(국문초록) 국화과 삽주속 (Atractylodes genus) 식물은 약용으로 많이 쓰이며 특히, 삽주 (A. japonica)와 큰꽃삽주 (A. macrocephala)의 ...
(국문초록) 국화과 삽주속 (Atractylodes genus) 식물은 약용으로 많이 쓰이며 특히, 삽주 (A. japonica)와 큰꽃삽주 (A. macrocephala)의 뿌리줄기는 건위 작용이 탁월하여 백출이라는 한약재로 널리 쓰여져 온 중요한 약재이다. 그러나 국내 재배 경쟁력이 낮아90% 정도를 수입에 의존하고 있으며 이에 국립원예특작과학원 약용작물과에서는 삽주와 큰꽃삽주 종간교배 (A. japonica × A. macrocephala)를 통해 식의약소재 용도의 다수성 및 내병성 품종을 육성 하였으며 토종 자원인 삽주에 대해서도 한약재 용도의 표준품종개발 연구를 시작하였다. 따라서 본 연구에서는 종간교배 방법으로 육성된 품종에 대한 생육과 유효 성분 특성을 비교하여 농가 보급이나 기능성 제품 개발의 기초자료로 제공하는 한편 SSR 마커를 개발하여 삽주 등 삽주 속 식물의 분자육종 연구 기반을 구축 하고자 본 연구를 수행하였다. 기존에 주로 재배되는 큰꽃삽주를 포함하여 고출, 고원, 다출, 다원, 만출, 상원, 상출, 후출 간 특성을 비교한 결과 지상부에서는 경장, 분지수, 엽장, 엽폭 등에서 기본식물 유지 및 품종 간 구별에 도움이 될 만한 유의적인 차이가 있었으며 지하부에서는 생근중, 건근중, 생근수량 등 수량성에 있어서 상원 품종이 가장 우수한 특성을 보였다. 백출에서 약리작용을 하는 유효성분인 atractylenolide I, atractylenolide Ⅱ, atractylenolide Ⅲ는 상원 품종을 제외한 대부분의 육성품종 (A. japonica × A. macrocephala)에서 큰꽃삽주 보다 함량이 많았고, 특히 다출 품종의 경우 큰꽃삽주 뿐만 아니라 다른 품종에 비하여 월등한 수량성과 유효성분 함량을 갖춘 것으로 조사되었다. SSR 마커를 개발하기 위해서 각각 수집지가 다른 삽주 5개체, 큰꽃삽주 2개체를 이용해 Illumina 2500 기계로 NGS (Next-generation sequencing) 염기서열 분석을 하였고 그 결과 1,015,508,308 bp의 유전체 정보를 생산 하였다. 이 중 De novo assembly로 SSR 구간을 탐색한 결과 총 175,825 개 였으며 22,677 개의 SSR구간에 프라이머를 디자인 하여 in silico 상으로 다형성을 보인 48쌍의 프라이머를 선발하였다. 선발된 프라이머로 PCR을 수행한 후 전기영동을 통해 분명히 증폭된 밴드를 확인하였고 또한 모세관 전기영동을 통해 다형성 여부를 확인하여 최종적으로 18개의 SSR 마커를 개발하였다. 선발한 18개의 SSR마커를 화천군, 삼척시, 구례군, 나주시 등 4개 지역에서 수집한 삽주 81점에 적용하였다. 그 결과 18개 SSR 마커의 평균 기대 이형접합성 (HE), 관측 이형접합성 (Ho), Polymorphic information content (PIC) 값이 각각 0.68, 0.54, 0.65로 높은 다형성을 나타냈으며, 특히 AJSSR009는 다형성이 높아 삽주 자원 간 판별 마커로 활용성이 기대되었다. Ho를 통해 집단 간의 유전적 다양성을 비교해 봤을 때 화천 집단의 유전적 다양성이 가장 높았고 삼척 집단이 가장 낮았다. 종간교배 육성품종 3점과 함께 근연식물로 큰꽃삽주 5점, 모창출 5점 등 삽주속 식물에 적용한 결과 일부 다형성이 보였고, 특히 AJSSR008 등은 아가로스젤 전기영동 상에서도 삽주, 큰꽃삽주, 그리고 모창출 종간 구별되었다. 또한 AJSSR002, AJSSR003, AJSSR005, AJSSR008 등은 하나의 마커로 다출, 상원, 만출 등 3가지 육성품종 간 구분이 가능하였다. SSR마커 적용 결과를 이용하여 삽주 수집개체로 계통수를 작성한 결과 상대적으로 전남지역의 나주 집단과 구례 집단이 유전적 거리가 가까웠고 강원지역 삼척, 화천 순으로 거리가 멀어 지리적 거리와 유전적 거리가 관련성이 있음을 알 수 있었다. 개체 별 유연관계 또한 알 수 있었으며 특히AJ1705-20과 AJ1708-18두 개체는 대다수의 삽주 자원과 유전적 거리가 멀어 향후 잡종강세를 이용하기 위한 교배친 등으로 육종재료로서 활용도가 높을 것으로 보인다.
