인삼은 음지성 작물인데 7~8월 고온기에 강광과 고온하에서 잎의 가장자리부터 피해를 받아 결국 고사하게 되는 고온장해(엽소)가 발생한다. 엽소 피해를 받은 인삼은 근중의 감소, 뿌리 조직의 스폰지화로 인해 홍삼제조 시 내공의 발생율이 증가한다. 기존에 육성된 천풍은 지하부 체형과 홍삼품질이 우수하나 엽소에 약하다. 반면 엽소에 강한 연풍은 지하부 체형과 홍삼품질이 불량한 단점이 있다. 이에 따라 엽소에 강하고 홍삼품질이 우수한 인삼 품종의 개발이 시급하다. 본 연구는 엽소에 내성으로 선발된 ‘선일’ 품종의 시기별 고온장해 발생율, 엽록소 형광반응, Fm/Fv 값 변화, 인삼 잎 조직의 큐티클 층의 분포와 두께, 광합성 특성 및 유효성분 분석 결과를 보고 하고자 한다.

Cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD, EC 1.1.1.95), catalyzes the reduction of hydroxycinnamaldehydes to give hydroxycinnamyl alcohols, or "monolignols," the monomeric precursors of lignin. Lignins are important components of cell walls and lignified secondary cell walls play crucial roles in long distance transport of water and nutrients during plant growth and development and in plant defense against biotic and abiotic stresses. Here a cDNA clone containing a CAD gene, named as PgCAD, was isolated from a commercial medicinal plant Panax ginseng. PgCAD is predicted to encode a precursor protein of 177 amino acid residues, and its sequence shares high homology with a number of other plant CADS. The expression of PgCAD in adventitious roots and hairy roots of P. ginseng was analyzed using reverse transcriptase (RT)-PCR under various abiotic stresses such as salt, salicylic acid, wounding and chilling treatment that triggered a significant induction of PgCAD at different time points within 2-48 h post-treatment. This study revealed that PgCAD may help the plants to survive against various abiotic stresses.

Malate dehydrogenase is a ubiquitous enzyme in plants, involving in a range of metabolic processes depending on its subcellular location. A malate dehydrogenase (PgMDH) cDNA was isolated and characterized from the root of Panax ginseng C. A. Meyer. The deduced amino acid sequence of PgMDH showed high similarity with the NAD-dependent mitochondrial malate dehydrogenase from Glycinemax (P17783), Eucalyptus gunnii (P46487), and Lycopersicon esculentum (AAU29198). And the segment of a malate dehydrogenase gene was amplified through RT-PCR. The expression of PgMDH was increased after treatments of chilling, salt, UV, cadmium or copper treatment.

인삼의 생장에서 염류의 집적은 우량 인삼의 생산에 많은 장애요인이 되고 있다. 본 연구에서는 순계 분리된 인삼의 우수 계통으로부터 NaCl 처리에 따른 생장율 조사와 ginsenoside의 생산에 미치는 영향을 조사하였다. 선발된 모상근(KGHR-8)으로부터 ginsenosides의 함량에 미치는 NaCl의 최적 농도를 조사하기 위하여 30일간 배양한 결과 NaCl의 농도가 증가함에 따라 모상근의 생장은 감소하였지만, total ginsenoside의 함량은 0.24M NaCl 처리구에서 높은 증가를 가져왔으며 특히 광을 조사하여 배양한 결과 높게 검출되었다. 0.24 M NaCl 농도로 광상태하에서 함량은 61.7% 증가하는 양상을 나타내었다. (Table 1). 또한 모상근의 생장을 최적 상태로 설정하기 위해 two step culture 방법을 조사한 결과, 0.05M, 0.1M NaCl 처리시 모상근의 생장율은 각각 약 62%, 76% 감소한 반면, ginsenoside의 함량은 29%, 48% 각각 향상되었다. 모상근은 방어기작의 일환으로 NaCl을 elicitor로 인지하고 2차대사산물인 사포닌의 생산에 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

To investigate effects on the growth and ginsenosides accumulation in ginseng hairy root, potassium phosphate was supplemented with 1.25, 2.5, and 5.0 mM concentration in 1/2 MS medium, respectively. Potassium phosphate supplement was increased the biomass and ginsenosides accumulation when it was dose at the concentration of 1.25 mM. And the growth rate of hairy root in the light condition was higher than in dark condition. The highest contents and productivity of ginsenosides were observed at the supplement of 1.25 mM potassium phosphate at the 7th day after the culture onset. Ginseng hairy root cultured in 20 L bioreactor supplemented with 1.25 mM KH2PO4 was increased the growth with 1,609 g (F·W) and ginsenosides content with 11.09 mg than those in control.

