식물생명공학 연구에 있어서 모델 식물인 Arabidopsis thaliana (애기장대)와 아주 유사한 염생 식물인 salt cress (Thellungiella halophila 또는 Thellungiella parvula)는 고염 스트레스에 대하여 강한 내성을 가지고 있다. 본 연구에서는 고염에 저항성을 가지는 유용유전자를 선별하기 위하여, 200 mM NaCl을 처리한 T. halophila 또는 T. parvula 식물로부터 mRNA를 분리하여 cDNA library를 작성하였다. Full length cDNA library를 Agrobacteria-methods 형질전환 방법에 필요한 binary vector pool을 작성하고 Arabidopsis에 형질전환 시켰다. 형질전환되어진 Arabidopsis를 항생제 Basta 선별을 통하여 형질전환체 pool을 구축하였다(305,400 종자). 이와 같은 방법을 통해 구축 되어진 pool중에서 168,500 종자를 이용하여 고염 스트레스 조건하에서 종자 발아율과 뿌리 생장 촉진되는 현상이 나타나는 내염성 형질전환체를 1차 선별하였다(7,157 개체; 4.24%). 1차 선별된 형질전환체 중에서 1,551개체를 이용하여 2차 선별을 수행하여 내염성 형질전환체 165 개체를 확보하였다(10.6%). 선별된 형질전환체 중 대부분 개체는 고염 스트레스에 대응하여 종자 발아 및 뿌리 생장 모두 야생형보다 촉진된 표현형을 보였다. 그 중 몇 몇의 형질전환체는 야생형에 비하여 특이적인 기관 발달 현상이 나타났다. 예를 들면, 꽃과 줄기의 발달이 야생형과는 다른 표현형을 보이는 형질전환체가 선별되었다. 이렇게 스트레스에 내성을 가지는 형질전환체로부터 유전자 분리 방법을 통하여 해당 유용유전자를 확보할 수가 있다. 본 연구에서는 향후 halopyte 식물체를 이용하여 고염 뿐만 아니라 다양한 환경스트레스(건조, 냉해, 고열, 호르몬 등) 신호전달에 관여하는 유용유전자를 보다 쉽게 확보하는 방법을 제시함으로서, 환경재해극복에 관여하는 신호전달 기작을 보다 쉽게 이해할 수 있을 것으로 사료된다.
We investigated the ecological characteristics of reed populations growing in Korea and tried to select reed populations showing better growth patterns in waste landfill leachate. To examine the growth characteristics, 14 reed populations from various habitats were collected. Four reed populations were from inland reclaimed habitats, 4 reed populations from brackish or salt marsh habitats, and 6 reed populations from fresh water habitats. Total plant biomass after the treatment with landfill leachate showed that Daebudo and Nanjido reed populations had the higher biomass with 3755 g DW/pot and 3305 g DW/pot, respectively. Reed populations being sampled from the higher salinity and landfill habitats had relatively higher total biomass than that of other reed populations. Especially reed populations from landfill habitats showed higher biomass. Reed populations from Songjiho and Daebudo, which were believed to have tolerance to salt stress, also showed good growth patterns. Population from the fresh water habitats exhibited relatively lower tolerance to leachate treatment compared to others. From the results, we could conclude that reed populations from Nanjido and Daebudo with higher biomass and better salt tolerance were able to good candidates for purification of waste landfill leachate.
비피더스 균주가 가지고 있는 여러 생리 활성을 나타내는 부가가치를 부여한 새로운 고기능성 심치 제품을 개발하기 위해 편성 혐기성 미생물인 비피더스균 가운데 산소에 내성이 있는 Bifidobacterium lactis를 선발하여 김치 제조에 적용하였다. 이 균주의 내산성과 내염성을 각각 알아본 결과 pH 30에서는 별다른 영향을 받지 않았으며 pH 2.5에서도 50% 이상의 생존율을 나타내었다. 그리고 NaCl 농도 3.5%에서도 사멸하지 않는 것으로 나타나 일반적인 김치의 pH와 염농도를 고려할 때 김치에 적용 가능한 것으로 판단되었다. 첨가된 Bifidobacterium lactis가 김치 내에서 생존함을 확인하기 위해서 PCR을 이용하여 확인한 결과 15일 이상 생존하고 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 관능평가의 경우 Bifidobacterium lactis 첨가 김치가 전체적인 기호도에서 균주를 첨가하지 않은 대조군 김치와 유사한 특성을 나타냄으로써 Bifidobacterium lactis를 이용한 고기능성 김치의 제조가 가능할 것으로 판단되었다.
