• BMB Reports
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• 제34권4호
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• pp.316-321
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• 2001

Dehydroascorbate (DHA) reductase (DHAR, EC 1.8.5.1) catalyzes the reduction of DHA to reduced ascorbate (AsA) using glutathione (GSH) as the electron donor in order to maintain an appropriate level of ascorbate in plant cells. To analyze the physiological role of DHAR in environmental stress adaptation, we developed transgenic tobacco (Nicotiana tabacum cv. Xanthi) plants that express a human DHAR gene isolated from the human fetal liver cDNA library in the chloroplasts. We also investigated the DHAR activity, levels of ascorbate, and GSH. Two transgenic plants were successfully developed by Agrobacterium-mediated transformation and were confirmed by PCR and Southern blot analysis. DHAR activity and AsA content in mature leaves of transgenic plants were approximately 1.41 and 1.95 times higher than in the non-transgenic (NT) plants, respectively In addition, the content of oxidized glutathione (GSSG) in transgenic plants was approximately 2.95 times higher than in the NT plants. The ratios of AsA to DHA and GSSG to GSH were changed by overexpression of DHAR, as expected, even though the total content of ascorbate and glutathione was not significantly changed. When tobacco leaf discs were subjected to methyl viologen at $5\;{\mu}M$, $T_0$ transgenic plants showed about a 50% reduction in membrane damage compared to the NT plants.

• The Plant Pathology Journal
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• 제17권2호
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• pp.88-93
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• 2001

Oxidative stress is one of the major limiting factor in plant productivity. Reactive oxygens species (ROS) generated during metabolic processes damage cellular functions and consequently lead to disease, senescence and cell death. Plants have evolved an efficient defense system by which the ROS is scavenged by antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX). Attempts to reduce oxidative damages under the stress conditions have included the manipulation of 갠 scavenging enzymes by gene transfer technology. Increased SOD activities of transgenic plants lead to increased resistance against oxidative stresses derived from methyl viologen (MV), and from photooxidative damage caused by high light and low temperature. Transgenic tobacco plants overexpressing APX showed reduced damage following either MV treatment of photooxidative treatment. Overexpression of glutathion reductase (GR) leads to increase in pool of ascorbate and GSH, known as small antioxidant molecules. These results indicate through overexpression of enzymes involved in ROS-scavenging could maintain or improve the plant productivities under environment stress condition. In this study, the rational approaches to develop stress-tolerant plants by gene manipulation of antioxidant enzymes will be introduced to provide solutions for the global food and environmental problems in the $21^\textrm{st}$ century.

• 한국토양비료학회지
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• 제32권2호
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• pp.164-170
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• 1999

대두에서 한발과 담수와 같은 수분스트레스시 항산화제의 함량변화와 항산화 효소의 활성도 턴화를 확인한 결과는 다음과 같다. 대두에서 한발과 담수 수분스트레스 처리시 두 품종모두 수분 함량과 가용성 단백질 함량이 감소하는 미성숙 노화를 나타내었으며 스트레스의 회복시는 회복되었다. 수분스트레스시 APOX, GR의 효소활성은 감소하였고, 스트레스의 회복시 효소활성이 회복되었다. MDHAR 효소 활성은 기간별 처리시 품종별 차이는 있었지만 증가하는 경향을 나타내었고, 회복기를 주었을 때 조금 감소하였지만 일정수준을 유지하였다. DHAR의 효소활성은 기간별 처리시와 회복시 모두 증가하는 경향을 나타내었다. 3일간의 회복기를 주었을 때 효소활성변화는 스트레스시의 결과와 비슷하였으나, 처리기간별 수분 스트레스시 은하콩의 경우 MDHAR과 DHAR의 효소활성이 모두 증가하였다. 아스코브산의 함량온수분 스트레스 처리 기간별과 수분 스트레스 회복시 모두 MDHAR과 DHAR의 효소활성과 상호관련이 높았고, 환원형 글루타치온의 함량은 수분 스트레스 처리 기간별에서는 GR의 활성과 관련이 없었으나 수분 스트레스 회복기를 주었을 때 상호관련이 높게 나타났다.

