멜라토닌(melatonin)의 산화스트레스 경감효과의 분자적 규명|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

멜라토닌은 동식물에서 강력한 항산화효과를 발휘하는 것으로 알려져 왔다. 동물에서 항산화효과에 대한 생화학적 분자적 기작 연구가 많이 진행되어 왔으나, 식물에서 멜라토닌의 항산화효과에 대한 분자적 연구는 없는 실정이다. 본 연구는 양(sheep) 유래의 serotonin N-acetyltransferase(SNAT) 유전자가 과다발현되어 멜라토닌을 많이 생성하는 형질전환벼(melatonin-rich transgenic; MRT)를 이용하여 멜라토닌의 산화스트레스 경감효과에 대한 연구를 수행하였다. 멜라토닌을 많이 생성하는 MRT 와 대조구 벼 종자를 산화스트레스를 야기하여 식물을 고사시키는 제초제인 butafenacil 이 0.1 μM 함유된 Murashige Skoog 배지에 파종하여 저항성 여부를 조사하였다. Butafenacil 제초활성에 필요한 광이 없는 조건에서는 MRT 와 대조구 벼 종자가 동일한 유묘생장을 보였으나 이들 유묘를 광이 있는 곳으로 옮긴 결과 대조구 유묘는 급격한 괴사가 나타났지만 MRT 유묘는 대조구에 비해 괴사반응이 적게 나타나는 저항성 반응을 나타내었다. 발아 실험을 통해 보여주는 MRT 벼의 산화스트레스 저항성반응이 유묘에도 동일하게 나타나는지 조사하기 위하여 7일 자란 유묘를 butafenacil 0.1 μM 이 함유된 수용액에 옮긴 후 4일 간 광 상태에서 키운 결과 MRT 벼에서 대조구에 비해 높은 저항성 표현형을 보여 주었다. 괴사의 정도를 알려주는 클로로필의 함량이 MRT 벼에서 높게 나타났으며 산화스트레스의 생화학적 마커인 지질과산화물(malondialdehyde; MDA) 과 과산화수소(H2O2) 함량이 대조구에 비해 MRT 벼에서 낮게 검출되어 MRT 벼가 산화스트레스에 저항성임을 확인하여 주었다. 또한 butafenacil 을 벼의 유묘에 처리하면 멜라토닌 함량이 증대됨을 최초로 확인하였으며 대조구에 비해 MRT 벼에서 매우 높게 생합성 되었다. 제초제 처리에 따른 멜라토닌의 생합성 유도는 멜라토닌 생합성에 관여하는 유전자들(tryptophan decarboxylase, tryptamine 5-hydroxylase, N-acetylserotonin methyltransferase)의 전사량 증대와 연관되어 있음을 발견하였으며 대조구와 MRT 간의 이들 유전자의 전사량에는 차이가 없는 것으로 보아 MRT 벼의 높은 멜라토닌 생합성은 양(sheep) SNAT 단일유전자 효과임을 알 수 있었다. 마지막으로 MRT 벼는 제초제 처리하기 전의 유묘에서 superoxide dismutase(SOD) 및 ascorbate peroxidase(APx) 같은 항산화효소의 활성이 대조구에 비해 높았으며, 제초제 처리 후의 경우, SOD, APx, 및 catalase(CAT) 효소의 활성이 증대됨을 확인하였다. 이 결과들은 멜라토닌이 산화스트레스 방어기작에 관여하는 항산화효소 활성을 조절하고 있음을 보여 주고 있다. 결론적으로 멜라토닌이 증대된 벼는 산화스트레스를 야기하는 제초제 같은 화합물에 저항성을 발휘하고 있음을 식물에서 최초로 분자적 도구를 이용하여 증명하였다.

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멜라토닌은 동식물에서 강력한 항산화효과를 발휘하는 것으로 알려져 왔다. 동물에서 항산화효과에 대한 생화학적 분자적 기작 연구가 많이 진행되어 왔으나, 식물에서 멜라토닌의 항산화...

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