초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 라이프케어 소재용 두류 유용 돌연변이 유전자원 개발
1-1. 방사선 후대 대두 유전자원 파이토케미컬 고함유 유전자원 선발
가. 콩 돌연변이 유전자원 이용 불포화지방산 함량 변이 계통 선발
- 단백콩, 대풍콩 유래 변이 계통의 불포화지방산 변이 분석
- 감마선 조사를 통한 단백, 대원 유래 돌연변이 집단 구축
- 농업형질이 우수한 계통 선발 후, 리놀렌산 함량 증가된 10개 계통의 선발
- 단백콩 유래 계통인 DB-HL4, 5의 경우 원품종인 단백콩의 리놀렌산 함량(6.53

Ⅳ. 연구개발결과
1. 라이프케어 소재용 두류 유용 돌연변이 유전자원 개발
1-1. 방사선 후대 대두 유전자원 파이토케미컬 고함유 유전자원 선발
가. 콩 돌연변이 유전자원 이용 불포화지방산 함량 변이 계통 선발
- 단백콩, 대풍콩 유래 변이 계통의 불포화지방산 변이 분석
- 감마선 조사를 통한 단백, 대원 유래 돌연변이 집단 구축
- 농업형질이 우수한 계통 선발 후, 리놀렌산 함량 증가된 10개 계통의 선발
- 단백콩 유래 계통인 DB-HL4, 5의 경우 원품종인 단백콩의 리놀렌산 함량(6.53%) 보다 약 1.7배 증가된 11.29% (HL4), 10.88% (HL5) 함량 증대를 보였고, 대풍콩 유래 계통인 DP-HL6의 경우도 원품종인 대풍콩의 리놀렌산 함량 (7.15%) 보다 최대 약 1.6배 증대된 리놀렌산 함량을 나타냄.
- 선발된 10개 계통의 리놀렌산 함량 변화 관련 유전자 탐색 연구 수행
나. 올리고당 함량 변이 대두 계통 선발
- 감마선 조사를 통한 팔달 유래 돌연변이 집단구축 육성
- HPLC로 각 계통 종자의 전체 당 성분 중 sucrose 함량과 올리고당인 raffinose, stachyose 함량을 분석한 결과, 선발된 전체 계통에서 전체 당 함량이 증가하였고 그 중 I01 계통이 11.81 mg/100g 으로 가장 높은 함량을 나타냄
다. 비린내 저감 돌연변이 콩 신품종 청미원 개발 및 품종보호권 출원
- 원품종 황금콩 종자에 방사선육종을 이용하여 비린내가 제거된 우수 계통 (H-70)을 선발, 청미원으로 명명하여 품종을 출원함(출원번호: 2018-118)
1-2. 파이토케미컬 고함유 대두 계통 특성 분석 및 유전체 변이 탐색
가. 파이토케미컬 고함유 대두 계통 품종화 기초 데이터 분석
- 원품종 포함 총 210 계통의 MDP(Mutant Diversity Pool) 구축
- 기초 농업형질 데이터 확보(꽃색, 배축색, 신육형, 경장, 마디수, 분지수, 종피색, 배꼽색과 개화일수, 성숙일수, 백립중)
- TRAP 마커를 활용한 대두 MDP 유전적 다양성 규명
나. 대두 지방산 성분 변화 관련 유전자 변이 탐색 및 발현 수준 확인
- 총 10개 리놀렌산 함량 변화 돌연변이체의 유전자 수준 차이 규명
- FAD2 유전자 6개, FAD3 유전자 4개 염기서열 확보(FAD2-1A (2,151bp), FAD2-1B (1,830bp), FAD2-2A (1,409bp), FAD2-2B (2,112bp), FAD2-2C (2,092bp), FAD2-2D (2,088bp), FAD3A (4,250bp), FAD3B (4,104bp), FAD3C (2,724bp), FAD3D (3,431bp))
- 염기서열 기준 품종인 william82와 비교시 FAD2-1A에서 4개, FAD2-1B에서 4개, FAD2-2A에서 5개, FAD2-2B에서 1개, FAD2-2C에서 3개, FAD3B 에서 18개의 SNP가 확인 되었으며, 특히, FAD2-2C에서는 DB-HL3 개체에서 15bp의 insertion이 확인됨
- 대조구 등 비교를 위하여 4개의 대두 종자형성 developmental stage에서의 각 유전자별 발현 양상 비교한 결과 stage 2, 3 단계에서 특이적으로 발현값이 원품종에 비해 증가함을 확인
- stage 3에서 FAD3C, FAD3D 유전자의 돌연변이체 발현양의 증가로 인하여 리놀렌산 함량 증대에 영향 확인함(논문 심사 중)
1-3. 대사성질환 개선용 lentil, L-Dopa 고함유 faba bean 유전자원 선발 및 변이유기
가. Lentil 수집종의 유전자원 선발 및 세대 진전
- 총 26개 전 세계 수집 유전자원 중 국내 환경 적응 및 농업형질 우수 자원 6계통 선발
