고추나물(Hypericum erectum)은 물레나물과에 속하는 다년생 초본식물로 이와 유사한 종으로 서양에서는 St. John's Wort (Hypericum perforatum)가 잘 알려져 있는데, 고대부터 신경질환, 우울증, 신경통 등 질병을 치료하는 전통적인 약용식물이다. St. John's wort의 주요 유효성분은 hypericin인데, 주로 우울증 치료와 새로운 항암 화합물의 원료로 사용되며, ...
고추나물(Hypericum erectum)은 물레나물과에 속하는 다년생 초본식물로 이와 유사한 종으로 서양에서는 St. John's Wort (Hypericum perforatum)가 잘 알려져 있는데, 고대부터 신경질환, 우울증, 신경통 등 질병을 치료하는 전통적인 약용식물이다. St. John's wort의 주요 유효성분은 hypericin인데, 주로 우울증 치료와 새로운 항암 화합물의 원료로 사용되며, 이 식물을 원료로 시판되는 제품의 수요량이 급속히 증가하고 있다. 고추나물도 hypericin을 함유한 것으로 알려져 St. John's wort와 그 약효를 비교하려는 시도가 이루어지고 있다. 따라서 고추나물의 hypericin 대량생산성과 hypericin 생합성 대사에 관여하는 유전자를 분리하고 기능 분석을 실시하였다.
첫 번째로, 고추나물에서 hypericin 생산을 위해 최적 배양조건을 확립하고자 하였다. 배지별 조사, sucrose 농도별 조사 결과, 1/2 MS 액체배지와 sucrose 3%에서 건중량이 16.36 g/L, hypericin 생산량이 5.23 mg/L로, 최대의 생산성을 보였다. 식물생장조절제 처리 결과, TDZ 처리구가 다른 cytokinin에 비해 건중량이 17.66 g/L로 높았지만, hypericin 생산량은 식물생장조절제를 첨가하지 않은 기본배지에서 5.23 mg/L로 더 높았다. Methyl jasmonates를 농도별 처리 결과, hypericin은 0.1 mM 농도로 처리했을 때 9.18 mg/L로 최대 생산되었다. 생장주기에 따른 hypericin 생산량은 전처리 후 methyl jasmonates 처리 7일째 최대치를 보였다. Methyl jasmonates 처리구는 대조구에 비해 hypericin 생산을 2.4 배 증가시켰다.
두 번째로, 고추나물의 hypericin 생산을 위한 대량증식 수단으로 재분화 실험을 실시하였다. 기관형성을 위한 가장 적절한 절편 형태는 기내 배양 중인 유식물의 절간으로서, 1/2 MS 배지에 0.57 uM IAA와 0.44 uM BA를 조합 처리하였을 때 약 70%의 높은 재분화율을 보였다. 기관 형성된 유식물체는 순화과정을 거쳐 성공적으로 토양에 이식하였다. 결과적으로 기내 배양된 조직절편으로부터 새로운 개체형성은 약 4개월 정도가 소요되었다.
세 번째로, hypericin의 생합성에 관련되는 유전자를 선별하고 그 기능을 분석하였다. EST 분석을 통해서 고추나물의 3개 cDNA인 HeHyp1, HeHyp2, HeHyp3를 분리했으며, 또한 St. John's Wort에서 5개의 유전자(HpHyp1, HpHyp2, HpHyp3, HpHyp4, HpHyp5)를 분리해냈다. 이것들은 St. John's wort의 hypericin 생합성에 관련되었던 Hyp-1과 염기서열상동성을 보여주었다. HeHyp1의 아미노산 서열은 Hyp-1와 95%의 동질성을 나타내고 HeHyp2와 HeHyp3 polypeptide는 Hyp-1와 81.1%의 동질성을 나타낸다. 조직 특이적 유전자 발현 정도를 확인하는 실험에서 이 8개 유전자 모두 뿌리, 줄기, 잎, 꽃 그리고 캘러스에서 발현되었다. 재조합 단백질을 사용한 연구에서는 HeHYP1, HeHYP2 그리고 HeHYP3는 hypericin 혹은 emodin의 기타 파생물의 생합성에 관련될 수 있다는 것을 보여준다.
