• 제목/요약/키워드: thylakoid

검색결과 92건 처리시간 0.028초

Cytohistological study of the leaf structures of Panax ginseng Meyer and Panax quinquefolius L.

  • Lee, Ok Ran;Nguyen, Ngoc Quy;Lee, Kwang Ho;Kim, Young Chang;Seo, Jiho
    • Journal of Ginseng Research
    • /
    • 제41권4호
    • /
    • pp.463-468
    • /
    • 2017
  • Background: Both Panax ginseng Meyer and Panax quinquefolius are obligate shade-loving plants whose natural habitats are broadleaved forests of Eastern Asia and North America. Panax species are easily damaged by photoinhibition when they are exposed to high temperatures or insufficient shade. In this study, a cytohistological study of the leaf structures of two of the most well-known Panax species was performed to better understand the physiological processes that limit photosynthesis. Methods: Leaves of ginseng plants grown in soil and hydroponic culture were sectioned for analysis. Leaf structures of both Panax species were observed using a light microscope, scanning electron microscope, and transmission electron microscope. Results: The mesostructure of both P. ginseng and P. quinquefolius frequently had one layer of non-cylindrical palisade cells and three or four layers of spongy parenchymal cells. P. quinquefolius contained a similar number of stomata in the abaxial leaf surface but more tightly appressed enlarged grana stacks than P. ginseng contained. The adaxial surface of the epidermis in P. quinquefolius showed cuticle ridges with a pattern similar to that of P. ginseng. Conclusion: The anatomical leaf structure of both P. ginseng and P. quinquefolius shows that they are typical shade-loving sciophytes. Slight differences in chloroplast structure suggests that the two different species can be authenticated using transmission electron microscopy images, and light-resistant cultivar breeding can be performed via controlling photosynthesis efficiency.

NaCl이 황백화된 보리(Hordeum vulgare L.) 잎의 녹화에 미치는 영향 (The Effect of NaCl on the Greening of Etiolated Leaves of Barely (Hordeum vulgare L.) Seedings)

  • 정화숙;임영진;송승달;노광수;송종석;박강은
    • 한국환경과학회지
    • /
    • 제11권10호
    • /
    • pp.1023-1030
    • /
    • 2002
  • The effects on photosynthesis of NaCl(0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 or 1.0 M) were examined in etiolated barley seedlings. Chlorophyll(Chl) a, Chl b and carotenoid contents, Chl a fluorescence and quenching coefficients of Chl fluorescence have been determined in the primary leaves of etiolated barley seedlings cultivated under low light(60 $\mu$$m^{-2}\;s^{-1}$). Chl a, b, and carotenoid contents were decreased remarkably in comparison with the control at 0.4 M NaCl. However, the value of Fo and Fv were decreased at 0.6 M NaCl and the ratio of Fv/Fm were deceased at 1.0 M NaCl. Chlorophyll synthesis was seriously inhibited from 0.4 M NaCl, and the photosynthetic electron transport system was inhibited from 0.6 M NaCl. Quantum of photosystem II reaction center was inhibited at 1.0 M NaCl. The effects of NaCl on the Chl content were raised in a 6 hrs, but the effects of NaCl on the value of Fo, Fv and Fv/Fm were raised in 30 hrs. The value of qP was decreased in comparison with the control at all concentrations, but there was a small change in the value qE. These results provide evidence that NaCl inhibited effects of various concentration of NaCl were inhibited quinone redox, however, proton gradient between thylakoid membranes was little damaged.

Chilling Tolerance of Photosynthesis in Plants is Dependent on the Capacity to Enhance the Levels of the Xanthophyll Cycle Pigments in Response to Cold Stress

