KR101746526B1 - 식물체의 비생물학적 스트레스 저항 증진 및 식물체의 생장 촉진용 조성물 - Google Patents

식물체의 비생물학적 스트레스 저항 증진 및 식물체의 생장 촉진용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물체의 비생물학적 스트레스의 저항 증진 및 식물체의 생장을 촉진하기 위한 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물에 관한 것으로, 가뭄, 저온, 고온, 염 스트레스에 대한 저항성을 증진시키고 노화지연 및 광합성효율을 증대시켜 식물 생장을 촉진시킬 수 있는 조성물을 제공한다.

Description

식물체의 비생물학적 스트레스 저항 증진 및 식물체의 생장 촉진용 조성물{Composition for abiotic stress resistance of plant and plant growth promotion}
본 발명은 식물체의 생물학적 스트레스 저항 증진, 생장 촉진을 위한 조성물 및 이를 이용한 저항 증진 및 생장 촉진 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동물에서 생성되는 호르몬으로 알려진 멜라토닌이 식물체에서도 존재하는 것이 알려지고, 식물체에서 멜라토닌의 기능에 대한 연구가 진행되었다. 식물체에서 멜라토닌은 식물의 생장과 발육에 여러 영향을 미치는 것으로 밝혀졌고, 예를 들어 뿌리나 줄기의 생장을 촉진하거나, 여러 스트레스의 저항성을 증가시킬 수 있는 연구 결과도 보고되었다.
식물체에서 멜라토닌의 연구는 활발히 진행되고 있으나, 멜라토닌의 대사 분해 산물에 대한 연구는 상대적으로 미비한 실정이다. 멜라토닌의 대사 분해 산물 중에서 2-하이드록시멜라토닌(2-hydroxymelatonin)은 동물에서 멜라토닌의 분해 산물로 알려져 있고, 피부에 자외선을 조사하는 경우 미량 검출되는 것이 보고되었다. 그리고, 식물에서도 멜라토닌을 2-하이드록시멜라토닌으로 대사하는 유전자인 멜라토닌 2-하이드록시라아제(melatonin 2-hydroxylase, M2H)가 발견되어 식물에서도 2-하이드록시멜라토닌이 대사 산물로 존재할 수 있음이 알려졌다.
그러나, 식물체에서 2-하이드록시멜라토닌의 기능이 무엇인지 전혀 알려진 바가 없어, 식물체에서 2-하이드록시멜라토닌의 기능에 대한 연구를 진행하던 중 2-하이드록시멜라토닌이 식물에서 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진 및 식물생장을 촉진하는 기능이 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.
대한민국 공개특허 2013-0025733
본 발명은 건조, 고온, 저온 및 염에 의한 비생물학적 스트레스에 대한 식물체의 저항성을 증진시키고, 노화 지연 및 광합성의 증가에 의해 식물체의 생장을 촉진하는 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 식물체의 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 식물체의 생장촉진용 조성물을 제공한다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 조성물을 식물체에 처리하여 식물체의 비생물학적 스트레스 저항을 증진하는 방법을 제공한다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 조성물을 식물체에 처리하여 노화가 진행된 식물체의 생장을 촉진하는 방법을 제공한다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 식물체에 처리하여 가뭄, 건조, 저온, 고온 및 염 스트레스 등의 비생물학적 스트레스에 대한 식물체의 저항성을 증진시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 노화가 진행된 식물체에 처리하여 노화지연 및 광합성을 증가시켜 식물체의 생장을 촉진시킬 수 있다.
도 1은 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 처리한 벼 유묘에 저온 및 가뭄 스트레스가 유도된 식물체 사진(A), 지상부 생체중(B) 및 뿌리 생체중(C)를 나타낸다.
도 2는 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 24시간 처리한 벼 유묘의 잎에서 멜라토닌의 함량(A) 및 2-하이드록시멜라토닌의 함량(B) 결과를 나타낸다.
