서
론
돌연변이 육종 (mutation breeding)은 방사선 및 화학제 를 식물체에 처리하여 유전변이를 일으키고 그 후대에 발생하는 유용한 변이체를 선발 및 육성함을 의미하며 이렇게 육성된 유용한 변이체는 신품종으로 등록하거나 교잡 육종묘의 중간모본으로 활용할 수 있다. 또한 돌연 변이체로부터 변이 유전자를 분리 및 동정하여 유전자 의 기능을 연구 할 수 있는 단서 및 재료를 제공해준다 (Kang and Kameya 1993; Bae et al. 2000). 돌연변이 육종 기술은 Stadler (1928)가 방사선을 보리에 처리하면서 인 위적으로 돌연변이가 일어날 수 있다는 사실을 밝혀 내 면서, 벼, 보리, 밀 등 다양한 작물로부터 방사선을 이용 한 신품종 개발 연구가 진행되고 있다 (Stadler 1928). 최 근에는 방사선 육종 신품종 개발을 위하여 고 LET (Li-near Transfer Energy)인 중이온빔, 양성자빔과 복합방사 선인 우주방사선 등이 방사선원으로 새롭게 활용되며, 생명공학 기술의 발달과 더불어 조직배양, 분자마커, 유 전자 해석 등의 기술이 새롭게 결합되면서 발전되어왔 ─ ─ 55 ──방사선 완∙급조사에 따른 벼의 생리적 영향 평가
김동섭*∙송미라∙김선희∙장덕수∙강시용 김진백∙김상훈∙하보근 한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소Physiological Responses of Rice by Acute and
Chronic Gamma Irradiation
Dong Sub Kim*, Mira Song, Sun-Hee Kim, Duk-Soo Jang, Si-Yong Kang, Jin-Baek Kim, Sang Hoon Kim and Bo-Keun Ha
Advanced Radiation Technology Institute, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeongeup 580-185, Korea
Abstract-- We investigated the physiological responses by acute and chronic gamma-irradiation in rice. The rice, Oryza sativa L. cv Dongan, plants were irradiated with 100 and 400 Gy of gamma-rays for acute and chronic irradiation, and their morphological, chlorophyll content, MDA, proline and activities of antioxidant enzymes were examined. The plant height of chronic irradiation sam-ples were decrease with increase of a does than the control, but the number of tiller and dry weight of shoot were increased 100 Gy. Carotenoid and chrolorphyll content were decreased of all irra-diated plants than non-irrairra-diated plants. But, MDA and proline content were increased in 400 Gy both acute and chronic gamma irradiation. And the activities of antioxidant enzymes were differ-ent as gamma-irradiation patterns.
Key words : Acute-irradiation, Chronic-irradiation, Gamma-rays, Physiological response
* Corresponding author: Dong Sub Kim, Tel. 82-63-570-3311, Fax. +82-63-570-3319, E-mail. [email protected]
다 (Park et al. 2007; Wang et al. 2007; Kim et al. 2010). 방사선에 의해 조사된 식물체의 돌연변이 유발은 직∙ 간접적으로 일어나게 된다. 방사선 에너지에 의해 DNA 의 염기나 당의 결합, DNA와 DNA, DNA와 단백질간의 결합에 영향을 주거나, 단일 또는 이중가닥을 끊으며 역 위, 전좌, 결손 등을 일으켜 유전자 이상을 나타내게 된 다 (Forey et al. 1997; Belli et al. 2002). 또한 방사선 에너 지가 식물체 내의 물에 흡수하면서, 물 분자들이 전리되 어 유리기를 발생하고 DNA의 ion radical 또는 free
radi-cal 등과 상호작용을 일으켜 돌연변이를 유도하게 된다
(Calucci et al. 2003; Lee et al. 2009; Roldan-Arjona and
Ariza 2009). 방사선에 의해 유도된 돌연변이체는 선발과
정을 통하여 조숙, 화색변이, 고기능성, 환경스트레스 내 성 변이체 등의 신품종을 육성함으로써 경제적 효과를 보고 있다.
