• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권4호
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• pp.262-273
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• 2020

본 연구에서 사용한 바이오폴리머 (biopolymer)는 친환경 제방 건설 소재로 연구 되고 있다. 이러한 바이오폴리머를 토양에 혼합할 경우 이온결합 및 수소결합을 통해 토양의 강도 증진 효과가 잘 알려져 있지만 바이오폴리머와 혼합된 토양이 식물에 미치는 영향은 자세히 알려져 있지 않다. 본 연구는 Zn 과잉 스트레스 조건에서 바이오폴리머의 토양 혼합이 Camelina sativa L. (Camelina)에 미치는 영향을 분석 하였다. Camelina의 생장실험을 기반으로, Zn 과잉 스트레스에 대한 최적의 바이오폴리머 혼합 비율은 0.5%로 결정하여 연구를 진행하였다. Zn 과잉 스트레스 하에서, BG 또는 XG 혼합구의 Camelina는 바이오폴리머 비혼합구에 비해 높은 생장을 보였으며, Zn 과잉 스트레스 피해 지표인 Malondialdehyde (MDA) 함량과 전해질유출도의 감소를 나타냈다. 바이오폴리머의 Zn 결합능을 DTZ (1,5-diphenylthiocarbazone)을 이용하여 분석한 결과, BG 또는 XG 모두 명확한 Zn 흡착 반응을 보였다. DTZ 염색 및 ICP-OES 분석에서, Zn 과잉 스트레스에 의한 Camelina의 Zn 흡수량이 BG 또는 XG 혼합에 의해 현저히 감소함을 확인하였다. 그리고, BG 또는 XG의 혼합은 Camelina의 중금속 수송체 Heavy metal ATPase (HMA)의 발현을 유도하지 않았으며, 야생형 (wildtype, WT)보다 CsHMA3가 과발현 된 Camelina에서 BG 또는 XG 혼합구와 유사한 수준의 Zn 과잉 스트레스 저감 효과를 확인하였다. 결론적으로, 바이오폴리머의 토양 혼합은 바이오폴리머와 Zn 사이의 결합에 의해 Camelina에 과도한 Zn 이온이 흡수되는 것을 방지하여 Zn 독성 피해를 감소시키는 것으로 확인되었다. 더 나아가 바이오폴리머의 토양혼합은 제방강화뿐만 아니라 중금속으로 오염된 토양에서 식물 생존에 긍정적으로 작용할 것이라 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제8권3호
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• pp.135-142
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• 2021

친환경 제방 건설 소재로 연구되고 있는 바이오폴리머는 토양의 강도 증진 효과가 알려져 있으나, 아직 식생에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하다. 본 연구에서는 토양의 aluminum (Al) 스트레스 조건에서 잔탄검 (xanthan gum) 혼합에 따른 Camelina sativa L. (Camelina)의 뿌리 생장을 분석하였다. Al 스트레스 조건과 더불어 xanthan gum 0.05% 혼합구에서 생육한 Camelina가 비혼합구보다 뿌리 생장이 증가하였다. 같은 조건에서 aluminum activated malate transporter 1 (ALMT1) 유전자 발현이 xanthan gum 혼합구 및 비혼합구에서 모두 유도되었지만, xanthan gum 혼합구가 비혼합구보다 낮은 수준의 발현을 보여주었다. 추가적으로 용액에서 xanthan gum과 Al 이온의 결합을 확인하였으며, morin 염색과 ICP-OES 분석을 통해 Camelina 뿌리의 Al 함량을 측정한 결과 xanthan gum 혼합구에서 비혼합구 보다 뿌리의 Al 함량이 낮았다. 이러한 결과들은 xanthan gum과 Al 결합으로 인해 뿌리의 피해를 감소시키고 궁극적으로 식물의 생존 및 생육에 긍정적 효과를 미치는 것으로 보인다.

