배추 유묘의 글루코시놀레이트 합성 기작에 미치는 LED 혼합광의 효과

Effect of LED mixed light conditions on the glucosinolate pathway in brassica rapa

농업에서의 LED는 단지 광을 보충해주는 역할로만 이용되는 것뿐 아니라, 시설 재배 시스템에 있어 매우 중요한 주광원이다. 인공광을 이용한 시설재배에서 주광인 형광등에 다양한 파장의 광질을 혼합하여 식물의 생육 및 대사를 증진시키는 시도가 있어 왔다. 주광인 형광등에 청색광을 혼합한 조건과 청색 단독광 조건을 배추 유묘에 조사한 후 마이크로어레이 분석을 수행한 결과 배추 속 작물의 기능성 물질로 주목을 받고 있는 글루코시놀레이트 합성에 관여하는 일부 유전자들 중 청색 혼합광 조건에서 3.6-4.6배는 증가 하는 유전자 3개를 찾을 수 있었다. 글루코시놀레이트 합성 유전자를 배추 데이터베이스에서 더 선발하여 적, 녹, 청색광을 형광등에 각각 혼합한 조건에 반응하여 발현이 변하하는지 관찰하였는데 청색광 혼합 조건뿐아니라 적색광 혼합 조건에서도 발현이 증가하는 유전자들이 있었다. 각각 애기장대 CYP79F1, ST5a, FMOGS-OX1와 이종상동 유전자인 Bra026058, Bra015379와 Bra021429는 청색광 조건에서 발현량이 증가하였으나 MAM1, AOP3, UGT74B1, BCAT4의 이종상동유전자인 Bra029355, Bra034180, Bra024634, Bra022448은 청색광 보다 적색 혼합광 조건에서 발현이 증가하였다. 혼합광 처리에 의한 글루코시놀레이트 합성의 효과는 배추 품종에 따라 차이를 보였으나 몇가지 글루코시놀레이트가 청색광을 혼합한 조건에서 합성이 증가하였다. 이러한 결과는 유묘의 생육 시설에서 기능적으로 우수한 작물을 생산하는 인공광 조건을 조성하는데 유용한 기초 자료가 될 것으로 사료된다.

In the agricultural industries, LEDs are used as supplementary, as well as main lighting sources in closed cultivation systems. In cultivation using artificial light sources, various light qualities have been tried to supplement fluorescent lamps to promote plant growth and metabolism. Microarray analysis of Brassica rapa seedlings under blue and fluorescent mixed with blue light conditions identified changes in three genes of the glucosinolate pathway. This attracted attention as functional materials highly expressed 3.6-4.6 fold under latter condition. We selected four more genes of the glucosinolate pathway from the Brassica database and tested their expression changes under fluorescent light mixed with red, green, and blue, respectively. Some genes increased expression under red and blue mixed conditions. The Bra026058, Bra015379, and Bra021429; the orthologous genes of CYP79F1, ST5a, and FMOGS-OX1 in Arabidopsis, are highly expressed in Brassica rapa under fluorescent mixed with blue light conditions. Further, Bra029355, Bra034180, Bra024634, and Bra022448; the orthologous genes of MAM1, AOP3, UGT74B1, and BCAT4 in Arabidopsis, are highly expressed in Brassica rapa under fluorescent mixed with red light conditions. The various light conditions had unique effects on the varieties of Brassica, resulting in differences in glucosinolate synthesis. However, in some varieties, glucosinolate synthesis increased under mixed blue light conditions. These results will help to construct artificial light facilities, which increase functional crops production.