- 감마선 감수성 평가를 통한 최적 선량 확보를 통한 렌틸 방사선육종 전개 개시(논문 게재 완료)
- 2017년 계통 당 control 포함 2,000립, 총 12,000 M₁ 식물체 포장전개 및 M₂ 종자 pooling
- 2018년 총 2,827개체 M₂ 세대 진전 및 개체 수확
- 2019년 우수형질 선발을 통한 M₃ 세대진전 예정
- 2018년 추파를 통한 국내 월동 능력 검정
나. Faba bean 수집종의 유전자원 선발 및 세대 진전
- 총 371개 전 세계 수집 유전자원 중 국내 환경 적응, 농업형질, 동계생존율
우수 자원 10계통 선발(논문 게재 완료)
- 감마선 감수성 평가를 통한 최적 선량 확보를 통한 faba bean 방사선육종 전개 개시
- 2017년 계통 당 control 포함 250립, 총 2,500 M₁ 식물체 포장전개 및 M₂ 종자 pooling
- 각각의 mutant line 별로 30%~84% 월동율 확인(2018년 1월 정읍 최저 온도 –14℃)
- 2018년 10월 추파를 통한 총 3,850개체 M₂ 세대 진전 중
- 2019년 우수형질 선발을 통한 M₃ 세대진전 예정
1-4. 유용돌연변이 자원 선발 시스템 구축 및 성분 특성 분석
가. 분자마커시스템 구축 및 돌연변이율 검정
- TRAP 마커 시스템을 활용한 552개 M₁ 식물체 DNA의 돌연변이율 검정
- 감마선 선량과 genotyping의 correlation 확인(논문 심사 중)
나. 두류의 기능성 물질 분석 및 성분 활성 분석
- HPLC, GC-MS를 이용한 faba bean 부위별 L-Dopa, fatty acids, 및 isoflavone 함량 비교 분석 완료(논문 게재 완료)
- Faba bean 전분의 물리화학적 특성 분석 결과 타 곡류들과 달리 30℃에서도 고온에서의 용해도와 유사한 수준으로 높게 나타남, 신규 전분 category 가능성 높음
- 대두 MDP line 중 원품종 단백의 변이 라인(D-28-01)에서 isoflavone 함량이 원품종 대비 5.5배 가량 크게 증가한 계통 확인
- 단백, 대풍, 팔달 품종에서 총 플라보노이드 함량이 증가한 10개 계통의 변이체 확인
- 항치매는 faba bean, lentil, soybean에서 유사한 활성
- 항미백은 lentil과 soybean에 비해 faba bean에서 높은 활성을 보임
- 항산화는 lentil에서 soybean과 faba bean 보다 월등히 높은 활성을 확인함
다. 기능성 두류 파이토케미컬 최적 이용을 위한 가공적성 및 성분변화 연구
- Faba bean의 가공처리에 따른 기능성 활성 및 물질 분석 실험 완료
- Lentil 3가지 품종의 가공처리 전후 기능성 변화 검정 완료
라. Faba bean 내한성 관련 유전자 탐색
- PAC-Bio를 이용한 Faba bean 돌연변이 계통 발현유전체 비교 분석 완료
- 총 6개의 내한성 유전자 후보군을 대상으로 96개 contig 유전자 정보를 획득, 향후 qRT-PCR을 통해 실제 저온 스트레스 시 발현 양상 확인 예정

2. 방사선육종 식물자원 활용 기능성 효능 검증 및 실용화 기반연구
2-1. 방사선육종 아피오스로부터 대사체 분리 및 생리활성 분석
가. 방사선육종 아피오스로부터 대사체 분리 및 구조분석
○ 방사선육종 아피오스 용매별 분획물 획득
- 에틸아세테이트와 부탄올 분획물에서 총 20개의 대사체를 분리 완료
- NMR 분석을 통해 구조분석 완료
나. 방사선육종 아피오스 대사체의 생리활성 평가(논문 게재 완료)
○ 방사선육종 아피오스 대사체의 항염증 효능 평가
- 20개의 대사체 중 4개(AP13, AP7, AP14, AP58)가 항염증 효능을 보였음
○ 방사선육종 아피오스 대사체의 대사성질환 효능 평가(논문 심사 중)
- 20개의 대사체 중 2개(AP2, AP7)가 α-glucosidase 효소 활성을 억제하였음
- AP7의 경우 50 μM 농도에서 DPP-IV 효소 활성을 50% 저해하였음
다. 방사선육종 아피오스에서 분리된 lupinalbin A의 항염증 효능 기작 규명(논문게재 완료)
○ LPS로 자극된 RAW264.7 세포에서 lupinalbin A의 항염증 효능 기작 규명
- Lupinalbin A가 농도 의존적으로 iNOS의 mRNA와 단백질 발현을 억제하였음
- Lupinalbin A가 농도 의존적으로 IL-6, TNF-α, MCP-1의 생성을 억제하였음
- Lupinalbin A가 IFN-β의 생성과 STAT1 단백질 발현을 억제하였음
