• 제목/요약/키워드: Solvent based

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Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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농산물 중 살균제 Fluoxastrobin의 시험법 개발 및 유효성 검증 (Development and Validation of an Analytical Method for Fungicide Fluoxastrobin Determination in Agricultural Products)

  • 이소은;이수정;구선영;박채영;신혜선;강성은;이정미;정윤미;장귀현;문귀임
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제37권6호
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    • pp.373-384
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    • 2022
  • 플루옥사스트로빈은 Strobilurus 속의 버섯에서 추출한 천연물을 기반으로 개발된 살균제로서 곰팡이성 질병 방제에 효과적이다. 잔류물의 정의는 유럽(EU), 미국(EPA), 일본(JFCRF)에서는 플루옥사스트로빈과 플루옥사스트로빈 Z 이성질체의 합으로 정의하고 있으며, 감자, 대두 등 90품목에 대하여 0.01-60 mg/kg으로 잔류허용기준이 설정되어 있다. 코덱스(CODEX)와 국내에는 잔류허용기준이 설정되어 있지 않음에 따라 본 연구에서는 추후 국내·외 수입 및 재배 농산물 중 플루옥사스트로빈에 대한 잔류허용기준 준수 여부 확인을 위한 시험법을 개발하고자 하였다. 전처리 과정은 플루옥사스트로빈의 물리·화학적 특성을 고려하여 QuEChERS법을 이용한 추출 및 정제방법으로 최적화하였으며, LC-MS/MS를 이용하여 시험법을 개발하였다. 추출 용매는 아세토니트릴로 하고, MgSO4 및 PSA를 이용하여 정제과정을 확립하였다. 대표 농산물 5종에 대해 0.01, 0.1 및 0.5 mg/kg의 처리농도로 실험을 진행한 결과, 플루옥사스트로빈 및 플루옥사스트로빈 Z 이성질체의 결정계수(R2)는 0.998 이상이고 플루옥사스트로빈의 평균 회수율(n=5)은 75.5-100.3%, 플루옥사스트로빈 Z 이성질체는 75.0-103.9%이었다. 상대표준편차는 플루옥사스트로빈이 5.5% 이하, 플루옥사스트로빈 Z 이성질체가 4.3% 이하로 확인되었다. 또한 시험법의 유효성을 확인하기 위해 외부 실험기관인 광주지방식품의약품안전청과의 실험실간 검증을 진행하였으며, 검증 결과 두 실험실간의 회수율은 플루옥사스트로빈의 경우 80.3-101.4%, 플루옥사스트로빈 Z 이성질체는 80.2-105.0%이었고, 상대표준편차는 모두 18.1% 이하로 정확성 및 재현성이 우수함을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구 결과는 CODEX 가이드라인(CAC/GL 40-1993, 2003) 및 식품의약품안전평가원의 가이드라인(MFDS, 2016)에 만족함에 따라 공정시험법으로 활용 가능할 것이다.

일대잡종송(一代雜種松)의 교배친화력(交配親和力)과 특성(特性)에 관(關)한 연구(硏究) (Studies on the Species Crossabilities in the Genus Pinus and Principal Characteristics of F1 Hybrids)

