시스테인은 항산화 시스템을 조절하여 아마(Linum usitatissimum L) 식물의 NaCl 염 독성 효과를 완화합니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11359(2022) 이 기사 인용

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주요 물 소비 요소인 농업은 세계적인 물 부족 위기에 직면해 있습니다. 식염수는 대체 수원인 반면, 과도한 NaCl은 식물 성장과 작물의 생산성을 감소시킵니다. L-시스테인(Cys)은 식물 성장 및 발달에 유망한 티올 아미노산입니다. 엷은 황갈색; Linum usitatissimum L.은 내염성이 낮은 경제적인 식물입니다. 50 및 100mM의 NaCl 염 스트레스는 아마 식물의 성장 매개변수, 광합성 색소, 총 수용성 당, 총 페놀 및 아미노 질소를 억제했습니다. 염분 스트레스는 프롤린과 지질 과산화를 현저하게 증가시키고 단백질 프로필을 변화시켰습니다. 0.8 및 1.6 mM의 시스테인을 엽면에 적용하면 NaCl 스트레스가 아마 식물에 미치는 비우호적 영향을 완화할 수 있습니다. 시스테인은 NaCl 스트레스를 받는 식물의 성장 특성, 광합성 색소, 아미노 질소, 총 페놀 및 새로운 폴리펩티드를 향상시켰습니다. 그러나 시스테인은 총당, 프롤린, 퍼옥시다제 활성, 아스코르베이트 퍼옥시다제 활성을 감소시켰습니다. 결과는 시스테인이 환원 특성을 가지고 있음을 확인했습니다. 또한 NaCl 산화 스트레스를 감소시키고 지질 과산화를 낮추어 막의 안정성을 유지했습니다. 전반적으로, L-시스테인의 산화환원 능력은 아마 식물의 성장에 대한 NaCl 독성의 부작용을 잠재적으로 상쇄하는 원인입니다.

물 부족은 전 세계적으로 농업에 있어서 제한적인 비생물학적 요인입니다. 증가하는 물 부족으로 인해 2025년까지 농작물 생산량이 점진적으로 감소할 것입니다1,2. 따라서 수자원을 보존하고 식염수와 같은 비전통적인 자원을 찾는 것이 필요해졌습니다. 반면에 식염수의 구성은 식물 성장과 작물 생산성에 다양한 영향을 미칠 수 있습니다3,4. 일반적으로 식염수는 반응성 자유 라디칼의 합성을 자극합니다. 반응성 자유라디칼은 단백질, 지질, 핵산을 표적으로 삼고 분해 속도를 높이기 때문에 독성을 띠게 됩니다5. 많은 식물은 염분 스트레스로 인한 손상을 완화하기 위해 해독 메커니즘을 유도합니다. 유해산소의 해독 메커니즘에는 다양한 효소가 관여합니다. 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 슈퍼옥사이드를 H2O26으로 변환하는 최초의 방어 효소입니다. 카탈라아제와 다양한 종류의 퍼옥시다아제가 생성된 H2O2를 제거했습니다. 염분은 수분 흡수, 영양분 가용성, 엽록소 함량, 광합성, 기공 전도도 및 뿌리 수력 전도도에 부정적인 영향을 미쳤습니다7,8,9.

아마(Linum usitatissimum L.)는 Linaceae에 속하며 섬유질, 종자 또는 이중 목적으로 재배됩니다10. 아마씨유에는 오메가-3, 리놀레산, 올레산11이 풍부합니다.

L-시스테인(Cys)은 티올 그룹이 있는 α-아미노산으로, 효소 반응에서 활성을 갖습니다. 시스테인은 식물의 황 결합을 감소시키는 주요 유기 아미노 화합물입니다12,13. L-시스테인 대사의 산물은 항산화 메커니즘에 기여하는 글루타티온입니다. 더욱이 시스테인 유도체는 애기장대14에서 미네랄 이온을 축적할 수 있습니다. 시스테인의 적용은 다양한 식물 작물에 대한 비생물적 스트레스를 완화하는 데 확실한 효과가 있습니다15. 이를 관리하기 위해 현재 연구는 아마 식물의 내염성을 높이는 데 L-시스테인이 미치는 영향을 연구하는 것을 목표로 합니다.

(표 1)에 제시된 결과는 NaCl 염도의 농도에 따라 아마 식물에서 서로 다른 반응을 보였다. 50mM의 NaCl 염도는 식물당 새싹 길이와 신선하고 건조한 무게를 감소시켰으나(P < 0.05), 뿌리 길이에는 영향을 미치지 않았습니다. 염분 농도가 증가함에 따라 감소율이 증가했습니다. 결과는 100mM의 NaCl이 식물당 새싹 길이, 뿌리 길이, 신선한 및 건조 중량을 대조군 값과 비교하여 각각 51.20, 46.84, 56.13, 54.10, 81.67 및 62.50% 감소시키는 것으로 나타났습니다. 반면, 시스테인(0.8 및 1.6mM)의 엽면 적용은 정상적인 조건과 식염수 관개 하에서 아마 식물의 영양 성장 기준을 상당히 증가시켰습니다.