유채(Brassica napus L.)에서 황 결핍이 흡수와 동화에 대한 영향을 알아보고자 농도를 세가지 수준(1 mM , 대조구; 0.1mM , 결핍; 0 mM , 무공급)으로 25시간 처리한 후 흡수량, 식물조직내의 nitrate reductase (NR) 및 glutamine syntheetase (GS) 활성을 분석하였다. 25시간 처리과정에서 황결핍 조건하에서의 의 흡수는 대조구와 큰 차이를 나타내지 않은 반면, 황 무공급구에서는 의 흡수는 유

Glutamate로부터 glutamine으로 전환하는 효소인 glutamine synthetase는 cofactor로서 ATP를 요구하는 endergonic reaction이므로, glutamine 전환반응에 요되는 ATP의 효율적인 공급을 위해서 acetate kinase에 의한 ATP 생성계를 도입하였다. Glutamine synthetase의 효소윈으로 사용된 미생물은 glutamine synthetase의 활성이 강화된 E. coli K-12로 부터 사용하였으며, acetate kinase는 E. coli K-12로 부터 부분 정제하여 사용하였다. Acetate kinase에 의한 ATP 생성계를 도입한 glutamine 전환반응의 최적조건은 100mM glutamate, 100mM NH_4Cl, 50mM acetyl phosphate, 5mM ADP, 40mM MgCl_2, 300mM potassium phosphate buffer(pH7.5) 5mM MnCl_2, 70units/㎖ glutamine synthetase, 99units/㎖ acetate inase이었으며, 상기의 최족조건하에서 6시간째 98%의 최대전환율을 나타내었고 이때 생산량은 14.3g/ℓ 이었다.

Glutamine synthetase (GS) is an enzyme that plays an essential role in the metabolism of nitrogen by catalyzing the condensation of glutamate and ammonia to form glutamine. Exposure of plants to cadmium (Cd) has been reported to decrease GS activity in maize, pea, bean, and rice. To better understand the function of the GS gene under Cd stress in rice, we constructed a recombinant pART vector carrying the GS gene under the control of the CaMV 35S promoter and OCS terminator and transformed using Agrobacterium tumefaciens. We then investigated GS overexpressing rice lines at the physiological and molecular levels under Cd toxicity. The GS activity along with mRNA expression were found higher in transgenic than in wild type plants. And this is validated by the low malondialdehyde contents observed 10 days after treatment. GS overexpression in rice resulted in the modulation of expression of enzymes responsible for membrane peroxidation, which may result in the sudden death of plants. Our results thus describe the features of a transgenic rice plants with enhanced tolerance to Cd toxicity.

국내의 조사료원으로써 양질의 조사료 생산 및 이용을 위해 총체맥류의 논재배 면적이 최근에 급증하고 있다(1998년(10a)→2006년(9787a), 농림부). 총체맥류 재배시 최대 조사료 생산을 목적으로 다량의 종자를 파종하고 있으며 파종량이 많을수록 더 많은 토양중의 질소분을 흡수, 이용하기에 동일 포장에서 바로 이어서 재배되는 벼 식물체의 질소분의 흡수, 이용에 영향을 미치므로 토양 중의 질소 수지 조사에 의한 벼의 시비 처방의 필요성이 제기되고 있다. 현재 총체맥류 생산답에서의 벼 재배시 총체맥류 생산시의 파종량과 토양의 질소량을 고려하지 않고 벼에 대한 재배가 이루어지므로 총체맥류 재배답에서의 벼 재배시 벼 식물체의 질소 이용에 대한 조사를 위하여 2007년 전북농업기술원의 포장에 총체 맥류 파종량을 기준으로 총체 보리, 이탈리안라이그라스의 재배답을 각 각 4구씩 구획하였으며 2008년 6월 5일 5개의 벼 품종을 각 파종구에 이앙하였다. 5개의 벼 품종들은 7개의 주요 생육시기별로 샘플링 하여 질소 동화 과정에서 중요한 작용을 하는 Glutamine Synthetase(GS), Glutamate Synthase(GOGAT), Glutamate Dehydrogenase(GDH)를 분석하였다. 분석 결과 GS, GOGAT, GDH 효소의 활성은 벼 식물체의 주요 생육시기가 진전됨에 따라 점차적으로 증가하여 유수형성기와 수잉기에서 이앙기의 약 1.3 ~ 5.5배 증가하였으며 출수기에 접어 들면서 점차 감소하였다. 파종량별 GS, GOGAT, GDH 효소의 활성에서 신농흑찰벼의 GOGAT 효소의 활성은 이탈리안라이그라스 재배답에서만 파종량이 많을수록 효소의 활성도 높아졌으며, 큰눈벼의 총체보리 재배답, 신농흑찰벼의 이탈리안라이그라스 재배답과 호품벼의 총체보리 재배답에서만 파종량이 많을수록 GS 효소의 활성이 증가하였다. 이상의 결과는 본시험에서 사용한 총체맥류 파종량의 범위에서는 총체맥류 재배답의 벼 재배시 질소 동화에 관여하는 GS, GOGAT, GDH 효소의 활성에 유의한 영향을 미치지 않는 가능성을 시사한다. 본 연구는 농촌진흥청 주관 농업기술센터 공동연구과제의(과제번호-200803A01082002) 일환으로 수행됐다.