도 3은 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 24시간 처리한 벼 유묘의 잎에서 유전자 발현을 측정한 RT-PCR 결과를 나타낸다.
도 4는 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 처리하고 저온 및 가뭄 스트레스가 유도된 벼 유묘 잎에서 프롤린 함량(A) 및 프롤린 생합성 유전자 발현을 측정한 RT-PCR 결과(B)를 나타낸다.
도 5는 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 처리하고 저온 및 가뭄 스트레스가 유도된 담배(Nicotiana benthamiana) 유묘의 생육 상태(A) 및 지상부 생체중(B)를 나타낸다.
도 6은 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 처리한 고추잎의 부위에 따른 광합성효율(Fv/Fm)을 측정한 고추잎 부위(A)와 부위별 광합성효율을 측정한 결과를 나타낸다(B,C,D).
도 7은 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel)을 엽병으로 흡수시킨 후 고추잎에서 멜라토닌 함량(A)과 2-하이드록시멜라토닌의 함량(B)을 나타낸다.
도 8은 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel) 용액에 벼 유묘 잎을 배양하고, 노화를 유도한 벼 잎의 모양(A, C, E) 및 엽록소의 함량(B, D, F)를 나타낸다.
도 8은 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel) 용액에 벼 유묘 잎을 배양하고, 노화를 유도한 벼 잎의 모양(A, C, E) 및 엽록소의 함량(B, D, F)를 나타낸다.
도 9는 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌(2-OH Mel) 용액에 벼 유묘 잎을 배양하고, 노화를 유도한 벼에서 멜라토닌 함량(A)과 2-하이드록시멜라토닌 함량(B)을 나타낸다.
이하에서 본 발명에 대한 구체적인 내용을 설명한다. 본 발명에 대한 설명 및 도면에서는 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지의 내용 등에 대한 기재를 생략할 수 있다. 본 발명을 설명하는데 사용되는 용어 중에서 용어에 대하여 따로 정의하지 않는 경우 본 발명이 속하는 분야에서 일반적으로 사용되는 용어의 의미로 해석되는 것은 자명하다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌(2-hydroxymelatonin)의 새로운 용도에 대한 발명으로서, 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 식물체의 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
본 발명에서 식물체는 육묘, 성숙한 식물, 식물 세포, 식물 조직, 식물 종자 등을 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 본 발명에서 식물체는 제한되지 않으며, 쌍자엽 및 단자엽 식물을 포함할 수 있고, 식용 작물, 특용 작물, 채소, 과일류, 화훼류도 모두 포함할 수 있다. 예를 들어 벼, 담배, 고추, 감자, 콩, 옥수수, 귀리, 수수, 배추, 밀, 보리, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파, 인삼, 당근, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무, 땅콩, 유채, 들깨, 사과, 배, 대추, 복숭아, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구, 바나나, 장미, 카네이션, 국화, 백합, 튤립이 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 비생물학적 스트레스는 곤충, 균류 등의 감염에 의한 스트레스외에 환경 오염, 온도 변화 및 기후 변화 등에 의해 식물체에 유발되는 스트레스를 의미한다. 예를 들어, 저온, 고온, 가뭄, 수분 증가, 염 농도의 변화에 의한 스트레스가 있으나 이에 제한되지 않으며 넓은 의미로는 식물체의 노화를 포함할 수 있다.
본 발명에서 2-하이드록시멜라토닌은 멜라토닌이 대사되어 생성된 화합물로서, 식물체에서도 멜라토닌은 동물에서와 같이 대사되어 2-하이드록시멜라토닌인 대사물질이 생성될 수 있다. 2-하이드록시멜라토닌은 대부분의 식물에서 포함되어 있고, 평균적으로 2-하이드록시멜라토닌의 함량이 멜라토닌보다 수십~수백배 높게 합성된다.
