미국 오하이오주립대 식물생명공학프로그램 원예작물부의 Preiszner와 동료들은 "알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase, Adh) 유전자의 프로모터를 대두에서 분리, 프로모터의 구조적 특성과 활성을 연구하였다. 이들은 Adh 프로모터가 홍수 혹은 산소결핍시 식물의 내성 개선에 관련된 형질전환 실험에 유용할 것"이라고 주장했다.
식물과 식물체를 구성하는 기관은 산소를 이용하는 대사과정을 무산소 대사과정으로 전환함으로써 일시적으로 산소가 부족한 환경에서 생존할 수 있다. 무산소생합성은 식물체가 산소결핍 혹은 산소가 부족한 환경(hypoxia)에 노출되었을 때 스트레스 관련 단백질의 생합성을 유도하여 식물이 열악한 환경을 극복하는데 중요한 역할을 한다. 지금까지 알려진 혐기성 단백질은 해당작용, 글루코스 대사 혹은 발효와 직접적으로 관련이 있는 효소라고 한다. 스트레스 관련 단백질들 가운데 Adh 유전자는 산소결핍과 hypoxia에 의해 발현되며, Adh 유전자가 암호하는 단백질은 독성 알데하이드를 분해하여 에탄올로 전환시킨다.
옥수수 뿌리에서 Adh 유전자의 mRNA는 옥수수가 hypoxia 상태에 놓인 시간으로부터 5.8시간 이후에 최대 50배까지 증가한다고 하며, Adh 유전자 패밀리는 식물 종에 따라 한 종류에서 네 종류의 멤버로 구성되어 있다.
산소부족에 의한 스트레스에 대해 각 멤버의 발달단계별 발현양상과 조직특이적 반응 양상은 옥수수, 대두, 페츄니아, 애기장대에서 잘 연구되어 있다. 또한 Adh 프로모터의 구조와 기능에 대한 연구도 활발하게 진행되어 오고 있으며 현재까지 몇 종류의 공통 모티브가 환경스트레스에 밀접하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 그리고 이 모티브들은 외부의 자극에 대해 특이적으로 혹은 식물기관과 조직유형별로 Adh 유전자의 발현패턴을 조절한다고 한다.
옥수수에서는 Adh1 유전자가 산소가 부족할 때 특이적으로 발현되며 유전자의 특이성을 결정짓는 프로모터부위는 Adh1 유전자 개시코돈의 상위쪽 140과 99 뉴클레오티드 부위에 존재하고 이 부위는 두 개의 GC 도메인과 GT-rich 도메인으로 구성되어 있다. 부가적으로 Adh 유전자는 hypoxia에 의해 유도될 뿐만 아니라 탈수, 저온, ABA(abscisic acid) 호르몬 처리에 의해서도 유도되고 대두에서는 열처리에 의해서도 유도된다고 한다.
Preiszner와 동료들은 대두에서 Adh2 유전자 개시코돈의 상위쪽에 있는 976bp 의 유전자를 분리하고 이곳에 Adh 프로모터의 특징으로 알려진 GC 도메인과 GT-rich 도메인이 존재한다는 것을 확인하였다.
그들은 이 프로모터의 뒤쪽에 β-glucuronidase를 클로닝하여 대두의 뿌리털에 도입시켜 5개의 형질전환체를 선발하였으며 이 형질전환체는 hypoxia에 의해 발현되지만 저온처리, 상처, ABA 처리시에 발현되지 않는 다는 사실을 발견하였다.
(소스: Plant Cell Rep (2001) 20:763.769)
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