We demonstrate enhanced growth, innate immunity and protection against hydrogen peroxide ($H_2O_2$)-induced protein oxidation and cellular DNA damage in olive flounder Paralichthys olivaceus fed a chitosan-coated moist pallet (MP) diet. A chitosan-based biopolymer coated MP as the experimental diet and a non-coated MP (control) was fed to olive flounder fish. Growth, including the average weight gain (g/fish), weight gain (%) and feed intake (g) of the fish group fed a chitosan-coated MP diet increased significantly. The survival rate was reported as 100% throughout the experimental period. Immunological parameters indicated higher mucus lysozyme activity and significantly higher fish skin mucus total protein content was observed in fish fed the chitosan-coated MP diet compared to the control. A blood plasma analysis revealed attenuation of cellular DNA and protein oxidative damage caused by $H_2O_2$-induced oxidative stress in the fish fed the chitosan-coated MP diet compared to the control group. Moreover, blood serum biochemical analysis revealed health-promoting effects, including significantly higher hemoglobin and total cholesterol levels in the fish fed the chitosan-coated MP diet compared to the control group. In conclusion, growth, innate immunity and protection against oxidative stresses were improved by feeding of the chitosan-coated MP diet to olive flounder reared in aquaculture.
산화스트레스 유도성 SWPA2 프로모터 조절하에 항산화 효소 SOD와 APX 유전자를 동시에 엽록체에 발현시킨 형질전환 감자 (품종 수미)를 대상으로 methyl viologen (MV) 처리에 의해 유도되는 산화스트레스 내성을 잎절편체, 소식물체 및 식물체 수준에서 조사하였다. 잎 절편에 $3{\mu}M$ MV를 처리하였을 때 SSA 식물체의 잎절편체는 비형질전환 (NT) 식물체에 비해 40% 정도 상해를 적게 받았다. 소식물체 수준에서 MV에 의한 산화스트레스 내성을 조사하기 위하여 SSA감자 shoot을 $0.3{\mu}M$ MV 첨가 배지에 배양하였을 때 뿌리의 생장에서 내성이 나타났다. 또한 온실에서 4주 생장한 식물체에 $350{\mu}M$ MV를 처리하였을 경우에도 SSA 식물체는 NT 식물체에 비해 약 75% 손상을 적게 입은 것으로 나타내었다. 추후 SSA 식물체를 이용하여 건조, 고온 등의 복합재해에 내성을 분석이 진행되어야 할 것이며 그 결과 복합스트레스 내성 감자 품종 (수미)을 개발할 수 있을 것으로 기대한다.
환경스트레스에 대한 항산화효소의 보호효과를 이해하고 효과적인 스트레스내성 식물을 개발하기 위하여 CuZnSOD와 APX를 엽록체에 발현시킨 형질전환식물체 (CA식물체)에 강한 빛 (highlight, 1,100$\mu$mol m$^{-2}$ sec$^{-1}$)과 4$^{\circ}C$ chilling을 처리하였다. CA식물체 잎절편에서의 보호효과를 CuZnSOD을 도입한 SOD식물체, APX을 도입된 APX식물체 및 비형질전환식물체 (NT식물체)의 것과 비교하였다. CA식물체의 광계2에서의 광합성 효율 (Fv/Fm)은 highlight와 4$^{\circ}C$ chilling복합처리 1시간째에서 NT식물체에 비해 약 15%의 보호효과를 나타내었고, 광계1에서의 P700 redox state는 처리 후 3시간째에 약 23%의 보호효과를 나타내었다. SOD식물체와 APX식물체의 복합처리에 대한 보호효과는 CA식물체와 NT식물체의 중간 효과를 나타내었다. 이러한 결과는 엽록체에서 CuZnSOD와 APX의 동시발현이 highlight와 chilling에 의한 산화스트레스를 극복하는 데 매우 중요하게 관여함을 직접적으로 제시하는 것이다.
무더운 날씨가 지속됨으로서 고랭지배추의 생장 및 결구가 지연되고 있는 강원도 정선군 질운산(새빗재)의 600 m와 900 m의 배추를 사용하여 무기성분 및 단백질 발현패턴을 분석하였다. 식물체 무기성분에서는 생장에 관련된 질소 및 인산의 부족현상과 결구에 관련된 칼슘이 부족하였다. 단백체 분석은 2차원 전기영동에 의해 전체 126개의 단백질이 분리되었고 그중 48개의 단백질이 고도에 따라 변화하는 양상을 보여주었다. 이 중에서 30개의 단백질 서열이 결정되었는데, 해발 900 m에서 단백질 발현이 증가한 14개 중에서 oxygen- evolving proteins, rubisco activase and ATPase 등이, 해발 600 m에서는 glutathione S-transferase (1, 28 kD cold induced- and 24kD auxin-binding proteins) and salt-stress induced protein 등 16개의 단백질 발현이 증가하였다. 이러한 단백질은 식물체 손상에 대한 보호기작을 가진 스트레스관련 단백질로 가뭄, 온도상승, 밤낮의 온도차 등의 반복으로 복합적이며 동시 다발적으로 나타나는 고온장해 현상으로 사료된다.