2-2. 방사선육종 두류 추출물 확보 및 생리활성 평가
가. 방사선육종 두류 150계통 추출물 제조 및 LC/MS 분석 조건 확립
○ 11종의 standard compounds을 이용해 UPLC/ELSD 및 UPLC/Q-tof MS 장비에 대한 최적의 분석조건을 확립
○ 단백콩 샘플을 이용해 LC/MS 분석 전 전처리 조건 확립
나. 방사선육종 단백콩 45 계통 최적 추출물에 대한 LC/MSMS 분석 및 분자네트워킹 조건 확립
○ 11종의 standard compounds을 이용하여 구조적 유사성에 따라 집단화 (clustering)를 수행하는 최적의 분자네트워킹 분석 조건 확립
- 단백콩 45종 추출물 및 11종의 standard compounds MS/MS 분석결과를 토대로 추출물 내 대사물질의 구조적 정보를 확인함
다. 다변량 통계기법
○ PCA, PLS-DA와 HCA의 방법을 수행하여 원품종 단백콩과 방사선 육종 단백콩 간의 차이를 규명함
라. 방사선육종 두류 150계통 추출물의 대사성질환 생리활성 평가
○ 방사선육종 두류 150계통 추출물을 이용하여 alpha-glucosidase와 DPP4 효소활성을 억제하는지 여부를 평가하였음
- 효소활성을 평가한 결과 방사선육종 두류 150계통 중 억제효능이 우수한 계통을 선발하지 못하였음
2-3. 방사선육종 렌틸 추출물 확보 및 생리활성 평가
가. 방사선육종 렌틸 추출물 제조 및 성분 분리
○ 렌틸을 이용하여 에탄올 추출물 및 용매별 분획물 획득 완료
○ 렌틸의 부탄올 분획물로부터 대사체 성분 5개를 분리 및 구조분석을 완료하였음
나. 렌틸 추출물 및 성분에 대한 생리활성 분석
○ TBK-1 효소 활성 억제능 평가
- 렌틸의 부탄올 분획물에서 분리된 5개 중 4개의 화합물이 농도 의존적으로 TBK-1 활성을 억제하였음
- 렌틸의 에탄올 추출물과 용매별 분획물을 이용하여 TBK-1 효소 활성 억제능을 평가한 결과 억제 효능을 확인하지 못함
○ 대사성질환 효능 평가
- 렌틸의 부탄올 분획물에서 분리된 3개의 화합물을 이용해 alpha-glucosidase와 DPP-IV 효소활성을 평가한 결과 3개의 화합물 모두 농도 의존적으로 두 효소의 활성을 억제함을 확인하였음
다. Molecular docking 분석(논문 게재 완료)
○ Kaempferol의 저혈당 메커니즘 작용에 근거하여 Kaempferol 유도체와 DPP-IV 사이의 가능한 결합 상호작용을 조사하였음
- DPP-IV 효소활성을 억제하는 3개의 화합물 모두 효소의 S1과 S2의 넓은 공간에 잘 맞았으며 모든 flavone core 구조는 주로 S1에 위치하고 이들의 glycoside는 S2의 잔기와 상호 작용함
2-4. 방사선육종 차조기 포함 추출복합물을 이용한 관절염 개선 기능성식품 개발에 대한 후속 연구
가. 방사선육종 차조기와 원품종 차조기의 초임계 추출물 제조 및 성분 분리(논문 게재 완료)
○ 방사선육종 차조기와 원품종 차조기의 건조된 잎으로서 각각 초임계 추출물을 획득
○ 방사선육종 차조기 추출물로부터 9-hydroxy isoegomaketone (신규 화합물)과 원품종 차조기 추출물로부터 myristicin을 분리 및 구조분석 완료
○ 방사선육종 차조기와 원품종 차조기 추출물로부터 4개의 monoterpene 화합물의 함량을 비교분석 하였음 나. 신규화합물 (1)의 항염증 생리활성 분석 연구
○ LPS로 자극된 RAW264.7 세포에서 신규 화합물은 농도 의존적으로 염증인자의 생성을 억제하였음
다. 방사선육종 차조기 추출복합물을 이용한 만성질환동물에서 관절염 개선 효능 평가(논문 게재 완료)
○ 관절염 만성질환 동물모델에서 방사선육종 차조기 추출복합물의 효능 평가
- Clinical arthritis scoring 및 부종 두께 모두 방사선육종 차조기 추출복합물을 투여한 군에서 유의적으로 감소하였음
- 혈청 내 염증인자의 경우 IL-1beta의 생성이 방사선육종 차조기 추출복합물을 투여한 군에서 유의적으로 감소하였음
- 방사선육종 차조기 추출복합물 133.0 mg/kg/day를 투여한 군에서 항관절염 예방 효력이 있음을 확인하였음
라. 방사선육종 차조기 추출복합물의 단회 경구 투여 독성시험 수행
○ 차조기 추출물의 개략의 치사량은 암컷의 경우 1,000 mg/kg 전후이며, 수컷의 경우 1,000 mg/kg과 2,000 mg/kg사이로 확인되었음.