질소시비수준이 Oxidative Pentose Phosphate Pathway (OPPP)와 Nitrate Rdeuctase (NR), Nitrite Rdeuctase(NiR), Glutamine Synthetase1 (GS1 ) 및 Glutamine Synthetase2 (GS2 ) 활성도의 상호관계에 미치는 영향을 구명하기 위해 암조건하에서 6일간 생육시킨 완두의 부위별 또는 crude extract와 순수분리 한 plastid 별 효소 활성도를 분석 검토한 결과, 1. NR의 root부위의 생체 1g당 활성도와 단백질 1mg당 활성도, NiR의 root 및 shoot부위의 생체 1g 당 활성도는 거의 비슷한 반응을 나타내 NO3 처리농도가 증가할수록 급격히 증가하여 생체 1g당 NR 활성도, NiR의 root 및 shoot부위의 생체 1g당 활성도는 5mM에서, NR의 단백질 1mg당 NR 활성도는 10mM에서 각각 그 최고치에 각각 도달하였다가, 이후 시비수준이 증가할수록 저하하여 50mM 처리구에서는 무처리구와 비슷한 수준을 나타냈다. 2. NR의 shoot부위의 생체 1g당 활성도와 단백질 1mg 당 활성도, NiR의 root 및 shoot부위의 단백질 1mg당 활성도는 시비수준이 증가할수록 그 활성도가 induction되었으며, NR의 생체 1g당 활성도는 50mM에서 무처리구에 비해 4.8배, 단백질 1mg 당 활성도는 25mM 처리구에서 무처리구에 비해 5.0배까지 상승하였다. 3. Crude extract의 총 GS specific activity가 plastids의 GS2 specific activity에 비해 월등히 많았으며, crude extract의 총 GS specific activity 대 plastids의 GS2 specific activity의 비율은 뿌리의 3.0-4.3에 비해 shoot는 3.2-10.6으로 Shoot에서 NO3 처리농도에 따라 활성도비율의 차이가 더 컸다. 4. 고수준의 NO3 처리구에서 과다한 NO3 influx에 의한 NR, NiR, GS1 , GS2 , 등의 효소활성도가 억제되었다. 5. OPPP만을 통해서도 식물체내의 NO3 의 환원이나 동화를 위한 NR, NiR, GS1 , GS2 활성도의 발현에 필요한 환원제와 ATP 충분히 공급될수 있었다.

육종선발 기준 및 적정 질소시비의 새로운 생화학적 지표로서 GS 활성도 이용 가능성을 검토하기 위한 기초자료를 얻고자 소맥을 대상으로 Pot시험을 실시하여 in vitro 상태하의 활성도를 측정한 결과, 1. GS의 일주변화는 인공조명후 8-14 시간대에 거의 안정적인 활성도 수준을 유지하였으며 액체질소로 급속동결시켜 -20℃ 에 밀폐보관할 경우 12주까지 약 4% 내외의 활성도 저하만을 나타냈다. 2, 식물체내 NO3- 함량은 질소시비량의 증가에 따라 증가하였으나 GS 활성도와는 아무런 상관관계가 없었다. 3, 유기체질소함유랑은 생육진전과 더불어 증가하였으나 개화후 일시 하락하였는데 완숙기의 유기체질소함유랑은 0.5-0.5-0.5g N/pot 처리구에서 69.0mg/Plant로 가장 높았고 0.5-0-0g N/Pot 처리구에서 24.9mg/Plant로 가장 낮았다. 4. GS 활성도는 질소시비량의 다소에 따라 크게 차이를 보였는데, 완숙기의 적산 GS 활성도는 0.5-0.5-0.5g N/Pot 처리구에서 222054 U104Plant로 제일 높았고 0.5-0-0g N/Pot 처리구에서 10996 U104Plant로 제일 낮았다. 적산 GS 활성도는 유기체질소함유랑의 함량과 각각 개화기 이후부터 도의 상관관계를 나타냈다. 5. 종실수량, 종실내 단백질함량, 총건물중과 적산 GS 활성도와 각각 고도의 정의 상관관계를 나타냈다.

소맥생육기간중의 GS활성도의 경시적 변이진상을 알고저 소맥품종 Kolibri의 시비수준별, 엽위별 활성도를 분석한 결과, 1. 각엽에 있어서 생체종 1g당 GS활성도는 엽분화 초기에 극히 낮으나 엽의 전개, 신장에 따라 수배까지 증가하며 엽의 노화 진전과 더불어 하락하였다. 2. 생체종 1g당 GS활성도는 엽의 분화초기를 제외하면 아래로부터 상위엽 차순으로 높았으며, 최고의 활성도는 지엽에서 나타났다. 3. 최상위 2개엽은 최하위엽(제 1-4엽)보다 활성도와 활성 peak가 전 처리구에서 모두 2-3배 높았다. 4. 생체종 1g당 GS활성도는 제 1-4엽에서 1회의 활성 peak를 보인 반면 제6-지엽에서는 2회의 peak를 나타냈다. 5. GS활성도는 출tnrlRK지 증가하여 첫 번째 활성 peak에 이르고 그 이후 개화후 7일의 유숙기까지 급락하였다가 다시 증가하여 개화후 22일인 호숙기에 두 번찌 peak에 이르는 V자형 함몰현상을 나타냈다.