본 연구는 무 자엽의 PQ 스트레스에 대한 PA 방어효과를 분석하였으며, CAT와 GPX 총활성도 변화 및 이들 효소의 동위효소 발현 양상을 조사하였다. CAT 총활성도의 감소는 Spd 전처리에 의해 회복되며, 이 과정에서 CAT1 동위효소의 강한 발현이 중요하다는 결과를 얻었다. 또한, PQ에 노출된 자엽에서 GPX 총활성도 회복은 Spd 전처리와 GPX1 동위효소의 활성도 증가에 밀접하게 관련되어 있다. PA 전처리는 PQ에 의해 유도된 산화적 손상에 대한 내성을 증진시키며, 이 중에서도 Spd의 내성 증진 효과가 가장 높았다. Spd는 CAT와 GPX의 활성도 회복을 유도하고 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 축적 억제를 통해 PQ 독성 방어 효과를 보이는 것으로 나타났다.
<p>식물계에서 대부분의 항산화 효소들은 그 들 고유의 여러 동위 효소 (isozyme)를 지니고 있다. 이 들 동위효소 들은 산화스트레스에 대해 제 각기 다른 감수성을 보이며 또한 서로 다른 조직에서는 차등적으로 발현된다는 보고가 있다. Donahue 등 (1997)은 제초제 PQ 를 완두 잎에 단기간 처리 시 잎의 나이 및 품종에 따라 ascorbate peroxidase 및 glutathione reductase의 총활성도 및 그 들의 동위효소 반응이 차등적으로 발현 됨을 관찰하여 식물이 스트레스에 대한 내성을 발휘하는데 있어 이들 항산화 효소의 특정 동위효소가 중요한 역할을 할 가능성을 제시하였다. 따라서 무 자엽에서 PQ 스트레스에 대한 PA 의 방어 효과를 이해하기 위해 CAT 및 GPX 총할성도 변화와 함께 이들 효 소의 동위효소 발현 양상을 분석하였다. 본 실험 식물인 무 자엽에 서는 2 개의 CAT 동위효소 밴드가 분리되었다( Fig. 6). Figure 6의 결과에서처럼, CAT1 밴드의 activity staining 강도가 24 시간 PQ 단 독처리구에서 대조구에 비해 현저하게 감소되었다. 그러나 Put와 Spm 전처리구를 제외한 Spd 전처리구에서 다시 대조구 수준이상으로 회복되었다. 반면에 CAT2 밴드의 경우, 모든 처리구에서 비슷한 activity staining 강도를 보여 별 차이가 없었다. 이러한 결과는 무 자엽에서 PQ 스트레스에 의해 감소된 CAT 총활성도가 Spd 전 처리에 의해 회복되는 과정 (Fig. 4)에서 CAT1 동위효소의 강한 발 현이 주도적인 역할을 담당하는 것으로 볼 수 있다. Anderson 등 (1995)은 저온 스트레스에 노출된 옥수수 중배축에서 이 식물 조직이 저온에 순화하는 동안 미토콘드리아 catalase의 특정 동위효소의 활성도 증가가 유도되어 세포 내 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 함량 증가를 억제한다는 보고를 하였다. 그러나 Chandlee 등(1983)은 제초제 aminotriazole에 대한 내성 발현 연구에서 미토콘드리아 내의 CAT 동위효소 (CAT3) 보다 peroxisome 내의 동위효소 (CAT1, CAT2)가 더 주도적인 역할을 한다고 보고한 바 있어, 스트레스 방어반응에서 polyamine (PA)의 정확한 역할을 규명하기 위한 추후 연구에서는 본 실험에서 분리된 CAT1, CAT2 동위효소의 세포내 localization 및 효소적 특성에 대한 추가적인 조사가 요구된다.</p> <p>페놀 일종인 guaiacol의 산화대사에서 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 를 무독성의 물로 환원하여 제거하는 GPX도 식물 종에 따라 여러 개의 동위효소가 존 재하는 것이 알려졌다. 