원예작물의 염류장애 원인과 대책을 위한 생리, 생화학적 연구 3.토마토 뿌리조직에서 마이크로솜 Ca²+ uptake 특성연구 = Physiological and Biochemical Studies of Horticultural Crops for the Prevention of Salt Stress 3. Characterization of microsomal 45Ca²+ uptake in tomato roots

국문 초록 (Abstract)

식물세포의 세포질 Ca²+ 이동과 관련된 Ca²+ transport 특성을 조사하기 위하여, 토마토 뿌리조직으로부터 마이크로솜을 분리하고, 45Ca²+ uptake 실험을 수행하였다. 반응용액에 Ca²+-ATPase의 선택적 저해제인 1 mM vanadate와 액포막 H+-ATPase의 선택적 저해제인 50 mM NO₃를 각각 첨가하였을 때, 45Ca²+ uptake는 각각 20%와 30% 저해되었고, 두 가지 저해제를 동시에 첨가하였을 때 50% 저해되었다. 또한 마이크로솜 45Ca²+ uptake는 vanadate 또는 NO₃-의 농도를 증가시킴에 따라 저해되었다. 이러한 저해효과는 토마토 뿌리조직 마이크로솜에 Ca²+-ATPase와 Ca²+/H+ antiport가 동시에 존재할 가능성을 시사한다. Protonophore인 gramicidin의 처리에 의해 45Ca²+ uptake는 30% 가량 저해되어, 토마토 뿌리조직 마이크로솜에 Ca²+/H+ antiport가 존재하고 있음을 확인하였다. NO₃-를 처리하여 45Ca²+ uptake를 저해시킨 후 gramicidin을 처리하였을 때, gramicidin에 의한 추가저해는 거의 관측되지 않았으나, vanadate의 경우 gramicidin에 의한 추가저해가 현저히 나타났다. 이러한 결과는 토마토 뿌리조직 마이크로솜 45Ca²+ uptake가 vanadate에 의하여 저해되는 Ca²+-ATPase와 NO₃-에 의하여 저해되는 Ca²+/H+ antiport에 의해 이루어지고 있음을 의미한다. 한편, 동물조직 ER/SR-type Ca²+-ATPase의 특이성 높은 선택적 저해제인 thapsigargin은 마이크로솜 45Ca²+ uptake를 농도 의존적으로 저해하였으며, 10μM 농도에서 최대저해효과를 나타냈다. Thapsigargin에 의한 45Ca²+ uptake의 저해효과는 NO₃를 사용하여 액포막 H+-ATPase 활성을 저해하였을 때 현저하게 감소하였다. 반면, vanadate를 처리하여 원형질막 H+-ATPase의 활성을 저해한 후에도 thapsigargin에 의한 추가적 저해효과가 관측되어 thapsigargin이 액포막 H+-ATPase의 활성을 저해하여 간접적으로 Ca²+/H+ antiport를 저해함을 확인하였다. 이상의 결과들은 토마토 뿌리조직 마이크로솜에 Ca²+-ATPase와 액포막 Ca²+/H+ antiport가 존재하며, thapsigargin이 액포막 Ca²+/H+ antiport를 선택적으로 저해함을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to characterize the property of Ca²+ transport in plant tissue, microsomes were prepared from the roots of tomato and microsomal 45Ca²+ uptake was measured. When 1mM vanadate, a selective inhibitor of P-type ATPases, 50 mM NO₃, a specific inhibitor of vacuolar H+-ATPase, and both of these inhibitors were treated, the microsomal 45Ca²+ uptakes were inhibited by 20%, 33%, and 47%, respectively. The inhibitory effects of these two inhibitors were investigated by using a protonophore, gramicidin. When the chemical gradient of H+ was relieved by gramicidin, the uptake was decreased by 30%, implying the presence of Ca²+/H+ antiporter in the microsomal membrane. In the 45Ca²+ uptake experiment, the effect of gramicidin was independent of vanadate-induced inhibition. However, when the activity of vacuolar H+-ATPase was inhibited by NO₃, the effect of gramicidin was severely decreased. Meanwhile, thapsigargin, a specific antagonist of ER/SR-type Ca²+-ATPase, inhibited the microsomal 45Ca²+ uptake and the maximum inhibitory effect was obtained at 10μM. The effect of thapsigargin was blocked by NO₃and gramicidin, but not by vanadate. These results imply that vanadate directly inhibits the activity of Ca²+-ATPase; however, NO₃- and thapsigargin block the activity of Ca²+/H+ antiporter by inhibiting the vacuolar H+-ATPase. In conclusion, the microsomal 45Ca²+ uptakes are mediated by two major enzymes, Ca²+-ATPase and Ca²+/H+ antiporter in tomato root tissue.