본 발명에서 2-하이드록시멜라토닌은 식물체에서 아래와 같이 멜라토닌으로부터 멜라토닌2-하이드록시라아제(melatonin 2-hydroxylase, M2H)에 의해 생성될 수 있고, 식물체에서 합성된 2-하이드록시멜라토닌을 추출하여 사용할 수 있으며, 인위적으로 합성하여 사용할 수 있다. 2-하이드록시멜라토닌은 멜라토닌으로부터 대사되어 생성될 수 있으나, 멜라토닌과 구분되는 특별한 효과를 가진다.
Figure 112015073699138-pat00001
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2-하이드록시멜라토닌은 식물체에서 멜라토닌 또는 수분만을 제공한 경우보다 식물체의 현저한 생장 촉진을 유도할 수 있다. 그리고, 저온 및 가뭄 스트레스를 동시에 가한 식물체에서 특히 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 경우 멜라토닌 또는 수분만을 제공한 식물체보다 위조현상이 거의 나타나지 않는다. 또한, 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 경우 잎과 뿌리의 생체중(Fresh weight)이 높게 나타나 저온 및 가뭄 스트레스에 대한 저항을 현저히 증진시킬 수 있다.
본 발명은 비생물학적 스트레스 중 가뭄, 노화 및 저온 중에서 선택되는 하나 이상에 대한 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 가뭄 스트레스는 장시간 수분 공급을 차단하여 유발시킬 수 있고, 저온 스트레스는 장시간 식물체의 생물학적 활성을 차단할 수 있는 온도 환경에서 유발시킬 수 있으며, 10℃이하, 바람직하게는 4℃이하에서 저온 스트레스를 유발시킬 수 있으나 이에 제한되지 않고 식물의 종류에 따라 조절할 수 있다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 식물체의 생장촉진용 조성물을 제공한다.
본 발명에서 생장촉진용 조성물은 식물체의 길이 생장 및 부피 생장과 같은 일반적인 식물체의 생장뿐만 아니라, 비생물학적 스트레스에서도 생장을 촉진시킬 수 있는 조성물로서 식물 생장활성제 또는 생물자극제(biostimulator)를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노화 방지 및 광합성 증가에 의해 식물체의 생장을 촉진시킬 수 있다. 2-하이드록시멜라토닌은 노화가 유도되지 않은 식물체에서의 생장 촉진 효과뿐만 아니라, 노화가 유도되거나 광합성이 효율적으로 일어나지 않는 식물체 부위의 노화 방지 및 광합성 증가를 현저히 증가시킬 수 있다.
식물체에서 노화는 식물체에서 먼저 생장한 잎, 줄기 또는 뿌리에서 노화가 보다 빨리 진행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노화가 보다 빨리 진행된 식물체의 부위에 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 경우 노화를 지연시켜 어린 잎, 줄기 또는 뿌리 부분과 마찬가지로 광합성 효율 및 식물 생장을 유도할 수 있다.
식물체에서 광합성은 식물체의 잎에서 먼저 생장한 잎의 노화나, 줄기의 하단부에 위치한 잎이 위치적으로 상부의 잎들에 의해 빛(광)의 불충분한 공급 등으로 인해 광합성이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노화가 진행된 잎 또는 빛의 불충분한 공급에 의해 광합성의 효율이 저하된 식물체 부분에 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 경우 엽록소 함량이 증가되고, 광합성의 효율을 현저히 증가시킬 수 있다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 식물체에 처리하는 식물체의 비생물학적 스트레스 저항 증진 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물은 비생물학적 스트레스가 유발된 식물체에 자유롭게 처리하여 식물체의 저항을 증진 시킬 수 있다. 예를 들어, 식물체 잎의 엽면 시비를 하거나, 식물체가 자라는 토양에 분말 형태로 처리할 수 있고, 뿌리에 직접 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 용액을 처리할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 노화가 진행된 식물체에 처리하는 식물체의 생장촉진 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물은 식물체에서 노화가 진행된 부위에 처리하여 식물체에서 노화가 진행된 부분에서 노화를 지연시킬 수 있고, 광합성을 증진시킬 수 있다. 식물체의 노화가 진행된 부분에 따라, 자유롭게 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 처리할 수 있다. 예를 들어, 식물체 잎의 엽면 시비를 하거나, 식물체가 자라는 토양에 분말 형태로 처리할 수 있고, 뿌리에 직접 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 용액을 처리할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이하에서 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 실시예에 해당하는 것으로, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.
