녹두(Vigna radiata)와 완두(Pisum sativum)에서 저온 자극에 의한 에틸렌 생합성의 변화

Abstract

콩과 식물 중에서 각각 저온 민감성 종과 저온 내성 종으로 알려진 녹두의 하배축 조직과 완두의 잎 조직을 가지고 식물의 내성에 따른 저온 유도 에틸렌생성 양상과 그런 양상을 보이게 되는 근거를 밝히고자 하였다. 녹두 유식물의 하배축 절편과 완두의 일차 엽의 절편을 가지고 5℃에서 3시간 동안 저온 처리를 한 후 25℃에서 각각의 6시간 동안 시간당 에틸렌 생성량을 측정했다. 그 결과 완두 잎 조직은 녹두의 하배축보다 더 많은 에틸렌을 생산할 뿐 아니라 전형적인 저온유도 에틸렌 생성 양상인 “overshoot” 양상을 나타냈다. 그러나 녹두 조직에서는 이런 급격한 증가 양상이 나타나지 않고 단지 생성량의 점진적인 증가를 나타냈으며 저온 처리 조직의 에틸렌 생성량도 저온 처리를 하지 않은 조직의 생성량과 큰 차이가 없었다. 이런 두 식물의 에틸렌 생성량 차이의 원인을 알아보기 위해 에틸렌 경로의 효소계 중에서 ACC synthase와 ACC oxidase의 활성을 분석한 결과 완두는 저온 자극 후 온도 상승시 ACC synthase의 급격한 활성 증가와 그에 따른 조직내 ACC 함량이 급격하게 증가된다. 이렇게 증가된 ACC는 저온에 별로 영향을 받지 않는 ACC oxidase에 의해 원활히 에틸렌으로 전환되어 급격하게 합성을 증가시키는 반면 녹두 조직은 저온 자극에 대해 ACC synthase와 ACC 함량은 증가하나 ACC oxidase 활성의 급격한 감소로 인해 ACC가 ethylene으로 전환되지 못하기 때문에 생성량이 적었다. 두 효소의 mRNA양의 변화를 측정한 결과 저온 자극시 녹두에서는 ACC synthase의 mRNA 양이 줄어드나 상온으로 온도회복 시에는 급격하게 증가하고 ACC oxidase의 mRNA 양은 저온 자극시 증가하나 상온 회복시에는 오히려 감소하는 경향을 보인다. 그러나 완두에서는 ACC synthase의 mRNA 양과 ACC oxidase의 mRNA 양이 저온 자극시와 상온 회복시 모두 증가하였다.;It has been reported that plants transferred from chilling to warmer temperature evokes, in many cases, considerable levels of ethylene production in a variety of leaf, flower and fruit tissues. In the series of experiments, by using pea and mung bean, which are known as chilling-tolerant and chilling-sensitive plants in Phaseolus spp. Ethylene production from the primary leaf segments of pea and etiolated hypocotyl segments of mung bean was monitored at 25℃ following chilling at 5℃ for 3 h. Pea tissues produced greater amounts of chilling-induced ethylene than mung bean tissues. The maximum ethylene production rates and following decline in rates was more rapid in dwarfbean and at the plateau, the ethylene production of chilled tissues was greater than nonchilled tissues. But in case of mungbean, there is no significant difference between nonchilled and chilled tissues. This pattern of ethylene production was also similar when auxin treated. The high levels of ethylene production in chilled peas were reflected by their enhanced ability to 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) synthase, ACC oxidase activity and in mung bean, on the contrary, ACC oxidase activity was lower than non chilled tissues. In a related experiment, northern blot analyses are carried out to compare the induction kinetics of the expression of the ACC synthase and ACC oxidase genes in mung bean and pea. In mung bean's tissues, ACC oxidase mRNA (ACO1) was induced to accumulate by cold stress and ACC synthase mRNA (ACS7) by transfer to warmer condition with IAA. But in the case of pea, both of the genes were more expressed by cold stress and also by temperature transfer with IAA following the cold stress.