The rice variety, Kwanok, was reared in the water and land beds and transplanted to the reclaimed soil area, having an average salt concentration of 0.39%. Two levels of the moderate and late season cultures with 4 treatments were used. The K and Si contents of the stem part of land bed seedlings were somewhat smaller, but total carbohydrate remarkably larger, the C/N ratio was accordingly greater than water bed seedlings. The rooting ability of land bed seedlings was vigorous markedly in culture solutions, to which added various concentrations of NaCl, The rooting ability of each seedling water not much declined in theculturing solution of up to 9.4mmhos/cm, (0.6%) of salt concentration, but it was drastically declined in the salt concentration over that. It seemed that the critical salt concentration for the rooting rice plant. The land bed seedlings in each salty condition markedly decreased compared with the water bed seeldings in transpiration rate and it showed a stronger drought resistance and contained a large amount of chlorophyll at transplanting stage, and also showed higher stability of chlorophyll at rooting stage in the salt treatment. The number of panicles, panicle weight, number of grains per panicle and ratio of matured grains of the rice plant grown by the land bed seedlings were much greater and 1,000 grain weight was less than from water bed seedlings. The cultural practices with the land bed seedlings increased the rough rice yields by 15% and 11%, respectively, compared with the yields of the moderate and late season cultures by water bed seedlings.
Chang Yeok Moon;Byeong Hee Kang;Woon Ji Kim;Sreeparna Chowdhury;Sehee Kang;Seo Young Shin;Wonho Lee;Hyeon-Seok Lee;Bo-Keun Ha
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.259-259
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2022
Soil salinity is a major factor that reduces crop yields. The amount of soil affected by salinity is about 83 million hectares (FAO 2000), which is increasing due to the effects of climate change. In soybean [Glycine max (L.) Merr.], nutritional properties such as protein, starch, and sucrose content together with biomass and yield tends to reduce due to excessive salt. As a result of QTL mapping using the 169 F2:3 population from the KA-1285 (salt-tolerant) × Daepung (salt-sensitive) in a previous study, two major QTLs (Gm03_39796778 and Gm03_40600088) related to salt tolerance were found on chromosome 3. In this study, the CDS region of the Gmsalt3 gene was analyzed using the ABI 3730x1 DNA Analyzer (Macrogen, Korea). The sequence of Gmsalt3 gene in KA-1285 was compared with Williams 82.a4.vl and PI483463 (Glycine soja). Two transversions were found at exon6 in KA-1285 and PI483463. Currently, whole genome sequencing and variation analysis using the Illumine Novaseq 6000 machine (Illumina, USA) are in progress. The results of this study can provide useful molecular markers for the selection of salt-tolerant soybeans and can be used as basic data for future salt-tolerant gene research.
Arabidopsis nucleoside diphosphate kinase 2 (AtNDPK2) is an upstream signaling molecule that has been shown to induce stress tolerance in plants. In this study, the AtNDPK2 gene, under the control of a stress-inducible SWPA2 promoter, was introduced into the genome of tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) plants. The induction of the transgene expression mediated by methyl viologen (MV) and NaCl treatments were confirmed by RT-PCR and northern blot analysis, respectively. Under salt stress treatment, the transgenic tall fescue plants (SN) exhibited lower level of $H_2O_2$ and lipid peroxidation accumulations than the non-transgenic (NT) plants. The transgenic tall fescue plants also showed higher level of NDPK enzyme activity compared to NT plants. The SN plants were survived at 300 mM NaCl treatment, whereas the NT plants were severely affected. These results indicate that stress-inducible overexpression of AtNDPK2 might efficiently confer the salt stress tolerance in tall fescue plants.
Byeong Hee Kang;Woon Ji Kim;Sreepama Chowdhury;Chang Yeok Moon;Sehee Kang;Bo-Keun Ha
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.261-261
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2022
Cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp] is one of the most important grain legumes that enhance soil fertility and is well-adapted to various abiotic stress. Also, it is cultivated worldwide as a tropical annual crop, and the semi-arid regions are known as the main cowpea-produced regions. However, accumulation of soil salinity induced by low rainfall in these regions is reducing crop yields and quality. In general, plants exposed to soil salinity cause an accumulation of high ion chloride, which leads to the degradation of root and leaf proteins. In this study, we identified candidate genes associated with salinity tolerance through an analysis of differentially expressed genes (DEGs) in four cowpea germplasms with contrasting salinity tolerance. A total of 553,776,035 short reads were obtained using the Illumina Novaseq 6000 platform for RNA-Seq, which were subsequently aligned to the reference genome of cowpea Vunguiculata v1.2. A total of9,806 DEGs were identified between NaCl treatment and control of four cowpea germplasms. Among these DEGs, functions related to salt stress such as calcium transporter and cytochrome-450 family were associated with salt stress. In GO analysis and KEGG analysis, these DEGs were enriched in terms such as the "phosphorylation", ''extracellular region", and "ion binding". These RNA-seq results will improve the understanding of the salt tolerance of cowpea and can be used as useful basic data for molecular breeding technology in the future.