식물은 가뭄, 저온, 고염 등의 환경스트레스에 노출 될 때 ROS (Reactive Oxygen Species)가 증가하게 된다. ROS 인 super oxide (O2-), hydroxil radical (OH-), hydrogen pero-xide (H2O2) 등은 식물의 유전자와 염색체에도 영향을 주 지만, 단백질과 불포화 지방산과 결합해 과산화 지질을 생성하고 세포막에도 손상을 일으킨다 (Hernandez et al. 1993; Larson 1995). ROS가 세포내에서 증가하게 되면 식물은 스스로를 보호하기 위해 ROS를 감소시키기 위 한 보호작용이 일어난다. Superoxide dismutase (SOD, EC 1.15.1.1)는 O2-를 H2O2와 O2로 전환시키며, H2O2는 ca-talase (CAT, EC1.11.1.6), peroxidase (POD, EC1.11.1.7)에 의해 H2O와 O2로 분해된다. 또한 aspartate peroxidase (APX, EC1.11.1.11)는 ascorbate를 사용하여 SOD처럼 O2-를 H2O2와 O2로 전화시킨다. SOD, CAT, POD, APX 모두 ROS scavenger로 세포내 ROS의 양을 줄여준다 (Bowler et al. 1992; Scandalios 1993; Arora et al. 2002). 이러한 ROS의 생성과 항산화 효소의 라디칼 소거는 이 온화 에너지 조사에 의해 변화된다는 보고가 있었다 (Esnault et al. 2010). 방사선은 일반적으로 이온빔인 고 LET와 gamma-ray 와 X-ray인 저 LET로 구분되는데, 현재까지는 이온빔에 조사된 식물체에 관한 실험이나 이온빔과 gamma-ray의 돌연변이 발생에 관한 비교실험이 많이 이루어졌다(Yang and Tobias 1979; Yamaguchi et al. 2010). 그동안 식물체 에 방사선 완∙급조사와 이로 인한 생육∙생리∙생태적 변화에 대한 비교 실험이 쌍자엽 모델식물인 Arabidopsis 에 관한 보고는 이루어졌으나 다른 작물에서의 보고는 미비한 실정이다 (Vandenhove et al. 2010). 특히 벼는 우 리나라의 주식인 식량 작물로서 게놈의 크기가 작고, 단 자엽 식물로 밀, 보리 등과 같은 작물들과 염색체 상의 유전자 배열이 유사하고, 유전체 구성이 높은 상동성을 보여 Arabidopsis와 같이 많은 연구의 모델로 이용되고 있다 (Itoh et al. 2005; Agrawal and Rakwal 2006; Jwa et al. 2006). 그러나 아직 방사선의 완∙급 조사에 의한 비교 실험은 이루어지지 않았다. 따라서, 본 실험에서는 벼 식 물체에 저 LET인 감마선을 100 Gy와 400 Gy 선량으로 완∙급조사 했을 때 생리 활성에 어떠한 영향을 미치는 지를 확인하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 식물 재료 본 실험은 방사선의 완조사와 급조사에 따른 생리활 성 차이를 확인하고자 동안벼의 종자를 동일한 조건에 서 발아 후 3엽기까지 키워 방사선과학연구소내의 감마 파이토트론 (400 ci; ACEL, Canada)에서 완조사, 방사선 저준위 조사시설 (150 TBq of capacity; ACEL, Canada)에서 급조사를 실시하였다. 감마선의 source는 60Co를 사
