보고서 정보
주관연구기관 |
제일종묘농산(주) |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2008-04 |
과제시작연도 |
2007 |
주관부처 |
농림부 Ministry of Agriculture and Forestry |
등록번호 |
TRKO201400022693 |
과제고유번호 |
1385006732 |
사업명 |
농림기술개발 |
DB 구축일자 |
2014-11-14
|
초록
▼
○ 연구결과
가. 혈당강하 기능성 고추의 돌연변이육성 및 품종화
혈당강하 성분이 높은 기능성 고추 품종을 육성하고자 예비 선발된 계통을 포함하여 신규로 기존에 보유하고 있던 재료들을 대상으로 AGI 활성 조사 결과 과실에서 1배부터 49배까지 자원들 간에 AGI 활성에 차이가 있었다. 원예적 특성평가 결과 다양한 크기와 모양, 매운맛이 분포되어 있는 것을 확인하였다. 또한 고추에서 돌연변이제 처리를 통한 돌연변이 유기조건을 검정한 결과 EMS를 이용한 돌연변이 처리 조건은 0.15M에서 2시간 처리하는 것이 적당하였다.
○ 연구결과
가. 혈당강하 기능성 고추의 돌연변이육성 및 품종화
혈당강하 성분이 높은 기능성 고추 품종을 육성하고자 예비 선발된 계통을 포함하여 신규로 기존에 보유하고 있던 재료들을 대상으로 AGI 활성 조사 결과 과실에서 1배부터 49배까지 자원들 간에 AGI 활성에 차이가 있었다. 원예적 특성평가 결과 다양한 크기와 모양, 매운맛이 분포되어 있는 것을 확인하였다. 또한 고추에서 돌연변이제 처리를 통한 돌연변이 유기조건을 검정한 결과 EMS를 이용한 돌연변이 처리 조건은 0.15M에서 2시간 처리하는 것이 적당하였다. 고추에서도 돌연변이제 처리를 통해 AGI 활성이 다양한 개체들을 확보 할 수 있을 것으로 판단되었다. 돌연변이 처리 후 확보된 개체들의 잎과 과실을 대상으로 AGI 활성을 조사한 결과 잎에서 AGI 활성이 최대 27배, 과실에서는 최대 8배까지의 차이가 확인되었다. AGI 활성이 높은 것으로 선발된 고활성 계통들을 대상으로 2차 년도에 AGI 재 활성 검정 결과 대비품종 대비 3~5배까지 높은 것으로 확인되었다. 활성이 높은 것으로 확인된 1계통을 선발하여 AGI 활성이 높은 ‘당조’ 고추 품종을 등록하였다. 또한 “돌연변이체로부터 α-glucosidase inhibitor 활성이 높은 계통의 선발”에 관한 논문발표 및 게재를 통해 고추 돌연변이 품종육성에 참고 자료로 활용이 가능할 것으로 생각된다. 또한 품종 등록된 고추는 적극적인 방법으로 홍보 및 판매를 통해 기능성 고추 품종의 조기 보급 및 확산이 가능하도록 하여 농가 소득 증대에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 새로운 기능성 고추 품종의 육성 가능성을 제시함으로 국내 고추 품종의 품질향상에 기여하는 바가 클 것으로 평가된다.
나. 고추로부터 AGI의 개발
대표적인 탄수화물 소화 효소인 α-glucosidase에 대한 저해 효과를 갖는 고추를 대상으로하여 AGI의 정제 및 구조 결정, 동물을 모델로 한 혈당강하 효과 등을 검정하였다. 고추로부터 AGI 활성을 갖는 AGI-6481과 AGI-4433을 각각 분리 정제하였다. 정제한 AGI-6481과 AGI-4433을 1H-NMR, 13C-NMR, MALDI-TOF MS, IR등의 방법으로 그 구조를 분석한 결과 AGI-6481은 apigenin-7-O-β-D-glucopyranoside, AGI-4433은 apigenin - 7- O-β-D-xylo -hex-4-ulopyranoside으로 분석되었다.
