식물의 뿌리와 하배축의 옥신 분포와 굴중성 반응에 관한 연구

Study on the Auxin Distribution and Gravitropic Response of Roots and Hypocotyls: Focused on Arabidopsis Seedlings as a Model Plant

식물 호르몬 옥신에 의해 조절되는 식물의 굴중성 반응은 뿌리와 줄기에서 상반된 방향성을 나타낸다. 본 연구에서는 모델식물 애기장대에서 굴중성 자극에 의해 옥신의 분포가 뿌리와 하배축에서 어떻게 변화하는지를 살펴보았다. 애기장대 유식물 뿌리와 하배축에서 굴중성 실험 조건을 확립하였고, 옥신의 분포를 보여주는 DR5-GFP 시스템을 이용하여 형광 분석을 수행하였다. 굴중성 자극을 주었을 때, 뿌리와 하배축 모두 아래쪽 단면에 옥신이 많이 분포하였고, 특히 처리군 하배축의 아래쪽 단면에서 대조군에 비해 2배 이상 형광 강도가 증가하였다. 또한, 굴중성 자극에 대한 하배축 전체 단면의 형광 강도 또한 대조군에 비해 40% 증가함으로써, 옥신의 절대량이 증가했음을 시사하였다. 굴중성 자극이 실제로 옥신 농도를 증가시켰는지 확인하기 위해 DR5-GUS 유전자 발현을 정량적으로 확인해보았다. 그 결과 굴중성 자극에 의해 특히 하배축에서 유전자 발현량이 뚜렷하게 증가했음을 확인하였다. 상기 결과는 굴중성 자극이 애기장대 유식물에서 옥신의 재분포만유도하는 것이 아니라, 전체 옥신 농도의 증가도 일으킬 수 있음을 보여준다.

Plant gravitropic response, regulated by the plant hormone auxin, shows opposite directions in roots and stems. In this study, we examined how the auxin distribution in roots and hypocotyls changes by gravistimulation in Arabidopsis. Auxin distribution was tracked by DR5-GFP fluorescence under gravitropic experimental conditions, designed for the gravitropism analysis in both roots and hypocotyls of Arabidopsis. When the seedlings were subjected to gravistimulation, auxin mainly accumulated in the lower sections of both roots and hypocotyls. Especially in the lower section of hypocotyls, the treatment group’s fl uorescence intensity increased by more than twice compared to that of the control group. We also measured the overall fluorescence intensity in the entire hypocotyl region, and found to increase by 40% in the treatment group compared to the control group. These fi ndings suggest that the absolute amount of auxin in the hypocotyls increased by gravistimulation. To confirm the increase in auxin concentration, we quantitatively checked the expression of DR5-GUS reporter gene, which is another marker for auxin levels. The results confi rmed that the reporter gene expression level increased significantly, particularly in the gravistimulated hypocotyls. Taken together, this study suggests that gravistimulation not only causes the redistribution of auxin but also overall increase in the concentration of auxin in Arabidopsis.