  • 안건용
    • 한국산림과학회지
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    • 제16권1호
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    • pp.1-32
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    • 1972
  • 본연구(本硏究)는 주요조림수종(主要造林樹種)인 송백류중(松柏類中) 특(特)히 Sub-genus Diploxylon내(內)의 종간교잡(種間交雜)에 의(依)하여 생산(生産)된 일대잡종(一代雜種) ${\times}$P. rigielliottii, ${\times}$P. rigiradiata, ${\times}$P. rigiserotina 및 ${\times}$P. densithunbergii의 임성종자확득율(稔性種字穫得率)을 기준(基準)으로한 교배친화력(交配親和力)과 분류학상(分類學上)의 유연관계(類緣關係)를 검토(檢討)하는 동시(同時)에 조림지(造林地)에 있어서의 생장비교(生長比較), 침엽(針葉)의 외부(外部) 및 해부형태비교(解剖形態比較), phenol성물질(性物質)에 의(依)한 특성비교(特性比較) 및 천연적송림(天然赤松林)에 대(對)한 이입교잡현상등(移入交雜現象等)을 구명(究明)하여 금후계획적조림(今後計劃的造林)에 공헌(貢獻)할 잡종채종림조성(雜種採種林造成) 여부(與否)와 일대잡종(一代雜種)과 그 양친종간(兩親種間)의 차이점(差異點)을 분별관찰(分別觀察)한 결과(結果) 다음과 같은 성적(成績)을 얻었다. 1. 각공시수종(各供試樹種)을 Shaw, Pilger 및 Duffield 등(等)의 분류식(分類式)에 준(準)하여 각조합별(各組合別) 임성종자확득율(稔性種字穫得率)을 기준(基準)으로 교배친화력(交配親和力)과 유연관계(類緣關係)를 검토(檢討)한 바 각조합(各組合)의 양친종간(兩親種間)에는 상당(相當)한 교배친화력(交配親和力)이 있었고, 근연간(近緣間)임을 알수 있었으며, 각조합별(各組合別) 최고임성종자확득율(最高稔性種字穫得率)은 28~58%이었다(표(表) 13). 2. 조림지(稠林地)에 있어서 각일대잡종송(各一代雜種松)의 생장비교(生長比較)에서 특(特)히 ${\times}$P. rigiserotina는 수고(樹高)와 근원경(根元徑)에서 수종간(樹種間)에 1% 수준(水準)으로 고도(高度)의 유의성(有意性)이 있었으므로 재적비(材積比)에서도 종자모수(種字母樹) 보다 109~155%의 보다 월등(越等)한 생장(生長)을 보여 조림상(造林上) 유용성(有用性) 가치(價値)가 있는 우수(優秀)한 일대잡종(一代雜種)으로 기대(期待)되었다(표(表) 16, 17). 3. 각일대잡종송(各一代雜種松)은 내한성(耐寒性)에 있어서 종자모수(種字母樹)의 형질(形質)을 받어 전연(全然) 동해(凍害)를 받지 않았으므로 내한력(耐寒力)이 강(强)함을 알수있었다. 4. 침엽장비교(針葉長比較)에서 일대잡종(一代雜種)의 양친종간(兩親種間)에는 현저(顯著)히 식별(識別)되었으며, 화분모수(花粉母樹)의 형질(形質)을 받은 ${\times}$P. rigiserotina는 종자모수(種字母樹) 보다 65%의 보다큰치(値)를 보여 현저(顯著)하게 식별(識別)되었으나 타일대잡종송(他一代雜種松)은 종자모수(種字母樹)의 형질(形質)을 받어 엽장(葉長)만으로는 잡종성(雜種性)을 용이(容易)하게 식별(識別)하기 어려웠다(표(表) 21). 5. 침엽(針葉)의 해부형태(解剖形態)에 있어서 제형질중(諸形質中) 일부(一部) 예외(例外)도 있었으나 각일대잡종송(各一代雜種松)은 대부분(大部分)이 hypoderm에서 강화(强化)되었고, resin canal에서는 조합(組合)에 따라 종자모수(種字母樹) 또는 화분모수(花粉母樹)의 우성형질(優性形質)을 나타냈으며, fibrovascular bundle에서는 종자모수(種字母樹)와 같이 상이(相離)된 형질(形質)을 나타냈으므로 각일대잡종(各一代雜種)과 그 양친종간(兩親種間)의 식별(識別)이 어느정도(程度) 가능(可能)함을 보았다. 특(特)히 ${\times}$P. densithunbergii에서는 RDI 0.73으로 화분모수(花粉母樹)에 가까운 형질(形質)을 보였다(그림 1, 표(表) 22). 6. Phenol 성물질(性物質)에 의(依)한 특성비교(特性比較)에서 공시일대잡종중(供試一代雜種中) 특(特)히 ${\times}$P. rigielliottii, ${\times}$P. rigiradiata 및 ${\times}$P. rigitaeda는 공(共)히 Rf-0.46인 phenol 물질(物質) 7번(番)이 P. rigida와 동일(同一)하게 담황색(淡黃色)으로 반응(反應)되었으나 화분모수(花粉母樹)에는 반응(反應)이 나타나지 않았으므로 양친간(兩親間)에는 현저(顯著)한 식별(識別)을 할수있었다. 이 결과(結果)는 장차(將次) 차대검정(次代檢定)은 물론(勿論) 교잡육종(交雜育種)에 있어서 잡종성조기식별(雜種性早期識別)의 가능성(可能性)을 보았고, ${\times}$P. rigiserotina와 ${\times}$P. densithunbergii는 양친종(兩親種)과 동일(同一)한 반응(反應)을 나타내어 식별(識別)을 할수없었음을 보아 양친종(兩親種)이 근연간(近緣間)임을 알수있었다(그림 2, 표(表) 23). 7. TLC에 의(依)한 phenol성물질(性物質)의 분리(分離) 및 반응현상(反應現象)은 동일수종내(同一樹種內)에서는 개체별(個體別), 채취부위별(採取部位別), 수령별(樹齡別) 및 화분산지별(花粉産地別)에 관계(關係)없이 동일(同一)한 분리(分離) 및 반응현상(反應現象)을 보였으며, 전개용매(展開溶媒)에 있어서도 Aceton-Chloroform(3:7v/v)을 사용(使用)하였을때나 Benzene-Methanol-Acetic acid(90:16:8 v/v)를 사용(使用)했을때나 동일(同一)한 반응(反應)을 볼수있었다. 8. 천연적송림(天然赤松林)에 있어서의 이입교잡현상(移入交雜現象)은 조사지(調査地) 범위내(範圍內)에서는 동해(東海) 및 서해안지방(西海岸地方)의 각조사임분(各調査林分)의 대부분(大部分)이 잡종성(雜種性)인 사실(事實)과 동해안(東海岸) 보다 서해안지방(西海岸地方)의 조사임분(調査林分)이 월등(越等)히 높은 잡종성(雜種性)임을 알수있었다(표(表) 24, 25). 9. 한국(韓國) 및 일본(日本)에서 선발(選拔)된 수형목(秀型木)은 RDI에 있어서 순수(純粹)한 적송개체(赤松個體)를 발견(發見)할수 없었으며, 본공시목(本供試木)의 전부(全部)가 흑송(黑松)의 형질(形質)을 가진 잡종성(雜種性)임을 알수있었으므로 이러한 수형목(秀型木)은 잡종성(雜種性)에 기인(起因)한 것이라 사료(思料)된다. (그림 3,4, 표(表) 26,27).

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