용하였으며, 완조사는 5주 동안 0.4 Gy hr-1과 1.6 Gy hr-1 의 선량으로 100 Gy와 400 Gy (C-100, C-400)를 조사하 였고, 급조사는 24시간 동안 4.17 Gy hr-1과 16.7 Gy hr-1 선량으로 100 Gy와 400 Gy (A-100, A-400)를 조사하여 향후 실험에 사용하였다. 실험은 5반복으로 이루어졌으 며, 생육영향의 지표로써 지상부와 지하부 및 분얼수를 조사하였다. 2. Cholorophyll 함량 분석 벼의 생체중 0.5 g을 액체질소에 담궈 곱게 마쇄한 후 100% 아세톤 5 ml을 이용하여 한번 더 마쇄해주어 색소 를 추출하였다. 이를 4�C에서 12,000 rpm 조건으로 15분 동안 원심분리 한 뒤 상등액을 취하여 4�C에서 12,000 rpm 조건으로 한번 더 5분 동안 원심분리를 수행하였다. 상등액을 새 tube로 옮겨 100% 아세톤으로 1/20로 희석 한 후 석영 큐벳(1 ml)을 이용하여 분광광도계(UVIKON 923, Bio-Tek Instruments, Winooski, Vermont, USA)로 661.6 nm, 644.8 nm, 470 nm에서 각각의 파장을 측정하였 다. 측정된 흡광계수를 이용하여 Lichtenthaler (1987)에 의해 보고된 다음 계산식에 의해 클로로필 a, b와 전체 카로티노이드 함량을 계산하였다. Ca ==11.24×A661.6-2.04×A644.8 Cb ==21.13×A644.8-4.19×A661.6 Ca++b==18.09×A644.8++7.05×A661.6 Carotenoids==(1000×A470×-1.90×Ca-63.14×Cb)/214
3. Lipid peroxidation 측정
Lipid peroxidation은 Dhindsa et al. (1981)의 방법을 인 용하여 TBA (Trichloroacetic acid)로 Malondealdehyde
(MDA) 함량을 측정하였다. 0.5 g의 생체중을 취하여 0.4
% TCA (Trichloroacetic acid) 용액 5 ml을 첨가하여 시료 를 곱게 마쇄하였다. 10,000 rpm 조건으로 5분간 원심분 리한 후 상등액 1 ml를 취하여 새 tube로 옮긴 후 20% TCA 용액과 0.5%의 TBA를 혼합한 용액 4 ml을 첨가하 였다. 혼합액을 95�C에서 30분간 중탕한 후 10,000 rpm 조건에서 10분 동안 원심분리한 뒤 상등액만 취하여 흡 광도를 측정하였다. 535.2 nm에서 흡광도를 측정하고 600 nm에서 측정된 non specific 흡광도 값을 빼준 뒤 MDA 몰 흡량 계수인 155 mM-1cm-1을 이용하여 계산 하였다. 계산식은 다음과 같다. OD==(155 mM-1cm-1)×(1 cm)×(532 nm-600 nm) 4. Proline 함량 측정
Proline의 함량 측정은 Troll and Lindsley (1955)의 방 법을 사용하였다. 벼의 잎 0.1 g에 추출 용액인 MCW
(MeOH : Chloroform : Water==12 : 5 : 1) 1 ml를 첨가하여 시 료를 마쇄시킨 후 12,000 rpm 조건에서 15분간 원심분리 하고 상등액을 취하여 4배로 희석 하였다. 희석한 상등 액 2 ml과 acetic acid 3 ml, ninhydrin reagent (ninhydrig
(g) : acetic acid (ml) : 6 M phosporic acid (ml)==1.25 : 30 : 20)
5 ml을 혼합한 후 100�C에서 45분 동안 중탕하였다. 중
탕한 용액에 toluene 5 ml을 첨가하여 정치한 후 분광광 도계 (UVIKON 923, Bio-Tek Instruments, Winooski,
Ver-mont, USA)를 이용하여 520 nm에서 proline 함량을 측정 하였다. 표준 용액은 L-proline (Sigma Chemical Co., St.
Louis, Mo.)을 사용하였다.
