당귀(Angelica spp.)의 기원분석에 관한 분자생물학적 연구 현황 및 향후과제 Current status on the development of molecular markers for differentiation of the origin of Angelica spp.원문보기
당귀는 우리나라를 포함하여 중국과 일본 등 아시아국가에서 유용하게 이용되는 한약재이다. 그러나 국가마다 그 기원을 달리하기 때문에 혼 오용이 심하고 국제시장에서 혼란을 불러일으킬 소지가 다분하다. 따라서 오래전부터 형태학적, 세포유전학적 분석과 지표성분을 이용한 화학적 판별 마커의 개발에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 또한 최근에는 다양한 재배환경과 수확 후 가공 및 처리방법에도 비교적 안전한 유전자 단편의 염기서열 비교분석을 통한 분자생물학적 기술을 적용한 판별기술의 개발에 관한 연구결과 들이 발표되고 있다. 그러나 아직까지 이들 기술의 실용화를 통한 현장 적용에는 한계가 있으며 보다 많은 후속연구가 수행되어야 한다. 이에 본 논문에서는 현재까지의 연구결과를 바탕으로 얻어진 문제점을 논하고 향후 필요한 추가 연구 과제들에 관하여 기술하였다.
당귀는 우리나라를 포함하여 중국과 일본 등 아시아국가에서 유용하게 이용되는 한약재이다. 그러나 국가마다 그 기원을 달리하기 때문에 혼 오용이 심하고 국제시장에서 혼란을 불러일으킬 소지가 다분하다. 따라서 오래전부터 형태학적, 세포유전학적 분석과 지표성분을 이용한 화학적 판별 마커의 개발에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 또한 최근에는 다양한 재배환경과 수확 후 가공 및 처리방법에도 비교적 안전한 유전자 단편의 염기서열 비교분석을 통한 분자생물학적 기술을 적용한 판별기술의 개발에 관한 연구결과 들이 발표되고 있다. 그러나 아직까지 이들 기술의 실용화를 통한 현장 적용에는 한계가 있으며 보다 많은 후속연구가 수행되어야 한다. 이에 본 논문에서는 현재까지의 연구결과를 바탕으로 얻어진 문제점을 논하고 향후 필요한 추가 연구 과제들에 관하여 기술하였다.
The dried root of Angelica species is used in traditional Chinese medicine in East Asia, particularly in Korea, China and Japan. Since the plant origin differs in these countries, they are often misused or adulterated in the commercial markets, resulting in distrust among the consumers. Enormous eff...
The dried root of Angelica species is used in traditional Chinese medicine in East Asia, particularly in Korea, China and Japan. Since the plant origin differs in these countries, they are often misused or adulterated in the commercial markets, resulting in distrust among the consumers. Enormous efforts have therefore been focused to distinguish the origin for the Angelica genus, by using morphological or cytogenetical analyses, and chemical markers based on biochemical analyses of secondary metabolites. DNA is considerably stable against different cultivation conditions, and to treatment and processing after harvesting of plants. Hence, several researches have been filed for the development of molecular markers, based on the single nucleotide polymorphisms in specific regions of DNA. However, there are several obstacles for application in the commercial markets, concerning the reproducibility, accuracy, sensitivity, and rapidity of these tests. In this review, we summarize the research achievements that help classify the origin of Angelica species, in particular, Angelica gigas Nakai. A. sinensis(oliv.) Diels, A. acutiloba Kitag., and A. acutiloba var. sugiyamae Hikino. Further researches are required for practical applications.
The dried root of Angelica species is used in traditional Chinese medicine in East Asia, particularly in Korea, China and Japan. Since the plant origin differs in these countries, they are often misused or adulterated in the commercial markets, resulting in distrust among the consumers. Enormous efforts have therefore been focused to distinguish the origin for the Angelica genus, by using morphological or cytogenetical analyses, and chemical markers based on biochemical analyses of secondary metabolites. DNA is considerably stable against different cultivation conditions, and to treatment and processing after harvesting of plants. Hence, several researches have been filed for the development of molecular markers, based on the single nucleotide polymorphisms in specific regions of DNA. However, there are several obstacles for application in the commercial markets, concerning the reproducibility, accuracy, sensitivity, and rapidity of these tests. In this review, we summarize the research achievements that help classify the origin of Angelica species, in particular, Angelica gigas Nakai. A. sinensis(oliv.) Diels, A. acutiloba Kitag., and A. acutiloba var. sugiyamae Hikino. Further researches are required for practical applications.
