Jung(정선요) 韓國雜草學會 2011 Weed&Turfgrass Science Vol.31 No.4

색소체 transit 서열이 결여된 Bradyrhizobium japonicum ALA-S 유전자를 과발현하는 형질전환 벼의 광역학적 스트레스에 의해 유도되는 항산화반응을 조사하였다. 350 μmol m-2 s-1의 높은 광 수준은 야생형 벼에 비교하였을 때 형질전환 계통인 C4와 C5의 quantum yield를 감소시켰다. 대조적으로, 높은 광수준 하에서 형질전환 계통 C4와 C5의 nonphotochemicalquenching (NPQ) 수준은 야생형 계통과 낮은 광 수준 하의 형질전환 계통에 비해 높은 증가를 보여주었다. 형질전환 계통에서 높은 NPQ 수준은 xanthophyll인 zeaxanthin 수준의 증가와 밀접한 관련이 있었다. 150 μmol m-2 s-1의 낮은 광 수준과 비교하였을 때 높은 광 수준에서 violaxanthin 수준이 야생형 벼에서 증가하였으나, 형질전환 C4와 C5 계통에서는 현저하게 감소하였다. 형질전환 벼에서 nonphotochemical energy dissipation과 광보호기작을 가진 xanthophyll 색소가 광역학적 피해를 조절하는데 결정적인 역할을 하는 것으로 생각되나, 이러한 기작 이 광역학 스트레스를 극복하지는 못하였고 결과적으로 photobleaching 증상에 이르게 하였다. We investigated photodynamic stress-induced antioxidant responses in transgenic rice overexpressing Bradyrhizobium japonicum 5-aminolevulinic acid synthase (ALA-S) coding sequence lacking plastidal transit sequence. High light of 350 μmol m-2 s-1 decreased the quantum yield in the transgenic lines, C4 and C5, compared to that of wild-type line. By contrast, non-photochemical quenching (NPQ) levels of C4 and C5 under high light were higher than those of the transgenic lines under low light of 150 μmol m-2 s-1 as well as wild-type line under low and high light. Greater levels of NPQ in the transgenic lines exposed to high light were in a close correlation with increases in the xanthophyll pigment, zeaxanthin. Under high light, levels of neoxanthin, violaxanthin, lutein, and β-carotene in the transgenic lines were lower than those in wild-type line. Taken together, nonphotochemical energy dissipation and photoprotectant xanthophyll pigments play a critical role to deal with the severe photodynamic damage in the transgenic rice plants, although they could not overcome the photodynamic stress, leading to severe photobleaching symptoms.

Alleviation of Membrane-Associated Herbicidal Activity Induced by Acifluorfen-Methyl with Reductants

Hee Jae Lee(이희재),Yong In Kuk(국용인),Sunyo Jung(정선요) 韓國雜草學會 2003 Weed&Turfgrass Science Vol.23 No.4

다양한 환경조건하에서 5-Aminolevulinic Acid 처리에 의한 피와 자귀풀의 제초 효과

임보영(Bo-Young Lim),국용인(Yong In Kuk),천상욱(Sang-Uk Chon),정선요(Sunyo Jung),권오도(Oh Do Kwon),김경문(Kyung-Moon Kim),구자옥(Ja Ock Guh) 韓國雜草學會 2006 Weed&Turfgrass Science Vol.26 No.1

