본 연구는 국내의 경우 제주도의 일부지역에서만 자생하는 흑오미자(Schisandra nigra)를 RAPD법을 이용하여 자웅동주 및 자웅이주 식물의 특이적 Marker를 탐색하고저 실시 하였다. 10-mer로 구성된 80종류의 random primer를 사용하여 흑오미자를 분석한 결과 기존의 재배되고 있는 오미자(Schisandra chinensis) 또는 남오미자(Kadsura japonica)와는 다른 band pattern을 보여 주었다. 흑오미자의 자웅동주. 암그루, 숫그루의 3품종을 상기와 동일하게 80개의 primer를 사용하여 RAPD를 분석한 결과, 5종류의 random primer(OPA-17, OPA-19, OPB-3, OPB-9, OPB-16)에 대해서는 각 품종에 대한 특이적인 band가 검출되었다. 숫그루, 암그루 식물과는 다르게 자웅동주 식물은 3개체(1호 2호, 3호)간에도 서로 다른 band pattern을 보이는 특징을 갖고있다. 숫그루 특이적인 band pattern은 OPB-3 primer을 이용할 경우 750bp에서 검출되었고, 암그루는 OPA-19 primer에서 950bp, 1690bp와 OPB-3 primer의 경우 700bp에서 자웅동주 및 숫그루에서 나타나지 않는 band가 검출되었다. 이러한 결과는 흑오미자의 숫그루 및 암그루에서 나타난 특이적인 band가 유묘시기에 암ㆍ수 개체를 조기에 구별하는 genetic marker로 사용할 수 있으리라 기대된다.
자웅이주 식물로 알려진 Schisandra nigra Max. (흑오미자)는 우리나라 제주도에 자생하고 있으며, 열매를 얻기 위해 일부 농가에서 재배되고 있다. 열매 생산을 위해서는 수그루에 비해 암그루의 가치가 더 높기 때문에 묘목단계에서 일찍 성별을 아는 것은 중요하다. 이 연구에서는 S. nigra의 유전체에서 암그루에 특이적인 부위에 관련된 SCAR 마커를 개발하였다. 120개의 무작위로 구성된 RAPD 프라이머 중에서 OPB-03 프라이머가 암그루에서 749 bp의 밴드를 안정적으로 증폭시켰다. 암그루 특이적인 PCR 산물을 분리하여 클로닝한 뒤 염기서열을 결정하였다. 이 암그루 특이적인 절편을 탐침으로 사용한 Southern hybridization에서 암그루에서만 양성반응이 나타나고 수그루에서는 잡종화가 일어나지 않았다. 이러한 결과는 749 bp의 DNA 절편이 암그루의 유전체에는 존재하지만, 수그루에는 없음을 시사하였다. RAPD 마커로부터 암그루에서만 436 bp를 증폭시키는 SCAR 프라이머를 설계하였다. 이 프라이머 쌍은 암그루와 자생지에서 수집한 4개의 자웅동주 식물에서만 예상되었던 크기의 DNA 절편을 증폭하였다. 이 연구에서 개발된 SCAR 마커는 묘목 단계에서 암꽃이 피는 개체를 선발하는데 사용될 수 있을 것이다.
우리나라에 천연분포하는 흑오미자 4종류(자웅동주 제주 #41, #6, 숫그루, 암그루), 오미자 및 남오미자의 잎의 형태적 특성과 엽록소 함량 변이를 조사한 결과는 다음과 같다. 오미자과의 잎 형질, 기공 및 목부 해부학적 특성을 조사한 결과, 수종 간 많은 차이가 있었으며, 흑오미자 4종류 내에서도 암그루, 숫그루 및 자웅동주 개체 간 많은 차이를 보였다. 잎의 길이는 남오미자가 가장 크고 다음이 오미자, 흑오미자 순이었으며, 흑오미자 4종류에서는 암그루가 가장 크고 자웅동주 개체가 중간이었다. 엽병길이는 흑오미자가 오미자와 남오미자에 비해 2배 이상 길었다. 기공길이에서는 흑오미자가 $92.5{\sim}105.9\;{\mu}m$, 오미자가 $79.9\;{\mu}m$, 남오미자가 $76.2\;{\mu}m$ 로 흑오미자의 기공길이가 길었으며, 기공 폭에서도 유사한 경향을 보여 흑오미자의 기공 크기가 큰 것으로 나타났으나 기공밀도는 오미자나 남오미자에 비해 낮았다. 도관요소 및 목부섬유의 크기도 기공과 유사한 경향을 보였으며, 흑오미자 4종류 내에서도 자웅동주와 암그루, 숫그루 간 차이를 보였다. 엽록소 함량조사 결과 종 간 및 개체 간 변이가 크게 나타났으며, 흑오미자와 남오미자의 SPAD-501 값은 각각 $38.8{\pm}6.7$, $39.5{\pm}8.2$로 큰 차이를 볼 수 없었으나, 오미자는 SPAD-501 값이 $29.2{\pm}6.2$로 다른 두 수종에 비하여 매우 낮은 값을 나타내었다.