• 한국산림과학회지
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• 제96권1호
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• pp.14-20
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• 2007

구상나무의 스트레스 적응능력을 보여주는 항산화효소활성, 건전개체와 쇠약한 개체의 토양의 물리화학적 특성을 알아보기 위하여 윗세오름, 영실 그리고 성판악(진달래밭)지역의 건전개체와 쇠퇴개체를 조사 분석하였다. 항산화효소활성으로는 Ascorbate peroxidase(APX)와 Glutathione Reductase(GR)를, 토양특성으로는 토성, pH, 유기물함량, 전 질소함량, 유효인산, 양이온치환용량, 양이온의 함량을 분석하였고, 구상나무 잎을 채취하여 식물체의 양분함량을 분석하였다. APX, GR 효소 활성에 있어서 건전개체와 쇠약한 개체 사이에는 큰 차이가 없었으나, 계절적으로 6월과 8월에 비해 9월의 항산화효소 활성도가 낮게 나타났다. 토양분석 결과 유기물함량, 전질소, 유효인산, 양이온치환용량, 양이온 함량이 건전개체가 있는 곳에 비해 쇠약한 개체가 있는 곳의 토양이 낮게 나타났다.

• Plant Biotechnology Reports
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• 제5권4호
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• pp.353-365
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• 2011

The present study investigates the possible regulatory role of exogenous nitric oxide (NO) in antioxidant defense and methylglyoxal (MG) detoxification systems of wheat seedlings exposed to salt stress (150 and 300 mM NaCl, 4 days). Seedlings were pre-treated for 24 h with 1 mM sodium nitroprusside, a NO donor, and then subjected to salt stress. The ascorbate (AsA) content decreased significantly with increased salt stress. The amount of reduced glutathione (GSH) and glutathione disulfide (GSSG) and the GSH/GSSG ratio increased with an increase in the level of salt stress. The glutathione S-transferase (GST) activity increased significantly with severe salt stress (300 mM). The ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), dehydroascorbate reductase (DHAR), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPX) activities did not show significant changes in response to salt stress. The glutathione reductase (GR), glyoxalase I (Gly I), and glyoxalase II (Gly II) activities decreased upon the imposition of salt stress, especially at 300 mM NaCl, with a concomitant increase in the $H_2O_2$ and lipid peroxidation levels. Exogenous NO pretreatment of the seedlings had little influence on the nonenzymatic and enzymatic components compared to the seedlings of the untreated control. Further investigation revealed that NO pre-treatment had a synergistic effect; that is, the pre-treatment increased the AsA and GSH content and the GSH/GSSG ratio, as well as the activities of MDHAR, DHAR, GR, GST, GPX, Gly I, and Gly II in most of the seedlings subjected to salt stress. These results suggest that the exogenous application of NO rendered the plants more tolerant to salinity-induced oxidative damage by enhancing their antioxidant defense and MG detoxification systems.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제43권2호
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• pp.223-230
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• 2016

아스코르빈산(ascorbic acid, AsA)는 강력한 항산화 물질 및 환원제로서 식물에서 산화형 AsA인 dehydroascorbate(DHA)를 활성형인 환원형 AsA로 변환시키는 효소인 dehydroascorbate reductase (DHAR)에 의해 생성된다. 선행연구의 결과로서, 본 연구팀은 참깨의 모상근에서 분리한 DHAR 유전자를 이용하여 항시 발현하는 CaMV 35S 프로모터와 괴경 특이적으로 발현하는 patatin 프로모터의 조절하에 과발현 시킨 형질전환 감자를 개발하였다. 형질전환 감자 식물체들은 비형질전환체 보다 증가된 DHAR 활성과 AsA 함량을 보인 바 있다. 본 연구에서는 단백질체 분석을 통해서 형질전환 감자 식물체에서 DHAR 과발현에 의해 조절되는 단백질들을 조사하였다. 단백질체 분석의 결과로서, 형질전환 감자에서 도입된 DHAR 단백질과 다양한 항산화 관련 단백질들이 식물 생장시기 동안 증가 하였다. 본 연구의 결과로서, 도입된 유전자인 DHAR이 항산화 단백질들의 발현 증가를 통해 형질전환 식물체의 스트레스 내성 기작을 향상 시킬 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국자원식물학회:학술대회논문집
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• 한국자원식물학회 2010년도 정기총회 및 추계학술발표회
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• pp.14-14
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• 2010

