본문으로 바로가기

부처연구성과

눈에 좋은 ‘결명자’ 기능성 성분 생합성 경로 밝혀

  • 등록일2020-11-24
  • 조회수3661
  • 성과명
    눈에 좋은 ‘결명자’ 기능성 성분 생합성 경로 밝혀
  • 연구자명
    강상호
  • 연구기관
    국립농업과학원
  • 사업명
    .
  • 지원기관
    농촌진흥청
  • 보도자료발간일
    2020-11-24
  • 원문링크
    http://www.rda.go.kr/board/board.do?boardId=farmprmninfo&prgId=day_farmprmninfoEntry&currPa...
  • 키워드
    #결명자 #유전체 #안트라퀴논
  • 첨부파일
    • hwp 24-1_눈에좋은결명자기능성성분생합성과정밝혀(농과원) (1).hwp (다운로드 286회) 다운로드 바로보기

핵심내용

 
눈에 좋은 ‘결명자’ 기능성 성분 생합성 경로 밝혀
- 농촌진흥청, 유전체 해독 후 안트라퀴논 생합성 과정 유전자 수준에서 구명 -
 
□ 농촌진흥청(청장 허태웅)은 우리 품종 결명자를 이용해 세계 최초로 유전체를 해독하고, 결명자의 기능성 성분인 안트라퀴논1) 의 생합성 경로도 밝혀냈다.
 ○ 전통의학서 동의보감에는 ‘결명자는 눈을 맑게 한다.’라고 기록돼 있다. 최근에는 결명자가 항암, 혈관질환 개선 등에 효과가 있다고 알려져 있으며, 차, 기능성 식품, 항암제 등으로 널리 활용되고 있다.
 
□ 이번 유전체 해독에 이용된 결명자는 1994년 국립식량과학원에서 육성한 고유 품종 ‘명윤결명’이다.
 ○ 연구진은 이번 연구로 결명자 유전체 547Mb 중 526Mb를 조립해 96% 해독을 완료했으며, 총 4만 5,268개의 유전자를 발굴해 그 정보를 등록했다.
 ○ 또한, 결명자와 같은 콩과에 속하는 대두 등 16개 식물과 비교 분석해 항산화 물질인 폴리페놀성화합물2) 생합성 유전자 수가 다른 콩과 식물보다 더 많은 것을 확인했다.
 
 ○ 이와 함께 유전체 해독 정보를 통해 기능성 물질인 안트라퀴논의 생합성 과정을 과학적으로 해석했다. 분석 결과, 안트라퀴논 계열의 한 종류인 에모딘의 전구체3)  생합성에 유전자(CHS-L9)4) 가 관여함을 밝혔다.
 ○ 특히 에모딘 생합성에 관여하는 후보 유전자 CHS-L 16종을 분석해 현재까지 알려지지 않은 식물의 안트라퀴논 생합성 과정을 유전자 수준에서 밝힌 것은 세계 최초이다.
 
□ 이번 연구 결과는 세계적인 저널 Nature Communications (IF: 12.121)에 게재돼 학술적으로도 인정받았으며, 특허출원5) 도 마쳤다.
 ○ 연구 성과는 농촌진흥청 국립농업생명공학정보센터(NABIC, http://nabic.rda.go.kr)와 미국 국립생물정보센터(NCBI, www.ncbi.nlm.nih.gov)에 정보를 등록해 공개하고 있다.
 
□ 농촌진흥청 유전체과 안병옥 과장은 “이번 연구 결과를 기반으로  결명자의 생리활성물질 합성을 증가시키거나 안트라퀴논 고 함량 품종 육성을 지원하는데 활용할 계획이다.”라고 말했다.

상세내용

 

<논문 및 저자정보>

논문명 : Genome-enabled discovery of anthraquinonebiosynthesis in Senna tora

저널명 : Nature Communications

저자명 : 강상호

 

<연구 내용>

□ 유전체 해독

○ 세계 최초로 유전체 547Mb 중 526Mb 조립하여 96% 해독 완료하였으며, 45,268개 유전자를 발굴 

○ 결명자는 콩과의 한 아과인 실거리나무아과 식물로 그 중 최초로 염색체 수준의 유전체가 해독된 것임  

- 콩과식물의 유전체와 비교 분석으로 테르펜 및 페놀성화합물 생합성 유전자가 결명자에 다수 존재함을 밝혔음

 

□ 안트라퀴논 대사경로 규명

 ○ 현재까지 식물 안트라퀴논 생합성 과정은 미스터리로 남아 있었음
 ○ 이번 연구로 안트라퀴논의 한 종류인 에모딘 전구체(atrochrysone carboxylic acid 또는 endocrocin anthrone) 생합성에 관여하는 유전자를 밝히고, 안트라퀴논 생합성에 관여하는 유전자 CHS-L 16종을 확보
 ○ 안트라퀴논은 식물에서 유용한 물질로 알려져 있었으나 동 연구에서 생합성 경로를 유전자 수준에서 밝힌 것은 세계 최초
 