우리나라에 서식하는 오미자과 2속 3종의 종간 및 종내 변리정도와 생장 특성을 구명하기 위하여, 낙엽 활엽성인 Schisandra속의 오미자와 흑미자(자웅동주, 숫그루, 암그루), 상록활엽성인 Kadsura속 남오미자의 엽형질과 생리적 특성을 조사하였다. 잎의 길이 및 폭은 변이의 폭이 커서 종간의 큰 차이를 볼 수 없었으나, Schisandra속이 Kadsura속보다 짧고 넓은 형태를 하였다. 엽병의 길이는 Schisandra속이 Kadsura속보다 길었으며, 특히 흑오미자의 암그루는 남오미자에 비교하여 2배 이상 길었다. 그러나 엽병의 직경은 Kadsura속이 Schisandru속보다 두꺼웠다. 기공의 크기(폭, 길이)는 Schisandra속이 Kadsura속에 비하여 켰으며, 기공밀도는 Kadsura속이 Schisandra속보다 높은 밀도를 나타냈다. 생육환경에 따른 잎의 형태적 변화는 크게 두드러지지 않았으나, 표고가 높아짐에 따라서 흑오미자의 잎이 길어지는 경향을 나타냈다. 엽록소 함량은 종간 및 종내의 변이 폭이 켰으며, 흑오미자가 남오미자 또는 오미자보다 높았다. 광합성 특성은 Schisandra속이 Kadsura속보다 광보상점 및 광포화점이 낮고, 광포화점에서의 광합성속도도 낮았다. 그러나 Schisandra속은 Kadsura속보다 낮은 호흡률을 나타내어 낮은 광도조건에서 더욱 효율적인 생장활동을 영위함을 알 수 있었다. 그리고 임내의 어두운 곳에서 생장한 개체는 높의 광도에서 생장한 개체에 비교하여 낮은 광도조건에서 더욱 효율적인 광합성작용을 하고 수행하였다.
우리나라에 자생하고 있는 흑오미자 유전자원을 보존하고 육성하기 위하여, 제주도 한라산이라는 격리된 지역에 천연분포하고 있는 3개 집단을 대상으로 동위 효소분석에 의한 유전변이를 조사하였다. 1. 흑오미자 자생지 3개 집단의 4개의 동위효소에 대한 대립유전자 빈도와 분포는 6개의 유전자좌 가운데 Mdh-l과 Pgi-l을 제외한 모든 유전자좌에서 2개 이상의 대립유전자가 관측되어 Idh, Mdh-2, Mnr, Pgi-2에서 다형성을 보였다. Pgi-2를 제외한 Idh, Mdh-2, Pgi-l, Mdh-1, Mnr 유전자좌에서 동일한 대립유전자가 빈도가 가장 높은 주대립유전자로 나타났다. 2. 유전자좌당 대립유전자수(A/L)는 평균 1.7개의 값을 보였으며, 95%( $P_{95}$ ) 및 99%( $P_{99}$) 수준에서의 다형적 유전자좌의 비율은 38.9%와 50%, 평균 이형접합도의 관측치( $H_{0}$$^{./}$)와 기대치( $H_{e}$ )는 각각 0.141과 0.147로 나타났다. 흑오미자와 같이 분포구역이 매우 제한적이거나 멸종위기에 처한 식물종들은 유전변이량이 매우 적게 나타나는데 비해 흑오미자는 다소 많은 유전변이량을 보유하고 있는 것으로 나타났다. 3. 유전변이의 대부분이 집단 간 차이보다 집단내 개체간의 차이(92.6%)로 나타났으며, Wright의 F분석결과, $F_{IS}$ 및 $F_{IT}$ 값 모두 0에 가까운 값을 나타내어 흑오미자 집단이 Hardy-Weinberg 평형 상태에 근접해 있는 것으로 나타났다.다.
