지방 저장 종자의 발아 시 저장 지방의 유동은 떡잎이 스스로 광합성을 하기 전까지 탄소 에너지원을 공급하기 위한 핵심적인 대사과정이다. 본 연구에서는 오이 종자의 발아와 유식물의 발달 및 노쇠화 과정의 떡잎에서 식물성 카니틴의 검출과 변화를 처음으로 보고하고자 한다. 또한 오이 떡잎의 전 발달과정에서 불포화 지방산의 변화를 조사하였다. 카니틴은 오이 종자의 파종 후 3일째 떡잎에서 14.5 nM 수준으로 최고조에 달하며, 4일째에는 그 절반 수준인 7.2 nM 수준으로 급격하게 감소하였다. 이후 이어지는 3일 동안 7일째까지 카니틴은 ~3.0 nM 수준을 유지하였다. 같은 시기 불포화 지방산의 함량은 카니틴이 최고조에 달하는 파종 후 3일째 급격히 떨어지고, 5일째 저장 지방은 완전히 고갈되는 것으로 보인다. 파종 9일째부터 카니틴은 검출되지 않았으나 떡잎이 절반 노랗게 변한 노쇠화 중기의 떡잎에서 6.8 nM 수준으로 검출되었는데, 이 검출량은 오이 종자의 파종 후 저장 지방이 고갈되어가는 4일째 떡잎에서 검출된 카니틴의 양과 비슷한 수준이다. 파종 5일 이후 광합성 기능을 완전히 확보한 녹색 떡잎에서 불포화 지방산은 일정한 수준을 유지하며, 노쇠화 단계에 접어든 떡잎에서는 세포의 내막 구조물들이 파괴되며 또다시 불포화 지방산의 함량이 다소 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 카니틴과 불포화 지방산의 검출과 변화의 관찰은 오이 떡잎의 발달과정에서 밝혀진 최초의 발견이다. 이것은 오이 종자의 발아와 떡잎의 발달과정에 카니틴 대사와 관련 BOU 유전자 발현이 밀접하게 공조함을 확인한 것이다. 또한 오이 종자의 발아과정에 에너지를 공급하기 위한 글라이옥실산 회로와 더불어 부가적인 탄소원 이동의 경로의 가능성을 뒷받침한다.
완두 자엽세포에 대한 저장단백질 과립의 발달은 단백질 저장 액포의 가장자리에 축적된 단백질의 fragmentation에 의해서 이루어지는 것으로 알려져 왔다. 그러나 최근 이 외에도 terminal dilation, transformation, denovo development등의 독립적인 과정이 각각 다른 시기에 관찰되므로서 단백과립의 발달은 이러한 여러 과정이 모두 나타나는 복합과정임이 알려졌다. 이러한 과정과는 별도로 종자발달의 이른시기에 소포체 내강에 축적되는 저장단백질과 여기서 발달하는 단백과립에 대하여 규명하고자 발달중인 종자의 자엽으로부터 단일 세포를 얻어서 면역세포 화학적 반응을 실시하였다. 그 결과 종자발달의 이른 시기에는 legumin이, 중간시기 이후 에는 vicilin이 축적되므로서 단백질이 축적된 소포체가 단백과립으로 발달하는 것으로 나타났다 소포체 내강에 존재하는 단백질인 $\alpha-Tip$은 비교적 늦은시기에, toneplast membrane protein인 PPase는 이른시기에 각각 면역 세포화학적 반응이 관찰되었다.
We investigated expression of cucumber senescence-associated genes (SAGs) from developing cotyledons and flower petals. Several cucumber SAGs have been reported in earlier reports. This is an extension of the previous findings. Semi-quantitative RT-PCR revealed that most of the cucumber SAG transcripts were consistently produced until the organ senescence. These results imply that many cucumber senescence-related genes are still active during the final development stage, playing some executive biological roles, possibly in remobilization of nutrients to the other parts of tissues or organs. These results were used to search for possible functions of senescence-related genes during organ development.
To find out the relationship between pod development and cytokinin contents during reproductive stage of peanut, the cytokinin contents, trans-zeatin ribo-side (t-ZR) and dihydrozeatin riboside (diZR), were investigated at 0, 7, 14, 21 and 28 days after flowering (DAF). The amounts of t-ZR and diZR in cotyledon and first branch among primary branches were 3, 448 pmol/g (FW) and 4, 824 p/g (FW), respectively, which were higher than those of other branches. The t-ZR and diZR contents of lower parts on the branch from cotyledon node at 7 DAF were 579 pmol/g (FW) and 2, 028 pmol/g (FW), respectively, which were higher than those of upper parts. The cytokinin contents of reproductive organs as flowering progressed were increased at 0 and 14 DAF on branch and position of node. The cytokinin contents of upper part with pruning the lower part on the branch from cotyledon node were high 112-337% at 7 DAF and 14 DAF compared with those of the control. In case of remove the upper part of the first internode on main axis, t-ZR contents was 4.7 times higher than diZR contents at 7 DAF. The pod setting rate of flower and position on the branch from cotyledon node was closely related to the cytokinin contents during floral reproductive stage.