Vitamin C (ascorbic acid) is an essential component for collagen biosynthesis and also for the proper functioning of the cardiovascular system in humans. Unlike most of the animals, humans lack the ability to synthesize ascorbic acid on their own due to a mutation in the gene encoding the last enzyme of ascorbate biosynthesis. As a result, vitamin C must be obtained from dietary sources like plants. In this study, we have developed two different kinds of transgenic potato plants (Solanumtuberosum L. cv. Taedong Valley) overexpressing strawberry GalUR and mouse GLoase gene under the control of CaMV 35S promoter with increased ascorbic acid levels. Integration of the these genes in the plant genome was confirmed by PCR and Southern blotting. Ascorbic acid(AsA) levels in transgenic tubers were determined by high-performance liquid chromatography(HPLC). The over-expression of these genes resulted in 2-4 folds increase in AsA intransgenic potato and the levels of AsA were positively correlated with increased geneactivity. The transgenic lines with enhanced vitamin C content showed enhanced tolerance to abiotic stresses induced by methyl viologen(MV), NaCl or mannitol as compared to untransformed control plants. The leaf disc senescence assay showed better tolerance in transgenic lines by retaining higher chlorophyll as compared to the untransformed control plants. Present study demonstrated that the over-expression of these gene enhanced the level of AsA in potato tubers and these transgenics performed better under different abiotic stresses as compared to untransformed control. We have also investigated the mechanism of the abiotic stress tolerance upon enhancing the level of the ascorbate in transgenic potato. The transgenic potato plants overexpressing GalUR gene with enhanced accumulation of ascorbate were investigated to analyze the antioxidants activity of enzymes involved in the ascorbate-glutathione cycle and their tolerance mechanism against different abiotic stresses under invitro conditions. Transformed potato tubers subjected to various abiotic stresses induced by methyl viologen, sodium chloride and zinc chloride showed significant increase in the activities of superoxide dismutase(SOD, EC 1.15.1.1), catalase, enzymes of ascorbate-glutathione cycle enzymes such as ascorbate peroxidase(APX, EC 1.11.1.11), dehydroascorbate reductase(DHAR, EC 1.8.5.1), and glutathione reductase(GR, EC 1.8.1.7) as well as the levels of ascorbate, GSH and proline when compared to the untransformed tubers. The increased enzyme activities correlated with their mRNA transcript accumulation in the stressed transgenic tubers. Pronounced differences in redox status were also observed in stressed transgenic potato tubers that showed more tolerance to abiotic stresses when compared to untransformed tubers. From the present study, it is evident that improved to lerance against abiotic stresses in transgenic tubers is due to the increased activity of enzymes involved in the antioxidant system together with enhanced ascorbate accumulated in transformed tubers when compared to untransformed tubers. At moment we also investigating the role of enhanced reduced glutathione level for the maintenance of the methylglyoxal level as it is evident that methylglyoxal is a potent cytotoxic compound produced under the abiotic stress and the maintenance of the methylglyoxal level is important to survive the plant under stress conditions.

• 생명과학회지
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• 제18권12호
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• pp.1705-1711
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• 2008

상추식물에서 저온 처리를 하였을 때 저온 적응성 획득 메카니즘과 관련된 APX와 DHAR의 활성도와 mRNA 발현 수준 등과의 관련성을 조사한 결과는 다음과 같다. 잎 조직내 과산화수소의 함량은 일정하게 증가하다가 $20^{\circ}C$에서 저온처리를 회복시키면 그 함량이 정상상태로 회복하는 경향을 보였으나 단백질의 함량은 반대의 경향을 나타내었다. 엽록소의 함량은 저온스트레스를 처리할 경우 엽록소 a와 b 및 총 엽록소의 함량이 점차 감소하는 경향을 보였으며 저온스트레스 회복 시 다시 증가하는 경향을 보였으나 카로티노이드 함량의 변화는 거의 일어나지 않고 일정한 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 총 엽록소에 대한 엽록소a의 비율은 저온처리 12시간까지는 증가하다가 24시간 이후 급격하게 감소하게 되고 저온스트레스를 회복시켰을 때 정상 수준으로 회복되는 경향을 나타내었다. APX와 DHAR의 활성도는 저온 처리가 진행됨에 따라 상추의 잎 조직 내에서 급격하게 증가하는 경향을 보이고 있으나 적온으로 회복시키면 정상 수준으로 유지되었다. 저온처리 시간이 경과함에 따라 APX와 DHAR의 mRNA의 발현 수준이 크게 증가하는 경향을 보였다가 원래 수준으로 회복되었다. APX의 활성도와 과산화수소의 함량과의 상관관계는 상추의 잎 조직 내 과산화수소의 함량이 증가하면 APX의 활성도가 증가하는 경향 ($R^2$=0.8715)을 보였으며, DHAR의 활성도와 과산화수소의 함량도 동일한 경향으로 증가($R^2$=0.8643)하였다. 그러나 과산화수소의 생성량이 증가함에 따라 엽록소의 함량과 단백질의 함량은 저온 스트레스처리로 과산화수소의 생성량이 증가하면 엽록소의 함량($R^2$=0.5021)과 수용성단백질의 함량과는 감소하는 경향($R^2$=0.8915)을 보였다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제42권3호
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• pp.246-251
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• 1999