본 실험에서는 3개의 동위효소 (GPX1, GPX2 및 GPX3) 밴드가 분리되었는 데 (Fig. 7), 대조구에 있던 GPX1 밴드가 PQ 단독 처리구에서 완전히 사라졌으나 PA 전처리구 가운데 Spd 전처리구에서 다시 뚜렷이 회복되었다. 더욱 흥미로운 사실은 대조구에는 없었던 새로운 GPX 동위효소 밴드 한 개 (4 표시)가 모든 PA 전처리구에서 출현하였으며 이 밴드의 activity staining 강도 역시 Spd 처리구에서 가장 컸으며 그다음으로 Spm, Put 처리구 순으로 나타났다. 이들 결과는 24시간 PQ에 노출된 자엽에서 Spd전처리에 의한 GPX 총활성도 회복이 새로 생성된 GPX 동위효소와 더불어 GPX1 동위효소의 활성도 증가에 밀접한 관련이 있음을 의미하는 것이다. Rao 등(1996)도 flavonoid 결핍 돌연변이 애기장대를 UV-B에 노출시켰을 때 새로운 GPX 동위효소가 합성되는 것을 입증한 바 있다.</p> <p>결론적으로, 무 자엽에서 PA 전처리는 PQ에 의해 유도되는 산화적 손상에 대한 내성을 의미 있게 증진시켰으며 이 때 PA 중에서 Spd 의 내성 증진 효과가 가장 높았다. 그리고 PQ 에 노출된 자엽에서 Spd가 가장 효율적으로 CAT 와 GPX 의 활성도 회복을 유도하였으며 그로 인한 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 축적 억제를 통해서 PQ 독성에 대한 방어 효과를 보이는 것으로 생각되었다. Spd에 의한 이들 CAT와 GPX 총활성도 증가에는 각각 CAT1 그리고 GPX1 및 새로 합성된 GPX 동위효소가 주도적인 기여를 하고 있음을 알 수 있었다.</p> <h1>적 요</h1> <p>무 (Raphanus sativus L.) 유식물의 자엽에 polyamines (PAs) 중 특히 \( 1 \mathrm{mM} \) spermidine (Spd) 전처리 시 paraquat (PQ) 에 의해 유도되는 자엽의 산화적 손상이 경감되었다. 즉, 자엽의 생체량, 엽록소, 단백질 함량의 소실과 자엽 내 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 과다축적과 같은 현상이 현저히 완화되었다. 이와 관련해서 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 분해 효소인 catalase (CAT)와 guaiacol peroxidase (GPX)의 총활성도 변화를 조사하였으 며 그 결과, PQ 에 노출된 자엽에서 PA 중 \( 1 \mathrm{mM} \mathrm{Spd} \) 전처리에 의 하여 CAT 활성도가 크게 증가하였고 또한 PQ 에 의한 급속한 GPX 할성도 감소 역시 현저히 억제되어 거의 대조구 수준을 보였다. CAT 와 GPX 동위효소 조성에 대한 native gel 분석 결과, PQ 에 노출된 자엽에서 \( 1 \mathrm{mM}\) \(\mathrm{Spd} \) 전처리 시 CAT 동위효소 1 개 (CAT1)와 GPX 동위효소 1 개 (GPX1)의 활성도가 현저히 증가하였으며 또한 새로운 GPX 동위효소 1 개가 생성된 것을 확인하여 이들 동위효소가 PQ 내성 발현에 보다 큰 기여를 하고 있음을 알 수 있었다. 위 결과들로부터, PAs 중 특히 Spd 가 PQ 에 노출된 무 자엽에서 내 재성 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 함량 수준을 조절하는 CAT와 GPX 효소의 발현 유도를 통해 항산화 보호제로서의 역할을 수행하는 것으로 생각되었다.</p>