• 농업과학연구
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• 제40권3호
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• pp.177-182
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• 2013

A genus Camelina has been attracted as a promising oil crop, especially available in drought and marginal conditions. Due to more demands on arable land for bioenergy crops, price of agricultural products has been a challengeable issue. In that respect, development of Camelina crop with higher germination rate and germination energy can be a strategy to secure seedling establishment, nutrient uptake and long vegetative period. In order to be easily available in the field and laboratory conditions, Camelina seed needs to be optimized for its germination temperature. Germination temperature regime was in a range of 8 to $32^{\circ}C$ initially, and consecutively narrowed down to 8 to $20^{\circ}C$. Based on the temperature range, Camelina germinated greater than 96% at $8-16^{\circ}C$ in two weeks after sowing, but germination rate started to decrease at the higher than $24^{\circ}C$ and was significantly low at higher than $32^{\circ}C$. In terms of rapid time to reach the maximum germination rate and greater germination energy, temperature ranged from 12 to $16^{\circ}C$ was found to be desirable for Camelina germination. Although germinationa rate was greater at $16^{\circ}C$, lower temperature close to $12^{\circ}C$ would be favored for the field conditions where greater root growth leading to healthier seedlings and better nutrient or water availability is considerably demanded.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제5권3호
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• pp.163-173
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• 2018

본 연구에서 사용된 바이오폴리머는 미생물로부터 추출한 ${\beta}$-glucan 및 xanthan gum 이 주성분인 친환경 신소재이며, 토양에 처리하면 강도 증진을 통한 제방의 침식 및 유실 감소뿐만 아니라 토양 내 수분보유력을 증가시키는 것으로 보고되어 있다. 그러나 바이오폴리머가 제방에 적용되었을 때 주변 식생에 미치는 영향에 대한 연구는 미흡한 상황이다. 본 연구는 가뭄 조건에서 토양 내 바이오폴리머 혼합 유무에 따라 Camelina sativa L. (Camelina)의 생육에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 각각 0, 0.25, 0.5, 1%의 바이오폴리머가 혼합된 토양에서 발아로부터 25일간 가뭄 처리 후 표현형을 관찰한 결과, 혼합된 바이오폴리머 농도가 높을수록 가뭄 피해가 감소하였다. 특히 25일 동안의 가뭄 처리된 0.5% 바이오폴리머 혼합구에서 신장, 엽장, 엽폭이 대조구 보다 각각 약 30, 70, 170% 증가하였다. 이후 재급수를 통한 바이오폴리머 혼합구의 회복률 또한 약 80% 높게 나타났다. 식물의 근권 발달을 보기 위해 20일 동안 가뭄을 처리하였으며, 대조구에 비해 바이오폴리머 혼합구에서 측근 형성 및 발달이 약 40% 감소한 것을 확인하였다. Camelina에 가뭄 처리하여 기공전도도, 전해질 유출도, 상대적 수분함량 등 생리적 반응을 조사한 결과, 바이오폴리머의 혼합이 가뭄으로 인한 피해를 각각 약 50, 70, 50% 감소시켰다. 바이오폴리머가 가뭄 조건 하에서 식물의 생장에 미치는 영향을 분자수준에서 알아보기 위해 Reverse Transcription- Polymerase Chain Reaction (RT-PCR)을 통한 유전자 발현양상을 분석하였다. 수분수송 관련 유전자 (aquaporin)인 PIP1;4, 2;1, 2;6 및 TIP1;2, 2;1 발현이 바이오폴리머 혼합구 및 가뭄 처리된 Camelina 잎에서 더 높게 나타났다. 이러한 결과를 종합하였을 때, 바이오폴리머는 가뭄 조건에서 토양 내 수분보유력을 유지시킴으로써 Camelina의 양 수분의 흡수 및 생육에 긍정적인 영향을 주는 것으로 보인다.

• 한국작물학회지
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• 제55권2호
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• pp.151-158
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• 2010

