동결 공차

Freezing tolerance

동결 허용오차는 식물이 세포의 자일름과 세포간 공간, 즉 아포플라스틱에서 얼음 결정의 형성을 통해 영하의 온도를 견딜 수 있는 능력을 설명한다.저온에 대한 점진적인 적응을 통해 저온에 대한 내성이 강화되며, 이는 신진대사율, 호르몬 수치, 당분의 변화를 통해 영하의 온도에 대비하기 위한 전환을 시작한다.[1]한랭 적응 과정에서 온도가 내려가는 첫 날 동안 내빙성이 급격히 향상된다.식물 종에 따라 저온에 노출된 지 2주 만에 최대 동결 허용오차에 도달할 수 있다.[2]동결 시 세포간 얼음 형성을 제어하는 능력은 동결-강화 식물의 생존에 매우 중요하다.[3]세포내 얼음이 형성되면 세포막과 벽 사이의 접착이 발생할 때 식물에 치명적일 수 있다.냉간 침윤을 통한 내성 동결 과정은 다음과 같은 2단계 메커니즘이다.[4]

  • 첫 단계는 식물 조직에 존재하는 물이 세포 밖에서 얼기 때문에 상대적으로 높은 영하의 온도에서 발생한다.
  • 두 번째 단계는 세포간 얼음이 계속 형성되면서 낮은 온도에서 발생한다.

아포플라스트 내에서 부동 단백질은 얼음 핵체에 의한 얼음 결정의 성장을 국소화하여 조직에 물리적 손상을 방지하고 결빙에 민감한 조직과 세포 내에서 과냉화를 촉진한다.탈수, 고염도, 압시산 치료 등 삼투압 스트레스도 동결 내성을 높일 수 있다.

동결 허용오차는 간단한 발전소 생존 검사를 수행하거나 시간이 더 걸리지만 정량적인 전해액 누출 검사를 수행하여 평가할 수 있다.[5]

식물은 영하의 온도를 견딜 수 있는 유일한 유기체는 아니다.나무개구리, 청소년 도색거북이, 골든로드 갈파리 애벌레, 이종교배벌레 달팽이 등이 모두 같은 능력을 가진 것으로 나타났다.그들은 총 체수의 70%를 세포외 공간에 축적되는 얼음으로 변환한다.[6]이와 같은 주목할 만한 행위를 수행하기 위해 여러 가지 생화학적 적응이 내성 동결을 위한 지지요소로 확인되었다.여기에는 다음이 포함된다.

  • 단백질:핵 단백질은 세포외 결빙의 전 과정을 유도하고 조절한다.얼음 구조 조정 단백질 또는 부동 단백질로 명명된 특정 단백질은 작은 얼음 결정이 조직에 물리적 손상을 줄 수 있는 더 큰 결정으로 재분배되는 것을 막는다.
  • 극저온 방지제:이것들은 세포내 결빙을 방지하고, 세포량의 과도한 감소를 방지하며, 단백질 순응을 안정시키는 몇 가지 요인이다.이것은 세포에 들어 있는 고농도의 다면 알코올(글리세롤, 소르비톨)과 당분(글리코스)을 가장 일반적으로 포함한다.다른 보호제는 막 빌레이어가 무너지는 것을 막는 트레할로스와 프로라인이다.
  • 허혈 내성: 세포와 장기가 혈액순환 없이 살아남기 위해서는 좋은 항산화 방어력과 높아진 샤페론 단백질이 필요하다.그것들은 세포 분자를 보호하는 데 도움을 주는 반면, 대사율 우울증은 냉동된 동안 필요한 세포 에너지를 크게 감소시킨다.

이 분야의 새로운 작업은 주로 네 가지 다른 주제에 초점을 맞추고 있다.[7]여기에는 다음이 포함된다.

  • 냉동 내성종에서 발견되는 새로운 유전자와 그들의 단백질 생산물의 확인.
  • 세포 보존과 생존능력에 있어서 많은 다른 문제들을 다루는 광범위한 다른 유전자/단백질들의 탐험.
  • 동결-강화 반응을 중재하는 중요한 전사 요인에 대한 연구
  • 마이크로RNA, 단백질 인산화 및 후생유전 제어와 관련하여 유전자와 단백질 발현을 조절하는 생화학적 메커니즘의 분석.


참조

  1. ^ Hon, W. C.; Griffith, M.; Mlynarz, A.; Kwok, Y. C.; Yang, D. S. (1995). "Antifreze proteins in winter rye are similar to pathogenesis-related proteins". Plant Physiology. 109 (3): 879–889. doi:10.1104/pp.109.3.879. PMC 161389. PMID 8552719.
  2. ^ Gilmour, Sarah J.; Hajela, Ravindra K.; Thomashow, Michael F. (1988-07-01). "Cold Acclimation in Arabidopsis thaliana1". Plant Physiology. 87 (3): 745–750. doi:10.1104/pp.87.3.745. ISSN 0032-0889. PMC 1054832. PMID 16666219.
  3. ^ Yaish, M. W.; Doxey, A. C.; McConkey, B. J.; Moffatt, B. A.; Griffith, M. (2006). "Cold-active winter rye glucanases with ice-binding capacity". Plant Physiology. 141 (4): 1459–1472. doi:10.1104/pp.106.081935. PMC 1533947. PMID 16815958.
  4. ^ Thomashow, M (1998). "Role of cold-responsive genes in plant freezing tolerance". Plant Physiology. 118 (1): 1–8. doi:10.1104/pp.118.1.1. PMC 1539187. PMID 9733520.
  5. ^ Whitlow, Thomas H.; Bassuk, Nina L.; Ranney, Thomas G.; Reichert, Deborah L. (1992-01-01). "An Improved Method for Using Electrolyte Leakage to Assess Membrane Competence in Plant Tissues". Plant Physiology. 98 (1): 198–205. doi:10.1104/pp.98.1.198. ISSN 0032-0889. PMC 1080169. PMID 16668614.
  6. ^ Storey, K.B.; Storey, J.M. (2017). "Molecular physiology of freeze tolerance in vertebrates". Physiological Reviews. 97 (2): 623–665. doi:10.1152/physrev.00016.2016. PMID 28179395.
  7. ^ Storey, K.B. "Freeze Tolerance". The Storey Lab: Cell and Molecular Responses to Stress. Retrieved November 19, 2018.