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문제 정의
따라서 최근에는 이러한 재배지역, 가공처리 등에 크게 영향을 받지 않는 DNA단편을 이용한 염기서열 비교 분석에 의한 감별, 전기영동기술을 이용한 DNA 단편의 유무등을 이용한 판별기술 등 분자생물학적 기술을 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는 당귀속에 속하는 약용식물의 지표물질 등을 이용한 판별기술의 개발 현황과 함께 분자생물학적 기술의 발달에 따른 이용현황 및 문제점과 향후 추진하여야 할 방향등에 관하여 기술하였다.
그러나 아직까지 이들 기술의 실용화를 통한 현장 적용에는 한계가 있으며 보다 많은 후속연구가 수행되어야 한다. 이에 본 논문에서는 현재까지의 연구결과를 바탕으로 얻어진 문제점을 논하고 향후 필요한 추가 연구 과제들에 관하여 기술하였다.
이론/모형
acutiloba Kitagawa var. sukiyamae Hikino(hokkai-toki)에 대하여 지리적 기원과 품종을 구분할 수 있는 fingerprint pattern을 조사하기 위하여 1H-NMR분석기술을 사용하였다. 이어서 GC-TOF-MS (Tianniam 등, 2008), (UP)LC-TOF-MS (Tianniam 등, 2009), Pyrolysis GC-MS(Tianniam 등, 2010)등의 기술을 이용하여 일본당귀에 대한 지표물질을 포함한 화학적 마커개발을 위한 연구결과가 보고되었다.
성능/효과
sugiyame Hikino) 그리고 Ligusticum chuanxiong Hort., Cnidium officinale Makino등에 속하는 계통들을 수집하여 상호비교 분석한 결과 senkyunolide A의 함량이 중국당귀를 구분할 수 있는 지표화합물로 사용이 가능하다는 사실을 제시하였으며, 일본당귀도 다른 계통들과 비교적 쉽게 구분이 가능한 HPLC fingerprint를 발표하였다. 그러나 Szechwan Lovage Rhizome (Ligusticum chuanxiong Hort.
따라서 Seo 등(2004)은 특정 유전자단편의 염기서열에 차이가 나타나는 부위에 프라이머를 제작하여 pyrosequencing 분석기술을 적용하여 각 종의 peak pattern으로 각각의 종을 판별할 수 있는 연구결과를 발표하였다. 즉 ribosomal DNA 단편의 ITS의 염기서열을 비교한 후 A. gigas, A. sinensis, A. acutiloba에 각각 특이하게 나타나는 단일염기다형성(Single nucleotide polymorphism, SNP)부위를 포함하도록 primer를 제작하여 pyrosequencing 분석을 수행한 결과 각각 특이하게 나타나는 peak pattern을 조사하였으며, 이를 이용하면 분석조건에 따른 재현성과 신속성 등을 개선할 수 있을 것이라고 하였다(Table 2).
2016)등의 유전자 단편에 존재하는 SNP를 이용하여 상호 근연관계를 조사한 연구결과들이 각각 보고된바 있다. 특히, 중국과 일본의 지역별로 수집된 중국당귀 및 일본당귀의 계통간 차이가 나는 SNP를 근거로 하여 이들의 혼합체를 끓여서 만든 탕약재로 부터 특정 DNA 단편의 증폭이 가능하였고, 염기서열분석을 통한 SNP의 확인으로 국가별로 그 기원을 달리하는 당귀종을 정확하게 판별할 수 있었다고 하였다(Table 3).
후속연구
또한 최근에는 다양한 재배환경과 수확 후 가공 및 처리방법에도 비교적 안전한 유전자 단편의 염기서열 비교분석을 통한 분자생물학적 기술을 적용한 판별기술의 개발에 관한 연구결과 들이 발표되고 있다. 그러나 아직까지 이들 기술의 실용화를 통한 현장 적용에는 한계가 있으며 보다 많은 후속연구가 수행되어야 한다. 이에 본 논문에서는 현재까지의 연구결과를 바탕으로 얻어진 문제점을 논하고 향후 필요한 추가 연구 과제들에 관하여 기술하였다.
현재까지의 연구결과를 종합하여 보면, 한국, 중국, 그리고 일본에서 그 기원을 달리하는 당귀속 식물들의 정확한 기원판별을 위하여서는 재배조건이나, 수확 후 처리 및 가공방법 등에 따라 크게 영향을 받지 않는 DNA단편을 이용한 분자생물학적 판별 마커의 개발이 절실히 필요한 실정이다. 그러나 한국, 중국 및 일본 당귀를 중심으로 RAPDs,RFLPs, SCAR마커 등의 개발과 함께 ITS region 등에 대한 특정 유전자 단편 내에 존재하는 SNP의 확인 등에 관한 연구에 한정되어 있어, 아직까지 실제 유통시장에서 실용화 하기 에는 턱없이 부족하여 보다 많은 추가 연구가 필요한 것으로 조사되었다. 특히 최근에 개발된 SNP를 이용한 특이 프라이머의 제작 및 실용화를 위한 amplification refractory mutation system (ARMS)-PCR, multiplex single base extension (MSBE), high-resolution melting (HRM) curve analyses 등을 적용한 연구는 전무한 실정이었다.
