수분스트레스에 의한 케일 내 글루코시놀레이트 변화 Variations of glucosinolates in kale leaves (Brassica oleracea var. acephala) treated with drought-stress in autumn and spring seasons원문보기
The present study aimed to investigate the effects of drought stress on the accumulation of glucosinolates (GSLs) in the leaves of Kale cultivated in autumn and spring. HPLC analysis guided to identify seven GSLs including progoitrin, glucoraphanin, sinigrin, gluconapin, glucobrassicin, 4-methoxyglu...
The present study aimed to investigate the effects of drought stress on the accumulation of glucosinolates (GSLs) in the leaves of Kale cultivated in autumn and spring. HPLC analysis guided to identify seven GSLs including progoitrin, glucoraphanin, sinigrin, gluconapin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin and neoglucobrasscin. Quantification of GSLs revealed that the contents of sigirin was the highest (45%) followed by the level of progoitrin (24%) in terms of total GSLs. The ranges of total GSL contents was 1.16 (84)-15.88 (89 DAS, ${\mu}mol/g$ dry wt. (DW)) in treatment plot and 1.23 (84)-7.05 (74 DAS, ${\mu}mol/g$ dry wt.) in control plot showed the enhancement in the contents of GSLs in treatment than in the control plot. The present results evidenced that the variation of total GSL contents were depending on the harvest period. In 105 DAS, comparatively no differences in the GSL contents on each sample in autumn season, whereas in spring season, although there was decrease in the GSLs tendency from 74 DAS to 84 DAS in both control and treatment plot, the GSL contents of treatment plot was dramatically increased in 89 DAS. In treatment plot, the GSL contents on 89 DAS (1.16) was 15 fold higher to 84 DAS ($15.88{\mu}mol/g$ DW). The variation in the contents of GSL in spring and autumn did not documented significant differences because of their differences in the growth time and cultivation conditions. In conclusion, the GSL contents in kale was likely to be affected by drought stress treatment. Scrutiny and further research for exact relation between drought stress and GSL contents in kale should be needed.
The present study aimed to investigate the effects of drought stress on the accumulation of glucosinolates (GSLs) in the leaves of Kale cultivated in autumn and spring. HPLC analysis guided to identify seven GSLs including progoitrin, glucoraphanin, sinigrin, gluconapin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin and neoglucobrasscin. Quantification of GSLs revealed that the contents of sigirin was the highest (45%) followed by the level of progoitrin (24%) in terms of total GSLs. The ranges of total GSL contents was 1.16 (84)-15.88 (89 DAS, ${\mu}mol/g$ dry wt. (DW)) in treatment plot and 1.23 (84)-7.05 (74 DAS, ${\mu}mol/g$ dry wt.) in control plot showed the enhancement in the contents of GSLs in treatment than in the control plot. The present results evidenced that the variation of total GSL contents were depending on the harvest period. In 105 DAS, comparatively no differences in the GSL contents on each sample in autumn season, whereas in spring season, although there was decrease in the GSLs tendency from 74 DAS to 84 DAS in both control and treatment plot, the GSL contents of treatment plot was dramatically increased in 89 DAS. In treatment plot, the GSL contents on 89 DAS (1.16) was 15 fold higher to 84 DAS ($15.88{\mu}mol/g$ DW). The variation in the contents of GSL in spring and autumn did not documented significant differences because of their differences in the growth time and cultivation conditions. In conclusion, the GSL contents in kale was likely to be affected by drought stress treatment. Scrutiny and further research for exact relation between drought stress and GSL contents in kale should be needed.
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제안 방법
16시간이 지난 후 초순수(0.5 mL × 3회)로 2.0 mL-Eppendorf tube에 DS-GSLs를 용출시켰다.
수분 증발과 햇빛의 차단을 위해 물에 적신 신문지로 덮어 그늘로 옮겼다. 22 DAS (days after sowing)에 상태가 좋은 묘를 골라내어 흙을 채운 중형포트에 이식하였다. 그 후 2번 중간에 복합비료를 각 2g씩 분말 후에 추비하였다(13년 10월 25일, 11월 10일) 그리고 물은 각 포트 당 2일 간격으로 400 mL씩 수돗물을 주었다.