스트레스 반응은 위급 상황에서만 활성화 되는 것이 아니라 우리 주변을 둘러싼 모든 사회적, 물리적 환경에 의해 끊임없이 기인된다. 예를 들어 소음, 강한 빛과 열, 주거의 공간 등과 같은 물리적 환경과 타인과의 관계, 부당한 대우, 규칙, 형식과 같은 사회적 관계 이 그것이다. 고려 인삼은 항스트레스 작용을 한다고 알려져 있으나 현재까지 대부분의 연구는 인삼 엑기스 또는 총 사포닌을 투여 시 나타나는 물리화학적인 척도 (수영 시간, 뜨거움에 대한 반응, 포도당 및호르몬 수준 등)를 측정하였으며 뇌에서 ginsenoside의 기능연구는 매우 미흡한 수준이다. 특히 신호전달, 전사체 (transcriptome),proteomics, system biology와 같은 분자생물학적인 방법을 이용한 기전 연구는 전혀 수행된 바 없다. 따라서 인삼의 항 스트레스 반응 기전을 이해하기 위해서는 인삼투여 후 뇌에서 나타나는 분자적 변화에 대한 연구가 앞으로 요구된다. 또한 microarray 등의 분자생물학적 기법을 이용하여 인삼 투여에 의해 반응하는 유전자를 발굴함으로써 이러한 인자들이 인삼 효능 시험 등에 지표로 응용될 수 있을것이다.
산성비에 대한 봉선화의 피해양상과 지질조성 변화 및 방어기작 등을 조사하기 위하여 2주 동안 여러 농도(pH 2.0, 3.0, 4.0, 5.6)의 인공산성비 실험을 수행하였다. 인공산성비의 pH가 낮을수록 생육피해가 심하게 나타났다. 인공산성비의 pH가 낮을수록 엽록소 함량은 감소하였으며 $H_2O_2$ 함량은 증가하였다. 인지질과 당지질 모두 인공산성비에 의해 포화지방산이 증가하고 불포화지방산이 감소하는 것으로 나타났다. 봉선화에는 주로 3종류의 polyaimne이 존재하며 이들 모두 인공산성비의 pH가 낮을수록 증가하는 것으로 나타났다. Catalase의 활성도 인공산성비의 pH가 낮을수록 증가하였다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, 인공산성비에 의해 활성산소 생성되고, 지방산의 변화를 일어나며, polyamine 증가와 catalase 활성 증가는 산성비의 피해를 최소화하기 위한 방어기작이 작용한 것으로 사료된다.
복합스트레스 내성 유전자 NDP kinase 2 유전자를 도입시킨 형질전환 감자를 개발하기 위하여 이 유전자를 산화스트레스에 의해 발현이 강하게 유도되는 SWPA2 프로모터 또는 enhanced CaMV 35S 프로모터에 연결한 벡터를 제작한 후 각각 Agrobacterium 매개로 형질전환 하였다. 기관발생 경로에 의해 kanamycin 저항성 식물체를 재분화 시킨 후 Southern 분석으로 외래 유전자가 안정적으로 감자 게놈내로 삽입되었음을 확인하였다. 형질전환 감자 식물체의 잎 조직을 대상으로 10 $\mu$M methyl viologen에 대한 내성 검정을 조사하여 산화스트레스 내성 형질전환 감자 식물체를 2 개체씩 선발하였다. 선발된 식물체는 건조, 고온 등의 여러 가지 환경스트레스 내성 분석을 실시할 예정이며 이로부터 복합재해에 내성을 지닌 감자 품종을 개발할 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구는 5가지의 발광성 미생물을 이용하여 유해 방사선으로 알려져 있는 ${\gamma}-rays$가 여러가지 cellular stresses 중, 특히 유전자 손상과 생물막 손상을 유발하였는데, 이들의 손상 정도가 총 방사선량과 상관관계가 있음을 발생하는 bioluminescence 로써 확인하였다. 뿐만 아니라, 선량률의 변화를 통하여 방사선으로 인한 유전자 손상 및 일반적인 독성 효과가 큰 영향을 받는 것을 확인하였는데, 선량률 증가에 따라 이들 손상정도가 증가하는 것으로 보아 선량률이 genetic 및 radioprotecion에 심각한 영향을 미치는 것을 확인하였다.
산성비가 식물 생장에 미치는 영향과 식물의 생화학적 방어반응을 조사하고자 봉선화를 이용하여 인공 산성비(pH 2.0, 3.0, 4.0, 5.6) 실험을 수행하였다. 산성비의 pH가 낮을수록 생육 피해는 심하게 나타났으며 pH 3.0 이하의 처리에 의해 잎에 암회색 또는 적갈색의 괴사반점이 생성되었다. MDA 함량은 pH 2.0 처리에서 약 $40\%$의 증가를 나타내었다. 산성비의 $H^+$ 부하량 증가에 따라 산화형인 DHA 및 GSSG의 함량이 증가하였다. 항산화효소인 SOD, APX, DHAR, GP등의 활성도 산성비의 $H^+$ 부하량의 증가에 따라 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이상의 결과로 볼 때 산성비는 봉선화 식물에 활성산소 생성에 의한 산화스트레스를 일으키며, 이를 무독화하기 위해 식물의 생화학적 방어반응이 작용하는 것으로 사료된다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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