본 논문에서는 단백질 및 과산화수소의 함량, 엽록소 함량의 변화, 효소활성도 변화와 mRNA 수준 변화, 과산화수소의 함량과의 상관관계에 대해 서술하였다. 저온처리는 상추에서 강한 산화적 스트레스의 일종으로 단백질의 생성과 과산화수소의 생성량과 밀접한 관련이 있음을 확인할 수 있었고 엽록소의 함량은 저온스트레스를 처리할 경우 엽록소 a와 b 및 총엽록소의 함량이 점차 감소하는 경향을 보였으며 생육 적온으로 회복시키면 정상적인 합성이 이루어진다. 상추식물에서 저온과 같은 환경스트레스는 아스코브산과 관련된 항산화효소의 작용으로 저온저항성 또는 적응성을 획득하는 메카니즘과 연관되어 있고 APX와 DHAR과 효소적 메카니즘과 단백질, 엽록소 등과 같은 생리화학적 메카니즘을 동시에 공유하는 것을 발견하였다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>단백질 및 과산화수소의 함량</h2> <p>공시작물을 \( 4^{\circ} \mathrm{C} \)에서 저온 처리하여 단백질의 함량과 과산화수소의 생성량을 조사한 결과는 Fig. 1과 같다. 상추식물을 저온 처리하였을 때 잎 조직 내 과산화수소의 함량은 일정하게 증가하다가 \( 20^{\circ} \mathrm{C} \)에서 저온처리를 회복시키면 그 함량이 정상상태로 회복하는 경향을 보였다. 단백질의 함량도 감소하는 경향을 나타내다가 \( 20^{\circ} \mathrm{C} \)로 회복시키면 점차 그 함량이 회복되는 경향을 보이고 있어 저온처리는 상추에서 강한 산화적 스트레스의 일종으로 단백질의 생성과 과산화수소의 생성량과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다.</p> <p>저온 처리한 오이의 잎 내 단백질의 함량이 약간 증가한다고 보고하고 있으나 본 연구에서는 이 결과와 약간 상이한 결과를 보였으며, 과산화수소의 함량 변화는 비슷한 결과를 나타내었다. 그러나 오이 유묘를 저온처리 하였을 때 잎 내 단백질의 함량이 감소하여 저온 저항성이 감소하였다고 보고하고 있다. 따라서 저온처리는 식물세포 내 과산화수소를 생성을 촉진하여 축적하게 되며 이 활성산소를 제거하기 위하여 catalase, peroxidase, SOD, APX, GR 등과 같은 항산화효소와 기능적으로 밀접하게 관련되어 있다. 식물체에 과산화수소를 무독화하는 식물체 내 생화학적 변화와 관련된 ascorbate peroxidase (APX)의 cDNA의 발현을 유도한다고 알려져 있으며, 또한 세포 내 과산화수소의 함량이 증가하면 아스코브산과 관련된 효소의 활성도가 증가하는 것으로 보고되어 있다. 아스코브산은 활성산소를 환원시키는 기능을 가지고 있으므로 아스코브산을 전자공여체로 하여 과산화수소를 무독화하는 APX와 관련된 일련의 반응과 몇 가지 효소의 활성도 변화에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며 아스코브산의 재생과 관련된 DHAR의 활성도 변화와 깊은 상관이 있을 것으로 추정된다.</p> <h2>엽록소 함량의 변화</h2> <p>상추의 잎을 저온 처리 하였을 때 엽록소의 함량 변화는 Fig. 2(A)와 같으며 엽록소의 함량은 저온스트레스를 처리할 경우 엽록소 a와 b 및 총엽록소의 함량이 점차 감소하는 경향을 보였으며 생육 적온인 \( 20^{\circ} \mathrm{C} \)로 회복시켰을 경우 정상적인 엽록소의 합성이 이루어지고 있음을 알 수 있다.</p> <p>반면 카로티노이드의 함량의 변화는 거의 일어나지 않고 일정한 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 총 엽록소에 대한 엽록소a의 비율은 Fig. 2(B)와 같이 저온처리 12시간 까지는 증가하다가 24시간이 지나면서 급격하게 감소하게 되고, 마찬가지로 적온으로 회복시켰을 때 그 비율은 정상적인 경향을 가지는 것으로 보아 저온처리와 엽록소의 합성과는 깊은 상관이 있음을 추정할 수 있다. 