마. 방사선육종 차조기 추출복합물의 14일 반복 경구 투여 독성시험 수행
○ 차조기 추출물 최대내성용량은 수컷은 300 mg/kg/day 이상, 암컷은 150mg/kg/day 이상으로 사료되었으며, 장기 중량 및 부검소견에서 흉선 및 비장의 변화가 관찰된 것으로 보아 target organ은 흉선 및 비장으로 사료되었음
바. 방사선육종 차조기 추출복합물의 기술이전 실시
○ 기술이전 계약 체결 완료
- SFC바이오, 2018년 8월 28일
- 정액기술료: 30,000천원, 마일스톤: 170,000천원, 경상기술료: 매출액 2%
2-5. 방사선육종 차조기로부터 분리된 신규화합물 대량 분리법 개발
가. Centrifugal partition chromatography (CPC)를 이용한 신규 화합물 분리 (논문 게재 승인 완료)
○ CPC를 이용해 방사선육종 초임계 추출물에서 신규 화합물 9-hydroxyisoegomaketone
(1) 과 지표 물질인 isoegomaketone (2), Perillaketone (3) 세 물질을 동시에 대량 분리 하고자 함
나. CPC 분리 조건 확립을 위한 분배계수 (K) 및 분리 계수 (α) 확인 및 용매 시스템 결정
○ 다양한 용매 조건으로 K 와 α 값을 확인 하였고, n-hexane/Ethyl acetate/ethanol/water 용매 시스템으로 descending mode 에서 5:5:5:5, ascending mode 에서 8:2:8:2 조건이 3가지 지표물질을 분리 하는데 가장 적합함
다. CPC를 이용한 지표물질 분리
○ Descending mode를 이용하여 Ⅰ (2.4mg, , 96.7% purity) 분리하였으며, 휘발성이 큰 Ⅱ(56.1mg, 97.6% purity), Ⅲ (78.6mg, , 96.1% purity) 지표 물질은 ascending mode를 이용하여 분리함
2-6. 방사선육종 국화 품종을 이용한 항산화 기능성식품 개발 후속 연구
가. 방사선육종 국화 (아티다크초콜렛), 원품종 국화 (노블와인), 생약 국화 추출물 및 분획물 제조 및 항산화 활성 평가
○ 아티다크초콜렛, 노블와인, 생약에 대해 각각 에탄올 추출물 획득
○ 아티다크초콜렛 에탄올 추출물로부터 용매별 분획물 획득
○ DPPH와 ABTS 방법을 이용해 항산화 활성을 평가한 결과 아티다크초콜렛이 가장 높은 활성을 보임
다. 방사선육종 국화 (아티다크초콜렛) 성분 분리
○ 아티다크초콜렛의 에틸아세테이트 분획물로부터 7종의 성분을 분리하여 구조 분석을 완료함
라. 방사선육종 국화 (아티다크초콜렛), 원품종 국화 (노블와인), 생약 국화 추출물의 함유성분 비교 분석(논문 게재 완료)
○ 아티다크초콜렛이 노블와인과 생약에 비해 플라보노이드 배당체 및 페놀성 화합물 함량이 높았으며 반대로 플라보노이드 아글리콘 함량은 낮았음
2-7. 방사선육종 국화 품종 (아티다크초콜렛)과 시판중인 국화차 티백의 침출 온도 및 시간에 따른 비교 연구
가. 방사선육종 국화 품종 (아티다크초콜렛)의 티백 시제품을 제조
○ 저온 건조 방법 (온도 15 ℃, 습도 20%)을 시용하여 티백을 제조하고, 시판중인 노란색 국화차 티백을 구입하여 비교 분석함
나. 침출 온도와 시간에 따른 추출물 제조 및 항산화 활성 비교분석(논문 심사 중)
○ 티백 (1 g)을 75 ℃와 100 ℃의 물 (100 ml)에 각각 2분, 4분 동안 침출 후 동결건조함
○ 두 개의 다른 국화차에 대해 ABTS와 DPPH 라디칼 소거능 실험을 진행한 결과 아타다크초콜렛 차가 시판 중인 국화차보다 DPPH 라다칼 소거능이 높 았음

3. 양성자빔 활용 작물육종 기반기술 개발
3-1. 모델식물 활용 방사선원(감마선, 양성자)별 변이 메커니즘 규명 및 비교
가. 양성자빔 조사조건에 따른 모델식물 생체영향 및 감수성 데이터 구축
- 양성자빔 및 감마선 조사 M₁ 식물체 생체영향 분석
- 선원별‧선량별 애기장대 발아율, 생존율, 결실종자 무게 데이터 확보
- 방사선육종 관련 주요 선량 결정: LD₅₀ (양성자빔: 1,051 Gy, 감마선: 1,087 Gy), 어깨선량 Dq (양성자빔: 787 Gy, 감마선: 900 Gy), Dq 50-75% (양성자빔: 394-590 Gy, 감마선: 450-675 Gy)
나. 고추 대상 양성자빔 생체영향 및 감수성 데이터 구축
- 방사선원별 LD₅₀, Dq, Dq 60% 선량에 대해 각각 M₂ 400계통씩 육성
- 각 M₂ 집단에서 표현형 돌연변이 빈도 및 스펙트럼 분석: 양성자빔 조사 집단에서 총 16가지 변이 표현형, 감마선 조사 집단에서 총 9가지 변이 표현형 확인
다. 모델식물 생체영향 및 표현형 변이 상관관계 분석
- M₁ 세대 생존율을 기반으로 결정한 주요 선량 별 표현형 변이율 비교분석: 양성자빔의 경우 787 Gy(Dq 선량) 조사 집단(변이율: 5.25%), 감마선의 경우 1,200 Gy(LD₅₀ 근접 선량) 조사 집단(변이율 4.5%)에서 가장 높은 변이율이 확인되었음.
- 감마선 조사의 경우 엽색 변이가 엽형태 변이에 비해 7배 가량 높게 나타난 반면 양성자빔 조사의 경우 두 종류의 변이가 비슷한 비율로 나타나 유기 변이의 스펙트럼이 더 넣은 것으로 판단되었음.