DS-GSLs의 분석은 1200 series HPLC system (Agilent Technologies, CA, USA)를 사용하였고, 분석 칼럼은 Inertsil ODS-3 column (150 ⨯ 3.0 mm I.d., particle size 3 μm)를 사용하였으며 가드 칼럼으로는 Inertsil ODS-2 Cartridge Guard column E (10 ⨯ 2.0 mm I.d., particle size 5 μm) (GL Science, Tokyo, Japan)를 사용하였다.
GSL 동정 및 정량은 식물환경생리실험실 자료를 참고하여 7종의 GSLs (progoitrin, glucoraphanin, sinigrin, gluconapin, glucobrassicin, methoxyglucobrassicin, neoglucobrasscin)를 분리 및 동정하였다(Table 1). HPLC를 통하여 케일 'TBC'의 GSLs를 분석한 결과(Fig.
총 GSL 함량 중 sinigrin이 가장 높은 비율(45%)을 보였고, progoitrin (24%)이 그 다음 순이었다. [가을실험] 파종(8월 22일) 후, 99일을 기점으로 수분스트레스 처리구(+)과 비처리구(-)로 설정하여 2일 간격으로 99, 101, 103, 105 DAS에 수확하였다. GSL 함량 범위는 처리구에서 3.
[봄 실험] 파종(2월 20일) 후, 69일을 기점으로 처리구 (+)와 비처리구(-) 로 설정하여 5일 간격으로 69, 74, 79, 84, 89 DAS에 수확하였다. 총 GSL 함량 범위는 처리구(+)에서 1.
가을과 봄 2차례 재배한 케일(‘TBC’)에 수분스트레스를 처리하여 글루코시놀레이트(glucosinolates, GSLs)변화를 조사하였다.
각 GSL 성분은 외부표준물질인 sinigrin (0.5 mg/ 5 mL, DS-sinigrin(분자량 279)의 HPLC 크로마토그램의 피크 면적(area)과 각 성분피크의 면적을 비교하고 그 값에 response factor (ISO 9167-1, 1992; Clarke, 2010)를 곱하여 정량화(μmol/g DW)하였다.
22 DAS (days after sowing)에 상태가 좋은 묘를 골라내어 흙을 채운 중형포트에 이식하였다. 그 후 2번 중간에 복합비료를 각 2g씩 분말 후에 추비하였다(13년 10월 25일, 11월 10일) 그리고 물은 각 포트 당 2일 간격으로 400 mL씩 수돗물을 주었다. 재배기간은 총 105일로 수확은 2013년 11월 29일부터 12월 5일까지 99, 101, 103, 105 DAS, 2일 간격으로 하였다.
즉 식물은 스트레스가 많은 환경조건에 노출되었을 때 자신을 보호하기 위한 방어 기작의 하나로써 이차대사산물을 생합성하여 식물체 내에 축적하게 된다. 그러므로 본 실험에서는 이차대사산물의 생합성을 촉진시키는 재배환경(수분스트레스)을 조절하여 케일의 glucosinolate 함량을 조사한다.
5 g씩 추비하였다. 그리고 케일의 성장이 느려 55 DAS에 액비를 100배 희석하여 각 400 mL씩 추비하였으며 물은 각 포트 당 3일 간격으로 400 mL씩 수돗물을 주었다. 재배기간은 총 89일로 2014년 4월 29일부터 5월 19일까지 69, 74, 79, 84, 89 DAS, 5일 간격으로 수확하였다.
동결 건조된 분말하여 시료 100 mg을 칭량후 2.0 mLEppendorf tube에 넣고 myrosinase의 불활성화를 위하여 70% (v/v) methanol (1.5 mL)를 넣고 진동혼합(vortex)을 하였다. 항온수조(70℃)에서 5분간 조(crude) GSLs를 추출하는 동안 2분 30초가 지나고 진동혼합을 한 번 더 해주었다.