  • 김현주;강인순;이신범;이춘환;조성호;문병용
    • Journal of Photoscience
    • /
    • 제12권1호
    • /
    • pp.33-39
    • /
    • 2005
  • Plants possess the ability to dissipate the excitation energy for the protection of photosynthetic apparatus from absorbed excess light. Heat dissipation is regulated by xanthophyll cycle in thylakoid membranes of chloroplasts. We investigated the mechanistic aspects of xanthophyll cycle-dependent photoprotection against low-temperature photoinhibition in plants. Using barley and rice as chilling-resistant species and sensitive ones, respectively, chilling-induced chlorophyll fluorescence quenching, composition of xanthophyll cycle pigments and mRNA expression of the zeaxanthin epoxidase were examined. Chilled barley plants exhibited little changes in chlorophyll fluorescence quenching either of photochemical or non-photochemical nature and in the photosynthetic electron transport, indicating low reduction state of PS II primary electron acceptor. In contrast to the barley, chilled rice showed a marked decline in those parameters mentioned above, indicating the increased reduction state of PS II primary electron acceptor. In addition, barley plants were shown to have a higher capacity to elevate the pool size of xanthophyll cycle pigments in response to cold stress compared to rice plants. Such species-dependent regulation of xanthophyll cycle activity was correlated with the gene expression level of cold-induced zeaxanthin epoxidase. Chilled rice plants depressed the gene expression of zeaxanthin epoxidase, whereas barley increased its expression in response to cold stress. We suggest that chilling-induced alterations in the pool size of xanthophyll cycle pigments related to its capacity would play an important role in regulating plant's sensitivity to chilling stress.

  • PDF

Characterization of Purple-discolored, Uppermost Leaves of Soybean; QTL Mapping, HyperspectraI Imaging, and TEM Observation

  • JaeJin Lee;Jeongsun Lee;Seongha Kwon;Heejin You;Sungwoo Lee
    • 한국작물학회:학술대회논문집
    • /
    • 한국작물학회 2022년도 추계학술대회
    • /
    • pp.187-187
    • /
    • 2022
  • Purple-discoloration of the uppermost leaves has been observed in some soybean cultivars in recent years. The purpose of this study was to characterize the novel phenotypic changes between the uppermost and middle leaves via multiple approaches. First, quantitative trait loci mapping was conducted to detect loci associated with the novel phenotype using 85 recombinant inbred lines (RILs) of the 'Daepung' × PI 96983 population. 180K SNP data, a major quantitative trait locus (QTL) was identified at around 60 cM of chromosome 6, which accounts for 56% of total phenotypic variance. The genomic interval is about ~700kb, and a list of annotated genes includes the T-gene which is known to control pubescence and seed coat color and is presumed to encode flavonoid 35-hydroxylase (F3'H). Based on Hyperspectral imaging, the reflectance at 528-554 nm wavelength band was extremely reduced in the uppermost leaves compared to the middle (green leaves), which is presumed die to the accumulation of anthocyanins. In addition, purple-discolored leaf tissues were observed and compared to normal leaves using a transmission electronic microscope (TEM). Base on observations of the cell organelles, the purple-discolored uppermost leaves had many pigments formed in the epidermal cells unlike the normal middle leaves, and the cell wall thickness was twice as thick in the discolored leaves. The thickness of the thylakoid layer in the chloroplast the number of starch grains, the size of starch all decreased in the discolored leaves, while the number of plastoglobule and mitochondria increased.

  • PDF

산화 스트레스에 의존한 식물 및 진핵세포 2-시스테인 퍼록시레독신의 기능 조절 (Oxidative Stress-dependent Structural and Functional Regulation of 2-cysteine Peroxiredoxins In Eukaryotes Including Plant Cells)

