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눈에 좋은 '결명자' 기능성 성분 생합성 경로 밝혀
농수식품 농촌진흥청 (2020-11-30)

농촌진흥청은 우리 품종 결명자를 이용해 세계 최초로 유전체를 해독하고, 결명자의 기능성 성분인 안트라퀴논의 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 폴리페놀성화합물 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 전구체 생합성에 유전자(CHS-L9)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 Nature Communications (IF: 12.121)에 게재돼 학술적으로도 인정받았으며, 특허출원도 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.

결명자의 눈 건강 연결고리, 유전체 해독으로 찾다

1. 결명자의 주요현황, 성분, 용도 및 효능
□ 품 종(명윤결명)
 ○ 고유 품종인 명윤결명은 1994년 농촌진흥청(식량원)에서 육성
 ○ 전국 재배면적은 약 20 ha, 생산량은 42톤 추정(2019년)
 ○ 세계시장은 결명자(235.7억 달러), 안트라퀴논(12.5억 달러)로 매년 7% 증가추세
□ 성 분
 ○ 안트라퀴논이 가장 풍부하며, 그 외 카르테노이드, 플라보노이드 및 지질 등도 함유
□ 용 도
 ○ 눈을 맑게 해주며 야맹증, 변비, 동맥경화 및 당뇨 예방효과가 알려짐
 ○ 전 세계적으로도 식품첨가제, 염료시장 및 동물 사료로도 많이 사용
 

눈에 좋은 '결명자' 기능성 성분 생합성 경로 밝혀

□ 효 능
 ○ 눈 건강(백내장 등 예방효과), 항암, 항균, 항바이러스, 간 보호 기능 등에 효과

2. 유전정보 해독 및 안트라퀴논 대사경로 규명
□ 유전체 해독

눈에 좋은 '결명자' 기능성 성분 생합성 경로 밝혀

 ○ 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

눈에 좋은 '결명자' 기능성 성분 생합성 경로 밝혀


○ 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

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