미세조류 chlamydomonas reinhartii의 안테나 변이 균주에 대한 특성 연구

Abstract

다양한 빛 환경조건에서 식물과 조류와 같은 광합성 생물들은 빛을 에너지원으로 광합성을 통해 이산화탄소 고정하여 생존에 필요한 영양분을 얻는다. 광합성은 chlorophyll carotenoid와 같은 색소로 이루어진 광 수확복합체 (안테나 복합체)에서 처음 빛 에너지를 흡수하여 직접적으로 빛 세기에 반응하여 크기, 광전환 그리고 광계와의 상호작용을 조절하여 지속적이고 효율적으로 광합성을 하기 위한 다양한 기작을 가지고 있다. 또한 다양한 빛 환경에 대해서 안테나 복합체를 보호하고 방어하는 기작을 가지고 있다. 그러나 아직 다양한 안테나의 조절 기작이 조류의 성장과 어떠한 관련이 있는지는 잘 알려져 있지 않다. 따라서 모델조류 Chlamydomonas reinhardtii를 이용해 DNA insertional mutagenesis 방법으로 광합성 안테나 생합성 또는 크기 조절기작에관련된 돌연변이를 제작했다. 12,000개의 형질전환체 중 안테나를 구성하는 chlorophyll의 비율을 측정하는 스크리닝을 통해 안테나 크기에 변이가 있는 107개의 돌연변이를 선발했다. 엽록소 정량을 통해 컨트롤에 비해 안테나 사이즈가 축소된 돌연변이를 확인했다. 선발된 돌연변이는 chlorophyll a와 b의 비율이 105%~154% 의 증가 했으며 이 들 돌연변이들의 63%는 세포 당 감소한 엽록소 갖고 있는 반면 약 10%의 돌연변이들 110%~155% 증가한 엽록소를 가지고 있는 것으로 나타났다. 또한 선발된 돌연변이 중 한 개는 chlorophyll a와 b의 비율이 감소하였다. 두 가지 다른 빛 조건에서 돌연변이들이 효율적으로 빛 에너지를 전달 할 수 있는지 엽록소형광을 측정하였다. 또한 과도한 빛에 대한 광계 보호 기작인 NPQ반응 그리고 HPLC를 통한 색소분석을 실시하였다. 이를 통해 광합성의 능력이 높을 것으로 기대되는 균주를 선발하였고, 최종적으로 산소 발생량을 측정해 광합성 효율된 균주와 세포수와 O.D를 측정해 성장이 증가한 균주를 선발 할 수 있었다. 즉, 안테나 사이즈의 감소로 인해 조류의 성장과 관련하여 증가된 광합성 효율을 보이는 돌연변이를 확보 할 수 있었다.