  • 장호희;김선영;이상열
    • Journal of Plant Biotechnology
    • /
    • 제33권1호
    • /
    • pp.1-9
    • /
    • 2006
  • 도처에 분포하는 peroxiredoxins (Prxs)은 세포 내 방어신호전달 과정에서 다양한 기능을 하는 것으로 나타났다. Prxs는 크게 typical 2-Cys Prx, atypical 2-Cys Prx와 1-Cys Prx의 세 부류로 분류되는데, 이것들은 cysteine 잔기의 수와 촉매기전에 따라 구분된다. 세 종류의 단백질 중, N-말단에 peroxidatic cysteine 잔기를 포함하는 typical 2-Cys Prx는 $H_2O_2$ 분해과정 동안 과산화물-의존적인 sulfenic acid로의 산화와 thiol-의존적 환원과정이 순환되어 일어난다. Sulfenic acid는 고농도의 $H_2O_2$와 Trx, Trx reductase와 NADPH를 포함하는 촉매 요소의 존재하에 cysteine sulfenic acid로 과산화 될 수 있다 과산화된 2-Cys Prx는 ATP 의존성 효소인 sulfiredoxin의 작용에 의해 천천히 환원된다. 세포가 강력한 산화나 열 충격 스트레스에 노출되면, 2-Cys Prx는 LMW 단백질에서 HMW complex로 구조를 변화시켜 peroxidase에서 chaperone으로 기능의 전환을 일으킨다. 2-Cys Prx의 C-말단 부분 역시 이러한 구조적 전환에 중요한 역할을 한다. 따라서, C-말단이 잘려진 단백질은 과산화가 되지 않고 단백질의 구조와 기능이 조절될 수 없다. 이러한 반응들은 활성 자리인 peroxidatic cysteine 잔기에 의해 일차적으로 유도되며, 그것은 세포에서 '$H_2O_2$ sensor' 로서 작용하다. 2-Cys Prx의 가역적인 구조와 기능 변화는 세포가 외부자극에 적응하는 수단으로 작용하며, 아마도 세포내 방어신호체계를 활성화 시키는 것으로 생각된다. 특히, chloroplast에 존재하는 식물 2-Cys Prx는 촉매반응 동안 주된 구조적인 변화를 나타내는 역동적인 단백질 구조를 가지고 있어서, 산화-환원 의존적으로 super-complex를 형성하고 가역적으로 thylakoid membrane에 부착한다.

PCR과 Southern hybridization을 이용한 구지뽕나무와 무궁화의 클론감별 (Clone Identification of Cudraria Tricuspidata and Hibiscus Syriacus by Using PCR and Southern Hybridization)

  • 류장발;박상규
    • Applied Biological Chemistry
    • /
    • 제41권1호
    • /
    • pp.42-46
    • /
    • 1998
  • 본 연구는 polymerase chain reaction (PCR)와 Southern hybridization을 이용하여 서로 붙어있는 나무가 한 나무인지 두 나무인지 규명하였다. 공시된 수종은 구지뽕나무와 무궁화이다. 구지뽕나무는 경상북도 성주군 금수면 봉두리 안새출 금수식당 앞에 있는 나무로 두 사람이 서로 안고 있는 형상인데, 한 나무의 두 가지인지 가까이 자란 두 나무가 붙었는지를 구별하기 어려운 나무였다. 다섯 종류의 PCR primer $(17{\sim}24-mers)$ 중 355 primer의 경우 한가지의 잎 DNA에서만 PCR 산물이 검출되어 이것을 방사선표지한 후 genomic Southern hybridization을 행하였던 바 이 probe와 결합하는 DNA 단편이 동일한 위치에서 검출되었으나 정도는 다르게 나타났다. 아울러 OPERON 10-mer kits A에 있는 20종류의 primer를 이용하여 PCR을 행한 결과 OPA01 primer (CAGGCCCTTC)에 의한 PCR 생성물은 동일한 위치의 band 뿐만 아니라 추가로 4개가 한가지의 잎 DNA에서 더 나타났다. 따라서 구지뽕나무는 두 나무가 연결되어 한 나무를 이루는 것으로 짐작된다. 또한 무궁화는 경상남도 합천군 청덕면 두곡리 청덕초등학교 내에 있는데 수령 50년 이상으로 멀리서 보면 한 나무의 형상을 하고 있으나, 가까이 다가가서 줄기의 아래부분을 보면 세 줄기가 붙어있는 형상을 하고 있다. 따라서 이 무궁화 역시 한 나무의 세 가지인지 세나무가 가까이 자라 붙었는지 PCR과 Southern hybridization 방법을 이용하여 규명하려 하였다. Southern hybridization 결과에 의하면 구지뽕나무의 분석에 사용한 probe와 결합하는 DNA 단편은 검출되지 많았으며, 35S primer에 의한 PCR 생성물은 동일하였으나 OPA04와 OPA13 primer의 경우 약간의 상이성을 보였다. 이러한 결과에 따라 무궁화는 한 나무의 세 가지인 듯하나 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

  • PDF

한국산(韓國産) 바위솔속(屬) 엽육조직(葉肉組織)의 미세구조(微細構造) (Foliar ultrastructure of Korean Orostachys species)