To investigate the effect of culture conditions on growth and ginsenosides accumulation, we cultured the ginseng hairy root under three different media, white light or ultra-violet irradiation. The MS/B5 medium containning MS basal salt and B5 vitamin was good for the growth and ginsenoside accumulation. The light during the culture period of ginseng hairy root was irradiated. The growth was abundant in the ginseng hairy root cultured in dark. But the ginsenosides accumulation was higher than in the ginseng hairy root cultured in the light irradiation. When the ginseng hairy root was cultured in 20 L bioreactor, the ginsenosides accumulation was observed at 34% higher than the hairy root cultured in dark. UV irradiated the ginseng hairy root during the culture period. The long time irradiation of UV was caused decreasing the growth of ginseng hairy root, but the accumulation of ginsenosidess was increased as to the irradiated time.

본 연구에서는 인삼 잎으로부터 정제한 mRNA를 이용하여 cDNA library를 제작하였다. 이 cDNA library로 부터 349개의 에너지 대사 관련 유전자를 선발 하였다. 에너지 대사 관련 유전자의 평균 사이즈는 0.49 kb이며, 에너지 관련 유전자들의 세부 기능별 발현을 분석한 결과 aerobic respiration(48.4%), accessory proteins of electron transport and membrane associated energy conservation(17.2%), glycolysis and gluconeogenesis(3.4%), electron transport and membrane associated energy conservation(2.9%), respiration(2.0%), glycolysis methylglyoxal byp-ass(1.7%), metabolism of energy reserves(0.6%)와 alcohol fermentation(0.3%)의 분포를 보였다. 인삼 잎에서 발현되는 유전자중 가장 많이 발현된 Chlorophyll a/b binding protein of IhcII type I(36.6%), Photosystem II oxygen-evolving complex protein(6.6%) 등이 발현되었다.

제주도에 자생하는 부채 선인장인 백년초의 기원 규명을 목적으로 ITS primer를 이용하여 685 bp의 ITS 영역을 분리하였다. ITS 영역의 염기서열을 분석한 결과 18S rRNA의 길이는 54 bp, 26S rRNA는 55 bp, ITS1은 193 bp, ITS2는 220 bp로 구성되어 있었다. 백년초 ITS 영역은 기존에 보고된 Cucurbitoideae 식물들의 ITS 영역에 비하여 ITS2 스페이서 영역의 239-254 bp보다는 다소 짧았다. 그러나 이들 스페이서 영역의 GC 함량은 백년초의 경우 ITS1은 66.8%, ITS2의 경우에는 67.7%로 Cucurbitoideae 식물들에서 보다 높은 GC 함량을 나타내었다. 백년초 선인장의 rDNA 영역에 가장 높은 상동성을 나타낸 것은 같은 Opuntioideae에 속하는 Pereskiopsis porteri(L78037)로 95%의 유사도를 나타내었다. 백년초 rDNA Clustal W 프로그램을 이용하여 유연관계를 조사한 결과 같은 Opuntioideae에 속하는 Pereskiopsis porteri(L78037)와 같은 cluster로 분리되었다.

고기능성 홍삼사포닌성분의 함량을 증대시키기 위한 목적으로 홍삼엑스에 열처리, 산(acid)처리하여 그 가능성을 조사하였다. 산도를 조정하지 않은 무처리구(control, pH 4.4)에 120℃ 열처리한 경우 ginsenoside-Rg3의 함량이 약 2배 정도 증가였다. 구연산으로 pH 2.0으로 조정하고 온도처리한 처리구에서는 2.8배나 많은 ginsenoside-Rg3 성분이 증가하였으나 다른 유효한 사포닌의 파괴가 두드러져 처음 홍삼엑스에 함유되어 있던 총사포닌의 65% 정도가 소실되었다. 80℃에서 12시간 처리를 한 경우에는 pH를 2.5와 2.0로 조정한 처리구에서는 11.20 mg과 12.50 mg으로 홍삼엑스의 3.3 mg보다 3.3배 이상 ginsenoside-Rg3 성분이 변환되었다. Ginsenoside-Rb1, Rb2, Rc, Re, Rg1의 함량이 산도가 높아짐에 따라서 급격히 소실되었고 홍삼 특이성분(ginsenoside-Rg3, RH2, Rh1)의 함량은 현저히 증가되었다. 매실엑스로 pH를 2.5로 조정한 처리구에서는 13.34 mg으로 홍삼엑스의 3.3 mg보다 4배 이상 변환된 것으로 분석되었다. 비록 31%정도의 total saponin의 감소가 있었으나 120℃의 고온처리에서 처럼 다른 유효한 사포닌의 큰 손실 없이 60℃에 12시간 처리하는 것만으로도 다량의 ginsenoside-Rg3를 생산하는 것을 확인하였다.

