식물 일부는 광합성 작용을 통해 얻은 탄수화물을 fructose 성분으로 저장하는데, fructan의 중합체인 functan은 식물이 저온에 노출 되었을 때 여러 스트레스에 저항을 나타내고, 계속적인 광합성을 할 수 있도록 이용되며 저온하에서 내냉성을 증진하기도 한다. 본 연구에서는 돼지감자의 구근에서 fructan 생합성에 관여하는 효소를 분리하여 벼에 형질전환을 통해 과발현 시킨 후 frunctan 합성의 생리 생화학적 기작을 구명하고자 했다.
<h1>서 론</h1> <p>대부분의 식물은 생장과 발육을 위해 필요한 에너지를 잎에서 광합성 작용을 통해 포도당과 산소를 얻는데 생장에 필요한 양만큼을 남기고 식물체의 각 부분으로 이동하여 소모된다. 그리고 포도당 녹말과 결합하여 기관에 저장되는데 이를 저장 녹말이라고 한다. 포도당과 결합되어 있어 분자가 크며 물에 녹지도 않는다. 따라서 녹말의 상태로는 식물체의 다른 부분으로 이동하기 어렵다. 화본과에 속하는 식물들의 약 \( 15 \% \) 는 광합성 작용을 통해 얻은 탄수화물을 저장녹말이 아닌 fructose라는 성분으로 저장한다 (Hendry 1987).</p> <p>Fructan들은 fractose의 중합체로써 Rose (1804)에 의해 Inula helenium 으로부터 알려졌으며, 이들 물질은 Thompson(1818)에 의해 inulin이라고 불리게 되었다 (Stevens et al. 2001). Fructan들의 형태는 multiple fructose unit들에 연결되어진 glucose와 같은 일반적인 구조를 가지고 있으며 식물에서는 200개 이상의 fructose unit이 한 개의 fructan 분자에 연결되어져 있다. 또한 박테리아 fructan은 100,000 개의 fructose unit으로 구성되어 있다. 자연 상태에서 존재하는 fructan은 몇 가지로 나누어지는데, 이들 형태는 fructose 잔류기가 서로 다른 형태로 연결되는 것에 의해 glycosidic 연쇄의 기본구조가 구별될 수 있다 (Lewis 1993). 이들 구조는 크게 3 가지로 나누어지며, 첫 번째 group은 inulin으로 linear fructan으로 fructose unit이 beta \( (2 \rightarrow 1) \) 결합에 의해 연결되어진다. 몇몇의 단자엽 식물을 포함하여 모든 쌍자엽 식물에 존재하는 fructan으로 알려져 있으며 fructan 중에서 가장 짧은 형태로 구성되어 있다. 두 번째 group인 fructan은 levan으로 linear fructan이며, fructose unit이 beta \( (2 \rightarrow 6) \) 결합에 의해 연결된 형태이다. 이형태의 fructan은 단자엽 식물 및 bacteria에 존재한다. 세 번째 group은 혼합된 형태의 fructan으로써 graminan type이라고 불리우며 이들 fructan은 fructose unit들 사이에 beta \( (2 \rightarrow 1) \) 결합과 beta \( (2 \rightarrow 6) \) 결합이 함께 존재한다. 이런 형태의 fructan은 주로 화본과 식물에 존재하는 것으로 알려져 있다.</p> <p>식물체내에서 fructose의 중합체인 fructan의 생합성경로는 Edelman과 Jefford (1968)에 의해 밝혀진 1-sst/1-fft Model이 있다. Fructan은 액포내에서 sucrose로부터 합성된다. 그 중 첫 번째 단계에서 sucrose로부터 tri-saccharide kestose \( (\mathrm{GF} 2) \) 가 생산되는데. 이 반응은 1-sucrose:sucrose fructosyl transferase(1-sst, EC 2.4.1.99) 효소에 의해 촉매된다 (Wiemken et al. 1995; Vijn and Smeekens 1999). 두 번째 단계는 효소 1-fructan:fructan fructosyltransferase (1-fft, EC 2.4.1.100)의 작용으로 \( \mathrm{GF} 2 \) 와 큰 fructan들 사이에 fructosyl unit을 전달함으로써 중합에 의해 fructan을 합성한다 (Hellwege et al. 1998; Vergauwen et al. 2003).</p> <p>Fructan은 식물이 저온에 노출 되었을 때 다양한 조직에 축적됨으로써 여러 스트레스에 저항을 나타내는 것으로 알려져 있다 (Livingston et al. 2009; Pollock and Cairns 1991; Eude et al. 2000; Hellwege et al. 1997; Roover et al. 1999). Fructan은 세포내 액포에 저장되어 이용되며 계속적인 광합성을 할 수 있도록 작용하며 (Edelman and Jefford 1968), 보리는 저온하에서도 높은 fructan 함량을 유지하면서 식물의 내냉성을 증진한다고 보고하였다 (Wagner et al. 1983; Hochstrasser et al. 1998).</p> <p>본 연구에서는 돼지감자의 구근으로부터 furctan 생합성에 관여하는 효소인 1-sst와 1-fft 유전자를 분리하여 벼에 형질전환을 통해 과발현 시킨 후 fructan 합성의 생리 생화학적 기작을 구명하고자 하였다.</p>