뿐만 아니라 최근에 알려진 차세대 유전체 분석(next generation sequencing, NGS) 기술을 이용한 엽록체 또는 전체 유전체의 염기서열 분석과 이를 이용한 SNP 군의 확인 및 상호비교 분석을 통한 판별 기술의 실용화와 함께 proteomics 등의 각종 omics 기술의 이용을 위한 연구도 진행되어야 할 것이다. 또한 수확 후 처리와 가공방법에 따른 순수 DNA의 분리 기술의 확보, 약탕(탕재)등에 포함된 DNA의 분리 기술 등의 확보와 함께 지표성분의 분석을 통한 화학적 마커와 분자생물학적 마커의 상호보완을 통한 실용화연구도 병행되어야 할 것으로 사료되었다.
뿐만 아니라 최근에 알려진 차세대 유전체 분석(next generation sequencing, NGS) 기술을 이용한 엽록체 또는 전체 유전체의 염기서열 분석과 이를 이용한 SNP 군의 확인 및 상호비교 분석을 통한 판별 기술의 실용화와 함께 proteomics 등의 각종 omics 기술의 이용을 위한 연구도 진행되어야 할 것이다. 또한 수확 후 처리와 가공방법에 따른 순수 DNA의 분리 기술의 확보, 약탕(탕재)등에 포함된 DNA의 분리 기술 등의 확보와 함께 지표성분의 분석을 통한 화학적 마커와 분자생물학적 마커의 상호보완을 통한 실용화연구도 병행되어야 할 것으로 사료되었다.
Zhao 등(2003)은 HPLC 분석기술을 이용하여 이들 3종의 건조뿌리로부터 ferulic acid and Z-ligustilide등의 함량 차이에 따라 구분이 가능하였다고 하였다. 특히 생산지역과 수확후 처리 및 저장방법에 따라 이들 성분의 함량이 차이를 나타내어 품질의 판별에도 적용이 가능할 것이라고 제시하였다. 유사한 연구로 Lu 등(2004)도 HPLC와 LC-MS분석 기술을 이용하여 E-ligustilide와 Z-ligustilide의 함량 차이를 조사하여 상호 구분이 가능 하다는 결과를 발표하였다.
특히 최근에 개발된 SNP를 이용한 특이 프라이머의 제작 및 실용화를 위한 amplification refractory mutation system (ARMS)-PCR, multiplex single base extension (MSBE), high-resolution melting (HRM) curve analyses 등을 적용한 연구는 전무한 실정이었다. 특히, HRM기술 등을 적용하여 단 한 개의 SNP가 존재한 경우에도 상호간에 구분이 가능한 melting curve pattern을 자동분석 할 수 있는 프로그램을 이용하여 빠른 시간에 대량의 샘플을 분석 할 수 있는 시스템의 도입 등에 관한 연구를 조기에 추진 할 수 있도록 하여야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
당귀의 용도는?
당귀는 우리나라를 포함하여 중국과 일본 등 아시아국가에서 유용하게 이용되는 한약재이다. 그러나 국가마다 그 기원을 달리하기 때문에 혼 오용이 심하고 국제시장에서 혼란을 불러일으킬 소지가 다분하다.
당귀를 사용하는 데 있어서 오용 및 혼란이 발생할 수 있는 이유는?
당귀는 우리나라를 포함하여 중국과 일본 등 아시아국가에서 유용하게 이용되는 한약재이다. 그러나 국가마다 그 기원을 달리하기 때문에 혼 오용이 심하고 국제시장에서 혼란을 불러일으킬 소지가 다분하다. 따라서 오래전부터 형태학적, 세포유전학적 분석과 지표성분을 이용한 화학적 판별 마커의 개발에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다.
각 나라별 규정하는 당귀의기원식물은 무엇인가?