  • 김인선;박재홍;서봉보;송승달
    • Applied Microscopy
    • /
    • 제25권4호
    • /
    • pp.52-61
    • /
    • 1995
  • CAM대사를 수행하는 것으로 추정되는 한국산 바위솔속식물 3종(난장이바위솔, 바위솔, 둥근바위솔)의 엽육조직이 전자현미경적으로 연구되었다. 다육질성의 이들 엽육조직은 주로 세포의 크기가 큰 수분저장 세포들로 구성되어 있고 세포간극이 잘 발달되어 있다. 세포내 또는 세포간극에는 점액성 분비물질들이 분포하였다. 수분저장 세포에는 하나 또는 여러 개의 큰 액포가 있고 이들이 세포체적의 대부분을 차지하여 세포질은 세포벽 주위에서 매우 적게 분산되어 나타났다. 세포질내에는 다수의 엽록체, 미소체, 미토콘드리아, 소포체, 골지체 등의 전형적인 세포소기관외에 엽록체주변에서 관찰되는 세포질의 특이한 분포양상을 비롯하여 세포벽과 분리되어 나타나는 파상(undulation or invagination)의 세포막과 이중막으로 둘러싸인 원형질막 기원소포(plasmalemmasome)및 수초상구조(myelin-like structure), 액포상구조(vacuole-like structure) 또는 낭상구조(bladder-like structure) 등이 발견되었다. 특히 파상의 세포막 및 액포막의 신장으로 형성된 액포상 또는 낭상구조와 엽록체주변 세포질의 특이한 분포양상 등은 주목할 만한 것으로 이들의 특성 및 구조는 CAM대사와 연계되어 자세히 연구되어야 할 것이다. 이와 같은 엽육조직의 구성 및 미세구조적 특성으로 보아 본 바위솔속 식물들은 CAM대사를 수행하는 식물군으로 사료된다.

  • PDF

엽록체 지질 소기관의 기능과 지질대사에서의 역할 (Plastoglobule in chloroplast and its role in prenylquinone metabolism)

  • 김현욱;김은하;이경렬;정수진;노경희;김종범
    • Journal of Plant Biotechnology
    • /
    • 제40권3호
    • /
    • pp.125-134
    • /
    • 2013
  • 최근 연구에서 엽록체의 미지의 소기관으로 알려졌던 플라스토글로뷸이 지질 대사에서 중요한 역할을 함이 제시되고 있다. 애기장대 플라스토글로뷸의 프로테옴 단백질 분석은 플라스토글로뷸이 단순히 지질 저장 기관으로써의 기능 뿐아니라 지질 합성 대사에 능동적으로 관여하는 소기관임을 제시하고 있다. 애기장대 플라스토글로뷸에서 34개의 단백질이 발견되었다. 이들을 세 그룹으로 나누어 보면 구조단백질인 플라스토글로불린과 엽록체 대사에 관여하는 효소, 그리고 기능이 미확인된 단백질로 구분 된다. 이들 단백질 유전자의 돌연변이체와 리피도믹스 분석으로 이들 단백질의 기능 규명 연구가 필요하다. 토코페롤 합성의 마지막 단계에 관여하는 VTE1과 VTE4는 엽록체에서 각기 다른 위치에 존재하여 VTE1은 플라스토글로뷸에 존재하나 VTE4는 엽록체 내막에 존재한다. 이 같은 사실은 프레닐퀴논 대사물질이 엽록체 내에서 이동할 가능성을 시사한다. 플라스토글로뷸이 엽록체의 기능을 유지하는데 있어 필수적인지에 대한 유전학 연구가 앞으로 진행되어야 한다. 다양한 스트레스와 발달단계에 따른 플라스토글로뷸의 프로테옴 분석은 지질대사에서 중요한 기능을 하는 신규 단백질을 발견하는데 도움을 줄 것이다. 지금까지 결과로는 플라스토글로뷸은 프레릴퀴논 대사에 있어서 교차로 역할을 함을 제안하고 있다.

