Arabidopsis의 고친화도 carrier인 HKT1 및 저친화도 channel인 KAT1에서의 이온의 친화도 순을 보면 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 흡수 및 이동에 관여할 가능성을 보여주는 생화학적 특성을 지닌다. 그러나 Arabidopsis에서 inward rectifying channel인 AKT1이 주요한 \( \mathrm{K}^{+} \) 흡수 경로라고 보고되는 한편 돌연변이체인 alt1에서 \( \mathrm{Cs}^{+} \)흡수가 감소하지 않으므로 모든 이온이 같은 경로를 통하지는 않는다. 위와 같이 특성이 유사함 같은 경로를 경유하지 않는 것에 실제로 \( \mathrm{Cs}^{+} \)가 통과할 수 있는 흡수경로가 무엇인지에 관한 관심이 고조되고 있다. 본 연구는 이에 대해 옥수수를 이용해 뿌리 연구를 진행했으며 이를 통해 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 흡수 연구가 어떻게 진행되는 지를 분석하고 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 독성과 \( \mathrm{K}^{+} \)와의 관련성을 뿌리 생장 변화와 \( \mathrm{K}^{+} \) uptake에 관련된 ZmKUP1 유전자의 발현을 통해 분석한다.
<p>\( \mathrm{Cs}^{+} \)에 의하여 작용에 방해를 받게 되는 \( \mathrm{K}^{+} \)는 식물체의 다양한 생리작용에 관여하는 필수 다량 원소로서 생체막 내부와 외부에서 불균형을 이루어 막전위차에 의존하는 세포 기능에 중요한 역할을 하며 세포 내로 능동적 흡수를 일으켜 세포내 농도가 \( 100 \sim 200 \mathrm{mM} \)까지도 축적될 수 있는 것으로 보고되었다. \( \mathrm{K}^{+} \)를 세포 내로 유입하는 과정은 저농도의 \( \mathrm{K}^{+} \)가 존재할 때에는 고친화도의 carrier가, 고농도의 \( \mathrm{K}^{+} \)가 존재할 때에는 저친화도의 channel이 관여하는 것으로 알려져 있다. Arabidopsis의 고친화도 carrier인 HKT1 (High-affinity K Transporter 1)은 \( \mathrm{K}^{+}>\mathrm{Cs}^{+}>\mathrm{Rb}^{+}>\mathrm{Na}^{+}>\mathrm{NH}_{4}^{+} \) 순의 친화도를 나타내고, 저친화도 channel인 KAT1은 \( \mathrm{K}^{+}>\mathrm{Rb}^{+} \)\( >\mathrm{Na}^{+}>\mathrm{Cs}^{+} \)순의 친화도를 나타내어, 이 두 가지 모두가 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 흡수 및 이동에 관여할 가능성을 보여주는 생화학적 특성을 지니고 있다. 그 외에도 Arabidopsis에는 다양한 \( \mathrm{K}^{+} \) 흡수 경로가 있으며, Arabidopsis에서 inward rectifying channel인 AKT1이 주요한 \( \mathrm{K}^{+} \) 흡수 경로라고 보고되었다. 그러나 돌연변이체인 alt1에서 \( \mathrm{Cs}^{+} \)흡수가 감소하지 않으므로 \( \mathrm{Cs}^{+} \)가 모든 \( \mathrm{K}^{+} \)통로를 경유하여 흡수되는 것은 아니며 AKT1이 \( \mathrm{Cs}^{+} \)의 주요 흡수경로는 아닌 것으로 생각된다. 이와 같이 \( \mathrm{K}^{+} \)와 \( \mathrm{Cs}^{+} \)의 특성이 유사함에도 \( \mathrm{Cs}^{+} \)가 모든 \( \mathrm{K}^{+} \) 흡수 경로를 통과할 수는 없으므로 실제로 \( \mathrm{Cs}^{+} \)가 통과할 수 있는 흡수경로가 무엇인지에 관한 관심이 고조되었다. 식물체에서 \( \mathrm{K}^{+} \)이 결핍되면 고친화도 \( \mathrm{K}^{+} \) transporter family인 KUP/HAK/KT \( \mathrm{K}^{+} \)Uptake Permease/ High Affinity \( \mathrm{K}^{+} \) Transpotrters/ \( \mathrm{K}^{+} \) Transporter)에 속하는 AtHAK5의 발현이 유도되는데 이 AtHAK5가 \( \mathrm{Cs}^{+} \)을 통과시킬 수 있으며 \( \mathrm{Cs}^{+} \)의 생리학적 이동 경로라는 것이 밝혀졌다. 그러나 경제적으로 중요한 단자엽 작물에서는 옥수수 정단 하부에서 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 흡수가 가능하다고 알려져 있을 뿐 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 흡수의 주요 경로와 관련된 연구들이 아직 많이 이루어지지 않고 있다.</p><p>\( \mathrm{Cs}^{+} \)에 관한 연구는 \( \mathrm{K}^{+} \) uptake에 관한 모델을 탐색하는 도구로 사용되는 경우와 방사성 \( \mathrm{Cs}^{+} \)의 흡수 및 이동 경로를 중심으로 연구되어 왔을 뿐, 식물체의 발달에 미치는 \( \mathrm{Cs}^{+} \)의 영향은 단순히 생장이 감소한다는 정도의 막연한 기술이 전부였다. 최근에 Arabidopsis를 대상으로 \( \mathrm{Cs}^{+} \) 독성에 관한 연구와 \( \mathrm{Cs}^{+} \)에 의한 유전자 발현에 관한 연구가 이루어지기는 하였으나 주로 shoot에 관한 내용이었고 실질적으로 \( \mathrm{Cs}^{+} \)를 흡수하는 기관인 뿌리에 관한 연구는 거의 없었다. 본 연구에서는 옥수수 발아 시 어린 식물의 초기 뿌리 생장에 미치는 \( \mathrm{Cs}^{+} \)의 효과를 자세히 관찰하고, \( \mathrm{Cs}^{+} \) 독성과 \( \mathrm{K}^{+} \)와의 관련성을 뿌리 생장 변화와 \( \mathrm{K}^{+} \) uptake에 관련된 ZmKUP1 유전자의 발현 조사를 통하여 탐색하고자 하였다.</p>