벼 유묘에서 저온 및 가뭄 스트레스에 대한 저항 증진 효과 실험
벼 유묘를 무라시게 스쿠크(Murashige-skoog) 배지에서 7일간 배양하였다. 7일간 배양한 벼 유묘를 100μM 멜라토닌(Sigma-Aldrich Chemicals, St. Louis, MO, USA) 및 100μM 2-하이드록시멜라토닌(Toronto Research Chemicals, North York, ON, Canada) 용액에 침지한 후, 뿌리에 묻어 있는 기질을 깨끗이 수세한 후 물만 포함되어 있는 튜브로 옮겼다. 튜브로 옮긴 후, 4℃ 저온, 광량 0.15μ㏖ m-2s-1에서 48시간 배양하였다. 대조구로는 물만을 처리한 벼 유모를 사용하였다. 48시간 배양 후, 물을 완전히 제거하고 4℃ 저온에서 5일간 더 배양한 후 식물체들의 저온 및 가뭄에 대한 스트레스 저항 증진 효과 여부를 확인하였다. 물 또는 멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서는 저온 및 가뭄 조건에서의 위조현상이 관찰되었고, 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서는 저온 및 가뭄 조건에서의 위조현상이 나타나지 않아 저항성이 증진된 것을 확인하였다(도 1A). 벼 유묘의 지상부 및 지하부의 생체중(liveweight)을 측정하였다. 물을 처리한 대조구에서는 지상부 생체중이 개체당 0.53g, 멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서는 0.465g, 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 벼 유묘는 0.793g으로 측정되어 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 벼 유묘의 지상부 생체중이 대조구에 비해 50% 정도 증대한 것을 확인할 수 있었다(도 1B). 지하부 생체중은 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서 개체당 0.437g으로 대조구에 비해 58% 정도 증대한 것을 확인할 수 있었다(도 1C). 이상의 측정 결과를 통해 2-하이드록시멜라토닌의 처리에 의해 식물체의 비생물학적 스트레스인 저온 및 가뭄에 대한 저항 증진 효과를 확인할 수 있었다.
멜라토닌을 처리한 벼 유묘와 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서 축적되는 2-하이드록시멜라토닌의 함량을 비교하였다. 벼 유묘의 뿌리에 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌을 24시간 처리한 후 축적된 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌의 함량을 측정하였다(도 2). 멜라토닌과 2-하이드록시멜라토닌의 함량은 고속액체크로마토그라피(high performance liquid chromatography, HPLC)로 정량하였다. 구체적으로, 벼 유묘 시료 0.1g을 TissuelyserII(Qiagen, Japan)을 이용하여 곱게 마쇄한 수, 1㎖ 클로로포름에 12시간 동안 현탁 배양한다. 현탁액을 13,000 rpm으로 10분간 원심 분리하여 상등액 200㎕를 증발시킨 후 200㎕의 40% 메탄올에 녹여 20㎕씩 주입하여 HPLC(Waters 2795 Separations Module system, USA)로 분석하였다. 멜라토닌 분리는 Water SunfireTM C18 5㎛ 컬럼(4.6×50㎜) 및 검출기로 Waters 474 Scanning Fluorecence Detector(λex280㎚/λem348㎚)를 사용하였고, 이동상은 0.15㎖/min로 메탄올과 0.3% 트리플루오로아세트산이 첨가된 HPLC용 수용액(42:58, v/v)를 27분간 (50:50, v/v) 기울기로, 이후 18분간 등용매(50:50, v/v)로 흘려주었다. 