파종 후 34일에 상태가 좋은 묘를 골라내어 흙을 채운 중형포트에 이식하였다. 물 빠짐이 좋지 않아 수분스트레스 실험에 적합한 조건의 흙이 아니라고 판단되어 41 DAS에 펄라이트 : 흙 = 1 : 2의 부피로 다시 채운 중형포트에 다시 이식하고 50 DAS에 복합비료를 각 1.5 g씩 추비하였다. 그리고 케일의 성장이 느려 55 DAS에 액비를 100배 희석하여 각 400 mL씩 추비하였으며 물은 각 포트 당 3일 간격으로 400 mL씩 수돗물을 주었다.
재배기간은 총 89일로 2014년 4월 29일부터 5월 19일까지 69, 74, 79, 84, 89 DAS, 5일 간격으로 수확하였다. 수확한 시료는 가을실험과 동일한 방법으로 동결건조한 후에 막자와 막자사발로 분말하였다.
그 후 2번 중간에 복합비료를 각 2g씩 분말 후에 추비하였다(13년 10월 25일, 11월 10일) 그리고 물은 각 포트 당 2일 간격으로 400 mL씩 수돗물을 주었다. 재배기간은 총 105일로 수확은 2013년 11월 29일부터 12월 5일까지 99, 101, 103, 105 DAS, 2일 간격으로 하였다. 수확한 시료는 잎만 분리하여 -70℃ 급속 초저온 냉동고(SFDSF 12, Samwon Freezing Engineering Co.
그리고 케일의 성장이 느려 55 DAS에 액비를 100배 희석하여 각 400 mL씩 추비하였으며 물은 각 포트 당 3일 간격으로 400 mL씩 수돗물을 주었다. 재배기간은 총 89일로 2014년 4월 29일부터 5월 19일까지 69, 74, 79, 84, 89 DAS, 5일 간격으로 수확하였다. 수확한 시료는 가을실험과 동일한 방법으로 동결건조한 후에 막자와 막자사발로 분말하였다.
, Ltd, Seoul, Korea)에서 구입하였고 2014년 2월 20일에 가을실험과 같이 파종하였다. 파종 후 34일에 상태가 좋은 묘를 골라내어 흙을 채운 중형포트에 이식하였다. 물 빠짐이 좋지 않아 수분스트레스 실험에 적합한 조건의 흙이 아니라고 판단되어 41 DAS에 펄라이트 : 흙 = 1 : 2의 부피로 다시 채운 중형포트에 다시 이식하고 50 DAS에 복합비료를 각 1.
대상 데이터
DEAE-Sephadex A-25는 GE Healthcare BioSciences AB (Uppsala, Sweden) 것을 사용하였고, Sodium acetate (NaC2H3O2·3H2O)은 Samchun Pure Chemical Co., Ltd. (Pyeongtaek, Korea)것을 사용하였다.
HPLC-grade acetonitrile (CH3CN)과 methanol (CH3OH)은 J.T Baker Chemical Co. (New Jersey, USA) 것을 사용하였다. DEAE-Sephadex A-25는 GE Healthcare BioSciences AB (Uppsala, Sweden) 것을 사용하였고, Sodium acetate (NaC2H3O2·3H2O)은 Samchun Pure Chemical Co.
(Pyeongtaek, Korea)것을 사용하였다. Sinigrin (2-propenyl GSL), aryl sulfatase (type H-1, EC 3.1.6.1)는 Sigma-Aldrich Chemical Co. (St Louis, MO, USA) 것을 사용하였다.
[가을 실험]의 케일 종자는 케일 ‘TBC'로 아시아종묘(Asia seed Co., Ltd, Seoul, Korea)에서 구입하였고 2013년 8월 22일에 충남대학교 농업생명과학대학 유리 온실에 파종하였다.