Stevia rebaudiana Bertoni의 Steviol 생합성 효소 ent-Kaurenoic Acid 13-Hydroxylase의 특성 (Characterization of ent-Kaurenoic Acid 13-Hydroxylase in Steviol Biosynthesis of Stevia rebaudiana Bertoni)

  • ;김근기
    • Applied Biological Chemistry
    • /
    • 제40권6호
    • /
    • pp.501-507
    • /
    • 1997
  • 파라과이 원산의 국화과 식물 Stevia rebaudiana Bertoni는 steviol (ent-13-hydroxy kaur-16-en-19-oic acid)을 기본 골격으로 하는 stevia 감미료를 건물 중량의 5-10%를 생합성하여 축적을 한다. 감미성분은 Gibberellin 생합성의 전구체로 알려진 ent-kaurenoic acid (ent-kaur-16-en-19-oic acid; ent-KA)의 7번과 13번의 어느 탄소에 hydroxylation을 시키느냐에 따라 gibberellin 대사와 steviol 대사로 나뉘어진다. ent-KA 13-hydroxylase를 stevia 엽록체의 stroma에 존재하는 것을 확인했다. Stroma 분획 단백질 $100\;{\mu}g$으로 효소 반응의 cofactor 요구성을 조사해 본 결과, 반응 혼합액에 NADPH를 첨가하지 않았을 때는 85%의 효소활성의 감소를 보였고, NADPH 대신 NADH를 첨가해도 34%의 감소를 보였다. anaerobic 조건에서는 2.1%의 활성을 뛰었다. 이 결과로 ent-KA 13-hydroxylase는 NADPH와 $O_2$ 요구성임을 밝혔다. FAD, FMN, riboflavin을 첨가함으로써 FAD는 1.5배, riboflavin은 1.7배의 효소활성 증가 효과가 나타났다. 효소의 기질 특이성을 조사한 결과, t-cinnamic acid, 4-hydroxyphenyl acetic acid, choline과 resorcinol에는 전혀 활성이 검출되지 않았으며, $[^(14)C]-methyl-KA$를 ent-KA 대신에 기질로 사용했을 때는 16.7% 의 활성이 검출되어 ent-KA 13-hydroxylase는 기질특이성이 높은것으로 확인되었다.

  • PDF

Construction of Gene-Specific Primers for Various Antioxidant Isoenzyme Genes and Their Expressions in Rice (Oryza sativa L.) Seedlings Obtained from Gamma-irradiated Seeds

  • Kim, Jin-Hon;Chung, Byung-Yeoup;Kim, Jae-Sung;Wi, Seung-Gon;Yang, Dae-Hwa;Lee, Choon-Hwan;Lee, Myung-Chul
    • Journal of Photoscience
    • /
    • 제11권3호
    • /
    • pp.115-120
    • /
    • 2004
  • For the expression study of antioxidant isoenzyme genes in rice (Oryza sativa L.) plants, extensive searches for genes of superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), and catalase (CAT) isoforms were performed through the GenBank database. The genes for two cytosolic and one plastidic CuZn-SOD, one Fe-SOD, two Mn-SOD, two cytosolic and two chloroplastic (stromal and thylakoid) APX, and three CAT isoforms were available in japonica-type rice. These isoforms were named as cCuZn-SOD1, cCuZn-SOD2, pCuZn-SOD, Fe-SOD, Mn-SOD1, Mn-SOD2, cAPXa, cAPXb, Chl_sAPX, Chl_tAPX, CATa, CATb, and CATc, respectively. Since they shared a high degree of homology in the nucleotide and amino acid sequences, the gene-specific primers for the genes were designed directly from their full-length cDNAs found in the database except for the CATa gene. These primers were used in the RT-PCR analysis to investigate the differential expression of antioxidant isoenzyme genes in rice plants from the seeds irradiated with low doses (2, 4, 8, and 16 Gy) of gamma-radiation. The gammairradiation slightly increased the transcripts of pCuZn-SOD, while those of Fe-SOD, cAPXb, and CATb decreased. However, no substantial differences were observed in the expression of all the isoenzyme genes between the control and irradiated groups. In this study, gene specific primers for thirteen SOD, APX and CAT isoenzymes were constructed from the full-length cDNAs. The results of RT-PCR analysis obtained by using these primers suggests that the expression levels of SOD, APX, and CAT isoenzyme genes in rice seedlings were hardly affected by gamma-irradiation at the seed stage.

  • PDF