우리나라는 당귀의기원식물을 참당귀(Angelica gigas Nakai)로 규정하고 있으나 중국은 A. sinensis (oliv.) Diels, 일본은 A. acutiloba Kitag. (왜당귀)와 A. acutiloba var. sugiyamae Hikino (북해당귀)를 각각 자국의 약전에 규정하여 그 기원이 다르며, 종이 다르기 때문에 당연히 함유하고 있는 유효성분의 조성과 약효에 있어서도 차이가 있는 것으로 이미 오래전부터 밝혀졌다(Terasawa, 1985; Han, 1991). 특히 당귀의 경우 주로 건조한 뿌리를 한약 재료로 유통되기 때문에 전문가들도 쉽게 감별하기 어렵기 때문에 이들이 혼･오용되는 사례가 많으며, 한약재의 수입 및 수출이 활발하게 이루어지고 있는 중국 및 일본 등과 분쟁의 소지가 다분한 실정이다.
참고문헌 (37)
Bang KH, Yu HS, Koo DH, Cho JH, Park HW, Seong NS, Park SI, Kim HS (2002) Selection of RAPD marker to discriminate the bolting-resistant varities and commercial dried medicinal materials of Angelica species. Kor J Med Crop Sci 10:46-50
Chan PH, Zhang WL, Lau CH, Cheung CY, Keun HC, Tsim KW, Lam H (2014) Metabonomic analysis of water extracts from different angelica roots by $^{1}H$ -nuclear magnetic resonance spectroscopy. Molecules 19:3460-3470
Cho CH, Kim SJ, Kim HJ (2002) Comparative studies on the discrimination of Angelicae Gigantis Radix by near-infrared spectroscopy, electronic nose and X-ray fluorescence spectrometry. Yakhak Hoeji 46:161-167
Choi HW, Koo DH, Lee WK, Kim SY, Sung JS, Seong NS, Suh YB, Bang JW (2005) Cytogenetic analysis of seven Angelica species. Kor J Med Crop Sci 13:118-121
Choi HW, Song H, Koo DH, Bang JW, Hur Y (2007) Molecular and cytological characterization of species-specific repetitive DNA sequences for Angelica acutiloba. Kor J Gen 29: 503-511
Choi HY, Choi YJ, Lee JH, Ham I (2004) Sequencung analysis on the ITS region and AFLP analysis to identify dried medicinal Angelica species. Kor J Herbol 19:91-99
Feng T, Downie SR, Yu Y, Zhang X, Chen W, He X, Liu S. (2009) Molecular systematics of Angelica and allied genera (Apiaceae) from the Hengduan Mountains of China based on nrDNA ITS sequences: phylogenetic affinities and biogeographic implications. J Plant Res 122:403-414
Han GQ (1991) The screening of Chinese traditional drugs by biological assay and the isolation of some active components. Int J Chi Med 16:1-17
Hosokawa K1, Hishida A, Nakamura I, Shibata T (2006) The sequences of the spacer region between the atpF and atpA genes in the plastid genome allows discrimination among three varieties of medicinal Angelica. Planta Med 72:570-571
Jeong SY, Kim HM, Lee KH, Kim KY, Huang DS, Kim JH, Seong RS (2015) Quantitative analysis of marker compounds in Angelica gigas, Angelica sinensis, and Angelica acutiloba by HPLC/DAD. Chem Pharm Bull 63:504-511
Ji X, Huh B, Kim SU (2008) Determination of biosyntheric pathway of decursin in hairy root culture of Angilca gigas. J Kor Soc Appl Biol Chem 51:258-262
Jin DC, Sung JS, Bang KH, In DS, Kim DH, Park HW, Seong NS (2005) Selection of PCR markers and its application for discriminating dried root of three species of Angelica. Kor J Med Crop Sci 13:121-125
Katoh A1, Fukuda S, Fukusaki E, Hashimoto T, Hayasaki T, Kanaya S, Komura H, Nomoto K, Shojo M, Takeno KJ. (2011) Systems biology in a commercial quality study of the Japanese Angelica radix: toward an understanding of traditional medicinal plants. Am J Chin Med 39:757-777
Kim HJ, Xiang-lan PiaoXI, Jang YP (2011) Chemotype discrimination and rapid identification of Angelica roots by DART-TOF-MS. Nat Pro Sci 17:202-205
Kim JR, Lee DY, Sung SH, Kim JW (2013) Geographical classification of Angelica gigas using UHPLC-DAD combined multivariate analyses. Kor J Pharmacogn 44:332-335
Kim YH, Choi G, Lee HW, Lee GH, Chae SW, Kim YH, Lee MY (2012) Comparison of angelica species roots using taste sensor and DNA sequencing analysis. Kor J Herbol 27:37-42
Kobayashi S, Putri SP, Yamamoto Y, Donghyo K, Bamba T, Fukusaki E (2012) Gas chromatography-massspectrometry based metabolic profiling for the identification of discrimination markers of Angelicae Radix and its application to gas chromatography-flame ionization detector system. J Biosci Bioeng 114:232-236