이들 저해제의 기원별 효소에 따른 저해 활성도와 저해 kinetics, 열 및 낮은 pH에 대한 안정성에 대한 연구를 진행하였다. AGI-6481과 AGI-4433의 기원별 α-glucosidase에 대한 저해 활성에서 두 저해제 모두 돼지 소장 기원의 maltase와 sucrase에 대한 저해활성이 있는 것으로 나타났으나, 미생물의 α-glucosidase와 Almond β-glucosidase에 대해서는 저해활성이 없는 것으로 나타났다. 또한 돼지 소장 기원의 α-glucosidase에 대한 가역성 여부에서 AGI-6481과 AGI-4433 모두 가역적인 저해제인 것을 나타났으며, 돼지 소장 기원의 maltase와 sucrase에 대한 저해 kinetic에 대한 연구에서 AGI-6481과 AGI-4433 모두 돼지 소장 기원의 maltase와 sucrase에 대해 경쟁적 저해제로 나타났다. 이는 이들 저해제가 기질인 maltose나 glucose등의 유사체일 가능성이 높을 것으로 판단된다. 이때 이들의 Ki값은 AGI-6481은 433 μg/ml와 1,420 μg/ml, AGI-4433은 약 3.1 μg/ml와 17.17 μg/ml로 나타냈다.
이들 저해제들의 생리활성을 알아보기 위한 동물 실험에서 고추 잎 추출물 및 분리 정제된 AGI-4433의 식이 섭취에 따른 식후 혈당 강하효과에서 고추 잎 추출물을 150 mg/kg 투여한 군과 AGI-4433을 30 mg/kg 투여한 그룹에서는 sucrose만 투여한 군에 비해 현저히 낮은 혈당을 유지 시켜주는 것을 확인하였다. 이들 두 군의 식후 혈당 강하효과는 기존의 혈당 강하제인 Acarbose (2.5 mg/kg)을 투여한 군과 별다른 차이가 없는 것으로 나타났다.
다. 혈당강하 기능성 고추의 계통 육성 및 유전분석
원예연구소에서 보유하고 있던 850여점의 고추 유전자원을 대상으로 원예적 특성 및 AGI 활성을 평가하였다. 과실과 잎을 대상으로 AGI 활성을 평가하여 과실에서는 계통간에 최대 23배, 잎에서는 최대 5.8배까지 활성 차이가 있음을 확인하였다. 과실과 잎에서 활성이 높은 계통을 각각 8계통씩 16계통 선발하였다. 선발된 계통들의 AGI 활성에 대해 과실에서는 미숙과와 성숙과를 대상으로, 잎에서는 상위엽과 하위엽을 대상으로 AGI 활성정도를 조사하였다. 제 1절에서 선발된 계통들을 대상으로 수원, 괴산, 영양에서 지역적응성 시험을 수행하여 품종등록용 자료 작성에 기여하였다. 또한 제 3절에서 선발된 계통들을 대상으로 지역적응시험을 수행하여 잎에서 연차간, 지역간 AGI 활성이 높고 안정성이 높은 1계통을 선발하여 잎에서 AGI 활성이 높은 품종으로 등록할 예정이다. 잎에서 활성이 높은 것으로 선발된 고활성 계통들 간에 F1, F2 및 BC1P1F1, BC1P2F1 집단을 이용하여 AGI 활성의 유전양상을 조사하였다. 그리고 활성이 높은 계통들을 조기에 고정하여 선발하고자 약배양을 실시하여 다수의 식물체를 획득하여 약배양을 통한 고활성 계통의 조기 육성 가능성을 검토하고자 한다. 본 과제에서는 “고추의 α-glucosidase 저해제 고 활성 계통 선발 및 특성 평가”에 관한 연구 결과를 원예학회에서 구두 발표하고 및 논문을 작성하여 생물환경조절학회지에 게재하여 금후 기능성 고추 품종육성을 위한 참고자료로 활용할 수 있도록 기여하였다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 유전자원 평가, 선발, 품종등록 준비, 논문게재, 약배양 기술을 활용한 조기 품종육성 가능성 등에 대한 자료를 제공함으로 금후 기능성 품종육성 과제에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
▼
Ⅰ. Subject
Research on breeding of new functional pepper variety with high AGI (α-glucosidase inhibitor)
1. Detail subject : Breeding of functional pepper variety by mutation
2. Cooperative subjects
1) Development of AGI from pepper
2) Breeding of functional pepper inbreed lines and g
Ⅰ. Subject
Research on breeding of new functional pepper variety with high AGI (α-glucosidase inhibitor)
1. Detail subject : Breeding of functional pepper variety by mutation
2. Cooperative subjects
1) Development of AGI from pepper
2) Breeding of functional pepper inbreed lines and genetic analysis
Ⅱ. Necessity and Objective of this Research
1. Purpose of research and development
The production of pepper crop is the most important vegetable in Korean vegetable market. However the import of pepper from China is dramatically increased. And we prospect the increasing rate will be rapidly expedited. To obtain increasing of competition ability in Korean pepper industry and stable production of pepper, development of new functional pepper varieties will have high priority.