라. 양성자빔 조사 변이체 전장 유전체 분석
- 양성자빔 주요 선량(LD₅₀, Dq, Dq 60%), 감마선 Dq 선량에 대해 각 선량 별 4개체씩 전장 유전체 서열 분석: 원품종 서열의 평균 97.78% 영역을 포함하는 각 전장 유전체 서열을 확보함
3-2. 대표작물(14종)별 최적 변이 유기조건 확립 및 데이터베이스 구축
가. 대표작물 14종에 대한 양성자빔 MeV, dose 별 LD₅₀, RD₅₀ 정보 구축
- 대표작물 14종 종자(배양체)의 감마선 및 양성자빔에 대한 LD₅₀, RD₅₀ 정보 도출을 통한 양성자빔 데이터베이스 구축
- TR103 양성자가속기의 이온 가속에너지(MeV) 및 SOBP 기술 적용 여부에 따른 동양란의 생체반응 비교 결과 45MeV, SOBP 미적용 조건이 해당 분석 재료의 육종용 최적 조사조건으로 확인
- RFT30 20MeV(500nA) 양성자가속기의 육종용으로의 이용 가능성 평가 결과 사용이 제한적인 것으로 확인
3-3. 주요작물(2종) 양성자빔 생체영향 및 감수성 데이터 구축
가. 벼 대상 양성자빔 생체영향 및 감수성 데이터 구축
○ 벼 종자 대상 양성자빔 및 감마선 조사 후 생육반응 검정
- 100 MeV 양성자빔 및 감마선 조사 후 발아율, 생존율, 생육상태를 검정한 결과 동일 선량에서 감마선 대비 양성자빔이 주는 생물학적 영향이 큰 것을 확인하였으며 돌연변이 유기를 위한 적정선량으로 양성자빔은 100-150 Gy, 이에 상응하는 감마선량은 170-250 Gy를 도출
○ 벼 양성자빔 돌연변이 집단 구축을 위한 대규모 조사 및 초기생육 검정
- 우수 벼품종을 대상으로 돌연변이 집단을 구축하기 위해 적정선량을 적용 대규모 조사를 수행하였으며 초기생육 검정을 완료하고 본포장에 전개
나. 고추 대상 양성자빔 생체영향 및 감수성 데이터 구축
○ 벼 종자 대상 양성자빔 및 감마선 조사 후 생육반응 검정
- 100 MeV 양성자빔 및 감마선 조사 후 발아율, 생존율, 생육상태를 검정한 결과 동일 선량에서 감마선 대비 양성자빔이 주는 생물학적 영향이 큰 것을 확인하였으며 돌연변이 유기를 위한 적정선량으로 양성자빔은 300 Gy, 이에 상응하는 감마선량은 400 Gy임을 도출
다. Cymbidium 대상 감마선 및 양성자빔 조사에 따른 유전변이 비교분석
- 동양란 대상 감마선, 45MeV, 45MeV(SOBP), 100MeV 20Gy 조사집단 별 SNP 분석결과 양성자빔 조사집단에서 감마선 조사집단에 비해 SNP 빈도와 트랜스버전의 빈도가 높게 확인
3-4. 양성자빔 이용 두과작물 차세대 돌연변이 육종기술 개발 (위탁연구)
가. 두과작물이용 감마선 대비 양성자빔이 식물체에 미치는 생물학적 영향 구명
- 옥당 동부(Vigna unguiculata L. Walp.) 종자에 감마선과 양성자빔 조사 후 파종하여 출아율 및 생존율 조사 결과 200 ~ 300 Gy의 LD₅₀ 도출
- 식물체 조사 결과 경장의 RD₅₀은 300 ~ 400 Gy, 감마선 200 ~ 300 Gy였으며, 생체중의 RD₅₀은 양성자빔과 감마선 모두 500 Gy 이상으로 예측되고 수량구성요소가 양성자빔보다 감마선 처리구에서 더 감소
나. 두과작물이용 감마선 대비 양성자빔이 식물체의 항산화효소의 활성에 미치는 영향 구명
- 엽록소, MDA 함량 및 APX, POD 활성 측정 결과 양성자빔과 감마선 처리구 간 차이 확인

(출처 : 요약문 9p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Development of legume genetic resources for lifecare materials using radiation breeding
1-1. Selection of soybean bred mutant lines with high-efficiency phy tochemicals
A. Development of soybean mutant bred lines with high fatty acid and oligosaccharide
- Construction of mu

Ⅳ. Results
1. Development of legume genetic resources for lifecare materials using radiation breeding
1-1. Selection of soybean bred mutant lines with high-efficiency phy tochemicals
A. Development of soybean mutant bred lines with high fatty acid and oligosaccharide
- Construction of mutant pools derived from Danbaek, Daepung original soybean variety by using gamma irradiation
- Selection of 10 high linolenic acid soybean mutants through investigated to agronomic traits and unsaturated fatty acid contents
- DB-HL4 (11.29%), 5 (10.88%) were significantly increased linolenic acid contents, approximately 1.7-fold higher than the Danbaek (6.53%) original variety. Also, DP-HL6 were 1.6-fold higher than the Depung original culitvar
- Construction of mutant pools derived from Paldal soybean variety
- Result of content of sucrose and oligosaccharide such as raffinose, stachyose which showed increased levels in selected mutant lines. Especially, I01 line were recorded highest sucrose content (11.81 mg/100g)
B. Development of lipoxygenase free new soybean mutant variety ‘Cheongmiwon’ and application for protection
- Development of new soybean mutant derived from hwanggum original variety by using radiation breeding, naming “Cheongmiwon” that have been application for protection (application number: 2018-118)
- new soybean mutant that exhibited lipoxygenase free phenotype
1-2. Analysis of functional compounds in high-efficiency phytochemical soybean bred mutant lines and Investigation of genetic variation in phytochemical related genes
A. Analysis of agronomic traits of high-efficiency phytochemical soybean bred mutant lines for variety registration.
- Construction of mutant diversity pool among 210 soybean mutant lines
- Construction of agronomic traits database
B. For compared fatty acid biosynthesis gene function, a collection of four selected soybean bred mutants with original culitvars, was used to investigate genetic variation of genomic DNA sequence and genes expression levels.
