식물생리학 임 정 현
11장. 피토크롬과 식물 발달의 광조절
광조건, 암조건에서 키운 옥수수와 겨자 유식물
장일식물과 단일식물
상추종자 발아는 파이토크롬에 의해 조절되는 광가역적반응 PP5e-Fig-17-02-0.jpg
피토크롬(Phytochrome) 125킬로달톤(kDa)의 분자량을 갖는 단백질 색소 1920년대, 가너와 알러드(Garner & Allard) : 담배에서 일장이 개화를 조절한다는 사실 발견 1930 : 적색광이 적색광이 개화유도에 효과적이고 상추종자의 발아를 촉진 1952 : 적색 및 원적색광에 의한 상추종자의 광가역적반응 1959 , 버틀러와 노리스(Butler & Norris) : 광가역을 일으키는 광수용체 물질을 추출하여 파이토크롬이라 명명 파이토크롬은 세포 내 세포질, 색소체, 핵, 미토콘드리아, 소포체 등 거의 모든 세포소기관에 분포
피토크롬의 광전환(photoreversibility)
피토크롬의 구조 - 분자량이 120kDa 정도 되는 아포단백질과 발색단(chromophore)이라고 부르는 보결분 자단으로 구성 발색단은 색소체에서 합성되는 피토크로 모빌린이라는 테트라피롤의 열린 사슬구조로 아포단백질의 시스테인 잔기에 티오에스테르 결합한다 Pr가 Pfr로 전환될 때 그 구조가 cis형에서 trans형으로 변환된다. < Cis형 파이토크롬 >
피토크롬의 구조
피토크롬의 작용기작 피토크롬 아포단백질이 색소체에서 형성된 발색단과 결합하여 완전체를 만든다 적색광에 의해 활성화되면 핵위치신호(NLS)가 노출된다. 대부분의 파이토크롬은 핵으로 이동하여 유전자발현을 조절한다. 소량의 피토크롬 풀은 세포질에 남아서 빠른 생화학적 반응을 매개한다.
피토크롬은 세포막에 어떤 변화를 일으켜 반응을 유도 한다. 미모사나 자귀나무 잎의 엽침운동 피토크롬(Pfr)은 Ca의 수송을 조절
Pfr 함량의 조절 - 암전환( dark reversion) : 전환된 Pfr은 암조건에서 효소작용이나 단백질의 변성으로 파되되며, 암조건에서 서서히 Pr로 바귀는 현상 - 온도와 pH의 영향을 받는다.
피토크롬의 조절반응 피토크롬이 광자극을 받은 후 관찰 가능한 형태학적 반응이 나타날 때가지는 수 분에서 수 주일까지 걸린다. 예 : 귀리 자엽초와 중배축의 생장은 반딧불이 반짝일 때 광량의 1/10 정도로 반응 체내 Pr/ Pfr의 비율이 달라져 여러가지 반응이 조절 예 : Pr의 상대적 비율이 클수록 양지식물의 줄기생장이 억제 그늘에서 자라면 식물이 도장한다. 쌍자엽식물의 발아 시 배축이 구부러져 유아갈고리(hook)을 만든다. 적색광에 노출되면(지면 위로 나오면) 유아갈고리 열림현상이 일어남정단분열조직 보호 벼를 이앙할 때 심은 묘 수와 관계없이 나중에 분얼수가 비슷하다. 차광에 의해(Pfr 감소) 분정아의 발달이 저해