흑오미자 분포하는 자생지의 생육환경과 흑오미자의 자원보존 및 자생지의 식생관리를 위한 기초적인 자료를 제공하기 위하여 흑오미자의 분포지역을 대상으로 분포지의 입지환경과 식생구조 및 생육특성을 분석한 결과는 다음과 같다.1.흑오미자의 주요 분포지는 한라산의 해발 660~1,250 m 범위 내 주로 북, 북서 및 남서향을 중심으로 비교적 습도가 높고 35$^{\circ}$이하의 완만한 경사를 이룬 산록부에 서식하고. 자생지의 토양 pH는 4.36~5.28의 범위로서 비교적 산성에 가까운 토양이었으며, 양이온 치환용량(CEC)과 유기물함량은 각각 16.70$\pm$3.83c㏖$^{+}$/kg, 22.81$\pm$2.85%으로 비교적 비옥한 토양이었다.2.흑오미자가 생육하는 14조사구에 대한 cluster분석 결과에서는 상층 임관형에 따라 크게 4개 집단 즉 때죽나무군락, 소나무-졸참나무군락, 소나무-때죽나무군락, 서어나무군락으로 구분되었다. 이중 흑오미자의 출현빈도가 가장 높은 군락은 소나무-때죽나무군락으로 조사구당 출현한 흑오미자의 평균 개체수는 35.6본이었다.3.흑오미자의 군락유형별 분포형태(Morista's index)는 때죽나무군락과 소나무-때죽나무군락에서는 1.1846~1.1052의 범위로 집중분포에 가까운 확률분포였고, 소나무-졸참나무군락에서는 0.9351로 규칙분포에 가까운 확율분포였다.
Han, Sin Hee;Lee, Hee Jung;Kim, Yae Jin;An, Tae Jin;Cha, Seon Woo;Chang, Jae Ki
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.366-366
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2017
There are about 2 genera and 49 species of Schisandraceae all over the world which grow 2 genera and 5 species in korea. As'Schisandra'genus, S. chinensis, S. repanda, S. nigra and S. viridicarpa are distributed. As 'Kadsura' genus, there is K. japonica species. Although S. chinensis is often used for food and herbal medicine, 'Cheongsoon'is the only cultivar in korea. Therefore cultivar breeding is required for standardized production of Schisandra chinensis. To select superior lines, characteristics of collected varieties was investigated. These collections were from all the country including Mungyeong, Muju and Jangsu. In the case of 'Schisandra chinensis', analysis of chemical compound is very important. Because in 'Korean Pharmacopoeia', Schisandrin has to contain more than 0.7% of sum of Shizandrin, Gomisin A, Gomisin N as standard compound. According to the investigation, the weight of SC-154 was the highest one that was 99g of fresh fruit and 60g of dried fruit in the 100 granulas of it. As the control group, the weight of cultivar 'Cheongsoon'was 57g of fresh fruit and 40g of dried fruit. The chemical compounds such as Shizandrin A, Gomisin A, Gomisin N and Shizandrin C from the collections were analyzed by HPLC. As a result, all average of total content was 1.67% satisfied with the standard that is over 0.7%. Among them, SC-13, SC-22, SC-40 and SC-45 had more than 2.0% of compound. In this case, the content of Gomisin N was relatively higher than that of the other collections. It can be used for high content compound breeding. This above results indicate that these findings could be used for breeding superior Schisandra chinensis through selection of high quality resource.
Objectives : The original plant species of Schisandrae Fructus (O-mi-ja) is prescribed as Schisandra chinensis $B_{AILL.}$, in Korea, but S. chinensis $B_{AILL.}$ and S. sphenanthera $R_{EHD.}$ et $W_{ILS.}$ in China. Moreover, fruit of several other species in genus Schisandra also have been used as the same herbal medicines. To develop a reliable method for correct identification of Schisandrae Fructus and to evaluate the phylogenetic relationship of S. chinensis and its related species, we analyzed internal transcribed spacer (ITS) sequences of nuclear ribosomal DNA (nrDNA). Methods : Twenty-four plant samples of three Schisandra species and one Kadsura species, S. chinensis $B_{AILL.}$, S. spenanthera $R_{EHD.}$ et $W_{ILS.}$, S. nigra $M_{ax.}$ and Kadsura japonica $D_{UNAL}$ were collected from each different native habitate and farm in Korea and China. The nrDNA-ITS region of each samples were amplified using ITS1 and ITS4 primer and nucleotide sequences were determined after sub-cloning into the pGEM-Teasy vector. Authentic marker nucleotides were estimated by the analysis of ClastalW based on the entire nrDNA-ITS sequence. Results : In comparative analysis of the nrDNA-ITS sequences, we found specific nucleotide sequences including indels (insertions and deletions) and substitutions to distinguish C. chinensis, S. spenanthera, S. nigra, and K. japonica. These sequence differences at corresponding positions are avaliable nucleotide markers to determine the botanical origin of O-mi-ja. Moreover, we evaluated the phylogenetic relationship of four plant species by the analysis of nrDNA-ITS sequences. Conclusions : These marker nucleotides would be useful to identify the official herbal medicines by the providing of definitive information that can identify each plant species and distinguish it from unauthentic adulterants for O-mi-ja.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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