본 연구는 발달중인 오이 떡잎에 식물호르몬을 처리하여 나타나는 노쇠화 관련 유전자들(SAG)의 유전자 발현 반응을 탐구하기 위하여 수행되었다. 따라서 선별된 오이의 노쇠화 관련 유전자들에 대하여 그들의 유전자 발현 반응을 특정하기 위하여 역전사-중합효소연쇄반응(RT-PCR)을 통하여 조사되었다. 파종 후 14일 된 오이의 떡잎을 절취한 후 100 μM IAA또는 zeatin 용액 위에 두고 빛이 있거나 없는 조건에서 4일 째 까지 처리하였다. 떡잎은 2일 간격으로 회수하여 총RNA추출과 RT-PCR의 시료로 사용하였다. RT-PCR 결과에 따르면 몇몇 오이의 SAG 전사체들은 처리기간 동안에 상당한 변화를 나타냈다. 에틸렌 반응 실험에서는 처리 1일 후 반응을 나타낸 PCK, SAG 158과 SAG 288을 제외한 대부분의 오이 SAGs는 즉각 반응을 보이지 않았으나 ICL과 SAG 281은 10일 처리 후 노란 떡잎에서 강한 반응을 나타냈다. 이러한 결과들은 몇몇 오이의 SAGs가 외부적 자극에 대하여 영양 결핍이나 노쇠화 반응을 나타냄을 의미한다. 떡잎의 발달 동안에 이와 같은 노쇠화 유도 반응은 기관의 노쇠화에서 SAGs의 대사적 역할과 기능을 이해 할 수 있는 정보를 제공한다.
한국식물학회 1993년도 제7회 식물생명공학 심포지움 식물 세포 분화의 분자적 접근 Seventh Symposium on Plant Biotechnology -Approach to Plant Cell Differentiation-
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pp.1-36
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1993
It is possible to regenerate plants from calli, single cells and protoplasts of numerous species via organogenasis or embryogenesis in cell and tissue culture systems. Also such regeneration of plants can directly occur from cells of explants. However certain plant species has not been yet provided cultures suitable for plant regeneration from cells or tissues. For example, we have to confirm the regenerability of plant from cells before preparing transformed cells for application. Even more, it is very important to notice that regenerated plants in cell and tissue cultures often show structural abnormality. The mojority of those plants is functionally disordered and eventually cases degenerated. One of such examples is vitreous plants which are manifested mainly in the leaves and manifesteds to a lesser extent in the stems and roots. Regenerants in suspension cultures show more frequent vitrification than on gelled media so that relative humidity and water potential are the key factors involved in abnormal morphogenesis in vitro. The other is that somatic embryos formed in media containing BAP or high concentration of sucrose show frequently cotyledon aberrancy such as polycotyledon and born type cotyledon. The embryos with aberrant cotyledon of Codonopsis lanceolata could not germinate or regenerate into plants in many cases. In contrast, the polycotyledon embryos of Aralia cordata germinated in higher percentage than two cotyledonary embryos, but horn type cotyledonary embryos rarely germinated. The major cause of poor germination is the abnormal development of plumule apex meristem.
고품질 녹색자엽 검정콩 신품종 육성 연구의 일환으로 녹색자엽의 유전자원별 녹색의 정도를 평가할 수 있는 엽록소 함량 및 조성과 이들의 유전양상을 검토하고, 유전적 배경을 달리한 녹색자엽 자원을 활용한 녹색자엽 검정콩의 선발 효율을 검토한 결과를 요약하면 아래와 같다. 1. 유전적 배경이 상이한 녹색자엽 자원을 검정콩 육종프로그램에 도입코자 실시한 특성조사 결과 핵유전 녹색자엽 유전자 d1d2를 보유한 자원은 세포질 유전 녹색자엽 유전자 cytG를 보유한 자원보다 총 엽록소의 함량이 매우 높은 경향이었고, 조성에서는 d1d2 보유 자원은 엽록소 a의 함량이 엽록소 b보다 2배 이상 높고, cytG 보유 유전자원은 엽록소 b의 함량이 엽록소 a 함량 보다 높은 경향이었다. 2. 핵유전 녹색자엽 유전자(d1d2)는 당대의 종실에서 발현되어 $F_1$ 세대의 $F_2$ 종실에서부터 선발이 가능하며, 2개의 열성유전자에 지배를 받는다. 3. 녹색 종피의 핵유전 녹색자엽(d1d2)과 황색자엽 검정콩(D1D2)의 교배후대에서 검정색 종피에 녹색자엽 종자를 가진 개체는 모본의 유전적 배경에 따라 조금은 다르지만 $F_2$ 전체 개체 중 3% 미만의 낮은 비율로 나타나, 향후 핵유전 녹색자엽 검정콩 신품종 육성효율 증진을 위해서는 핵유전 녹색자엽 검정콩 중간모본 개발과 선발방법 개선이 필요할 것으로 판단된다.
콩[Glycine max (L. ) Merrill] 종자내 저장양분의 전류에 대한 기초자료를 얻기 위하여, 콩 품종 '힐콩', '팔달콩', 및 '장엽콩' 의 발아와 초기 유묘발달단계 동안 유묘의 각 기관별 건물중의 변화를 고려대학교 자연자원대학 부속농장에서 5월 26일, 6월 5일, 및 6월 14일에 각각 조사하였다. 콩 세품종의 평균 생체중, 평균 건물중 및 평균 수분함량은 자엽부위를 제외한 유묘의 모든 기관에서 V2단계까지 증가하였다. 자엽의 평균 건물중은 V2단계까지 계속 감소하였으며, 발아단계시 자엽 건물중의 약80%가 감소되었다. 발아단계에서 자엽의 구조성분은 자엽 건물중의 약22.2%였다. 자엽의 대사성분은 V2단계까지 급격히 감소하였으며, 발아단계시 자엽 대사성분의 약 91%가 이용되었다. 그러나 전체 유묘의 대사성분은 V1단계 이후에 증가하였음을 보였다. 따라서 종자의 발아와 유묘발달을 위하여 종자내 저장양분의 이동 및 탄소동화작용에 의한 양분 공급자로서 자엽의 역할은 특히, V1단계까지 중요한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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