고선량 감마선 조사 후 잎을 단백질, 엽록소 및 카로테노이드의 함량과 SOD 유전자 발현이 감소한다. 또한 SOD isoenzyme의 활성이 감소하고 이는 산화스트레스를 일으켜 생리적 손상에 대한 원인이 될 수 있다.
<h1>결과 및 고찰</h1><h2>고선량 감마선 조사 후 벼 잎의 단백질과 엽록소 및 카로테노이드 함량 변화</h2><p>고선량 감마선에 의한 벼 잎의 생리적 손상이 단백질, 엽록소, 카로테노이드의 함량 변화를 통해 조사되었다. 단백질은 감마선 조사후 \( 6\mathrm{~h} \)에서 대조구와 조사구 사이에 유의적인 차이가 없었지만 \( 24 \mathrm{~h} \)에는 조사구에서 \( 18 \% \)가 감소하였으며, 이러한 현상은 이후에도 지속되었다. 이러한 결과는 광합성과 항산화제로서 역할을 하는 엽록소와 카로테노이드에서도 관찰되었다. 두 색소들은 감마선 조사후 \( 6 \mathrm{~h} \)에서부터 대조구와 차이를 보였는데 \( 24 \mathrm{~h} \)에서 엽록소는 대조구에 비해 \( 26 \% \), 카로테노이드는 \( 15 \% \)가 감소하였다. 그러나 Kim 등은 \( 4 \sim 16 \mathrm{Gy}\)의 감마선 조사후 \( 24 \mathrm{~h} \)에서 고추 잎의 카로테노이드 함량이 선량의 존적으로 감소한 반면 엽록소는 크게 영향을 받지 않았음을 보고하였다. 이것은 본 실험에 사용된 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 감마선량이 엽록소를 파괴할 정도의 높은 선량이며 단백질 감소와 더불어 고려할 때 광합성능의 실질적인 손상을 초래하였음을 의미한다.</p><h2>고선량 감마선에 의한 SOD isoenzyme 유전자의 발현 변화</h2><p>Fig. 1 에서 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 고선량 감마선 조사가 \( 24 \mathrm{~h} \) 이내에 벼 잎에 생리적 손상을 초래함을 확인하였다. 이러한 효과는 감마선의 일차적인 직접반응이외에 세포속에서 물분해를 통해 생성된 활성산소에 의한 이차반응에 기인하는 것으로, 세포손상의 정도는 내재적 활성산소 보호기작인 효소/비효소적 방어시스템의 활성에 의존적일 수 있다. 실제로 Kim 등은 \( 2 \sim 16 \mathrm{Gy}\)의 감마선 조사후 고추 잎에서 SOD, APX의 활성과 ascorbate의 함량이 증가함을 보고하였다. 이러한 항산화능의 증가는 이후 광저해와 UV-B 스트레스에 대한 저항성의 증가와 관련있는 것으로 생각되었다.</p><p>따라서 본 실험에서는 벼 잎에 생리적 손상을 초래하는 \( 500 \mathrm{~Gy} \)고선량 감마선이 주요 항산화 효소인 SOD의 유전자발현에 어떤 영향을 미치는지 isoenzyme 수준에서 조사하였다. Fig. 2에서 전체적인 발현량은 감마선 조사후 \( 6 \mathrm{~h} \)에 조사구의 isoenzyme들이 대조구보다 높은 발현량을 보였으며 이러한 효과는 \( \mathrm{cCuZn}\)-SOD1을 제외하고 \( 24 \mathrm{~h} \)까지 지속되었다. 그 이후 조사구에서는 모든 isoenzyme들의 발현량이 현저히 감소하기 시작하여 \( 72 \mathrm{~h} \)에서는 오히려 대조구보다 낮아졌다. 전반적으로 대조구에서는 일간차이로 인해 isoenzyme의 발현이 복잡한 양상을 보이는데 반해 조사구에서는 \( 6 \mathrm{~h} \)이후로 시간에 따라 지속적으로 발현량이 감소하였다. 따라서 벼 식물체에 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 감마선을 조사할 때 잎의 단백질, 엽록소, 그리고 카로테노이드 함량이 감소하는 동시에 SOD의 유전자 발현도 저하됨을 알 수 있다. 