지금까지 양구슬냉이의 유전정보는 거의 연구되지 않았으므로 우리는 양구슬냉이의 잎으로부터 cDNA library를 제작하고 발현유전자의 종류와 기능별 분류를 조사하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. cDNA library에서 1334개 의 클론들을 얻었고 삽입된 단편들의 염기서열의 평균길이는 736bp였다. 우리는 1269개의 high-quality expressed sequence tags (ESTs) 서열을 얻었다. 이러한 EST의 클러스터 분석결과 고유 염기서열(unigene)을 가진 유전자의 수는 851개를 나타냈다. 2. Unigene 476개는 GeneBank에 기능이 알려진 유전자들과 고도의 상동성을 나타내었다. 다른 375개의 unigene들은 기능이 알려지지 않은 것들이었다. 나머지 63개는 NCBI데이터베이스에 어떤 유전자와도 상동성을 보이지 않았고 이러한 유전자들은 아마도 양구슬냉이의 잎에서 발현되는 새로운 유전자일 것으로 보인다. 3. 데이터베이스에서 상동성을 나타낸 EST들을 기능별 주석에 따라서 17개의 카테고리로 분류하였다. 대표적으로 가장 분포도가 높은 카테고리는 결합 기능 또는 보조인자 요구의 단백질(27%), 대사(11%), 세포 소기관 위치(11%), 세포수송과 수송기관 그리고 수송 경로(7%), 에너지(6%), 대사와 단백질 기능의 조절(6%) 등이 있다. 이러한 우리의 연구 결과는 양구슬냉이의 유용한 유전적 자원과 전반적인 mRNA 발현 정보를 제공해 줌으로써 대체 에너지 작물로 떠오르는 양구슬냉이의 다양한 분자적 연구에 기여할 것으로 사료된다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제28권2호
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• pp.178-184
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• 2011

The analysis of reaction kinetics provided that the reaction order was the $1^{st}$ of triglyceride and the rate constant was 0.067 $min^{-1}$. The transesterification of camelina oil using 0.6 wt% mixed catalyst which consists of 40 v/v% of potassium hydroxide (1 wt%) and 60 v/v% of tetra methyl ammonium hydroxide (0.8 wt%), was carried out at $65^{\circ}C$ on the tubular reactor packed with static mixer. The conversion was shown to be 95.5% at the 6:1 molar ratio of methanol to oil, flow rate of feed of 3.0 mL/min and 24 of element of static mixer. The volume of washing water emitted by 0.6 wt% mixed catalyst was the half of the volume emitted by 1 wt% potassium hydroxide.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제41권3호
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• pp.146-158
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• 2014

카멜리나(Camelina sativa)는 십자화과(Brassicaceae)에 속하는 유지작물이다. 카멜리나 종자에는 건물 중의 약 40%에 해당하는 저장 오일을 가지고 있고, 이러한 저장오일은 식품뿐만 아니라 산업재료로 이용이 가능하다. Microsomal delta-12 fatty acid desaturase2 (FAD2) 효소는 oleic acid를 linoleic acid로 전환시키는데, 종자 내 oleic acid의 함량 차이를 보이는 품종들에서 FAD2 유전자의 polymorphism이 보고되었다. 본 연구에서는 카멜리나(Camelina sativa L. 품종 CAME)에 존재하는 3개의 FAD2 유전자를 발달하는 종자로부터 분리하였다. 3개의 카멜리나 FAD2 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열은 카멜리나 품종 Sunesone과 SRS933으로부터 확인된 FAD2 유전자들과 여러 단자엽 및 쌍자엽 식물의 FAD2 유전자들의 염기서열 및 아미노산 서열과 상동성을 비교하였다. FAD2 효소의 활성을 결정짓는다고 알려진 histidine motif (HECGHH, HRRHH 그리고 HVAHH)와 효소 활성에 영향을 주는 SNP (single nucleotide polymorphism) 마커라고 알려진 소수성 아미노산 계열인 valine 혹은 isoleucine이 3 개의 카멜리나 FAD2에서도 잘 보존되어 있음을 확인하였다. 세개의 카멜리나 FAD2 유전자들 중 CsFAD2-1의 경우 카멜리나의 발달하는 조직에서 전반적으로 높은 발현 양상을 보이는 반면 CsFAD2-2와 CsFAD2-3.1은 꽃과 발달하는 종자에서 특이적인 발현을 보였다. 애기장대 fad2-2 돌연변이체에 3개의 카멜리나 FAD2를 각각 도입한 형질전환 식물체의 종자에는 애기장대 fad2-2 돌연변이체 종자대비 oleic acid의 함량이 감소하고, linoleic acid 함량은 증가하는 표현형이 관찰되었다. 이러한 결과는 카멜리나로부터 분리된 3개의 FAD2가 효소로서 활성을 가지고 있다는 것을 의미한다. 더불어 분리된 카멜리나의 FAD2 유전자는 종자 오일 성분이 변화된 유지작물을 개발하는데 응용될 수 있을 것이다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.191-191
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• 2017