Diabetes mellitus is one of the most serious, chronic diseases that is developing with an increase in obesity and ageing in the general population. In Korea, the incidence of diabetes was estimated less than 1% in 1970s, but it is increased as more than 10% in 2003. It is important to develop not only the medicine or supplement but also health supplement food as the cost for treatment of diabetes and other disease related with diabetes are getting increase. α-Glucosidase is among the most important carbohydrate-splitting enzymes that also catalyze the hydrolysis of α-glucose linkage in the final step of the digestive process of carbohydrates. α-Glucosidase inhibitors could retard the use of dietary carbohydrates to suppress postprandial hyperglycemia. α-Glucosidase inhibitor can be used in therapy for adult disease such as diabets, obesity or high blood glucose as this enzyme inhibitor retard absorption of glucose in the jejunum including the duodenum so that glucose concentration in blood can be controled.
For this aim above, we investigated the α-glucosidase inhibitor's effects in ethanol extracts from more than 1,400 species of native plants. From the results, we found pepper has α-glucosidase inhibitor's activity. Therefore, in this research, we purified the -glucosidase inhibitor in pepper and investigated its physical, chemical and biological αc haracters. Through the animal experiment, we confirm the effect of inhibitor in vivo and investigated the possibility of development it as a leading medicinal product. For the breeding of pepper variety that has high inhibitory activity on α-glucosidase, we screened pepper germplasms, and then selected the high α-glucosidase inhibitor lines. Our aim is to breed pepper lines that can strongly decrease the blood glucose by eating them in raw without any processing such as extract and concentrate. Also we tried to develop dietary supplements with the peppers, which could be supplied all year around.
2. Effect of developed technique
The production cost of current medicines or dietary supplements are high since it is produced by synthesis of effective component or extraction and concentration. but, in case of pepper, its therapeutic effect could be obtained cheaply because it is commonly consumed as raw vegetable without any processing. Once consumption of new functional peppers is established, the pepper farmers' income could be increased. Also pepper can occupy competitive position in world market through the breeding as a new functional pepper crop.
Ⅲ. Research Content and Scope
In this research, we are focused on breeding of new functional pepper variety and its commercialization to stimulate pepper consumption. And that could improve the competitive power of pepper in world's pepper market.
1. Breeding the pepper mutants having an effect of decreasing blood glucose
To breed the functional pepper variety, we will estimate the AGI activity of pepper and selected high AGI activity pepper line. we will also attempt to register the selected pepper line as a new cultivar. We will investigate the possibility of breeding high AGI activity pepper line by mutation.
2. Study of AGI in pepper
To contribute health promotion by functional pepper variety, AGI properties of peppers will be investigated. We will isolate and purify the AGI from pepper and determined its structure. We will also study its physico-chemical properties and the blood glucose -lowering effects of AGI in rats and anti-diabetes effect of high AGI activity pepper line.
