무 유식물의 자엽에 산화스트레스를 유발하는 PQ 처리를 실시한 결과, 자엽에 큰 손상이 발생하였다는 연구 결과를 이 논문에서 제시하였다. 특히, 이러한 손상은 PA 전처리를 통해 완화될 수 있으며, 그 효과는 Spd, Spm, Put 순으로 나타났다. 또한, PA 전처리를 통해 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 축적이 억제되어, 이로 인한 세포 지질분자의 과산화 반응이 줄어드는 것을 확인하였다. 결과적으로, 이 논문은 PA가 PQ에 의한 스트레스를 겪는 무의 자엽에서 효과적인 항산화제로 작용함을 보여주고 있다.
<h1>고 찰</h1> <p>무 유식물의 자엽에 산화스트레스를 유도하기 위해 \( 50 \mu \mathrm{M} \) 농도의 PQ 를 24 시간 이상 처리한 결과 심각한 자엽 손상이 일어났 다. 그러므로 생리적으로 의미있는 조건하에서 식물의 반응을 평가하기 위해 자엽의 최대 PQ 노출 시간을 24 시간으로 결정하였다.</p> <p>본 실험에서 PQ 처리로 인한 자엽의 현저한 시듬 현상과 생체량 감소( Fig. 2A) 그리고 뚜렷한 엽록소 및 단백질 함량의 소실이 일어났다(Fig. \( 2 \mathrm{~B} \) and C). 또한 많은 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 축적 현상도 나타났는 데(Fig. 3) 이들 결과는 자엽에서 명백히 PQ 스트레스에 기인한 산 화적 손상임을 입증하는 것이다. 동시에 방어 효과의 크기는 비록 다르지만 이들 PQ 손상이 \( 1 \mathrm{mM} \mathrm{PA} \) 전처리로 완화됨 (즉, \( 1 \mathrm{mM} \) \( \mathrm{Spd} \) 가 가장 높고, 다음으로 \( 1 \mathrm{mM} \mathrm{Spm}, 1 \mathrm{mM} \) Put 순서)을 보였다 (Fig. 2A-C, 3). Zheleva 등(1994)도 완두 식물에서 제초제 atrazine에 의한 생물량 감소 및 엽록소 소실 현상이 PA 전처리로 반전된 결과를 입증하였는데, 이 때 Put 보다는 Spd 와 Spm에서 높은 방어 효과를 얻어 본 실험과 유사한 결과를 제시한 바 있다. 또한, PQ 독성에 대한 PA의 방어 효과가 애기장대의 발아과정과 생장에서 도 보고되었다. 한편, 여러 연구에도 불구하고 식물의 스트레스 내성 발현과 관련하여 PA의 정확한 역할 및 PA종류에 따른 차등적인 방어 효과의 발현에 대한 이해는 아직은 명백하지 않은 상태이다. 현재까지의 연구들은 다음의 가능성에 관심을 두어왔다. 즉, 첫째 PA가 직접 또는 간접적으로 산소 라디칼 제거자 (oxygen radical scavenger)로서의 기능을 한다는 설이고, 둘째 PA가 자신의 양이온적 성질로 인하여 음전하를 띤 세포막과 상호작용을 함으로서 식물스트레스 조건하에서도 막 구조의 안정화에 기여하게 되어 식물이 스트레스 내성을 갖는다는 것이다. 일반적으로, 다양한 산화스트레스에 대힌 식물의 저항성 발현은 스트레스에 의해 축적되는 superoxide 라디 칼, \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 등과 같은 활성산소 라디칼을 제거할 수 있는 능력과 관 련이 있다고 제안되어 왔다. 그러므로, 무 자엽에서 PQ 스트레스에 대한 PA의 방어 효과를 PA의 항산화 성질과 관련하여 조사하였다. Figure 3 의 결과에 의하면 24 시간 PQ에 노출된 자엽에서 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 축적이 PA 전처리로 (특히 Spd 전처리)로 크게 억제되었는데, 이 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 는 매우 산화력이 강한 singlet 산소 분자와 hydroxyl 라디칼의 형성을 초래하며 이들은 세포 지질분자의 과산화 (lipid peroxidation)반응을 유도한다는 점에서 볼 때 본 연구 결과는 명백히 PA가 PQ 스트레스를 받고 있는 무 자엽에서 효과적인 항산화제로서의 역할을 수행 할 수 있음을 보여주는 것이다. PA 의 항산화능과 관련하 여 Velikova 등(2000)은 PA가 세포 내 항산화효소로 구성된 세포 항산화 대사 능력을 증진시킴으로서 스트레스에 대한 내성을 증진 시킨다고 제안한 바 있다. 식물 세포 내 항산화계를 구성하는 주요 항산화 효소로 CAT, GPX, ascorbate peroxidase, glutathione reductase 및 SOD 등이 알려져 있다. 이 중에서 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 제거에 직접 관련된 효소로서 CAT 는 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 주 생성 장소인 peroxisome과 미토콘드리아에서 일차적인 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 분해효소로 작용한다. 이와같은 CAT는 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 제거를 통해 세포 내에서 다양한 활성산소 분자 종의 형성을 초기에 억제함으 로서 산소라디칼 대사에 중요한 내재적 조절 기능을 갖는다. 또한 세포징과 세포벽에 존재하면서 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \)를 기질로 이용하는 전형적인 식물 peroxidase인 GPX도 CAT 보다는 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 분해 속도가 느리지만 고등식물에서 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 제거에 주된 역할을 한다 (Asada 1992; Gaspar et al. 1985). 그러므로 본 실험에서 PQ에 노출된 무 자엽에 서 PA에 의해 유도된 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 축적 억제 현상( Fig. 3)과 관련하여 CAT 와 GPX 의 총활성도 변화에 미치는 PA 의 효과를 먼저 조사하였다. Fig. 4에서 보듯이, PQ 처리에 의해 감소된 CAT 활성도가 PA 중에서 특히 Spd 전처리로 다시 회복되어 24 시간째에는 대조구보다도 높게 나타났다. 반면에 Put 와 Spm 처리에 의한 CAT 활성도 회복 효과는 보이지 않았다. GPX 의 경우에도 PQ 단독처리구자엽에서는 PQ 처리 6 시간째부터 현저히 감소하여 24 시간 때까지 계속 낮은 활성도( 대조구의 \( 55 \% \) 수준)를 보였으나, PA 전처리에 의해서 다시 회복되었으며 특히 Spd 전처리에 의한 회복 효과는 PQ에 노출된 6 시간째부터 나타나서 24 시간째에는 대조구의\( 90 \% \) 이상의 수준으로 크게 회복되었다 (Fig. 5). 또한, Spm 전처리구에서도 Spd 전처리구보다는 적었지만 의미 있게 회복시켰다. Put 전처리구에서는 회복 효과가 가장 작게 나타났다. 따라서 무 자엽에서 PQ 손상에 대한 PA 의 종류별 방어 효과 크기는 이들 PA에 의한 CAT와 GPX 활성도 회복에 의존하고 있음을 알 수 있었다.</p>