애기장대에서 브라시노스테로이드에 의한 카로티노이드 생합성 조절기작에 관한 연구

Abstract

카로티노이드 (carotenoid)는 식물의 색소로서 다채로운 색깔을 나타내는 기능 이외에도 광계 (photosystem)에서 빛 에너지를 수확하거나, 각종 스트레스 반응에 의해 생성되는 활성 산소종으로부터 식물 세포를 보호하고 일부 식물 호르몬의 생합성 전구체로서 작용한다. Isoprenoid unit으로 구성된 카로티노이드의 식물체 내 함량 변화는 주로 생합성의 첫 단계를 매개하는 효소를 암호화하는 phytoene synthase (PSY)의 전사 조절을 통해 이루어지는 것으로 알려져 있다.

본 연구에서는 스테로이드 호르몬인 brassinosteroid (BR)가 애기장대에서 카로티노이드의 축적을 억제하는 기능을 가지는 것을 새로이 확인하였다. 다양한 BR 관련 돌연변이체를 이용한 실험에서 BR은 카로티노이드 함량을 감소시키는 것으로 나타났다. qRT-PCR 분석을 통해 BR은 PSY 및 다른 카로티노이드 생합성 유전자의 발현에는 영향을 주지 않으나 카로티노이드 합성을 보조하는 플라스토퀴논의 생성에 관여하는 phytoene desaturation 1 (PDS1)의 발현을 크게 감소시키는 것을 알 수 있었다. 또한, BR의 생리활성을 매개하는 전사인자인 BZR1이 in vitro에서 PDS1 프로모터의 E-box motif에 직접 결합하는 것을 확인하였으며 조직 화학적 GUS reporter 분석을 통해 PDS1 프로모터의 활성이 in vivo에서 BZR1에 의해 조절되고 있음을 증명하였다.

흥미롭게도 고온이나 고염과 같은 비생물학적 스트레스에 의해 늘어났던 PDS1의 발현은 BR에 의해 다시 감소하여 원래 수준으로 회복되었다. 하지만 고온 스트레스 상황에서 관찰된 bzr1-1D의 스트레스 저항성은 야생형 Col-0에 비해 더 높게 나타났다. 결론적으로 본 연구에서는 BR이 PDS1의 발현 억제를 통해 식물체내 카로티노이드 함량을 감소시킬 수 있음을 확인하였으며 이는 아마도 BR이 스트레스 상황에서 일정수준의 ROS 항상성 유지를 위해 과도한 항산화 활성을 억제하는 기작을 가지는 것으로 생각된다.