Effects of genotype and environmental factors on content variations of the bioactive constituents in rice seeds

The composition of crops reveal natural variation according to genetic characteristics and environmental factors such as the cultivated regions. For comparative investigation of the impact of genetic difference and environmental influence on the levels of bioactive components in rice seeds, 23 cultivars including indica, japonica, and tongil rice were grown in two location in Korea (Jeonju and Cheonan) for two years (2015 and 2016). Sixteen compounds consisting of tocopherols, tocotrienols, phytosterols, and policosanols were identified from 368 rice samples and the compositional data were subjected to data mining processes including principal component analysis and Pearson's correlation analysis. Under 4 different environmental conditions (Jeonju in 2015, Cheonan in 2015, Jeonju in 2016, Cheonan in 2016), the natural variability of rice seeds showed that the genetic background (indica vs japonica vs tongil) had more impact on the compositional changes of bioactive components compared to the environments. Especially, the results of correlation analysis revealed negative correlation between α-, β-tocopherols and γ-, δ-tocopherols as a representative genetic effect that did not changed by the environmental influence.

벼의 유전형질과 재배환경 요인이 기능성물질 함량 변이에 미치는 영향 비교

작물의 성분은 품종이 가지는 유전적 특성이나 재배 지역과 같은 환경적 요인에 따라 자연 변이 양상이 다르게 나타난다. 본 연구에서는 벼 종자에 존재하는 기능성 물질을 분석하고 그 함량 변화에 미치는 영향을 유전적 요인과 환경적 요인을 변수로 두고 상호 비교하기 위하여 인디카 및 자포니카, 통일 계통을 포함한 벼 품종 23개를 선정하고 국내의 2개 지역(전주, 천안)에서 2년간 재배하였다(2015, 2016년). 벼 종자 368점을 대상으로 16종의 기능성 물질(α, β, γ, δ-tocopherol, γ-tocotrienol, phytosteol 4종, policosanol 7종)에 대한 함량 데이터를 확보하고, 다변량분석(주성분분석, 상관관계분석)을 수행하여 4개의 환경 조건 별(2015년 전주, 2015년 천안, 2016년 전주, 2016년 천안)로 자연 변이를 비교한 결과, 분석한 벼 종자의 기능성 물질의 함량 변화는 환경적 요인(재배 지역, 재배 연도) 보다는 유전적 요인(인디카 vs 통일 vs 자포니카)에 의해 더 큰 영향을 받음을 알았다. 특히, 환경적 영향을 뛰어넘는 대표적인 유전적 특성으로는 벼 종자에서 α-, β-tocopherol과 γ-, δ-tocopherol의 함량이 서로 음의 상관관계가 있는 것으로 확인되었다.