고광도와 질소 결핍이 Haematococcus pluvialis의 색소 생합성에 미치는 영향

Influence of High Light and Nitrate Deprivation on the Carotenoid Biosynthesis in Haematococcus pluvialis

H. pluviails는 고광도와 질소 결핍 배지 조건에서 ketocarotenoid의 일종인 astaxanthin을 다량 축적하는 녹조류이다. 스트레스가 없는 조건에서 키운 green cell과 astaxanthin이 합성된 red cell을 HPLC를 통해 비교해 본 결과 각 색소의 양이 변화하는 것을 볼 수 있었다. 여러 ester 형태의 astaxanthin이 생합성 되고, zeaxanthin이 늘어난 반면, lutein과 ${\beta}$-carotene은 감소하였다. 또한 total chlorophyll 양이 줄어드는 대신 total carotenoid의 양이 늘어남을 보였다. H. pluvilalis에서 찾아낸 astaxanthin 생합성 경로에 있는 carotenoid hydroxylase, phytoene desaturase, isopentenyl pyrophosphate isomerase, ${\beta}$-carotene ketolase 유전자는 음성대조군인 chloroplast chlorophyll a-b binding protein와는 달리cell이 성장하기 좋은 조건의 상태보다 astaxanthin을 생합성하기 위해 고광도의 스트레스를 받았을 때 더 높은 발현양상을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

The unicellular green alga, Haematococcus pluvialis used as a biological production system for astaxanthin. It accumulates large amounts of the red ketocarotenoid astaxanthin when exposed to various environmental stress such as active oxygen species and high light intensities. To induce astaxanthin biosynthesis of H. pluvialis, cells were incubated in either nitrate free at $25^{\circ}C$ under continuous high light intensity ($1,000\;{\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$) for 2 days or high light stress only. Expressions of astaxanthin biosynthetic genes such as carotenoid hydroxylase, IPP isomerase and ${\beta}$-carotene ketolase were monitored under different culture conditions by using real time RT-PCR. All the subjected genes increased their expression under highlight and N-deprivation condition where a large amount of astaxanthin was accumulated.