상추의 경우 \( 4^{\circ} \mathrm{C} \)의 저온 처리는 수분스트레스 처리 시와 같이 식물체의 산화적 손상과 관련이 있다는 결과와 유사하게 나타났으며, 저온스트레스 처리는 식물의 엽록소의 생합성을 저하시켜 광합성 작용을 감소시킨다는 결과와 비슷하다는 사실을 확인할 수 있었다.</p> <h2>효소활성도 변화와 mRNA 수준 변화</h2> <p>저온스트레스 처리 시 과산화수소의 생성량이 증가하여 공시작물은 산화적 스트레스에 직면하게 되면서 스스로 이 활성산소를 제거하기 위한 효소적 반응이 유도되는 메카니즘을 가진다. 이와 같은 산화적스트레스 증가로 과산화수소가 세포내에 축적되면 세포에 손상을 유발하기때문에 이를 제거하기 위하여 아스코브산 과산화효소가 아스코브산을 기질로 하여 과산화수소를 물로 환원시키는 작용을 가지게 된다. 이 과산화작용으로 아스코브산은 디하이드로아스코브산으로 변하고 이를 아스코브산으로 환원하는 효소적 작용을 동시에 가지면서 산화적 손상을 완화시키는 생화학적 작용을 가진다. 따라서 아스코브산이 디하이드로아스코브산으로 환원시키는 과정을 촉매효소인 디하이드로아스코브산 환원효소(DHAR)의 활성도변화를 추정하면 식물이 수분스트레스 환경에 적응하는 기작을 설명할 수 있게 된다. 상추 식물에서 저온 스트레스가 진행됨에 따라 아스코브산 관련효소인 APX와 DHAR의 활성도 변화는 Fig. 3과 같다. 전체적으로 APX와 DHAR의 활성도는 저온 처리가 진행됨에 따라 식물체 잎 내에서 증가하는 경향을 보이고 있으나 적온으로 회복시키면 정상으로 유지됨을 알 수 있다.</p> <p>이 결과는 상추식물에서 저온과 같은 환경스트레스는 아스코브산과 관련된 항산화효소의 작용으로 저온저항성 또는 적응성을 획득하는 메카니즘과 연관되어 있음을 추정할 수 있다.</p> <p>오이의 잎에서 저온 처리에 반응하는 몇 가지 효소의 활성도 변화를 조사한 결과, 저온 처리는 슈퍼옥사이드 전이효소(SOD)와 APX 등의 항산화효소의 활성도는 증가한다고 하였다. 특히 오이의 잎에서는 5종류의 APX 동위효소가 확인되었다고 하였으며 그중 저온저항성에 관련된 활성이 각각 나타난다고 하였다.</p> <p>상추식물에 저온처리를 하였을 때 APX와 DHAR의 생성량과 활성도와 관련된 mRNA의 발현 정도는 Fig. 4와 같이 나타났다. 저온처리 시간이 경과함에 따라 각각의 mRNA의 발현 수준이 크게 증가함을 알 수 있으며 적온으로 회복시 mRNA의 수준도 회복됨을 알 수 있었다. 이 결과는 저온스트레스로 인한 상추의 저온 적응반응은 APX와 DHAR의 효소적 작용과 밀접한 관련이 있음을 추정할 수 있다. 벼의 유묘에서 저온 처리 시 APX의 mRNA의 수준이 크게 증가하였다고 한 보고와, 아라비돕시스에서 저온 반응성 유전자들을 확인한 보고와 유사한 결과를 얻었다.</p> <h2>과산화수소의 함량과의 상관관계</h2> <p>저온스트레스로 인하여 생성되는 과산화수소의 함량변화와 저온 처리를 받은 상추에서 일어나는 여러 가지 생화학적 반응으로 나타나는 효소의 활성도, 단백질의 함량, 엽록소의 함량 등과의 상관관계를 나타낸 결과는 Fig. 5와 같다.</p> <p>APX의 활성도와 과산화수소의 함량과의 상관관계는 공시식물체내 과산화수소의 함량이 증가하면서 APX의 활성도와는 정의 상관(\(\mathrm{R}^{2}=0.8715\))으로 증가하며, DHAR의 활성도도 과산화수소의 함량증가로 동일한 경향으로 증가(\(\mathrm{R}^{2}=0.8643\))하는 것으로 나타나 두 가지 관련효소가 상추의 저온 저항성 획득에 비슷한 영향을 미치는 것으로 생각된다. 엽록소의 함량과 단백질의 함량은 Fig. 5C와 D에 나타낸 바와 같이 저온처리로 과산화수소의 생성량이 증가하면 반대로 감소하는 경향(\(\mathrm{R}^{2}=0.5021\), \(\mathrm{R}^{2}=0.8915\))을 보여 저온과 같은 환경스트레스는 단백질의 합성과 엽록소의 합성을 감소시켜 식물의 생육에 영향을 미치는 요인으로 작용함을 추정할 수 있다. 상추식물은 저온처리를 하였을 때 저온 적응성 획득을 위하여 APX와 DHAR과 효소적 메카니즘과 단백질, 엽록소 등과 같은 생리화학적 메카니즘을 동시에 공유하는 것으로 생각할 수 있다.</p>