2-하이드록시멜라토닌 정량은 Water SunfireTM C18 5㎛ 컬럼(4.6×50㎜) 및 검출기로 Water 2478 Dual λ Absorbance Detector(λ254㎚)를 사용하였고, 이동상은 0.15㎖/min로 메탄올과 0.3% 트리플루오로아세트산이 첨가된 HPLC용 수용액(15:85, v/v)를 45분간 등용매로 흘려주었다. 측정결과 100μM 멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서 잎 생체중당 10,000ng의 멜라토닌이 벼 묘에서 관찰되었고, 2-하이드록시멜라토닌은 1g 생체중당 400ng 측정되었다. 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서는 1g 생체중당 4,500ng이 측정되었다. 멜라토닌을 처리한 벼 유묘에서 멜라토닌의 일부가 2-하이드록시멜라토닌으로 전환되어 소량 벼 유묘 잎에 축적되나, 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 경우 벼 유묘 잎에 고함량의 2-하이드록시멜라토닌이 축적되는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해, 2-하이드록시멜라토닌만이 처리된 경우 벼 유묘의 가뭄 및 저온 스트레스의 저항성이 증진되는 것을 확인할 수 있으며, 멜라토닌에 의한 효과와는 독립적인 효과인 것을 알 수 있다.
벼 유묘에서 멜라토닌 및 2- 하이드록시멜라토닌 축적에 따른 유전자 발현 확인
벼 유묘에서 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌의 축적이 세포내 유전자들의 발현에 영향을 주는지 반-정량(semiquantitative) RT(reverse transcription)-PCR을 이용하여 확인하였다. 100μM 2-하이드록시멜라토닌 용액을 16시간 처리한 벼 유묘의 잎에서 키트로 RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen, US)로 RNA를 분리하였다. 분리 단계에서 RNase-Free DNase(Qiagen)을 처리하여 DNA가 함께 정제되지 않게 하였다. 분리한 RNA 2㎍으로 역전사 효소(RevertAid Reverse Transcriptase, Thermo Fisher Scientific, US)와 올리고 dT(18)(Thermo Fisher Scientific, US)를 사용하여 cDNA를 합성하였다. 합성한 cDNA를 1/5로 희석한 후, 희석한 cDNA 3㎕를 반-정량 RT-PCR의 주형(template)으로 이용하였다.
T100 Thermal Cycler(Bio-Rad, U.S.A)기기를 이용하였다. 전체 20㎕ 용량 내에서 PCR 반응 조건은 95℃에서 3분간 변성시킨 후, 95℃에서 30초, 54℃에서 30초, 72℃에서 50초로 같은 조건에서 수십차례 반복하여 유전자를 증폭하고, 마지막으로 72℃에서 3분간 신장(extension)시켰다. PCR에 사용된 프라이머 서열은 표 1에 나타내었고 각각의 유전자의 사이클 수는 도 3 및 4에 표시하였다. PCR 수행 후 시료에서 10㎕를 덜어 브로민화 에티튬(ethidium bromide)이 들어 있는 1.5% 아가로스 젤에서 전기영동으로 분리 후 사진을 찍어 기록하였다. 유전자 발현을 관찰한 결과, Myb4 전사인자가 2-하이드록시멜라토닌이 축적된 벼 유묘 잎에서 유일하게 증가하는 것이 확인되었다(도 3). Myb4는 저온 혹은 건조 스트레스에 의해 유도되어 발현이 증가하는 것으로 알려져 있는 유전자로, 2-하이드록시멜라토닌이 Myb4의 발현 증가가 식물체의 저온 및 건조 스트레스 저항 증진을 유도하는 요인 중 하나인 것을 알 수 있었다.