고추나물(Hypericum erectum)은 물레나물과에 속하는 다년생 초본식물로 이와 유사한 종으로 서양에서는 St. John's Wort (Hypericum perforatum)가 잘 알려져 있는데, 고대부터 신경질환, 우울증, 신경통 등 질병을 치료하는 전통적인 약용식물이다. St. John's wort의 주요 유효성분은 hypericin인데, 주로 우울증 치료와 새로운 항암 화합물의 원료로 사용되며, 이 식물을 원료로 시판되는 제품의 수요량이 급속히 증가하고 있다. 고추나물도 hypericin을 함유한 것으로 알려져 St. John's wort와 그 약효를 비교하려는 시도가 이루어지고 있다. 따라서 고추나물의 hypericin 대량생산성과 hypericin 생합성 대사에 관여하는 유전자를 분리하고 기능 분석을 실시하였다.
첫 번째로, 고추나물에서 hypericin 생산을 위해 최적 배양조건을 확립하고자 하였다. 배지별 조사, sucrose 농도별 조사 결과, 1/2 MS 액체배지와 sucrose 3%에서 건중량이 16.36 g/L, hypericin 생산량이 5.23 mg/L로, 최대의 생산성을 보였다. 식물생장조절제 처리 결과, TDZ 처리구가 다른 cytokinin에 비해 건중량이 17.66 g/L로 높았지만, hypericin 생산량은 식물생장조절제를 첨가하지 않은 기본배지에서 5.23 mg/L로 더 높았다. Methyl jasmonates를 농도별 처리 결과, hypericin은 0.1 mM 농도로 처리했을 때 9.18 mg/L로 최대 생산되었다. 생장주기에 따른 hypericin 생산량은 전처리 후 methyl jasmonates 처리 7일째 최대치를 보였다. Methyl jasmonates 처리구는 대조구에 비해 hypericin 생산을 2.4 배 증가시켰다.
두 번째로, 고추나물의 hypericin 생산을 위한 대량증식 수단으로 재분화 실험을 실시하였다. 기관형성을 위한 가장 적절한 절편 형태는 기내 배양 중인 유식물의 절간으로서, 1/2 MS 배지에 0.57 uM IAA와 0.44 uM BA를 조합 처리하였을 때 약 70%의 높은 재분화율을 보였다. 기관 형성된 유식물체는 순화과정을 거쳐 성공적으로 토양에 이식하였다. 결과적으로 기내 배양된 조직절편으로부터 새로운 개체형성은 약 4개월 정도가 소요되었다.
세 번째로, hypericin의 생합성에 관련되는 유전자를 선별하고 그 기능을 분석하였다. EST 분석을 통해서 고추나물의 3개 cDNA인 HeHyp1, HeHyp2, HeHyp3를 분리했으며, 또한 St. John's Wort에서 5개의 유전자(HpHyp1, HpHyp2, HpHyp3, HpHyp4, HpHyp5)를 분리해냈다. 이것들은 St. John's wort의 hypericin 생합성에 관련되었던 Hyp-1과 염기서열 상동성을 보여주었다. HeHyp1의 아미노산 서열은 Hyp-1와 95%의 동질성을 나타내고 HeHyp2와 HeHyp3 polypeptide는 Hyp-1와 81.1%의 동질성을 나타낸다. 조직 특이적 유전자 발현 정도를 확인하는 실험에서 이 8개 유전자 모두 뿌리, 줄기, 잎, 꽃 그리고 캘러스에서 발현되었다. 재조합 단백질을 사용한 연구에서는 HeHYP1, HeHYP2 그리고 HeHYP3는 hypericin 혹은 emodin의 기타 파생물의 생합성에 관련될 수 있다는 것을 보여준다.
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