염생식물인 칠면초(Suaeda japonica)에서 최초로 3종의 expansin 유전자 cDNA를 분리하여, 이들의 1차구조 및 발현양상을 분석하였다. 분리된 3종의 유전자 cDNA 염기서열은 각각 시스테인 잔기와 트립토판의 위치, 그리고 활성부위로 추정되는 HFD 도메인이 보존된 것으로 확인되었다. 이를 통해 이들 유전자가 a- expansin (EXPA)에 속한다는 것을 확인하였다. 또한, 기관별로 expansin 유전자의 발현 양상을 분석한 결과, SjEXPA1과 SjEXPA2는 모든 기관에서, SjEXPA3는 뿌리를 제외한 모든 기관에서 발현되었다는 결과를 얻었다. 이러한 결과는 \( \mathrm { NaCl } \) 농도 변화에 따른 칠면초 유식물의 생육과 expansin의 발현량 변화를 통해 확인되었다.
<h1>고찰</h1> <p>본 연구에서는 염생식물에서는 최초로 칠면초(Suaeda ja-ponica)의 expansin 유전자의 cDNA 3종을 분리하였으며, 이를 이용하여 칠면초 EXPA 단백질 3종의 1차구조와 각 유전자의 발현양상을 분석하였다.</p> <p>분리한 3종의 칠면초 expansin cDNA 염기서열 분석 및 단백질 1차 구조의 비교분석 결과 시스테인 잔기의 위치 및 배열간격과 트립토판의 위치, 그리고 활성부위의 일부로 생각되는 HFD 도메인이 잘 보존되어 있다는 점에서 이들이 a- ex-pansin (EXPA)에 속한다는 것을 알 수 있었다.</p> <p>애기장대, 벼, 옥수수, 딸기, 토마토, 담배, 고사리, 이끼와 대추나무에서 밝혀진 expansin 단백질과 칠면초의 expansin 단백질을 대상으로 계통수를 작성한 결과 SjEXPA1과 SjEXPA3는 딸기의 expansin과 가까우며 SjEXPA2는 대추나무 expansin과 가장 가까운 것으로 나타났다. 목본인 대추나무 및 목본성의 딸기와 계통적으로 가까운 것으로 나타나는 이유는 칠면초의 생육특성과 관련이 있는 것으로 생각된다. 칠면초는 일년생 초본이지만 생육초기에는 초본성으로 자라다가 나중에 목질화되는 경향이 있다. 따라서 칠면초의 ex-pansin이 목본 식물의 expansin과 유사한 기능을 가질 것으로 추측할 수 있으며 이는 단백질 구조의 유사성과 밀접한 관계가 있다고 볼 수 있다. 이의 확인을 위하여 생육 단계별 ex-pansin 유전자의 발현양상 변화를 추적하는 실험이 차후 필요할 것이다. 칠면초의 기관별 expansin 유전자의 발현양상을 알아본 결과 SjEXPA1과 SjEXPA2는 모든 기관에서 발현되었으며, SjEXPA3는 뿌리에서 발현되지 않는 것을 확인하였다. 줄기와 잎에서는 모든 expansin 유전자가 발현되지만 SjEXPA1과 SjEXPA3은 SiEXPA2 유전자에 비하여 잎에서 발현량이 적은 것으로 나타났다. 줄기에서 모든 expansin 유전자가 발현되고 발현량도 다른 기관에 비하여 많은 이유는 줄기에 위치한 분열조직의 영향인 것으로 생각된다. 뿌리에서도 expansin 유전자의 발현량이 많을 것이라고 추측되지만 비교적 발현량이 적은 이유는 뿌리 특이적인 expansin 유전자가 따로 존재함에도 불구하고 본 연구에서 분리하지 못한데 있다고 생각된다. 벼의 경우 뿌리 특이적인 expansin 유전자가 분리되어 연구된 바 있으며 콩의 경우에도 뿌리 특이적인 ex-pansin 유전자의 발현이 뿌리의 생장도와 밀접하게 관련되어 있다는 증거가 제시된 바 있다. 따라서 칠면초에도 뿌리 생장과 밀접하게 관련된 expansin이 존재할 가능성이 있다. 향후 칠면초의 뿌리 특이적 expansin 유전자의 분리를 통하여 칠면초의 뿌리 생장에 있어서 expansin의 역할을 구명해야 할 것이다.</p> <p>내염성이 없는 식물의 경우 일반적으로 고염도 환경에서 생장이 저해되는데 이는 expansin과 같은 생장 관련 유전자의 발현이 저해된 결과일 것으로 생각된다. 최근의 한 보고에 의하면 내염성 옥수수의 경우 고염도 환경에서도 식물이 정상적으로 생장하고 expansin 유전자도 염분농도와 무관하게 일정하게 발현된다. 그러나 내염성이 없는 정상 옥수수의 경우에 는 고염도 환경에서 생장이 저해될 뿐만 아니라 expansin 유전자 발현도 현저하게 줄었다. 고염도 환경에서의 칠면초유식물의 생육 실험결과에 따르면 실험에 사용된 \( \mathrm { NaCl } \) 농도 범위 0, 1, 2, 5, 10 및 \( 20 \mathrm { ~ppt } \)) 내에서 유식물의 생장이 현저하게 억제되지 않았을 뿐만 아니라 expansin의 발현량에도 큰 변화가 없었다. 이 결과로 미루어 내염성을 가진 식물이 고염도 환경에서도 정상적으로 생장할 수 있는 이유 중 하나로 expansin과 같은 생장관련 유전자의 발현이 \( \mathrm { NaCl } \)의 농도에 크게 영향을 받지 않고 정상적으로 유지됨으로써 식물의 생장 저하가 일어나지 않도록 할 것이라는 점을 들 수 있다. SjEXPA1의 경우 다른 expansin 유전자들과 달리 염분 농도의 증감에 따라 발현량이 일정하지 않지만 SjEXPA2와 SjEXPA3의 경우 발현량이 일정하게 유지되었다. 또한 SjEXPA2와 SjEXPA3의 발현이 SiEXPA1보다 월등히 강한 것으로 보아 염분 환경에서의 칠면초 유식물 생장에는 SjEXPA2와 SjEXPA3 두 유전자가 중요한 역할을 할 것으로 사료된다. 이를 증명하기 위해서는 expansin 유전자를 과다발현 시키거나 억제하도록 조절된 형질전환 칠면초를 이용한 실험이 필요하다. 그러나 칠면초의 유전자 조작에 관한 연구는 아직까지 이루어진 바 없기 때문에 앞으로 많은 노력과 연구가 필요하다.</p> <p>본 연구의 결과로 염생식물인 칠면초가 고염도 환경에서 정상적으로 생육할 수 있도록 하는데 expansin이 중요한 요소 중 하나일 것이라고 결론지을 수 있다. 최근 들어 염생식물이 정화능력을 가지고 있으며 해안 염습지의 침식을 방지하는데 효과적으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 생리활성물질을 다량 함유하고 있다는 점이 알려지면서 많은 관심을 끌고 있다. 염생식물의 보존 및 활용을 위해서 활발한 분자생물학적 연구가 필요하다. 따라서 칠면초 expansin 유전자의 기능에 대한 연구는 염생식물의 응용에 대한 기초연구로서 중요한 의미를 가진다.</p>