Aft 토마토 과일의 UV-B+Blue에 의한 안토시아닌 축적에서 질산환원효소의 관여

김민준1,2, 이옥화2, 가강현1*

(1국립산림과학원 산림생명유전자원연구부 산림소득자원연구과, 2중국 동북임업대학교 생명과학대학)

Nitrate reductase mediated Ultraviolet-B+Blue induced anthocyanin accumulation in Aft tomato fruits

Min-Jun Kim1,2, Yuhua Li2, Kang-Hyeon Ka1*

(1Division of Special Forest Products, Department of Forest Bioresources, National Institute of Forest Science. 2College of Life Science, Northeast Forestry University)

요약: 본 연구에서는 Aft 토마토 품종의 미성숙과를 다양한 파장의 광(Far-red, red, blue, UV-A, UV-B, UV-A+UV-B composite light and blue + UV-B composite light)에 96시간 동안 노출시킨 뒤 안토시아닌 함량을 조사하였다. Aft 과피에서 안토시아닌 생산에 가장 효과적인 광은 blue + UV-B 복합 조사로 나타났다. Blue + UV-B가 유도하는 안토시아닌 생합성 경로에서의 주요 조절 인자를 찾기 위해 16시간 동안 서로 다른 광(blue, UV-A, UV-B and blue + UV-B composite light)에 노출된 Aft 과피를 RNA-seq로 분석하였다. 분석 결과, 467개 유전자와 222개 유전자의 발현이 각각 증가하고 감소하였고, NR (nitrate reductase)의 발현이 blue + UV-B에 의해 특정적으로 유도되었다. NR(nitrate reductase) 효소 활성 및 안토시아닌 생합성 유전자의 발현에서도 특이성이 확인 되었다. Blue + UV-B가 유도하는 안토시아닌 합성에서 NR(nitrate reductase)의 역할을 조사하기 위하여, NR(nitrate reductase) 억제제인 Glutamine과 Tungstate를 처리해 주고 Blue + UV-B를 조사하였다. 그 결과 NR(nitrate reductase) 억제제를 처리한 샘플에서 안토시아닌 감소와 생합성에 관여하는 유전자들의 발현양도 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 NR(nitrate reductase)이 Blue + UV-B에 의해 유도되어 토마토 Aft 과피에서 안토시아닌을 합성에 중요한 역할을 하는 것을 구명하였다. NR(nitrate reductase)는 질산염에서 아질산염으로의 전환을 촉매하며, 이는 미세 조류뿐만 아니라 식물에서 질소 동화 경로의 한 단계이다. 이러한 질산환원효소 메커니즘의 이해는 다양한 임업 연구분야에 이용될 수 있으며, 특히 색소를 포함하는 산림과수나무 과실의 품질 향상에 기여할 수 있을 것이다.

Abstract: Immature Aft tomato fruits were exposed to different wavelengths of light (Far-red, red, blue, UV-A, UV-B, UV-A+UV-B composite light and blue + UV-B composite light) for 96h, and then quantified anthocyanin content. The most effective treatment for anthocyanin production in peel of Aft fruit was the co-irradiation of blue and UV-B (blue + UV-B). To find the key regulators in blue + UV-B induced anthocyanin biosynthesis pathway, the Aft fruits exposed to different light (blue, UV-A, UV-B and blue + UV-B composite light) for 16 h were subjected to RNA sequencing (RNA-seq) analyses. The results showed that 467 genes and 222 genes were specifically up-regulated and down-regulated by blue + UV-B, respectively. Among these genes, the expression of nitrate reductase NR (nitrate reductase) was highly induced by blue + UV-B, and this specificity was also confirmed for NR (nitrate reductase) activity. To examine the role of NR (nitrate reductase) in blue + UV-B induced anthocyanin accumulation, we pretreated the fruits with NR (nitrate reductase) inhibitors glutamine (Gln) and the molybdateanalog tungstate (TUN), then applied the blue + UV-B treatment. The results showed that anthocyanin content and NR (nitrate reductase) activity were significantly reduced under both inhibitor treatments. Meanwhile, expression levels of anthocyanin biosynthetic and regulatory genes were also significantly decreased as well. Taken together, these results indicate that, NR (nitrate reductase) is induced by blue + UV-B, leading to anthocyanin accumulation in the peel of Aft fruits. NR (nitrate reductase) catalyses the conversion of nitrate to nitrite, it is a step of nitrogen assimilation pathway in plants as well as microalgae. Understanding the mechanism of nitrate reductase can be used in various fields of forestry research, and in particular, it will contribute to the improvement of the quality of forest fruit trees containing pigments.

사사: National Natural Science Foundation of China (no. 31471911 and 31272200 to Yuhua Li), the National Natural Science Foundation of China (no. 31401907 to Yu Wang), and the China Postdoctoral Science Foundation (no. 2015M581414 to Yu Wang).