5. 항산화 효소 활성 검정
엽조직 0.5 g을 액체질소로 곱게 마쇄하여 4�C 조건에
서 1% (W/V) ployvinylpyrrolidone (PVP)를 포함한 50 mM
KPi buffer (0.05 M K2HPO4, 0.05 M KH2PO4, pH 7.0)를 넣
은 후 얼음에서 10분 동안 반응시켜 주었다. 반응시킨 용액을 4�C 조건에서 10,000 rpm으로 15분간 원심분리 하고 상등액을 취하여 CAT와 POD 분석에 이용하였다. CAT 분석은 Aebi (1974)의 방법에 따라서 240 nm 파장에 서 H2O2분해도를 측정하였다. 반응용액 (0.05 M KPi buffer, 10 mM H2O2)과 시료를 섞어 준 후 25�C 조건으로 240 nm에서 1분 단위로 측정하였다. POD분석은 Putter (1974) 방법에 따라 420 nm에서 pyrogallol
dehydrogena-tion product 형성을 측정하였다. 반응용액(100 mM
photas-sium phosphate buffer (pH 6.0), 7.8 mM H2O2, 15 mM pyro-gallol)을 시료와 섞어준 후 25�C 조건으로 420 nm에서 20초 간격으로 측정하였다. SOD는 액체질소로 갈아준 시료 0.5 g을 1% Triton X-100과 7 mM 2-mercaptoethanol 을 포함한 50 mM KPi buffer (pH 7.0) 1 ml를 넣어 반응 시켜 주었다. 반응시킨 용액을 4�C에서 10,000 rpm으로 1분 동안 원심분리하여 상등액을 취해 4�C에서 10,000 rpm으로 한번 더 1분 동안 원심분리하여 취한 상등액을
분석에 사용하였다. Beyer and Fridovich (1987) 방법에 따 라 NBT (Nitro blue terrazolium) 환원법을 이용하여 실험 하였다. 반응액 (50 mM photassium phosphate buffer (pH
7.8), 13 mM methionine, 60μM NBT, 0.025% Triton X-100) 과 0.4μM ribofravin을 함께 섞어 조명에 7분 동안 반응 시킨 후 560 nm에서 측정하였다. APX 또한 엽조직 0.5 g 을 5 mM ascorbate, 1% Triton X-100와 1 mM EDTA를 포 함한 100 mM sodium phosphaste buffer (pH 7.0)에서 3 ml
넣고 반응시켰다. 반응시킨 용액을 4�C 조건에서 10,000 rpm으로 15분 동안 원심분리 한 후 상등액을 1.5 ml tube 로 옮겨 한번 더 4�C에서 10,000 rpm으로 10분 동안 원 심분리 하여 상등액을 취하여 실험에 사용하였다. Mittler 방법에 따라 290 nm에서 측정하였으며, 1 unit은 1분 동안 1μmol의 ascorbate를 산화시키는 효소의 양으로 기질용
액 (50 mM photassium phosphate buffer (pH 7.0), 0.5 mM ascorbate, 1 mM H2O2, 0.1 mM EDTA)과 시료를 섞어 1분 간격으로 측정하였다. 모든 시료는 Bradford (1976) 법을 이용하여 단백질 정 량 후 실험하였다.
결과 및 논의
1. 완조사에 따른 식물 생육 검정 C100과 C400의 생육 결과를 비교하면 다음과 같다 (Fig. 1). 대조군의 식물체 길이가 C100과 C400에서 조사 된 식물체보다 지상부 길이는 52.5 cm로 C100과 C400 의 42.1 cm, 24.16 cm보다 8 cm 이상 더 자랐으며, 지하부 역시 21.98 cm로 20.1 cm, 7.5 cm인 100 Gy와 400 Gy보다 더 자란 것을 확인하였다. 반면 분얼수와 건중량의 경우, 분얼수는 100 Gy가 6.2개로 대조군의 3.2개보다 많았으 며, 400 Gy는 3.2개로 대조군과 같았다. 건중량 역시 100 Gy에서 지상부는 3.3 g, 지하부는 0.75 g으로 대조군의 지 상부 1.4 g, 지하부 0.3 g보다 높게 나타났다. 이는 완조사 100 Gy에 의해 지상부와 지하부 길이는 작았으나, 약 2배 가량의 분얼수 증가에 따라 건물중이 높게 나타난 것으로 사료된다. 반면 400 Gy에서는 0.4 g과 0.1 g으로 가장 낮게 나타난 것을 확인하였다. 일반적으로 식물은 외부 스트레스를 받으면 생육이 잘 이루어지지 않는다. 본 결 과에서도 방사선 조사된 식물체들이 대조군보다 더 작았 다. 또한 100 Gy에서보다 400 Gy의 강한 선량일수록 생 육에 더 많은 영향을 주는 것으로 생각된다. 2. 방사선 완∙급조사에 의한 chlorophyll 및 carotinoid 함량 변화 완조사와 급조사의 선량에 따른 클로로필과 카로티노 이드의 함량 변화를 확인하였다(Fig. 2). 클로로필 a의 경 우 대조군은 1,041.3μg g-1fresh wt.로 가장 높게 나타났 으며, C100은 916.9μg g-1fresh wt., C400은 934.9μg g-1