그러나 벼 잎의 생리적 손상이 \( 24 \mathrm{~h} \)이내에 확인되는 것과 달리 SOD유전자의 발현은 \( 24 \mathrm{~h} \)까지 대조구보다 높게 유지되다가 \( 48 \mathrm{~h} \)이후에 감소하였으므로 적어도 SOD유전자 발현의 감소가 벼 잎의 초기 생리적 손상에 기여한 것으로 생각되지는 않는다. 그렇지만 Kim등이 \( 4 \mathrm{~Gy} \)의 저선량 감마선을 조사한 벼에서 \( \mathrm{pCuZn}\)-SOD를 제외한 SOD 유전자들의 발현에 변화가 없었다는 보고와 달리 본 연구에 사용된 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 고선량 감마선은 모든 SOD유전자들의 발현을 현저히 감소시켰으므로 \( 72 \mathrm{~h} \)부터의 생리적 손상과는 연관될 가능성을 배제할 수 없다.</p><h2>고선량 감마선 조사 후 SOD isoenzyme 효소 활성의 변화</h2><p>고선량 감마선 조사후 SOD isoenzyme들의 유전자 발현이 감소하였지만 이러한 유전자 수준의 변화가 반드시 단백질 함량 또는 효소활성의 변화를 의미하는 것은 아니다.</p><p>따라서 고선량 감마선 조사에 따른 벼 잎의 생리적 손상에 각 SOD isoenzyme이 얼마나 연관되는 지 확인하기 위해서는 단백질 수준의 효소활성을 조사할 필요가 있다. 이를 위해 벼 식물체에 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 고선량 감마선을 조사한 후 잎조직의 SOD isoenzyme 활성변화를 native gel상에서 분석하였다. 그 결과 조사구의 일부 \( \mathrm{CuZn}\)-SOD isoenzyme들의 활성이 감마선 조사후 \( 48 \mathrm{~h} \)까지 대조구보다 높았지만 \( 72 \mathrm{~h} \)에는 모든 isoenzyme들의 활성이 감소하였다. 이러한 결과는 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 고선량 감마선 조사후 적어도 \( 72 \mathrm{~h} \)부터는 SOD isoenzyme들의 유전자 발현과 효소활성의 변화가 상호연관이 있으며 벼 잎의 생리적 손상에 대한 원인이 될 수 있음을 의미한다. 유사하게 Kwon 등은 고추 식물체에 \( 50 \mathrm{~Gy} \)의 감마선 조사후 \( 24 \mathrm{~h} \)에 잎조직의 SOD와 POD의 활성이 크게 증가하였으나 5일째에는 오히려 현저히 감소함을 보고하였다. 반면에 상대적으로 낮은 선량인 \( 10\mathrm{Gy} \)가 조사될 때 효소활성은 5일 이후에도 대조구보다 높게 유지되었으며, Kim등의 보고에 따르면 \( 2 \sim 16 \mathrm{~Gy} \)의 감마선을 조사한 후 고추잎에서 SOD, APX의 활성과 ascorbate의 함량이 증가하였다.</p><p>결론적으로 본 연구에 사용된 \( 500 \mathrm{~Gy} \)의 고선량 감마선은 단백질, 엽록소, 그리고 카로테노이드 함량의 감소를 초래하며, 조사후 초기단계에 일시적으로 SOD isoenzyme들의 유전자 발현을 증가시키지만 \( 72 \mathrm{~h} \)이후에는 유전자 발현과 효소활성을 동시에 감소시키면서 산화스트레스에 의한 생리적 손상을 유도하는 것으로 생각된다. 그리고 고선량 감마선 조사후 초기단계에 isoenzyme들의 유전자 발현증가는 일부의 경우 효소활성의 증가와 연관성이 있는 것으로 보이나 각 isoenzyme에 따른 차별적 영향이 존재하므로 좀 더 세부적인 연구가 필요하다.</p>