[표 1]
Figure 112015073699138-pat00002
그리고, 벼 유묘 잎에서의 프롤린 함량을 측정하였다. 프롤린 함량의 측정은 0.1g 벼 유묘잎에 0.25㎖의 80% 에탄올을 가하고 10분간 95℃에서 가열한 후, 원심분리하여 상층액을 분리하였다. 상층액 분리 후 남은 용액에 동량의 50% 에탄올을 가한 후 동일한 방법으로 상층액을 분리한 후 앞서 분리한 상층액과 혼합하여 프롤린 함량 측정을 위한 시료를 준비하였다. 준비된 시료에서 50㎕를 덜어 닌하이드린(ninhydrin) 1%(w/v), 60%(v/v) 아세트산, 20%(v/v) 에탄올을 혼합한 200㎕ 닌하이드린 반응용액과 95℃에서 20분간 반응시킨 후, 100㎕를 덜어 흡광 광도기로 마이크로플레이트 리더기(Molecular Devices, US)를 이용하여 520㎚파장에서 흡광도를 읽었다. 이와 같은 방법으로 각 시료의 흡광도를 0.01mM에서 1mM까지 점증적으로 준비된 프롤린 농도의 흡광도를 가지고 만든 분산형 그래프에 대입하여 시료 내의 농도를 계산하였다. 프롤린의 합성 경로에 관여하는 것으로 알려진 유전자 P5CS1, P5CS2(pyrroline-5-carboxylate synthase)와 P5CR(pyrroline-5-carboxylate reductase)의 발현을 반-정량 RT-PCR을 이용해 분석하였다. 분석 결과, 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 식물체에서 프롤린 생합성 유전자 발현 증가 및 프롤린의 생합성량이 증대되어 프롤린의 생합성 증가에 의해 저온 및 가뭄 스트레스의 저항 증진에 영향을 주는 것을 알 수 있었다(도 4).
담배에서 저온 및 가뭄 스트레스에 대한 생장 증진 효과 확인
담배(Nicotiana bentamiana) 종자를 21℃, 낮과 밤의 일장 조건이 12시간/12시간인 생장실에서 발아시키고, 한 달간 기른 담배를 사용하였다. 4개의 포트에 담배를 각각 이식하고, 각각의 담배에 물, 10μM 2-하이드록시멜라토닌 용액을 200㎖씩 이틀 간격으로 7일간 처리하고, 각각의 포트를 4℃ 냉장고 4℃ 저온, 광량 0.15μ㏖ m-2s-1에서 물을 주지 않고 14일간 유지하였다. 14일 후 각각의 담배 포트를 저온실에서 꺼내어 사진을 찍은 후 지상부 무게를 재어서 관찰하였다. 아무 처리도 하지 않은 대조구에서는 심한 위조증상이 관찰되었고, 2-하이드로시멜라토닌을 처리한 담배에서는 위조증상이 관찰되지 않았다(도 5). 지상부 생체중의 무게를 측정한 결과 대조구에서는 총 15g, 2-하이드록시멜라토닌 처리구에서는 17.78g이 조사되어 담배에서도 2-하이드록시멜라토닌 처리에 의해 저온 및 건조 스트레스에 저항성이 증진되는 것을 알 수 있었다.
노화된 고추 잎에서 2- 하이드록시멜라토닌 처리에 의한 광합성 효율 증대 효과 확인
1 개월 성장시킨 고추(Capsicum annuum, red pepper) 묘목에서 완전히 성숙한 고춧잎을 잎자루(엽병) 부분부터 묘목에서 조심스럽게 분리하여 엽병으로부터 용액이 흡수되도록 용액에 담가두었다. 사용한 용액은 물, 10μM 멜라토닌 용액, 10μM 2-하이드록시멜라토닌 용액이고, 12시간 처리하였다. 12시간 처리 후, 각각의 고춧잎을 아무 기질도 포함되어 있지 않은 물이 있는 페트리 디쉬에 사경으로 배양하여 인위적인 노화를 유도하여 4일간 관찰하였다. 시간대별로 잎의 가장 바깥쪽인 말단부분(S2)이 가장 오래된 잎 부위에 속하고, 다음으로 중간부분(S1), 그리고 옆병쪽 기부(S3) 부위가 가장 어린 부위에 해당하며 소형엽록소측정기기(Handy PEA, Hansatech, UK)를 사용하여 광합성효율(Fv/Fm)의 값을 측정하였다. 중간부분(S1) 및 기부(S3)에서 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌의 처리에 의한 광합성효율은 차이가 거의 나타나지 않았나. 그러나, 잎의 말단부분(S2)은 다른 잎에 비하여 광합성효율이 2배 이상 떨어져 있어 노화 진행이 급격히 진행된 것을 확인할 수 있었고, 노화된 말단부분(S1)에 2-하이드록시멜라토닌을 처리한 경우 대조구 및 멜라토닌 처리구에 비해 2배 이상의 광합성효율이 증대된 것을 확인할 수 있었다(도 6).