[봄 실험]의 케일 종자는 케일 ‘TBC'로 아시아종묘(Asia seed Co., Ltd, Seoul, Korea)에서 구입하였고 2014년 2월 20일에 가을실험과 같이 파종하였다.
각각의 시료는 HPLC를 분석하였고 분석 결과를 Microsoft Office Excel 2010을 이용하여 각 성분에 대한 함량의 평균값과 반복(n=3)의 표준편차(SD, standard deviation)를 구하였다. 통계처리 프로그램은 IBM SPSS 21 Statistics을 사용하였다.
통계처리 프로그램은 IBM SPSS 21 Statistics을 사용하였다. 유의수준(P)은 0.05 이하로 설정하였고, 사후분석은 Tukey 방법으로 검정하였다.
으로 처리구(+)가 비처리구(-)에 비하여 GSL 함량이 높은 경향을 보였다(Table 3). Aliphatic GSL 함량은 처리구(+)에서 74 DAS(6.46)에서 증가하였다가 84 DAS (0.95)까지 감소하였으며 마지막, 89 DAS (11.22)에서 급격히 증가하였다. 비처리구(-) 역시 74 DAS (5.
Aliphatic GSL 함량은 처리구(+)에서 99 DAS(10.56)와 105 DAS (9.96)사이에서 변화가 적었고, 비처리구(-)에서 103 DAS (11.98)와 105 DAS (3.27 μmol/g dry wt.)사이에서 급격하게 감소하였다.
HPLC를 통하여 케일 'TBC'의 GSLs를 분석한 결과(Fig. 1), 전체 GSLs 함량 중에 sinigrin의 함량이 45%로 가장 많은 양을 차지하였으며 그 다음으로 progoitrin함량이 24%로 높게 나왔다.
그리고 처리구(+)와 비처리구(-)결과 모두 74 DAS와 84 DAS 사이까지 GSL 함량이 감소하는 경향을 보이다가 89 DAS때 처리구(+) GSL 함량이 급격히 증가하여 84 DAS 처리구(+)의 GSL 함량(1.16±0.47 μmol/g dry wt.)보다 89 DAS 처리구(+)의 함량(15.88 μmol/g dry wt.)이 약 15배 정도 급격히 증가하였다.
또한 수분 함량은 69-89 DAS 동안 약 89%에서 3%까지 지속적으로 감소하는 경향을 보였으며(Table 2) 총 GSL 함량 범위는 처리구(+)에서 1.16(84 DAS)-15.88 (89 DAS)이었고, 비처리구에서는 1.25(84 DAS)-7.05 (74 DAS) μmol/g dry wt.
[가을 실험]에서는 2013년 11월 29일부터(99 DAS) 2일 간격으로 4회 수확하였는데, 마지막 4번째 처리구(+) 수확물은 8일 동안 물을 주지 않았지만 식물이 완전히 건조(영구위조)할 정도의 수분스트레스 수준이 아니었다. 또한 실험 종료일이 12월 5일(105 DAS)로 기온 및 일사량이 급격히 감소하면서 수확초기부터 끝날 때까지 위조가 심하지 않아 시들시들하면서도 아직은 푸른 상태인 잎을 수확할 수 있었다. 그러나 [봄 실험]에서는 2014년 4월 29일부터(69 DAS) 5일 간격으로 5회 수확하고, 마지막 5번째(5월 19일, 89 DAS) 처리구(+) 수확물은 25일 동안 물을 주지 않아 심한 영구위조 증상을 보였다.
으로 처리구(+)에서 급격한 변화를 보였다. 또한 처음 99 DAS와 103 DAS 사이에선 수분스트레스를 처리한 처리구(+)보다 비처리구(-)의 GSL 함량이 높았으나 105 DAS부터 비처리구의 GSL 함량이 급격히 감소하면서 처리구(+)의 GSL 함량이 비처리구(-)의 GSL 함량보다 더 높아졌다.