- Aligned sequence lengths of identified FAD genes relative to the Wm82 reference sequence were as follows: 2,151 bp (FAD2-1A); 1,830 bp (FAD2-1B); 1,409 bp (FAD2-2A); 2,112 bp (FAD2-2B); 2,092 bp (FAD2-2C); 2,088 bp (FAD2-2D); 4,250 bp (FAD3A); 4,104 bp (FAD3B); 2,724 bp (FAD3C) and 3,431 bp (FAD3D)
- On stage-3 expression levels, where dramatic changes were observed relative to original seeds. Transcript levels of FAD2-2B, FAD2-2D, FAD3C and FAD3D genes were significantly increased in all mutant seeds
- The highest statistically significant increased expression of FAD3C and FAD3D genes in four mutants was at stage 3, which suggests that genes were involved in linolenic acid synthesis in the selected mutants (Manuscript submitted)
1-3. Development of new legume cultivars for the prevention of metabolic disease through construction of mutation pool with functional foreign legume crops faba bean and lentil
A. Construction of mutation pools using radiation breeding technology and process of generation.
- Gamma-irradiated Lentil and faba bean mutant pools were generated M₂ seed pooling
- Investigation of radio-sensitivity in lentil bean to gamma-irradiation (Manuscript published)
- Selection of 10 elite faba bean individuals from 371 accessions according to agronomic traits and winter hardiness (Manuscript published)
- Faba bean mutants were exhibited 30% to 84% survival rate in winter annual
1-4. Establishment of the new conceptual molecular marker system and available component characteristic analysis
A. Development of marker-assisted selection system to screen in early generation
- Confirmation of DNA mutation rate in 552 M₁ faba bean mutants by using TRAP marker system
- Investigation of relationship between gamma-radiation dose and genotyping results (Manuscript submitted)
B. Analysis of functional compound contents and activity in soybean bred mutants
- Comparsion of L-Dopa, fatty acids and isoflavone content of compositae faba bean (Manuscript published)
- Result of starch physicochemical properties analysis in faba bean, these exhibited increased solubility under low melting temperature (30℃).
Probably faba bean starch seems to be a novel starch category
- Soybean mutant (D-28-01) was increased 5.5-fold isoflavone content than Danbaek original variety
- Faba bean was showed increased tyrosinase activity than soybean, lentil seeds. On the other hand, antioxidant assay such as DPPH, ABTS free radical scavenging activity, that was recorded highest lentil bean
C. A study on processing properties and component characteristic of soybean bred mutant lines.
- Analysis of functional enzyme activity and changed component levels after differential processing method in faba bean and lentil
D. Exploring cold tolerance genes in faba bean transcriptome
- Analysis of gamma-irradiated Faba bean transcriptome by using PAC-bio sequencing
- Selected 6 cold tolerance candidate genes from EMBL-EBI database
- Faba bean transcriptome were 96 contig related to cold tolerance gene .

2. Evaluation of functional activity of mutagenized plant resources and investigation for commercialization
2-1. Isolation of metabolite and investigation for physiological activity from radiation mutant Apio
A. Isolation and structural analysis of metabolite from radiation mutant Apio
- Isolation and structural analysis of 20 metabolites from ethyl acetate and butanol extracts of radiation mutant Apios
- Conformation of structure by NMR
B. Evaluation of physiological activity of metabolite from radiation mutant Apios
- 4 compounds among isolated 20 compounds had shown anti-inflammatory activity
- 2 compounds among isolated 20 compounds had shown inhibitory activity for alpha-glucosidase
- AP7 had 50% inhibitory activity at 50 μM for DPP-IV
C. Evaluation of mechanism for anti-inflammatory activity of lupinalbin A isolated from radiation mutant Apio
- Lupinalbin A inhibited the production of iNOS mRNA and protein in a dose dependent manner
- Lupinalbin A inhibited the production of IL-6, TNF-α, MCP-1iNOS in a dose dependent manner
- Lupinalbin A inhibited the production of IFN-beta and STAT1 protein
2-2. Acquisition of extracts and investigation of physiological activity from soybean bred mutant lines
A. Acquisition of extracts from 150 soybean bred mutant lines and development of analysis condition for LC/MS
- Development of optimal analysis condition for UPLC/ELSA and UPLC/Q-tof. MS using 11 standard compounds
- Development of preprocessing condition for LC/MS using soybean bred lines
B. Development of molecular networking condition and LC/MSMS analysis using soybean bred 45 mutant lines
- Development of optimal molecular networking condition via structural similarity uisng 11 standard compounds
- Conformation of structural information of metabolites contained into extracts by LC/MS analysis results
C. Multivariate statistical techniques
- Evaluation of difference between wild type and mutant soybean line using the PCA, PLS-DA, and HCA
D. Evaluation of regulatory activity for metabolic disease of 150 soybean bred mutant lines
- Investigation about whether the extract of 150 soybean bred mutant lines can inhibit the activity of alpha-glucosidase and DPP-IV enzyme
- There were no mutant lines showed inhibitory activity
2-3. Acquisition of extracts and investigation of physiological activity from radiation mutant lentil
A. Acquisition of extracts and isolation of compounds from lentil
- Acquisition of ethnolic extracts and solvent extracts from lentil
- Isolation of 5 metabolites from butanolic extract from lentil
B. Investigation of physiological activity of lentil extracts and components
- 4 compounds among isolated 5 compounds had shown inhibitory activity for TBK-1 enzyme in a dose dependent manner
- 3 compounds among isolated 5 compounds had shown inhibitory activity for both alpha-glucosidase and DPP-IV enzyme in a dose dependent manner
C. Analysis of molecular docking