Hydroxy fatty acid (HFA) is an important industrial resource that known to be extracted from seeds of Castor or Lesquerella. However, mass production of HFA from those crops are difficult because of their behavior or life cycle. In this study, we applied HFA synthesis related gene FAH12, RcPDAT1, RcLPCAT, RcDGAT2, and RcPDCT on bioenergy crop Camelina sativa. Furthermore, we determined NaCl or cold stress tolerance changes of transgenic Camelina. RcFAH12, RcPDAT1, RcLPCAT, RcDGAT2, and RcPDCT genes were cloned into multigene expression vector which is engineered with seed specific promoter of FAE1 or Napin. Combination of HFA genes multi-expression vector constructs were divided into Set3 (RcFAH12, RcPDAT1-2, RcLPCAT), Set4 (RcFAH12, RcDGAT2, RCPDAT1-2, RcLPCAT), and Set5 (RcFAH12, RcDGAT2, RCPDAT1-2, RcLPCAT, RcPDCT). Transgenic HFA synthesis Camelina plants were generated using agrobacterium-mediated vacuum infiltration system. Results of fatty acid composition of T1 transgenic Camelina seeds analyzed by GC-MS showed 9.5, 9.0, and 13.6 % of HFA contents in Set3#6, Set4#8, and Set5#10, respectively. Therefore, seeds of T2 generation were harvest from Set5#10 which is shown highest HFA contents, and, 17.7, 8.1 and 10.5 % of HFA contents were determined in Set5#10-5, Set5#10-8, and Set#10-10, respectively. However, 7.7% of C18:2 and 22.3 % of C18:3 among unsaturated fatty acids were decreased in Set5#10-5 than WT. Meanwhile, we confirmed abiotic stress responses in T2 transgenic Camelina Set5#10-5 and Set5#10-10 under 0, 100, 150, and 200 mM NaCl or 25, 15, and $10^{\circ}C$ temperature for 5 weeks. Both Set5#10-5 and Set5#10-10 showed lower growth in height than WT in control and NaCl condition. Growth of leaf length and width were similar in WT and Set5#10-10 but lower in Set5#10-5 under NaCl stress. Number of opened flowers showed that both transgenic Camelina were lower than WT under normal condition. But, WT and Set5#10-10 showed similar opened flower number in 100 and 200 mM NaCl. In cold stress, 15 and $10^{\circ}C$ treatment for 5 weeks did not showed significant changes in between WT and both transgenic lines even they showed different growth rate in control condition. Taken together, growth and development are delayed by expression of exogenous HFA related genes in transgenic lines but relative abiotic stress sensitivity is similar with WT. In conclusion, reduced C18:2 or C18:3 fatty acid composition of seed by HFA synthesis is resulted from lack of resource supplement for development at seedling stage but it is not affect NaCl and cold stress tolerance.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.194-194
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• 2017