fresh wt., A100은 895.85μg g-1fresh wt., A400은 745.3
μg g-1fresh wt.로 완조사가 급조사에 비해 더 높게 나타
나는 것을 확인하였다 (Fig. 2A). 크로로필 b의 값은 클로 로필 a와 동일하게 대조군 (433.9μg g-1fresh wt.)에서는
가장 높은 값을, A400 (293.4μg g-1fresh wt.)에서는 가장
낮은 값을 보였으나, C400이 298.6μg g-1fresh wt.값으
로 C100 (391.2μg g-1fresh wt.)과 A100 (330.2μg g-1fresh
wt.)보다도 더 낮게 나타났다 (Fig. 2B). 클로로필 a와 b
의 값은 대조군이 1,434.8μg g-1fresh wt. 값으로 역시 가
장 높게 나타났으며, C100과 C400은 1,272.2μg g-1fresh
wt.과 1,201.7μg g-1fresh wt.로 C100이 더 높게 나타났
고, A100과 A400은 1,193.3μg g-1fresh wt.과 1,010.7μg
g-1fresh wt.로 역시 낮은 선량 (100 Gy)에서 더 높은 값 을 나타냈다(Fig. 2C). 카로티노이드 함량은 오히려 A100 에서 259.7μg g-1fresh wt.로 C100 (253.1μg g-1fresh wt.) 과 C400 (257.7μg g-1fresh wt.)보다도 더 높게 나타났으 며, 대조군은 315.01μg g-1fresh wt.로 가장 높은 값을, A400은 200.7μg g-1fresh wt.로 가장 낮은 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 2D). 클로로필과 카로티노이 드 모두 대조군이 가장 높게 나타났으며, C100, C400,
A100, A400의 경우엔 완조사 100 Gy일 때 높게 나타나
는 것을 확인하였다. 카로티노이드와 클로로필의 함량 측정은 식물이 광합성 할 때, 빛 흡수를 돕기 때문에 식 물의 에너지 생산 여부를 판단 할 수 있게 해준다 (Frank
and Cogdell 2008). 또한 클로로필과 카로티노이드는 특 히 외부환경에 의해 영향을 많이 받게 되어 잎 색의 변 화로도 스크리닝이 가능하다 (Varotto et al. 2000; Jia and
Li 2008). 클로로필과 카로티노이드는 빛, 산소 등의 환경
요인에 의해 흡수 및 분해되는데, 방사선에 노출된 식물 들이 모두 대조군보다 다소 감소하는 것으로 보아, 방사 선이 클로로필과 카로티노이드 생합성에 영향을 미치는 것으로 보인다 (Jia and Li 2008).
3. 조사패턴에 따른Lipid peroxidation 및 Proline의 영향
MDA의 함량은 일반적으로 활성산소에 의한 스트레스
에 의한 과산화 지질의 함량을 확인하기 위한 생리적 지 표로 사용되며, Proline 역시 osmotic 스트레스를 측정하는 지표로서 사용된다 (Stewart and Lee 1974; Delauney and Fig. 1. Growth responses of rice irradiated with chronic gamma-rays. The chronic gamma-rays was irradiated at 4 and 2 meter ranges from
gamma source for 21.8 (100 Gy) and 24.3 days (400 Gy) with dose rates of 229.2 and 490.0 mGy h-1(20 h day-1), respectively, at the
gamma-phytotron. Shoot length (cm) Dry Wt. of shoot (g) No. of tiller Dry Wt. of shoot (g) Root length (cm) 60 50 40 30 20 10 0 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 Con. 100 Gy 400 Gy (A) (B) (C)
Verma 1993; Rio et al. 2005). MDA의 경우 C400에서
14.8 mmol g-1으로 가장 높게 나타났으며, A400과 A100
역시 각각 10.7, 8.3 mmol g-1으로 대조군의 6.9 mmol g-1
에 비하여 더 높게 나타났다(Fig. 3A). 반면 C100의 경우 엔 오히려 4.8 mmol g-1으로 낮게 나타났다. Plorine 역시
MDA와 비슷한 패턴의 결과를 보였다. C400에서 22.9
μg g-1fresh wt.로 가장 높게 나타났으며, A100과 A400은
크게 차이는 나지 않았지만 각각 7.9, 8.3μg g-1fresh wt.