3. Breeding the blood-glucose lowering pepper lines and analysis of its genetic background We will screen the high AGI activity pepper lines by investigating AGI activity of pepper genetic resource. We will select the pepper variety and applicate 'plant variety protection'. We will analyze genetic background of pepper and it will be used as basic database for breeding of functional peppers.
IV.Application plans of results:
1. Breeding the pepper mutants having an effect of decreasing blood glucose
Through the evaluation of genetic resource of pepper, we have breed 'Dangjo' pepper which has high α-glucosidase inhibitory activity and completed the production sale report at National seed management office. Also we had a 'plant variety protection' to establish the 'protection of the breeder's right'. We investigated the possibility of breeding high AGI activity pepper line by mutation.
2. Study of AGI in pepper
We isolated and purified the AGI from pepper and determined its structure. We also studied its physico-chemical properties and the blood glucose - lowering effects of AGI in rats and anti-diabetes effect of high AGI activity pepper line.
3. Breeding the blood glucose lowering pepper lines and analysis of its genetic background
We screened the high AGI activity pepper lines by investigating AGI activity of 850 kinds of pepper genetic resource. We selected one pepper line and it has been prepared for 'plant variety protection application'. We confirmed probability that high AGI activity pepper could be selected through the genetic analysis of high AGI activity pepper line. We have also investigated the probability of breeding high AGI activity pepper line by anther culture in early stage of hybrid pepper (F1).
4. Proposal for result application
A. Plan for result application
We had registered 'production and sale' of 'Dangjo' pepper line having high AGI activity in fruits. We have sold 'Dangjo' to candidates. The established technique in this research will be utilized as a basic database to breed new pepper mutants by publishing research papers. We are planing to apply 'plant variety protection' of pepper lines having high AGI activity in leaves. From the result of genetic analysis of AGI activity in pepper, we will continually breed the high AGI activity pepper line from BC, Fsub>2 isolated group. We will also investigate the probability of breeding of high AGI activity pepper line by anther culture in its early stage.
B. Proposition
Continuous research support will be required to commercialize a variety developed in this research and active utilization of developed technology
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 요약문 ... 3
- SUMMARY ... 7
- CONTENTS ... 11
- 목차 ... 12
- 제 1 장 연구개발 과제의 개요 ... 13
- 제 1절 연구개발 목적과 필요성 ... 13
- 제 2절 기술개발의 효과 ... 14
- 제 3절 연구범위 ... 14
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
- 제 1절 연구의 중요성 및 국내.외 관련기술의 현황 ... 15
- 제 2절 시장현황 ... 15
- 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 17
- 제 1절 혈당강하 기능성 고추의 돌연변이 육성 및 품종화 ... 17
- 1. 고추 유전자원의 AGI (α-glucosidase inhibitor) 활성조사 및 돌연변이 처리 ... 17
- 2. 고활성 선발계통의 돌연변이제 처리 및 선발계통의 활성 재확인 ... 22
- 3. AGI 고활성 계통의 품종화 ... 28
- 제 2절 고추로부터의 AGI 개발 ... 35
- 1. α-glucosidase 저해제의 분리정제 및 구조결정 ... 35
- 2. AGI의 이화학적 특성 구명 ... 45
- 3. 쥐에서의 AGI의 혈당강하 효과 ... 56
- 제 3절 혈당강하 기능성 고추의 계통육성 및 유전분석 ... 62
- 1. 고추 유전자원의 AGI 활성평가 ... 62
- 2. AGI 고활성 선발계통들의 특성평가 및 교배조합 작성 ... 70
- 3. 유전분석 및 고활성 계통의 특성검정 ... 78
- 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 92
- 제 1 절 혈당강하 기능성 고추의 돌연변이육성 및 품종화 ... 92
- 제 2 절 고추로부터 AGI의 개발 ... 92
- 제 3절 혈당강하 기능성 고추의 계통 육성 및 유전분석 ... 93
- 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 ... 93
- 제 6 장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 94
- 제 7 장 참고문헌 ... 105
- 끝페이지 ... 109
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