Camelina (Camelina sativa L.) is a potential bio-energy crop that has short life cycle about 90 days and contains high amount of unsaturated fatty acid which is adequate to bio-diesel production. Enhancing environmental stress tolerance is a main issue to increase not only crop productivity but also big mass production. CsRCI2s (Rare Cold Inducible 2) are cold and salt stress related protein that localized at plasma membrane (PM) and assume to be membrane potential regulation factor. These proteins can be divide into C-terminal tail (CsRCI2D/E/F/G) or no-tail group (CsRCI2A/B/C/H). However, function of CsRCI2s are less understood. In this study, physiological responses and functional characterization of CsRCI2s of Camelina under salt stress were analyzed. Full-length CsRCI2s (A/B/E/F) and CsPIP2;1 sequences were confirmed from Camelina genome browser. Physiological investigations were carried out using one- or four-week-old Camelina under NaCl stress with dose and time dependent manner. Transcriptional changes of CsRCI2A/B/E/F and CsPIP2;1 were determined using qRT-PCR in one-week-old Camelina seedlings treated with NaCl. Translational changes of CsRCI2E and CsPIP2;1 were confirmed with western-blot using the antibodies. Water transport activity and membrane potential measurement were observed by cRNA injected Xenopus laevis oocyte. As results, root growth rate and physiological parameters such as stomatal conductance, chlorophyll fluorescence, and electrolyte leakage showed significant inhibition in 100 and 150 mM NaCl. Transcriptional level of CsPIP2;1 did not changed but CsRCI2s were significantly increased by NaCl concentration, however, no-tail type CsRCI2A and CsRCI2B increased earlier than tail type CsRCI2E and CsRCI2F. Translational changes of CsPIP2;1 was constitutively maintained under NaCl stress. But, accumulation of CsRCI2E significantly increased by NaCl stress. CsPIP2;1 and CsRCI2A/B/E/F co-expressed Xenopus laevis oocyte showed decreased water transport activity as 61.84, 60.30, 62.91 and 76.51 % at CsRCI2A, CsRCI2B, CsRCI2E and CsRCI2F co-expression when compare with single expression of CsPIP2;1, respectively. Moreover, oocyte membrane potential was significantly hyperpolarized by co-expression of CsRCI2s. However, higher hyperpolarized level was observed in tail-type CsRCI2E and CsRCI2F than others, especially, CsRCI2E showed highest level. It means transport of $Na^+$ ion into cell is negatively regulated by expression of CsRCI2s, and, function of C-terminal tail is might be related with $Na^+$ ion influx. In conclusion, accumulation of NaCl-induced CsRCI2 proteins are related with $Na^+$ ion exclusion and prevent water loss by CsPIP2;1 under NaCl stress.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.196-196
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• 2017

Oilseed crop Camelina (Camelina sativa L.) is a suitable for biodiesel production that has high adaptability under low-nutrient condition like marginal land and requires low-input cost for cultivation. Enhanced abiotic stress tolerance of Camelina is very important for oil production under the wide range of different climate. CsRCI2s (Rare Cold Inducible 2) are related proteins in various abiotic stresses that predicted to localized at plasma membrane (PM) and endoplasmic reticulum (ER). These proteins are consist of eight-family that can be divided into tail (CsRCI2D/E/F/G) and no-tail (CsRCI2A/B/E/H) type of C-terminal. However, it is still less understood the function of C-terminal tail. In this study, CsRCI2D/H genes were cloned through gateway cloning system that used pCB302-3 as destination vector. And we used agrobacterium-mediated transformation system for generation of overexpression (OX) transformants. Overexpression of target gene was confirmed using RT-PCR and segregation ratio on selection media. We analyzed physiological response in media and soil under abiotic stresses using CsRCI2D and CsRCI2H overexpression plant. To compare abiotic stresses tolerance, wild type and CsRCI2D/H OX line seeds were sown on agar plate treated with various NaCl and mannitol concentration for 7 days. In the test of growth rate under abiotic stress on media, CsRCI2H OX line showed similar to NaCl and mannitol stress. In the other hand, CsRCI2D OX line showed to be improved stress tolerance that especially increased in 200mM NaCl but was similar on mannitol media. In greenhouse, WT and CsRCI2D/H OX lines for physiological analysis and productivity under abiotic stresses were treated 100, 150, 200mM NaCl. Then it was measured various parameters such as leaf width and length, plant height, total seed weight, flower number, seed number. CsRCI2H OX line in greenhouse did not show any changes in physiological parameters but CsRCI2D OX line was improved both physiological response and productivity under NaCl stress. Among physiological parameters of CsRCI2D OX line under NaCl stress, leaf length and width were observed shorter than WT but it were slightly longer than WT in 200mM NaCl stress. Furthermore, total seed weight of CsRCI2D OX line under stress displayed to decrease than WT in normal condition, but it was gradually raised with increasing NaCl stress then more than WT relatively. These results suggested CsRCI2D might be contribute to improve abiotic stress tolerance. However, function of CsRCI2H is need to more detail study. In conclusion, overexpression of CsRCI2s family can generate various environmental stress tolerance plant and may improve crop productivity for bio-energy production.