(국문초록) 국화과 삽주속 (Atractylodes genus) 식물은 약용으로 많이 쓰이며 특히, 삽주 (A. japonica)와 큰꽃삽주 (A. macrocephala)의 뿌리줄기는 건위 작용이 탁월하여 백출이라는 한약재로 널리 쓰여져 온 중요한 약재이다. 그러나 국내 재배 경쟁력이 낮아90% 정도를 수입에 의존하고 있으며 이에 국립원예특작과학원 약용작물과에서는 삽주와 큰꽃삽주 종간교배 (A. japonica × A. macrocephala)를 통해 식의약소재 용도의 다수성 및 내병성 품종을 육성 하였으며 토종 자원인 삽주에 대해서도 한약재 용도의 표준품종개발 연구를 시작하였다. 따라서 본 연구에서는 종간교배 방법으로 육성된 품종에 대한 생육과 유효 성분 특성을 비교하여 농가 보급이나 기능성 제품 개발의 기초자료로 제공하는 한편 SSR 마커를 개발하여 삽주 등 삽주 속 식물의 분자육종 연구 기반을 구축 하고자 본 연구를 수행하였다. 기존에 주로 재배되는 큰꽃삽주를 포함하여 고출, 고원, 다출, 다원, 만출, 상원, 상출, 후출 간 특성을 비교한 결과 지상부에서는 경장, 분지수, 엽장, 엽폭 등에서 기본식물 유지 및 품종 간 구별에 도움이 될 만한 유의적인 차이가 있었으며 지하부에서는 생근중, 건근중, 생근수량 등 수량성에 있어서 상원 품종이 가장 우수한 특성을 보였다. 백출에서 약리작용을 하는 유효성분인 atractylenolide I, atractylenolide Ⅱ, atractylenolide Ⅲ는 상원 품종을 제외한 대부분의 육성품종 (A. japonica × A. macrocephala)에서 큰꽃삽주 보다 함량이 많았고, 특히 다출 품종의 경우 큰꽃삽주 뿐만 아니라 다른 품종에 비하여 월등한 수량성과 유효성분 함량을 갖춘 것으로 조사되었다. SSR 마커를 개발하기 위해서 각각 수집지가 다른 삽주 5개체, 큰꽃삽주 2개체를 이용해 Illumina 2500 기계로 NGS (Next-generation sequencing) 염기서열 분석을 하였고 그 결과 1,015,508,308 bp의 유전체 정보를 생산 하였다. 이 중 De novo assembly로 SSR 구간을 탐색한 결과 총 175,825 개 였으며 22,677 개의 SSR구간에 프라이머를 디자인 하여 in silico 상으로 다형성을 보인 48쌍의 프라이머를 선발하였다. 선발된 프라이머로 PCR을 수행한 후 전기영동을 통해 분명히 증폭된 밴드를 확인하였고 또한 모세관 전기영동을 통해 다형성 여부를 확인하여 최종적으로 18개의 SSR 마커를 개발하였다. 선발한 18개의 SSR마커를 화천군, 삼척시, 구례군, 나주시 등 4개 지역에서 수집한 삽주 81점에 적용하였다. 그 결과 18개 SSR 마커의 평균 기대 이형접합성 (HE), 관측 이형접합성 (Ho), Polymorphic information content (PIC) 값이 각각 0.68, 0.54, 0.65로 높은 다형성을 나타냈으며, 특히 AJSSR009는 다형성이 높아 삽주 자원 간 판별 마커로 활용성이 기대되었다. Ho를 통해 집단 간의 유전적 다양성을 비교해 봤을 때 화천 집단의 유전적 다양성이 가장 높았고 삼척 집단이 가장 낮았다. 종간교배 육성품종 3점과 함께 근연식물로 큰꽃삽주 5점, 모창출 5점 등 삽주속 식물에 적용한 결과 일부 다형성이 보였고, 특히 AJSSR008 등은 아가로스젤 전기영동 상에서도 삽주, 큰꽃삽주, 그리고 모창출 종간 구별되었다. 또한 AJSSR002, AJSSR003, AJSSR005, AJSSR008 등은 하나의 마커로 다출, 상원, 만출 등 3가지 육성품종 간 구분이 가능하였다. SSR마커 적용 결과를 이용하여 삽주 수집개체로 계통수를 작성한 결과 상대적으로 전남지역의 나주 집단과 구례 집단이 유전적 거리가 가까웠고 강원지역 삼척, 화천 순으로 거리가 멀어 지리적 거리와 유전적 거리가 관련성이 있음을 알 수 있었다. 개체 별 유연관계 또한 알 수 있었으며 특히AJ1705-20과 AJ1708-18두 개체는 대다수의 삽주 자원과 유전적 거리가 멀어 향후 잡종강세를 이용하기 위한 교배친 등으로 육종재료로서 활용도가 높을 것으로 보인다.
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