Lee BY, Kwak M, Han JE, Kim SJ (2011) The taxanomic status of Angelica purpuraefolia and its allies in Korea: inferences based on ITS molecular phylogenetic analyses. Kor J Plant Tax 41:209-214
Lee, MY, Im SH, Ju YS, Han KS, Jeong GJ, An DG, Kang HC, Ko BS (2000) Discrimination of the three Angelica species using the RAPDs and internal root structure. Kor J Med Crop Sci 8:243-249
Liu J, Wang W, Yang Y, Yan Y, Wang W, Wu H, Ren Z (2014) A rapid discrimination of authentic and unauthentic Radix Angelicae Sinensis growth regions by electronic nose coupled with multivariate statistical analyses. Sensors (Basel) 14: 20134-20148
Lu GH, Chan K, Chan CL, Leung K, Jiang ZH, Zhao ZZ. (2004) Quantification of ligustilides in the roots of Angelica sinensis and related umbelliferous medicinal plants by high-performance liquid chromatography and liquid chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr A 1046:101-107
Lu GH, Chan K, Liang YZ, Leung K, Chan CL, Jiang ZH, Zhao ZZ. (2005) Development of high-performance liquid chromatographic fingerprints for distinguishing Chinese Angelica from related umbelliferae herbs. J Chromatogr A 1073:383-392
Park SI, Kim S, Gil J, Lee Y, Kim HB, Lee JH, Kim SC, Jung CS, Um Y (2016) Development of chloroplast DNA-based simple sequence repeat markers for Angelica species differentiation. J Med Crop Sci 317-322
Park WS, Lee CH, Soh KS, Lee YJ, Lee CY, Lee TH, Kim YS, Kim DH. (2007) Study on biophoton emission from roots of Angelica gigas N., Angelica sinensis D., and Angelica acutiloba K. Kor J Herbol 22:95-100
Piao XL, Park JH, Cui J, Kim DH, Yoo HH (2007) Development of gas chromatographic/mass spectrometry-pattern recognition method for the quality control of Korean Angelica. J Pharm Biomed Anal 44:1163-1167
Seo JC, Han SW, Choi HY, Choi YJ, Leem KH (2004) Identification of Angelica species by pyrosequencing. Kor J Ori Med 25:147-151
Seo YN (2007) A study on the discrimination of Angelica species roots by dyeing. Kor J Plant Res 20:247-250
Sung JS, Bang KH, Park CH, Park CG, Yu HS, Park HW, Seong NS. (2004) Discrimination of Angelicae Radix based on anatomical characters. Kor J Med Crop Sci 12:67-72
Tarachiwin L, Katoh A, Ute K, Fukusaki E (2008) Quality evaluation of Angelica acutiloba Kitagawa roots by $^{1}H$ NMR-based metabolic fingerprinting. J Pharm Biomed Anal 48:42-48
Terasawa K (1985) Chemical and clinical evaluation of crude drugs derived from Angelica acutiloba and A. sinensis. Fitoterapia 56:201-208
Tianniam S, Bamba T, Fukusaki E (2009) Non-targeted metabolite fingerprinting of oriental folk medicine Angelica acutiloba roots by ultra performance liquid chromatography timeof-flight mass spectrometry. J Sep Sci 32:2233-2244
Tianniam S, Tarachiwin L, Bamba T, Kobayashi A, Fukusaki E (2008) Metabolic profiling of Angelica acutiloba roots utilizing gas chromatography-time-of-flight-mass spectrometry for quality assessment based on cultivation area and cultivar via multivariate pattern recognition. J Biosci Bioeng 105: 655-659
Wang X, Liu Y, Wang L, Han J, Chen S (2016) A nucleotide signature for the identification of Angelicae Sinensis Radix (Danggui) and its products. Sci. Rep. 6, 34940; doi: 10.1038/srep34940 (2016).
Yuan QJ, Zhang B, Jiang D, Zhang WJ, Lin TY, Wang NH, Chiou SJ, Huang LQ (2014) Identification of species and materia medica within Angelica L. (Umbelliferae) based on phylogeny inferred from DNA barcodes. Mol Ecol Resour 15:358-371
Zhao KJ, Dong TT, Tu PF, Song ZH, Lo CK, Tsim KW (2003) Molecular genetic and chemical assessment of radix Angelica (Danggui) in China. J Agric Food Chem 51:2576-2583
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