으로 대조군의 7.3μg g-1fresh wt.에 비해서는 높게 나타
났다 (Fig. 3B). C100은 6.8μg g-1fresh wt.로 역시 가장
낮은 값을 나타냈다. 방사선에 조사된 식물체의 세포내
free radical이 증가하면서 지질의 과산화 현상을 일으켜
MDA의 함량이 증가된 것으로 생각된다 (Lutts et al.
1996). 특히 저선량의 방사선을 지속적으로 조사할 때
식물체 내의 free radical이 지속적으로 발생하여, MDA 역시 증가하게 되어 이를 제거하기 위한 대사과정이나 항산화 과정의 제어가 원활히 이루어지지 않아 C400일 때 MDA의 함량이 더 높아진 것으로 생각된다 (Sun et
al. 2010). Proline 또한 MDA처럼 저선량이 지속적으로 조사 되었을 때 더 증가되며 낮은 선량을 단기간 조사 Fig. 2. Chlorophyll a (A), chlorophyll b (B), total chlorophyll (C) and carotenoid contents (D) of the non-irradiated plants and chronic and
acute irradiated plants with 100 and 400 Gy doses.
Ca μ g g -1fresh wt. Ca ++ Cb μ g g -1fresh wt. Cb μ g g -1fresh wt. Carotinoid μ g g -1fresh wt. 1200 1000 800 600 400 200 0 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 350 300 250 200 150 100 50 0
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
(A) (B)
(C) (D)
Fig. 3. Physiological effects of chronic and acute gamma-irradiation on the MDA (A) and proline contents (B) in leaves of the non-irradiated
plants and chronic and acute irradiated plants with 100 and 400 Gy doses.
MDA (mmol g -1fresh wt.) Proline (μ g g -1fresh wt.) 16 12 8 4 0 25 20 15 10 5 0
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400 Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
시에 증가되는 것으로 생각된다. 4. 항산화 효소 활성 차이 ROS가 증가하게 되면 식물은 스스로를 방어하기 위해 항산화 효소를 증가시켜 다른 분자로 전환시킨다 (Arora et al. 2002). 본 실험에서는 방사선 조사된 식물체로부터 항산화 효소 활성이 어떻게 차이를 보이는지 확인하였 다 (Fig. 4). CAT의 측정 결과 대조군은 4.2 Unit mg-1
pro-tein, C400은 4.1 Unit mg-1protein로 근소한 차이를 보였
으며, A100은 3.9 Unit mg-1protein, A400은 3.5 Unit mg-1
protein를 나타냈다. C400은 3.2 Unit mg-1protein로 가장
낮게 나타났다. 완조사와 급조사 모두 100 Gy 선량에서 더 높게 나타났으며, C100은 A100보다 더 높으나, C400 은 A400보다 낮은 값을 나타냈다 (Fig. 4A). POD의 경우 에는 급조사 값이 완조사와 대조군보다 더 높은 값을 나 타냈다. A400이 28.6 Unit mg-1protein으로 가장 높게 나
타났으며, C100은 11.0 Unit mg-1protein으로 대조군 (12.6
Unit mg-1 protein)보다 낮게 나타났다 (Fig. 4B). POD는
CAT 값과 다르게 완조사와 급조사 모두 400 Gy에서 더
높게 나타났다. APX는 A100이 5.3 Unit mg-1protein으
로 가장 높게 나타났으며, 대조군은 4.03 Unit mg-1
pro-tein 값으로 C100 (3.8 Unit mg-1protein), C400 (2.6 Unit
mg-1protein), A400 (3.5 Unit mg-1protein)보다 더 높게
나타났다 (Fig. 4C). APX에서는 CAT의 패턴과 같이 100
Gy 선량에서 더 높게 나타났으나 완∙급조사에 따라서
는 POD처럼 급조사일 때 더 높게 나타났다. SOD는 완 조사 C100 (40.25 Unit mg-1protein)과 C400 (40.25 Unit
