Ca^(2+)이 옥수수의 생장 및 굴지성반응에 미치는 영향

Abstract

Effects of Ca^(2+) on both Auxin induced coleoptile elongation and root gravitropism of corn seedlings were studied. Seedlings grown either in the presence of 10 mM CaCl_(2) (HC) or in the absence of Ca^(2+) (LC) were used. Exposure of coleoptiles of either HC or LC seedlings to 10^(-5) M auxin resulted in strong promotion of elongation. However, longer latent period(90 min) of the auxin effect was observed in HC than in LC ssedlings(20 min). The length of latent period observed in HC coleoptiles was proportional to the concentration of CaCl_(2) The latent period of auxin effect observed in HC seedlings was abolished by pre- treatment of the coleoptiles with TMB-8 which inhibits IP_(3)-induced Ca^(2+) release. Similar results were observed in Cycloheximide - or Actinornycin D - treated HC seedlings. These results suggest that the effect of auxin on coleop-tile elongation is closely related to intracellular Ca^(2+) level. Results also indicate that the Ca^(2+) effects on auxin action may involve protein synthesis. To investigate the effect of Ca^(2+) on gravitropism, movement of Ca^(2+) gravistimulated primary roots of maize(Zea mays L.) was measured using ^(45)Ca^(2+). The movement of Ca^(2+) across the elongation zone was polarized from top to bottom in horizontally oriented roots. Treatments of the tissue with various calcium channel blockers eliminated both the polar movement of ^(45)Ca^(2+) across the elongation zone and gravitropic curvature. Similarly, both the gravitropic curvature and the polar movement of ^(45)Ca^(2+) were disappeared in CaM inhibitor pretreated roots. These results indicate a close relationship between Ca^(2+) movement and gravitropism in primary roots of maize.;Ca^(2+)이 옥수수자엽초에서의 오옥신작용에 미치는 영향과 옥수수뿌리에서의 굴지성반응에 미치는 영향을 조사하였다. 오옥신에 의한 옥수수자엽초의 생장에 미치는 Ca^(2+)의 효과를 알아 보기위해서 옥수수(Zea mays L.)종자를 10mM CaCl_(2)가 들어있는 배지(high calcium ; HC) 또는 CaCl_(2)가 들어있지 않은 배지(low calcium ; LC)에서 길렀다. HC 또는 LC자엽초가 자라고 있는 배지에 10^(-5)M의 IAA를 첨가하면 LC자엽초의 경우, 약 20분의 잠복기가 지난 후 생장율이 200% 증가되었고, HC자엽초에서는 약 90분의 잠복기가 지난 후 생장율이 200% 증가되었다. 1mM CaCl_(2)가 첨가된 배지에서 기른 자엽초의 경우, 10^(-5) M의 IAA를 첨가하면 잠복기가 없이 생장율이 300% 증가하였고, 5mM CaCl_(2)가 첨가된 배지에서 기른 자엽초의 경우, 10^(-5) M의 IAA를 첨가하면 40~50분의 잠복기가 지난 후 생장율이 230％ 증가되었다. 이와같이 배지에 첨가된 Ca^(2+)의 농도가 증가할수록 잠복기는 길어진다. 그러나 HC자엽초를 IP_(3)에 의한 Ca^(2+)의 세포질로의 방출을 억제하는 TMB-8로 전처리하고난 뒤 10^(-5)M의 IAA를 첨가하면 잠복기가 없이 생장율이 증가되었다. 단백질합성 억제제인 Cycloheximide 또는 전사 억제제인 Actinomycin-D와 10^(-5)M의 IAA를 같이 첨가해도 잠복기가 없이 생장율이 증가되었다. 이와같은 결과는 오옥신에 의해 유발되는 생장율증가가 세포질의 Ca^(2+) level과 밀접한 관계가 있으며, 단백질의 합성과도 연관이 있음을 시사한다. Ca^(2+)이 옥수수뿌리의 굴지성반응에 미치는 영향을 조사하기 위해서 중력을 받고있는 수평으로 놓은 옥수수뿌리의 신장생장대에서 일어나는 Calcium의 이동을 ^(45)Ca^(2+)를 사용해서 측정하였다. Root tip에서 약 4㎜ 떨어진 신장생장대의 한쪽면에 ^(45)Ca^(2+)이 첨가되어 있는 donor block을 부착시키고 일정시간이 경과한 후 반대쪽 receiver block에 이동된 ^(45)Ca^(2+)의 양을 Liquid Scintillation Counter를 이용해서 측정하였다. 수평으로 놓은 뿌리의 신장생장대에서 ^(45)Ca^(2+)의 이동은 중력반대 방향으로의 이동보다 중력방향으로의 이동이 훨씬 크게 나타나는 극성이동을 보였다. Verapamil, Diltiazem, Flunarizine등의 Calcium channel blocker로 옥수수뿌리를 전처리한 후 ^(45)Ca^(2+)의 이동실험을 했을때 신장생장대에서의 ^(45)Ca^(2+)의 극성이동과 굴지성반응이 일어나지 않았다. 낮은 농도의 Calcium channel blocker로 처리한 경우에는 약간의 ^(45)Ca^(2+)의 극성이동이 일어났으며 이때 굴지성반응도 낮은 정도로 나타났다. CaM억제제로 뿌리를 전처리한 경우에도 Calcium channel blocker로 전처리한 경우와 같은 결과를 보였다. 이러한 결과는 옥수수뿌리에서 Calcium의 이동과 굴지성반응사이에 밀접한 연관성이 있다는 것을 나타낸다.