노화된 벼 잎에서 2- 하이드록시멜라토닌 처리에 의한 노화지연 효과 측정 확인
유리온실에서 1개월 성장시킨 벼 잎을 하부에서부터 1엽, 2엽, 3엽으로 구분하여 절취한 후, 30㎖ 물이 담겨진 50㎖ 튜브에 꽂아 두었다. 대조구로 물을 사용하고, 30㎖ 용액에 각각 10μM 멜라토닌, 10μM 2-하이드록시멜라토닌을 각각 기질로 투여하였다. 투여 후, 낮과 밤의 일장 조건을 12시간/12시간으로 28℃ 생장실에 7일간 배양하여 노화를 유도하였다. 가장 오래된 잎인 1옆의 경우 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌 처리에 의해 노화가 크게 지연되는 것을 확인하였고, 엽록소 함량 측정결과 멜라토닌 및 2-하이드록시멜라토닌 처리시 대조구에 비해 1.5배 높은 엽록소 함량이 측정되었다. 엽록소의 함량은 마쇄한 시료를 0.1g을 400㎕의 0.1M의 암모니아수가 포함된 80% 아세톤으로 TissuelyserII(Qiagen, Japan)을 이용하여 엽록소를 추출하고 300㎕로 두번 더 수행한 후 총 1㎖의 추출물을 동일한 수용액으로 10배 희석하여 각각 647, 664, 750nm에 흡광도의 측정으로 확인하였다.
<110> CHONNAM NATIONAL UNIVERSITY <120> Composition for abiotic stress resistance of plant and plant growth promotion <130> p15070980830 <160> 44 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AREB1 forward primer <400> 1 tacccattcg acaccgc 17 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AREB1 reverse primer <400> 2 atggaccagt cagtgttcgt 20 <210> 3 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DREBID forward primer <400> 3 gaaccaagtt ccaggagac 19 <210> 4 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DREBID reverse primer <400> 4 tgctctgcta ctgctgata 19 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Myb4 forward primer <400> 5 caacgagatc aagaacgtgt 20 <210> 6 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Myb4 reverse primer <400> 6 actccatgaa cactccgag 19 <210> 7 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> UCP1 forward primer <400> 7 tgcctctcac caagaagat 19 <210> 8 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Claims (7)

  1. 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 식물체의 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진용 조성물로서,
    상기 비생물학적 스트레스는 가뭄, 노화 및 저온 중에서 선택되는 하나 이상인 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진용 조성물.
  2. 삭제
  3. 2-하이드록시멜라토닌을 포함하는 식물체의 생장촉진용 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 생장촉진은 노화 방지에 의한 생장촉진인 생장촉진용 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 생장촉진은 광합성 증가에 의한 생장촉진인 생장촉진용 조성물.
  6. 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 식물체에 처리하는 식물체의 비생물학적 스트레스 저항 증진 방법으로서,
    상기 비생물학적 스트레스는 가뭄, 노화 및 저온 중에서 선택되는 하나 이상인 비생물학적 스트레스에 대한 저항성 증진 방법.
  7. 2-하이드록시멜라토닌을 포함한 조성물을 노화가 진행된 식물체에 처리하는 식물체의 생장촉진 방법.
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