mg-1protein)은 비슷한 값으로 대조군 (29.7 Unit mg-1
protein)보다 높게 나타났으나 급조사는 A100 (13.73 Unit
mg-1protein)와 A400 (15.38 Unit mg-1protein) 모두 더
낮게 나타났다 (Fig. 4D). CAT와 POD는 H2O2를 O2와 H2O로 분해시키는 역할을, APX와 SOD는 O2-를 H2O2
와 O2로 전환하는 항산화 효소로 ROS에 의한 식물체의
DNA, 막지질, 단백질 등의 산화적 손상을 방어한다
(Fri-dovich 1983; Bowler et al. 1992; Mascher et al. 2002). 결 과에서 CAT의 경우에는 조사체들보다 대조군이 더 높 게 나타났으나, POD의 경우엔 급조사일 때, POD함량이 증가했으며, APX 역시 급조사일 때 함량이 더 높은 것으 로 보였다. 반면 SOD의 경우엔 오히려 완조사에서 함량 이 증가하였다. 또한 각 선량 및 완∙급조사의 스트레스 에 의해서는 효소의 활성차이가 보이지 않는 것으로 보 인다. 방사선의 완∙급조사 및 선량에 따라 식물체 내의 활성산소에 대한 각각의 항산화 효소 활성 반응이 달라 지는 것에 대하여 코딩 유전자의 분리와 발현에 대한 연 구가 더 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 감마선의 조사패턴 즉, 완∙급조사의 Fig. 4. Antioxidant enzyme activities by 100 and 400 Gy of chronic and acute gamma irradiation in rice leaves. Catalase activity (A),
peroxi-dase activity (B), ascorbate peroxiperoxi-dase activity (C), and superoxide dismutase activities (D). Bars represent standard errors (n==3).
CAT (Unit mg -1protein) APX (Unit mg -1protein) POD (Unit mg -1protein) SOD (Unit mg -1protein) 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 30 25 20 15 10 5 0 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
Cont. C-100 C-400 A-100 A-400
(A) (B)
차이에 의한 돌연변이 육종 효율을 도모하고자 식물체 에 직접적으로 영향을 미치는 생육과 생리적 분석을 통 하여 식물체의 변화 추이를 가늠하고자 하였다. 벼는 단 자엽 모델식물로써 유전체 연구가 활발한 가운데 이러 한 조사패턴에 따른 벼 식물체의 유전자 레벨에서의 발 현 연구와 품종 개량을 위한 육종 기술 개발을 위한 기 초자료로서 본 연구에서 제시한 생육과 생리적 영향평 가 결과로 유용할 것으로 사료된다.
결
론
본 연구에서는 저 LET인 감마선으로 선량별 완∙급 조사가 식물에 미치는 영향을 확인하기 위하여 생육조 사, 클로로필, 카로티노이드, MDA, Proline 및 항산화 효 소 함량을 측정하는 실험을 실시하였다. 그 결과 높은 선량일 때 대조군보다 초장이 짧고 클로로필과 카로티 노이드 역시 대조군보다 함량이 낮은 것으로 보아 식물 체가 방사선에 노출 되었을 때 광합성에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 반면, 활성산소에 의해 영향을 받는 MDA 및 항산화 효소는 대조군과 비교해 방사선에 조 사된 식물체들의 함량이 더 높게 나타났다. 각각 완∙급 조사 및 선량에 따라 조사된 식물체는 항산화 효소에 따라 차이가 나타났다. 완조사인 C400은 MDA, CAT, SOD에서는 높게 나타났으나, POD에서는 낮게 나타났 으며 오히려 급조사 A400에서 더 높게 나타난 것을 확 인하였다. 향후 완∙급조사 및 선량에 따라 식물체 내의 활성산소에 대한 각각의 항산화 효소 활성 반응이 달라 지는 것에 대하여 코딩 유전자의 분리와 발현에 대한 연구가 더 필요할 것으로 판단된다.사
사
본 연구는 교육과학기술부에서 주관하는 방사선 기술 개발사업으로 수행되었으며 이에 감사 드립니다.참 고 문 헌
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Manuscript Received: February 22, 2011 Revision Accepted: February 28, 2011