- 3 compounds shown inhibitory activity for DPP-IV has good position for DPP-IV S1 and S2. And all flavone core was mainly positioned into S1, furthermore glycoside of that was correlated with S2
2-4. Follow-up study for development of functional food using radiation mutant Perilla extracts
A. Acquisition of supercritical carbon dioxide extracts and isolation of compounds from mutant Perilla and wild type
- Acquisition of supercritical carbon dioxide extracts from mutant and wild type Perilla dried leaves
- Isolation of 9-hydroxy isoegomaketone (New compound) from mutant Perilla extract and isolation of myristicin from wild type Perilla extract
- The contents of 4 monoterpene compounds was analyzed between mutant and wild type Perilla extracts
B. Investigation of anti-inflammatory activity of new compound (1)
- New compounds had shown inhibitory activity for NO production in LPS-induced RAW264.7 cells
C. Investigation of anti-arthritic activity of mutant Perilla extract on CIA model
- Clinical arthritis scoring and paw thickness was statistically reduced in the group treated by mutant Perilla extract
- The level of IL-1beta in blood was statistically reduced in the group treated by mutant Perilla extract
- Conformation of anti-arthritic effect of mutant Perilla extract (133 mg/kg/day) in a CIA animal model
D. Analysis of toxicology of mutant Perilla extract by single oral administration
- In the case of female rat, ALD (approximate lethal dose) was 1,000 mg/kg. And in male rat, ALD was between 1,000 mg/kg and 2,000 mg/kg
E. Analysis of toxicology of mutant Perilla extract by 14-day repeated oral administration
- In the case of female rat, MTD (maximum tolerated dose) was above 150 mg/kg. And in male rat, MTD was above 300 mg/kg/day
- The target organ of mutant Perilla extracts was supposed the thymus and spleen
F. Carry out the technological transfer using mutant Perilla extract
- Completion of technological trasnfer
- Company: SFC Bio
- Fixed amount: 200,000,000(KW, containing milestone 170,000,000)
2-5. Development of method for isolation of new compound from mutant Perilla
A. Isolation of new compounds using centrifugal partition chromatography (CPC)
- Isolation of three compounds (9-hydroxy-isoegomaketone (1), isoegomaketone (2), Perillaketone (3)) from mutant Perilla extract
B. Determination of distribution coefficient (K), isolation coefficient (α), and solvent system for the CPC isolation condition
- Determination of K and α using various solvent condition
- Descending mode-> n-hexane:ethyl acetate:ethanol:water = 5:5:5:5
- Ascending mode-> n-hexane:ethyl acetate:ethanol:water = 8:2:8:2
C. Isolation of compounds using CPC
- Isolation of 9-hydroxy-isoegomaketone (2.4mg, 96.7% purity) using descending mode
- Isolation of isoegomaketone (56.1mg, 97.6% purity) and perillaketone (78.6mg, 96.1% purity) using ascending mode
2-6. Follow-up study for development of anti-oxidant food using radiation mutant Chrysanthemum cultiva
A. Acquisition of extract from ARTI-dark chocolate, nobel wine, and natural one
- Acquisition of ethanolic extract from three
- Acquistion of solvent extract from ARTI-dark chocolate
B. Investigation of anti-oxidant activity using the extracts of ARTI-dark chocolate, nobel wine, and natural one
- ARTI-dark chocolate has highest anti-oxidant activity among three using ABTS and DPPH assay
C. Isolation of compounds from ARTI-dark chocolate
- Isolation 7 compounds from ethylacetate extracts of ARTI-dark chocolate
D. Comparison of the compounds among the extracts from ARTI-dark chocolate, noble wine, and natural one
- ARTI-dark chocolate contained more flavonoid and phenolic compounds than noble wine and natural one, however contained less flavonoid aglycone than those
2-7. Comparative study between commercial Chrysanthemum tea and ARTI-dark chocolate tea via leaching temperature and time
A. Production of tea prototype using ARTI-dark chocolate
- Production of tea prototype using ARTI-dark chocolate using low-temp method (Temp 15℃, moisture 20%)
B. Acquisition of extracts via leaching temperature and time, comparative study for anti-oxidant activity
- Tea (1g) was leached by 75℃, 100℃ for 2 min, 4 min respectively
- The tea made by ARTI-dark chocolate had shown more anti-oxidant activity that commercial Chrysanthemum tea in DPPH assay

3. Development of base technology on crop breeding using proton beams
3-1. Elucidation and comparison of variation mechanism according to
different radiation types (gamma rays and proton beams) using model plant
A. Construction of database for biological effect and sensitivity of model plant according to conditions for proton beam-irradiation
○ Analysis of biological effect of proton beam and gamma-rays on M₁ plants
- Development of database on germination rate, survival rate, and weight of seeds for Arabidopsis groups treated by each radiation source at each dose
- Determination of doses important in radiation breeding: LD₅₀ (proton beams: 1,051 Gy, gamma-rays: 1,087 Gy), shoulder dose Dq (proton beams: 787 Gy, gamma-rays: 900 Gy), Dq 50-75% (proton beams: 394-590 Gy, gamma-rays: 450-675 Gy)
B. Analysis of mutation frequency and spectrum in proton beam mutation populations of model plant
- Development of 400 lines for each LD₅₀, Dq, and Dq 60% dose in each radiation source
- Analysis of frequency and spectrum of phenotypic mutations in each M₂
population: detection of 16 and 9 phenotypic mutations in proton beam and gamma-ray populations, respectively
C. Analysis of relationship between biological effect and phenotypic mutation frequency
- Comparative analysis of frequencies of phenotypic mutations among populations for important doses that were determined based on survival rate in M₁ generation: detection of the highest mutation rate in 787 Gy (Dq dose)-irradiated population in proton-beams (mutation rate: 5.25%) and 1,200 Gy(dose nearby LD₅₀)-irradiated population in gammairradiated population (mutation rate: 4.5%), respectively.