□ 기대효과
 ○ 안트라퀴논 유도체 개발 및 대량생산 시스템 구축(기술이전)
 ○ 안트라퀴논 고함량 종자 개발로 농산업적 활용기반 구축
 
 
<연구이야기>


Q1  표준(신규) 유전체가 무엇을 의미하나요?
○ 유전체(게놈 '게놈'이란 용어는 유전자(gene)와 염색체(chromosome)의 합성어임
, genome)는 한 생물체가 지닌 모든 유전정보의 총합이며, 그 생물체의 형태, 생리대사, 유전요소, 행동양식 등을 결정짓는 유전자의 설계도라고 할 수 있다. 유전체해독이란 그 유전자 설계도를 확인하는 연구임.
○ 표준유전체(영어로 reference genome)는 특정 생물종별로 대표할 수 있는 품종의 유전체정보임. 그러나 품종별로 장·단점이 있어서 현재로서는 대표 품종보다는 최초로 해독되고 다른 품종의 유전체해독 연구에서 기준으로 삼을 만큼 잘 해독되었을 때 그 유전체정보를 표준유전체라고 말함.

Q2  유전체 해독을 어떻게 하나요?
○ 생명체의 유전정보(설계도)는 염색체의 DNA에 암호화되어 있음.  즉 유전체해독은 DNA 염기서열을 읽어 생물체가 가지고 있는 유전자의 종류, 수, 구조, 위치 등을 해독하는 연구로서, 생물체의 유전자 설계도가 암호화되어 있는 것을 해석하는 것임.

Q3  유전체 해독에서 결명자를 선정한 이유는 무엇입니까 ?
○ 동의보감에 따르면 결명자는 눈을 맑게 한다고 알려져 있음. 최근 보고에 의하면 안트라퀴논의 기능이 밝혀지고 있지만, 생합성 대사경로는 규명되지 않아 그 메커니즘을 밝히고자 함.
○ 결명자는 국내에서 재배면적 20ha, 생산량 42M/T이며 세계적 시장가치는 235.7억 달러로 매년 7% 증가 추세에 있음.
○ 결명자는 종자에 안트라퀴논, 카르테노이드, 플라보노이드, 지질, 칼륨 등 우수한 기능성 성분이 다량으로 존재함. 미국과 유럽, 아시아에서 식품첨가제로 사용되고 있으며, 안트라퀴논을 다량 함유하여 약리 성분으로 사용하고 있음.
○ 결명자의 주요 약리성분은 안트라퀴논(anthraquinone)이며 콜레스테롤과 혈압 강하, 이뇨, 통변, 피부진균 억제, 결막염, 야맹증, 변비, 동맥경화 예방 등 다양한 효능이 알려져 있고 특히 국내에서는 결명자차, 변비약, 염료에 전통적으로 사용되고 있음.
○ 결명자 안트라퀴논(anthraquinone)은 다양한 종류의 계열(에모딘, 싸이온, 옵튜신, 오란티오옵튜신 등)이 보고되고 있으나 이들 안트라퀴논 생합성과 대사경로에 관련된 식물 유전자 보고는 아직 없는 실정으로 결명자 약리성분의 함량 증진을 위해 결명자 유전체와 안트라퀴논 생합성 연구가 필요함.

Q4  결명자 유전체 정보는 어디에 활용될 수 있나요?
○ 결명자 유전체 정보를 해독하면 우수하거나 불량한 형질을 만드는 유전자를 파악할 수 있어서 새로운 품종을 육성할 때 우수 품종을 정확하게 선발할 수 있는 기술을 확보할 수 있음. 따라서 결명자 유전체 정보를 기반으로 맞춤형 정밀육종이 가능
○ 결명자의 주요물질인 안트라퀴논은 식품첨가제, 변비약, 염료, 화장품으로 다양하게 활용되고 있음. 특히 안트라퀴논 유도체 개발 등 산업화를 통하여 제약산업 활성화에 기여
   * 안트라퀴논은 세계적으로 약 12.5억불로 매년 7% 증가추세에 있음
○ 결명자와 유사한 종(석결명)을 판별할 수 있는 분자마커 개발을 통하여 결명자와 혼입되는 원인을 차단할 수 있음.
○ 백내장, 당뇨, 다이어트, 인지기능 개선 효과가 있는 결명자의 약리성분 중에서 가장 중요한 안트라퀴논 성분 함량을 높일 수 있는 새로운 결명자 신품종 육성에 활용
○ 종합적으로 결명자 유전체 해독으로 얻어진 유전자의 기능을 밝혀 눈을 맑게 하고, 항암, 혈관질환 개선 등에 효과가 있는 생리활성물질을 늘리고 품종을 개발하는 기관(육종가 등)을 포함한 민·관·학계와 협력하여 신품종 육종에 적극 활용하고자 함. 유용유전자를 활용한 의약, 식품 등을 개발하는 데에도 활용 가능.

 

 

...................(계속)

 

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.

 

 

 

 

목록 스크랩

자료 추천하기

받는 사람 이메일
@
메일 내용
관련정보

지식

동향

발간물