본 연구는 염생식물 퉁퉁마디의 환경 스트레스에 의해 유도되는 유전자에 대하여 관심을 가지고 조사하였다. 염생식물에 대한 가장 대표적인 환경 스트레스는 염분 스트레스로써 퉁퉁마디의 발아에 중요한 요인으로 작용하고 있다. 퉁퉁마디의 발아에 대한 NaCl의 한계 농도는 4%로 확인되었고 최적의 발아 조건은 NaCl이 없는 상태로 확인되었다. 적어도 10℃ 이상이 되어야 발아가 되며 최적의 발아온도는 20℃에서 98%의 발아율을 보였다. 환경 스트레스에 유도되는 유전자 후보군 중 퍼옥시레독신 유전자를 중심으로 연구를 수행하였다. 식물의 퍼옥시레독신 유전자는 1CysPrx, 2CysPrx, TypeⅡPrx 그리고 PrxQ등 4개의 그룹으로 이루어져 있으며, 본 연구에서는 퉁퉁마디의 2CysPrx 1개 TypeⅡPrx 1개 PrxQ 1개를 클로닝하고 단백질의 1차구조를 분석하였다. 2CysPrx는 275개의 아미노산으로 이루어져 있고 분자량은 30.1kDa이며 두 개의 시스테인 잔기를 가지고 있다. 아미노산 서열의 상동성은 연(N. nucifera)과 80%, 카카오(T. cacao)와 75%가 일치하였다. TypeⅡPrx는 136개의 아미노산으로 이루어져 있고 분자량은 17.6kDa이며 52번, 77번 그리고 128번째 아미노산서열에 시스테인 잔기를 가지고 있다. 아미노산 상동성은 검은시나무(P. trichocarpa), 참깨(S. indicum)와 78% 일치하였다. PrxQ는 214개의 아미노산으로 이루어져 있으며 분자량은 23.6kDa이다. 아미노산 상동성은 좁은해홍나물(S. salsa)과 89%가 일치하였다. PrxQ는 Trx 의존적 peroxidase 활성에 필수적인 두 개의 보존된 시스테인 잔기를 가지고 있으며, 시스테인 사이에는 4개의 아미노산이 존재하고 있다. 스트레스에 노출되었을 때 퍼옥시레독신의 유전자자 발현 양상을 알아보기 위해 NaCl 농도, H2O2 농도를 다르게 처리하였으며, NaCl, H2O2, ABA, 그리고 고온과 저온에서 시간을 다르게 처리하여 real-time PCR을 이용하여 유전자 발현 양상을 확인하였다. 그 결과 NaCl 농도에서 2CysPrx는 3.5%, TypeⅡPrx는 10.5%, PrxQ는 7%에서 가장 높게 나타났다. H2O2 농도에서 2CysPrx는 40mM, TypeⅡPrx는 40mM, PrxQ는 10mM에서 가장 높게 나타났다. 3.5% NaCl처리 후 시간에 따른 유전자의 발현량은 2CysPrx는 32시간, TypeⅡPrx는 4시간, PrxQ는 32시간에서 가장 높게 나타났다. 10mM H2O2 처리 후 시간에 따른 유전자 발현량은 2CysPrx는 24시간, TypeⅡPrx는 6시간, PrxQ는 6시간에서 가장 높게 나타났다. 온도 조건에 따른 유전자 발현량은 4℃에서 2CysPrx는 0시간, TypeⅡPrx는 12시간, PrxQ는 6시간에서 가장 높게 나타났다. 40℃에서 2CysPrx는 12시간, TypeⅡPrx는 18시간, PrxQ는 6시간에서 가장 높게 나타났다. 건조 스트레스에 대한 유전자 발현량은 75μM ABA에서 2CysPrx는 8시간, TypeⅡPrx는 12시간, PrxQ는 12시간에서 가장 높게 나타났다.
This project is focused on the investigation of the genes which are induced by environmental stresses of the halophyte Salicornia herbacea. The most important environmental stress in the germination of Salicornia herbacea is salt stress. The highest germination rate was found in the condition without NaCl, and the upper limit of the NaCl concentration for the germination of Salicornia herbacea was 4%. The temperature should be more than 10℃ for the seed germination. The optimal temperature of 20℃ showed a germination rate of 98%. Among genes induced by environmental stress the peroxiredoxin(Prx) genes were chosen for this study. Prx genes in plants consist of the four groups: 1CysPrx, 2CysPrx, TypeⅡPrx and PrxQ. In this study 2CysPrx, TypeⅡPrx and PrxQ were cloned and analyzed in Salicornia herbacea. The 2CysPrx gene has two cysteine conserved residues and is composed of 275 amino acids with molecular weight of 30.1kDa. The deduced amino acid sequences of the 2CysPrx gene in Salicornia herbacea showed 80% homology to the 2CysPrx gene of Nelumbo nucifera and 75% identity to Theobroma cacao. The TypeⅡPrx gene consists of 136 amino acids with a molecular weight of 17.6kDa, and has three cysteine residues in the amino acid sequences. The deduced amino acid sequences of the TypeIIPrx gene in Salicornia herbacea showed 78% identity to the TypeIIPrx gene of Populus trichocarpa and Sesamum indicum. The PrxQ gene of Salicornia herbacea consists of 214 amino acids with a molecular weight of 23.6kDa. Salicornia herbacea PrxQ. The deduced amino acid sequences of the PrxQ gene in Salicornia herbacea showed 89% similarity to the PrxQ gene of Suaeda salsa. PrxQ has two conserved cysteine residues necessary for Trx-dependent peroxidase activity, and there are four amino acids between the cysteines. To investigate gene expression patterns of the Prx genes after being exposed to environmental stresses such as various concentrations of NaCl and H2O2, time period of NaCl, H2O2, ABA, high and low temperature, expression levels of the Prx genes were analyzed using real-time PCR. The highest transcription rate induced by NaCl was found to be at the concentration of 3.5% for 2CysPrx, 10.5% for TypeⅡPrx and 7% for PrxQ respectively. The highest transcription rate induced by H2O2 was found to be at the concentration of 40mM for both 2CysPrx and TypeIIPrx, and 10mM for PrxQ respectively. Exposure time for the highest induced gene expression after 3.5% NaCl treatment was 32hr for 2CysPrx, 4hr for TypeⅡPrx and 32hr for PrxQ respectively. Exposure time for the highest induced gene expression after 10mM H2O2 treatment was 24hr for 2CysPrx, 6hr for TypeⅡPrx and 6hr for PrxQ respectively. High and low temperature stress affect gene expressions of the Prx genes. The exposure time for the highest transcription level at 4℃ was 0hr for 2CysPrx, 12hr for PrxQ whereas that at 40℃ was 12hr for 2CysPrx, 18hr for TypeⅡPrx and 6hr for PrxQ respectively. The exposure time for the highest transcription level induced by drought stress(75μM of ABA treatment) was 8hr for 2CysPrx, 12hr for TypeⅡPrx, and 12hr for PrxQ. Various environmental stresses resulted in different gene expression patterns of the three Prx genes. Interrelationship of the three genes, 2CysPrx, TypeIIPrx, and PrxQ is being analyzed.