NaCl에 대한 콩 품종간의 생리학적 반응 차이

박종환,천상욱,최원열,정선요 한국콩연구회 2003 韓國콩硏究會誌 Vol.20 No.2

염분조건에서 콩의 피해정도 또는 피해과정 등 생리적 특성과 내성 및 감수성 품종간의 반응차이를 구명하여 내염성 연구의 기초자료로 활용하고자 본 연구를 수행하였다. 감수성 및 내성 품종으로 선발된 두 품종간에 60mM의 염분처리에 따른 생장 및 상대생장율 반응, 잎의 해부학적 관찰, 광합성 및 호흡량, proline 축적 및 nitrate reductase와 peroxidase 활성 등의 반응특성을 비교한 바 다음과 같은 결과를 얻었다. 내성품종 Lee는 무염처리에 비해 초장이 19% 감소한데 반해 감수성 품종 Jackson은 40% 감소하여 뚜렷한 차이를 보였다. 다육질의 정도는 내성품종이 무처리에 비해 58% 증가하였으나 감수성 품종은 오히려 21%가 감소하였고 감수성 품종의 생체중, 건물증, 수분함량의 감소가 뚜렷하게 나타났다. 상대생장율(RGR)과 순동화율(NAR)의 경우 내성품종은 염분처리에 의해 오히려 증가한 경향이었으나 총 건물증에 대한 엽면적 비율(LAR)과 개체생장율(CGR)은 감소하였다. 한편 감수성 품종은 조사된 모든 생장율이 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 염분처리로 잎의 두께는 내성품종이 11% 증가한 반면 감수성 품종은 30% 정도 감소되었는데 이는 다즙질화로 인한 엽육세포의 두께 변화와 관련이 있음을 알 수 있었다. 광합성 정도는 내성품종에서 무처리와 유사하였으나 감수성 품종은 무처리에 비해 14% 감소하였고 호흡량에 있어서는 두 품종 모두 증가되어 각각 11과 8% 증가하는 것으로 나타났으며 두 품종 모두 O2생산비율보다 O2소모비율이 높게 나타났다. 염분처리에 따른 proline 축적량은 무처리에 대비하여 내성품종은 64% 증가하였으나 감수성 품종은 200% 증가하였다. Nitrate reductase의 활성은 염분처리로 인해 내성 품종이 114% 증가하는 반면 감수성 품종은 반대로 37% 감소하였으며 peroxidae 활성은 내서 및 감수성 품종 모두 각각 56, 50% 증가하는 경향을 보였다. 이상의 결과로 보아 지상부의 생육, 상대생장율, 엽육세포의 두께, 광합성 및 호흡량, proline 축적량, nitrate reductase와 peroxidase활성은 콩의 염해 및 내염성 연구에 중요한 지표가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. Salt tolerance of soybean is highly dependent on cultivar as well as cultural condition. The objective of this study was to determine difference in parameters of physiological responses between NaCl-tolerant and NaCl-susceptible cultivars selected from a bioassay. Tolerant cultivar "Lee" and susceptible cultivar 'Jackson' soybean (Glycine max (L.) Merr.) cultivars were grown in hydroponic system and treated with NaCl solutions of 0 and 60mM, corresponding to electric conductivity of 1.2 and 7.3 dS/m, respectively, 20days after emergence. NaCl at 60mM inhibited plant lengths of tolerant and susceptible soybean cultivars by 19% and 40%, respectively. NaCl enhanced leaf succulence of tolerant cultivar by 58%. while it decreased that of susceptible cultivar by 21%. With NaCl treatment, fresh and dry weight, and water content of leaves in susceptible cultivar were more decreased than those of tolerant cultivar. Relative growth rate (RGR) and net assimilation rate (NAR) of tolerant cultivar were increased by NaCl treatment, while RGR and NAR of susceptible cultivar were clearly reduced. Total leaf thickness of tolerant soybean cultivar was significantly enhanced up to 11% by NaCl treatment due to expanding mesophyll cells. However. NaCl reduced leaf thickness of susceptible cultivar by 30 8. Photosynthesis rate of tolerant cultivar by NaCl treatment was not affected, however that of susceptible cultivar was reduced by 14% as compared to control. Respiration of both cultivars was increased up to 11 and 8%, respectively. Free-proline content of leaf by NaCl treatment was increased by 64% in the tolerant cultivar and 200% in the susceptible. respectively. NaCl of 60 mM also increased nitrate reductase and peroxidase activities of tolerant cultivar by 114% and 56%. respectively, while it reduced nitrate reductase activity of susceptible cultivar by 37%. The results suggested that the physiological data can use as parameters for salt stress or salt tolerance test to improve sensitivity in screening program.