본 연구에서는 간척지와 같은 염류집적 토양에서 재배가 가능한 사료용 벼 품종 개발을 위해 자포니카 우량품종 목양과 내염성 인디카 품종 IR64-Saltol 교배 계통으로부터 기내 선발 방법과 분자마커 분석을 통해 내염성 증진 계통을 선발하였고, 연구결과는 다음과 같다. 1. 목양과 IR64-Saltol 품종에 다양한 농도의 NaCl을 처리하여 신초 길이, 근장 및 생체중의 변화를 분석한 결과, 목양은 IR64-Saltol과 비교하여 50 mM NaCl 농도에서 신초 길이, 근장 및 생체중이 심한 생육 저해를 보였다. 2. 목양과 IR64-Saltol 교배 54계통 224개체를 이용하여 기내 선발 방법을 통해 50 mM NaCl 처리 후 목양 대비 신초 길이, 근장 및 생체중이 양호한 5계통(767883, 767885, 767949, 767986, 767989)을 선발하였다. 3. 내염성 관련 양적형질인 Saltol QTL의 유래를 확인하기 위한 분자마커 분석 결과와 표현형 결과를 비교하여 IR64-Saltol에서 유래된 Saltol QTL이 이입된 계통들은 목양 유래 Saltol QTL이 혼재된 계통들과 비교하여 염 스트레스 시 신초 길이, 근장 및 생체중이 양호함을 확인하였고, 따라서 IR64-Saltol 유래 Saltol QTL의 이입이 내염성을 증진시킨 것으로 판단된다. 4. 내염성 관련 핵심 유전자인 SKC1 발현은 염 처리 후 목양 대비 선발된 5계통 모두에서 높은 발현양을 보이나 목양 유래 QTL이 혼재된 2계통보다 IR64-Saltol QTL만 전이된 3계통에서 보다 높은 발현양을 보였다. 이러한 SKC1의 발현 양상이 선발된 계통들의 내염성에 관여할 것으로 판단된다. 5. 이상의 결과 기내 선발과 분자마커 분석을 통해 선발한 내염성 계통은 간척지와 같은 불량한 환경에서 작물 재배 및 생산이 가능한 내염성 품종 개발의 육종 소재로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Accumulation of excessive salt in Reclaimed coastal tidelands can reduce crop yields, reduce the effectiveness of irrigation, degradation of soil structure, and affect other soil properties. These salts has shown to cause specific ions in the plant over a period of time leads to ion toxicity or ion imbalance and a continuous osmotic phase that prevents water uptake by plants due to osmotic pressure of saline soil solution. This review focuses on the characteristics of salt-affected soils, mechanisms of salt-tolerance plants, desalinization technology, and soil management to maintain sustainable agro-ecosystem in salt-affected soils.
Blackgram (Vigna mungo) is more salt tolerant than mungbean (Vigna radiata). This study was initiated to know whether the accumulation pattern of mineral ions in different plant parts plays a significant role in the differences in salt tolerance between the two Vigna species. Different mineral ions, viz. N, Cl, Na, K, Mg and Ca in different organs of two varieties of each of blackgram- Barimash-l (susceptible one) and Barimash-2 (tolerant one), and mungbean-Barimung-3 (tolerant one) and Barimung-4(susceptible one), were analyzed after growing with 0, 50, 75 and 100 mM NaCl solutions. The two crops showed a decreased but similar pattern of total N accumulation under saline conditions. The tolerant variety of both the crops showed a less reduction in total N than the susceptible one. Leaves showed the maximum while stem the minimum N, irrespective of levels of salinity. C $l^{[-10]}$ and N $a^{+}$ accumulation increased with the increasing salinity levels. Interestingly, similar to a halophyte, the salt tolerant blackgram exhibited conspicuously higher amount of N $a^{+}$ in the shoot than the salt-susceptible mungbean. However, the tolerant varieties showed less amount of N $a^{+}$ than the susceptible one, especially in blackgram. Seeds of both Vigna spp. accumulated the minimum amount of N $a^{+}$ than other plant parts. $K^{+}$ accumulation decreased by salinity in most of the plant parts, except seeds. Blackgram showed larger reduction in K than mungbean. The $Mg^{++}$ increased in leaves, petioles and stem by salinity while decreased in the roots, podshells and seeds in both the crops. Salinity increased $Ca^{++}$ accumulation in all plant-parts except roots of both Vigna spp. Apparently, the leaves of mungbean accumulated higher concentration of $Ca^{++}$ than blackgram. Varietal differences in the accumulation pattern of $K^{+}$, $Mg^{++}$ and $Ca^{++}$ were not clear. It was concluded that blackgram, presumably, possesses a similar salt tolerance mechanism to halophyte, and the pattern of accumulation of mineral ions in blackgram and mungbean was not fully ascribed to the differences in salinity tolerance between the two Vigna species.gna species.ies.s.ies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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