질산염은 많은 유전자의 발현을 조절하고 생장과 발육과정에서 매우 중요한 영양소이자 시그널 분자이다. 본 연구는 고등식물에서 질산 신호에 의한 유전자발현제어 관련 전사인자의 연구현황을 소개하고자 한다. 질산 환원 효소는 질소 동화 경로상의 효소이며, 질산이온을 아질산이온으로 환원하는 과정을 촉매한다. 질산이온, 빛, 대사산물, 식물호르몬, 저온, 가뭄 등의 여러 요인이 질산환원효소 유전자의 발현 수준과 생리적 역할과 같은 질산환원효소 활성을 조절한다. 최근 질산 환원 효소 유전자의 발현제어에 관여하고 있는 몇몇 전사인자들이 식물에서 분리되었다. NODULE-INCEPTION-like proteins (NLPs)는 질산 환원 효소 유전자의 질산 유도성 발현에 관여하는 전사인자이다. NLPs는 질산 수송체, 아질산 수송체, 아질산 환원 효소에 관련된 유전자의 질산 유도성 발현을 제어한다. 질산 환원 경로와 관련된 유전자의 발현 수준은 질산에 반응하여 NLPs에 의해 협조적으로 조절된다. 따라서 식물에서 질산염의 기능을 이해하면 질소 사용량이 적은 작물을 육성할 수 있다.
천안시내에 식재된 가로수의 건강도를 진단하기 위하여 몇 가지 생리적 특성을 측정하고, 형성층 전기저항치와 생리적 특성들간의 관계를 밝히고자 하였다. 은행나무, 벚나무, 버드나무를 대상수종으로 선정하였고. 7월에 대상 수종의 하부 토양을 채취하여 탈수소효소 활성을 분석하였으며, 수관의 잎은 엽록소 함량, 질산환원 효소, 항산화효소(SOD) 활성을 분석하는데 이용하였다. 수목의 형성층 전기전항치는 5월, 7월, 9월에 측정하였다. 토양의 탈수소효소 활성은 도심지역에서 낮은 값을 나타내 토양 오염도를 반영하였으며. 엽록소 함량은 동서대로에 식재된 벚나무가 가장 낮았다. 은행나무의 질산환원효소 활성은 다른 수종보다 높았으며 도심지역에서 높은 활성을 나타냈다. 또한 항산화효소인 SOD 활성은 도심에서 낮았다. 동서대로의 벚나무는 형성층 전기저항치가 지속적으로 상승하여 활력을 상실하였음을 보여주었다. 형성층 전기저항치는 질산환원효소($r^2$=-0.566) 및 SOD활성($r^2$=0.579)과 상관을 보임으로써 수목의 건강도 및 생리적 건강 상태를 진단하는데 유용할 것으로 판단되었다.
무의 재배시 사용되는 질소비료의 형태, 시비량, 제초제농도가 무의 부위별 질산태질소의 함량, 질산 환원효소 활성 및 생육에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 질산태 질소비료가 암모니아태 질소비료 보다 무의 생육에 더 효과적이었으며, 질산태질소의 함량의 경우 무의 엽병과 엽에서는 파종후 25일경에, 뿌리에서는 32일${\sim}$39일 사이에서 높게 나타났다. 2. 또한 무의 부위별 질산태질소 함량은 엽병, 뿌리, 그리고 엽의 순서로, 질산환원효소 활성은 엽병, 엽, 그리고 뿌리순서로 높게 나타났다. 제초제 Alachlor의 농도가 증가함에 따라 무에서의 질산태질소 함량이 증가하는 경향이었으며, 질산환원효소 활성도 같은 경향이었다.
맥류의 한발저항성 반응과 정도 그리고 저항생리적 기작을 구명하기 위하여 발아후 10일된 유묘기(본엽 3매시)에 8일간 단수처리를 하여 질산환원효소와 단백질분해효소의 활성변화 그리고 proline축적을 조사하였던 바 그 결과는 다음과 같다. 1. 전품종의 평균 감소율은 질산환원효소의 활성이 42%이였으며 단백질분해효소의 활성은 73%였으며, 이에 반하여 proline은 대조구에 비하여 단수구가 무려 10배나 증가하였다. 2. 질산환원효소의 활성감소율을 맥종별로 보면 소맥 < 호맥 < 대맥 < 2조대맥ㆍ과맥의 순으로 소맥이 가장 낮았다. 3. 단백질분해효소의 활성감소율을 맥종별로 보면 소맥 < 호맥 < 이조대맥 < 대맥 < 과맥의 순으로 소맥이 높고 과맥이 가장 낮았다. 4. 단수구의 proline의 축적색대량을 맥종별로 보면 소맥 < 대맥 < 호맥 < 과맥 < 이조대맥의 순으로 소맥과 대맥이 높았으며, 대조구에 대한 단수구의 증가비는 호맥(13배) > 소맥ㆍ대맥(11배) > 과맥(9배) > 이조대맥(7배)의 순으로 호맥이 가장 높았다. 5. 한발저항성 과정에서 효소적 및 생리적 대사작용의 관점에서 볼 때 소맥 > 호맥 > 대맥 > 과맥 > 이조대맥의 순으로 한발저항성이 강한 것으로 추정된다.
야외 조건에서 생장한 한국산 들잔디(Zoysia japonica Steud)의 잎, 줄기, 뿌리, 지하경의 관부와 절간에 있어서 질산환원효소 활성도(NRA)와 전분분해효소의 활성도(AA)를 측정하였다. 각 기관에서의 효소 활성도는 4월 중순부터 증가하여 6월의 개화기때 최대값에 도달하였다. 그후 효소 활성도는 급격히 감소하여 겨울철에는 최소에 이르렀다. 이 결과는 잔디의 각 기관에서 NR과 Amylase는 계절적 활성변이를 가진다는 것을 제안한다. NR과 Amylase가 낮은 활성도를 가지는 1986년 7월 31일에 6cm의 높이에서 잔디의 지상부를 예초(cuting)한 결과, 모든 기관에서의 AA와 잎, 줄기에서의 NRA는 2일간의 지연기 후에 급격히 증가하여 7일째에 최대에 이르렀다. 이 값은 대조구의 효소 활성도 보다 약 3배 높았고, 계절적 변이에서의 최대 활성도의 약 90%에 도달하였다. 예초된 잎에서의 조단백질(CP)의 함량은 예초후 7일째 까지 증가하였으나, 건물생산량(DM)과 총가용성 탄수화물(TSC) 함량은 예초후 4,5일 동안 감소하다가 다시 증가하여 7일째에 예초전의 수준에 도달한 후 일정한 값을 유지하였다. 또한 각 기관에서의 NRA와 AA는 예초후 8일째에 정상 수준으로 급감하였다. 이 결과는 완전히 자란 잔디 자체는 NR과 Amylase의 활성에 대한 억제제로서 작용하며, cutting과 같은 외부 성처요인이 개체 수준에서 적용되었을때 손상된 물질을 회복하기 위하여 분자 수준에서 수준에서 효소가 활성화 된다는 것을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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