- The mutation spectrum of proton beams were broader that of gamma-rays in that the frequencies of leaf-color and leaf-shape variations were similar in proton beam irradiation while frequency of leaf-color variation was about seven times higher than that of leaf-shape variation in gamma-irradiation.
D. Analysis of whole genome sequences of mutant lines developed by proton beam-irradiation
- Analysis of whole genome sequences of each four plants for important doses in proton beam irradiation (LD₅₀, Dq, Dq 60%) and the Dq dose in gamma-irradiation: the sequences covering 97.78% of reference genome in average were obtained.
3-2. Establishment of optimal conditions for mutation induction in 14 representative crop species and construction of database
A. Construction of database on LD₅₀ and RD₅₀ according to MeV and dose in proton beam irradiation in 14 representative crop species
- Construction of proton beam database on LD₅₀ and RD₅₀ for gamma-rays and proton beams in seeds (cultured tissues) of representative 14 crop species
- Determination of 45 MeV and without-SOBP condition as the optimal condition for mutation induction based on comparative analysis of biological effects of proton beams from TR103 accelerator to orchids according to acceleration energies (MeV) and application of SOBP
- RFT30 20 MeV (500nA) was shown not to be applicable for mutation breeding based on applicability tests.
3-3. Construction of proton beam-induced large-scale mutant population and development of useful genetic resources in two representative crop species
A. Evaluation of biological effects and sensitivity of proton beam irradiation in rice
○ Proton beam and gamma-ray irradiation to rice seeds and growth test
- Rice seeds irradiated with 100 MeV proton beams and gamma rays.
Evaluation of germination rates, survival rates, and growth revealed that the biological damage of proton beams is more severe than that of gamma rays at the same dose. Doses from 100 to 150 Gy seem to be optimal to induce mutations using PBs in rice.
○ Large scale irradiation and early growth test for construction of rice proton beam mutant population
- A large amount of seeds of an elite rice variety were irradiated with proton beams at the proper doses for mutation. The seedlings were used for early growth test and transplanted to paddy field.
B. Evaluation of biological effects and sensitivity of proton beam irradiation in pepper
- Rice seeds irradiated with 100 MeV proton beams and gamma rays. Evaluation of germination rates, survival rates, and growth revealed that the biological damage of proton beams is more severe than that of gamma rays at the same dose. Doses from 300 Gy seem to be optimal to induce mutations using PBs in rice.
C. Comparative analysis on genetic variations according to gamma-ray and proton beam irradiation in Cymbidium
- Frequencies of SNP and transversion were shown to be higher in the proton beam-irradiated populations than the gamma-irradiated in comparative analysis of SNPs in orchid populations treated by gamma-rays and proton beams in various conditions
3-4. Development of next generation mutation breeding technology in legume crops (commited research)
A. Biological effect of proton beam and gamma ray irradiation in cowpea
- Okdang; Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) seeds were irradiated with gamma rays and proton beams. Evaluation of germination and survival rates of the seeds revealed LD₅₀ of 200 to 300 Gy for both two radiation.
- Measurement of plant growth revealed plant height RD₅₀ of 300 to 400 Gy for proton beams and 200 to 300 Gy for gamma rays, and expected plant fresh weight RD₅₀ of > 500 Gy for both two radiation.
B. Effect of proton beam and gamma ray irradiation on activity of antioxidant enzymes in cowpea
- Measurement of chlorophyll and MDA contents, and enzyme activity of APX and POD revealed difference between plants from proton beam and gamma ray irradiated seeds.

(source : SUMMARY 22p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 4
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 18
• CONTENTS ... 32
• 목차 ... 34
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 35
• 제1절. 연구개발 목적 ... 35
• 1. 최종목표 ... 35
• 2. 연구개발 주요내용 ... 35
• 제2절. 연구개발 필요성 및 범위 ... 35
• 1. 연구개발 배경 및 필요성 ... 35
• 2. 연구개발 목표 및 범위 ... 38
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 40
• 제1절. 국내 기술개발 현황 ... 40
• 제2절. 국외 기술개발 현황 ... 43
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 49
• 제1절. 라이프케어 소재용 두류 유용 돌연변이 유전자원개발 ... 49
• 제2절. 방사선육종 식물자원 활용 기능성 효능 검증 및 실용화 기반연구 ... 145
• 제3절. 양성자빔 활용 작물육종 기반기술 개발 ... 221
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 290
• 제1절. 연구개발 목표 달성도 ... 290
• 제2절. 기술발전 기여도 ... 294
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 297
• 제1절. 추가연구 필요성 ... 297
• 제2절. 타 연구 응용 및 기업화 추진방안 ... 298
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 301
• 제7장 연구장비의 구축 및 활용 결과 ... 308
• 제8장 참고문헌 ... 310
• 연구성과 ... 315
• 끝페이지 ... 332