Flavonoid Profiles of Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb. and Q. serrata Murray (Fagaceae) in Mt. Seorak, Korea: Taxonomical and Ecological Implications

In this study, the distribution patterns of Quercus mongolica and Q. serrata in Korea were investigated, and the possibility of introgressive hybridization and gene flow between Q. mongolica and Q. serrata in Mt. Seorak was inferred by flavonoid analyses. The most critical factor in the vertical and horizontal distribution patterns of Q. mongolica and Q. serrata was the temperature, in accordance with latitude and altitude. The species showed a zonal distribution, with a Q. mongolica zone in the upper area and a Q. serrata zone in the lower area. In Mt. Seorak, Central Korea, the range of the vertical distribution of Q. mongolica was generally above an altitude of 100 m, whereas that of Q. serrata was an altitude of 0-400 m (-500) and rarely above an altitude of 500 m. However, in Mt. Jiri, Southern Korea, Q. serrata was found up to an altitude of 1,000~1,200 m, whereas the frequency of Q. mongolica was reduced at lower elevations and the species was rare below an altitude of 300 m, although pure stands were found on higher mountain slopes above an altitude of 1,200 m. The altitudinal distribution of the two species overlapped, where the two species occurred together. The leaf flavonoid constituents of thirty-four individuals of Q. mongolica and Q. serrata in Mt. Seorak and Mt. Jiri, Korea were examined. Twenty-four flavonoid compounds were isolated and identified. These were glycosylated derivatives of flavonols kaempferol, quercetin, isorhamnetin, myricetin. Five compounds among the flavonoid compounds were acylated. Kaempferol 3-O-glucoside, quercetin 3-O-glucoside, quercetin 3-O-galactoside, and its acylated compounds were major constituents and present in all individuals. Quercus mongolica is distinguished from Q. serrata by the presence of quercetin 3-O-arabinosylglucoside, a high concentration of three acylated compounds (kaempferol 3-O-glucoside, quercetin 3-O-glucoside, and quercetin 3-O-galactoside), and a relatively low concentration or lack of rhamnosyl flavonol compounds. Intraspecific variations, however, were found in the flavonoid profiles of Q. mongolica and Q. serrata, and the flavonoid profiles of individuals belonging to the two species in a hybrid zone (sympatric zone) tended to be similar, qualitatively and quantitatively. These findings strongly suggest that gene exchange or gene flow occurs through introgressive hybridization between Q. mongolica and Q. serrata in Mt. Seorak.

설악산 신갈나무와 졸참나무의 플라보노이드 조성과 분류학적, 생태학적 의미

본 연구에서는 우리나라 설악산 지역을 중심으로 신갈나무와 졸참나무 두 종의 수직분포 양상을 관찰하고, 두 종간의 교잡이입 및 유전자 전달 가능성을 플라보노이드 분석을 통해 추론하고자 하였다. 중부지방인 설악산의 신갈나무와 졸참나무의 수직분포는 남부지방인 지리산에서와는 차이가 난다. 설악산의 경우, 해발 100 m 이상 거의 전 고도에서 신갈나무가 나타나나 졸참나무는 해발 500 m 이상에서는 드물게 나타나며 500 m 이하에서 신갈나무와 혼생한다. 지리산의 경우, 졸참나무의 수직 분포 범위는 해발 0-1,200 m로 설악산에 비해 훨씬 넓으며, 신갈나무는 높은 해발고도에서는 순림을 이루지만 해발 1,000 m 이하에서는 고도가 낮아질수록 빈도가 낮아지고 해발 300 m 이하에서는 거의 분포하지 않는다. 전반적으로 우리나라에서 신갈나무는 높은 고도에서, 졸참나무는 낮은 고도에서 생육하나 상당한 범위의 고도 구간에서 두 종은 혼생한다. 설악산 지역의 신갈나무와 졸참나무 32개체와 지리산 고지대 및 저지대에 분포하는 신갈나무, 졸참나무 각 1개체 등 총 34개체를 대상으로 잎의 플라보노이드 성분을 분석한 결과, 이들로부터 총 24종류의 서로 다른 화합물이 분리, 동정되었다. 이들 플라보노이드 화합물은 모두 flavonol인 kaempferol, quercetin, myricetin 및 isorhamnetin에 당이 결합된 flavonol glycoside이었으며, 이 중 5개는 acylated flavonoid compound이다. 이들 중 kaempferol 3-O-glucoside, quercetin 3-O-glucoside와 quercetin 3-O-galactoside 및 이들의 acylated compounds가 주요 성분으로 두 종의 모든 개체에서 나타났다. 신갈나무의 플라보노이드 조성은 acylated kaempferol 3-O-glucoside, acylated quercetin 3-O-galactoside 및 acylated quercetin 3-O-glucoside가 다량 나타나고, 졸참나무에서는 나타나지 않는 diglycoside인 quercetin 3-O-arabinosylglucoside가 분포하는 특징을 가진다. 졸참나무의 flavonoid 조성은 3개의 rhamnosyl flavonol compounds가 전체 졸참나무 개체에 걸쳐서 나타나고 또한 이들 compound가 신갈나무에 비해 다량으로 나타나는 특징을 갖는다. 신갈나무와 졸참나무 두 종간에는 이러한 정량 정성적인 플라보노이드 조성 차이와 함께 소량으로 분포하는 몇몇 compound들에 있어서 정성적인 차이도 나타나 두 종은 플라보노이드 조성에 있어 뚜렷이 구분된다. 한편, 두 종의 플라보노이드 조성은 고도에 따라 종내 개체 간 변이가 있으며, 동소적으로 분포하는 두 종 개체들의 플라보노이드 조성은 대체로 정량적 또는 정성적으로 상대 종의 플라보노이드 조성을 닮는 경향이 있었다. 이러한 현상은 두 종간에 교잡이입을 통한 유전자 교환이 일어나고 있음을 강하게 암시한다.