유채에서의 고온 스트레스 반응 분석

Abstract

Rapeseed (Brassica napus L.) is an important oil crop belongs to the Brassicaceae family. However, rapeseed is limited growth and development under the temperature above 29℃ and reduced productivity for the result. To understand the response of rapeseed in heat stress, analysis of heat tolerance among the 5 Korean rapseed cultivars, Naehan, Youngsan, Yudal, Sandongchae and Tammi, was performed, and the heat tolerance is revealed as follows; Sandongchae, Yudal ≥ Naehan > Youngsan and Tammi. In these 5 cultivars, the microarray analysis to understand molecular backgrounds in responses to heat stress were performed using Naehan, Youngsan and Tammi. Arabidopsis 2.6k oligonucleotide microarray chip was used based on the fact that Arabidopsis and Brassica species are phylogenetically related very closely, and their sequence similarities between homologous genes are high. As a result, the genes binding to nucleic acid and nucleotide were up regulated and the genes expressed in plastid and chloroplast were down regulated. Therefore, protein metabolism was activated and photosynthesis was reduced by heat stress in rapeseed. Besides the common response, it shows some differences among the rapeseeds varieties. Especially, the genes related in transcription, development process and biogenesis were up regulated in Naehan, while the genes related in response to stress and biotic or abiotic stimulus were up regulated in Youngsan and Tammi. The condition for transformation of rapeseed var. Youngsan using tissue culture was also revealed. As a result, it would contribute to improve the heat tolerance of rapeseed.;유채는 십자화과에 속하는 중요한 유지작물의 하나로써 전 세계적으로 식용, 공업용으로 널리 쓰이고 있다. 그러나 대부분의 유채는 외부 온도가 29℃ 이상이 되면 고온 스트레스를 받게 되어 생장 및 발육이 저해되고 종자의 생산성이 감소하여 동남아시아 등지와 같은 아열대 기후 지역에서 재배하기 어려워 석유 에너지 고갈에 따른 대체 에너지의 개발 및 생산성 증가에 한계가 이싸. 이와 같은 한계성 극복에 필요한 기초 연구로써 내한, 영산, 유달, 산동채, 탐미의 다섯 가지 국내 품종의 유채를 선택하여 유채의 고온 스트레스에 대한 반응을 분석하고, 고온 스트레스에 대한 내성 유도 기전을 이해하기 위한 연구를 수행하였다. 선택된 다섯 가지 품종에서 생리 실험 결과 산동채, 유달, 내한이 고온에 강하고 영산과 탐미가 고온에 약한 것으로 나타났다. 이러한 각 품종간의 저항성 차이에 대한 분자적 수준에서의 이해를 위하여 생리 실험에 사용된 다섯 가지 품종의 유채 중 바이오 디젤에 적용이 가능한 내한, 영산, 탐미를 이용한 microarray 기법이 사용되었다. 사용된 microarray chip은 유채와 십자화과 근연종인 애기장대의 유전자를 이용하였는데 유채와 애기장대간의 염기 서열이 유사하기 때문에 본 연구에서 유채의 유전자 발현 분석에 이용되었다. 그 결과 고온 스트레스를 받기 전과 후에 많은 유전자들의 발현 변화가 있었으며 특히 그 중에서도 세 품종에서 공통적인 현상으로 핵산 및 nucleotide에 결합하는 유전자들이 증가하고 엽록체 및 plastid에서 발현되는 유전자가 감소하여 유채가 고온 스트레슬 받았을 때 이에 반응하기 위하여 전사 및 단백질 합성이 활발해지는 한편 광합성이 저해된다는 것을 보여주었다. 이러한 공통점 외에도 품종 간 고온 스트레스에 대한 반응성의 차이도 나타났는데 내한의 경우 특히 전사 및 생합성 관련된 유전자들의 발현이 강화된 한편 내한과 탐미에서는 스트레스 및 자극에 관련된 유전자들의 발현이 두드러져 품종 간에 고온 스트레스에 저항하는 방식에 차이가 있음을 보였다. 한편 본 연구에서는 유채의 형질전환 방법에 대한 확립도 함께 이루어졌다. 그 결과 약 4 개월의 기간 동안 안정적으로 형질전환이 된 유채를 확보할 수 있는 조건을 찾아내었다. 이 것은 유채의 고온 스트레스에 대한 반응성에 대한 연구의 후속 연구를 통하여 찾아진 유채의 내열성 증진에 기여도가 높은 유전자를 통하여 고온 스트레스에 강화된 유채의 제작에 이용될 것이다.