[가을 실험]은 GSLs중 sinigrin 함량이 가장 많은 비중을 차지하였다. 수분 함량은 99-105 DAS동안 약 87%에서 84%까지 지속적으로 감소하는 경향을 보였다(Table 2). 총 GSL 함량 범위는 처리구(+)에서 3.
특히 물을 주지 않는 기간이 18일을 경과하면서 잎의 주변부부터 마르기 시작하여 4번째 수확일에는 총 14-16장 중 하엽 3-4장이 고사하여 떨어졌고, 그 증상은 점점 심해지면서 5번째 수확일에는 총 11-12장중 하엽 8-9장이 떨어졌다. 이렇게 두 실험이 동일하게 진행되지 않아 GSL 함량의 경향이 다르지만 수분스트레스를 처리한 기간이 짧았을 때보다 그 기간을 늘렸을 때 비처리구와 처리구의 GSL 함량이 차이가 더 커지는 것을 알 수 있었다. 즉, 식물은 스트레스가 많은 환경조건에 노출되었을 때 자신을 보호하기 위한 방어 기작의 하나로써 항산화 물질을 포함한 다양한 이차대사산물을 생합성하여 식물체내에 축적하게 되는데(Dixon and Paiva, 1995), 이번 실험 결과에서는 케일이 수분 스트레스를 더 심하게 받을수록 급격히 많은 양의 GSLs를 축적하는 것으로 보인다 (Brown et al.
케일에서는 HPLC 분석 결과 총 7종의 GSLs (progoitrin, glucoraphanin, sinigrin, gluconapin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin, neoglucobrasscin)가 분리 및 동정되었다. 총 GSL 함량 중 sinigrin이 가장 높은 비율(45%)을 보였고, progoitrin (24%)이 그 다음 순이었다. [가을실험] 파종(8월 22일) 후, 99일을 기점으로 수분스트레스 처리구(+)과 비처리구(-)로 설정하여 2일 간격으로 99, 101, 103, 105 DAS에 수확하였다.
가을과 봄 2차례 재배한 케일(‘TBC’)에 수분스트레스를 처리하여 글루코시놀레이트(glucosinolates, GSLs)변화를 조사하였다. 케일에서는 HPLC 분석 결과 총 7종의 GSLs (progoitrin, glucoraphanin, sinigrin, gluconapin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin, neoglucobrasscin)가 분리 및 동정되었다. 총 GSL 함량 중 sinigrin이 가장 높은 비율(45%)을 보였고, progoitrin (24%)이 그 다음 순이었다.
후속연구
)이 약 15배 정도 급격히 증가하였다. 이와 같이 두 실험의 재배시기와 재배환경이 달라 일정한 경향을 보이지는 않았으나, 수분스트레스에 의해 GSL 함량이 증감하였으므로 향후 면밀한 검토가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
케일에 함유된 항암 물질은 무엇인가?
acephala)의 원산지는 유럽이며, 배추과 중에서 야생 양배추(Brassica oleracea)에 가장 가까운 채소로써, 수세기 동안 사람과 가축에게 모두 식용으로 사용되어 왔다(Rosa and Heaney, 1996). 영양학적으로 케일은 항암 물질로 잘 알려진 글루코시놀레이트(glucosinolates)를 다량 함유하고 비타민 A, B, C와 무기질(칼슘, 인, 칼륨)이 풍부하다(Schmidt et al., 2010).
Glucosinolates의 전구체는 무엇인가?
, 2001; Halkier and Gershenzon, 2006). GSLs의 전구체는 L-amino acid로 알려져 있으며, GSLs는 전구체인 아미노산(methionine, tryptophan, phenylalanine)에 따라 각각 aliphatic, indolyl, aromatic GSLs로 구분되어진다(Sun et al., 2011).
Glucosinolates는 어떤 효소활성 유도를 통해 항암 기능을 발현시키는가?
, 1969). Glucosinolates는 glucuronyl transferase, glutathione-S-transferase 등 phase II detoxification 효소의 활성을 유도함으로써 항암 기능을 발현시킨다(Holst and Williamson, 2004; Keum et al., 2004).
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