대두에서 수분스트레스시의 생화학적 변화를 확인하기 위하여 수분의 부족과 담수시의 항산화효소의 활성도 변화를 조사한 결과는 다음과 같다. Ascorbate peroxidase(APOX)의 활성은 수분부족 처리시에 은하콩에서는 4일째 까지는 완만한 증가를 보이다가 그 이후에는 급격히 감소하였고, 큰올콩에서는 완만한 감소를 보였다. 담수처리시 은하콩이 2일째까지 활성이 50%이상 증가하다가 점차 감소하는 경향이었다. 수분부족 처리시에 glutathione reductase 활성은 은하콩과 큰올콩 모두 급격한 감소를 보였으며, 처리후 5일째에 90%이상 감소하였고, 담수처리시에는 초기 4일(日)까지 계속적인 감소를 보이다가 그 이후에는 일정한 수준을 유지하였다. Dehy-drascorbate reductase 활성은 두품종 공히 4일(日) 이후에 급격하게 감소하는 경향이었으나 담수처리시 은하콩에서 2일째에 70%이상 증가하다가 그 이후에는 거의 일정(一定)한 수준을 유지하였다. Monodehydroascorbate reductase 활성은 은하콩의 경우는 4일째와 2일째에 각각 급격한 감소를 보이다가 그 이후에는 거의 일정하게 유지되었으며, 큰올콩은 수분부족 처리시에 완만한 감소를 보이나 담수처리시에는 활성변화가 거의 없었다. 아스코브산과 환원형 글루타치온의 함량은 수분부족 처리시 대조구에 비해 두 품종 모두 감소하였고, 담수 처리시는 4일째까지는 담수처리가 수분부족 처리보다 더 크게 감소하다가 그 이후에는 회복되었다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.235-235
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• 2017

Chromium (Cr) toxicity is hazardous to the seed germination, growth, and development of plants. ${\gamma}$-Aminobutyric acid (GABA) is a non-protein amino acid and is involved in stress tolerance in plants. To investigate the effects of GABA in alleviating Cr toxicity, we treated eight-d-old mustard (Brassica juncea L.) seedlings with Cr (0.15 mM and 0.3 mM $K_2CrO_4$, 5 days) alone and in combination with GABA ($125{\mu}M$) in a semi-hydroponic medium. The roots and shoots of the seedlings accumulated Cr in a dose-dependent manner, which led to an increase in oxidative damage [lipid peroxidation; hydrogen peroxide ($H_2O_2$) content; superoxide ($O{_2}^{{\cdot}-}$) generation; lipoxygenase (LOX) activity], MG content, and disrupted antioxidant defense and glyoxalase systems. Chromium stress also reduced growth, leaf relative water content (RWC), and chlorophyll (chl) content but increased phytochelatin (PC) and proline (Pro) content. Furthermore, supplementing the Cr-treated seedlings with GABA reduced Cr uptake and upregulated the non-enzymatic antioxidants (ascorbate, AsA; glutathione, GSH) and the activities of the enzymatic antioxidants including ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), dehydroascorbate reductase (DHAR), glutathione reductase (GR), glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glyoxalase I (Gly I), and glyoxalase II (Gly II), and finally reduced oxidative damage. Adding GABA also increased leaf RWC and chl content, decreased Pro and PC content, and restored plant growth. These findings shed light on the effect of GABA in improving the physiological mechanisms of mustard seedlings in response to Cr stress.