홍삼 제조공정을 단순화하면서 효율적으로 유효성분을 증대시키기 위해서 4년근 수삼을 구입하여 깨끗이 수세한 후 96-98℃에 3시간 정도 수증기로 증삼한 후 30시간 정도 열풍건조하여 홍삼제조를 위한 간이법을 개발하였다. 제조한 홍삼으로부터 홍삼엑스(60˚ brix 이상)를 제조하였으며 홍삼엑스의 추출수율은 60% 이상이었다. 간이법으로 제조한 홍삼을 재료로 하여 농축한 홍삼엑스의 사포닌 함량을 조사하기 위해서 HPLC를 이용하여 총 사포닌(total saponin)을 분석하였다. 그 결과 PD계 사포닌 중 암세포전이억제효과와 평활근이완작용이 탁월한 ginsenoside-Rg3에는 H사에 비하여 2배 이상 검출되었으며, 간상해 억제작용과 혈소판 응집억제작용이 있는 것으로 알려진 ginsenoside-Rh1종의 경우 3배 이상 검출이 되었다.

광계II(PSII)는 고등식물의 chloroplast에서 두 개의 광합성 반응중심 중의 하나이다. Chlorophyll a/b 광수확 복합체는 광계II를 위한 안테나 역할을 수행한다. 본 연구에서는 인삼의 잎조직을 제작한 cDNA library로부터 chlorophyll a/b-binding protein (Cab) 유전자를 분리하였다. 인삼 Cab유전자는 935 bp의 염기와 265개의 아미노산 잔기(pI 5.63)로 구성된 한 개의 ORF를 포함하고 있으며, 단백질의 분자량은 28.6 kDa으로 추정되었다. 인삼에서 분리한 Cab 유전자는 기존에 식물에서 보고된 유전자들과 유사성을 나타내었으며, 유사도는 68-92%로 나타났다. 아미노산 서열을 비교하여 유연관계를 분석한 결과 인삼의 Cab 유전자는 비교된 P. persica (AAC34983), A.thaliana (AAD28771), G. hirsutum (CAA38025), G. max (AAL29886), V. radiata (AAF89205) 등과 동일한 그룹으로 분리되었다.

고려 인삼(Panax ginseng)의 뿌리로부터 ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase small subunit(rbcS) 유전자를 선발하여 sequence 분석을 실시하였다. 고려 인삼 rbcS cDNA는 790 bp 염기로 구성되어 있으며, 183개의 아미노산(pI 8.37)을 코드하는 549 bp의 ORF를 가지고 있고 단백질의 분자량은 20.5 kDa으로 추정되었다. 인삼 rbcS는 기존에 보고된 것과 유사성을 나타내었으며, Helianthus annuus(CAA68490)에서 분리된 것과 78%의 높은 상동성을 보였다. 기존에 데이터베이스에 축적되어 있는 다른 식물체로부터 분리된 rbcS와 아미노산 서열을 비교한 결과 인삼의 ybcS는 H. annuus (CAA68490), C. morifolium (AAO25119), L. sativa (Q40250)와 밀접한 유연관계에 있는 것으로 조사되었다.

쑥의 어린 잎은 민간요법에서 복통이나 구토, 월경불순 등의 치료에 사용되어 온 귀중한 약재로 최근에는 항 말라리아 효과를 나타내는 artemisinin 성분이 주목을 받고 있다. 국내에 자생하는 야생 쑥에 대한 자원식물로써의 가능성을 제시하기 위하여 야생쑥과 이로부터 유도한 기내배양세포로부터 artemisinin의 생합성 여부를 조사하였다 그 결과 그 동안 개똥쑥에서만 존재하는 것으로 알려진 artemisinin이 국내 야생 쑥에서도 생합성되는 것을 확인하였다. Artemisinin 및 유용한 이차대사산물의 기내 배양을 통한 대량생산의 가능성을 조사하기 위해 쑥의 어린 식물체로부터 조직 및 현탁 세포배양계를 확립하였다. Callus와 현탁배양 세포의 유도 및 성장은 0,2 mg/l 2,4-Df와 0.1 mg/l BAP가 처리되고 2% sucrose를 첨가한 MS배지에서 가장 좋게 나타났다. 이들 callus와 현탁배양세포 그리고 식물체에 존재하는 다양한 대사물질들을 비교하기 위해 TLC분석을 실시한 결과, 기내배양세포에서 특이적인 페놀 화합물, 터펜화합물, 아미노산 등이 존재하고 있는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 쪽의 기내 배양계를 통해 다양한 유용물질의 대량생산에 대한 가능성을 제시하고 있다.

인삼에 염류내성을 증진시키기 위해서 Arobidopsis에서 분리한 SAL1 (3‘(2’),5‘-bis-phosphate nucleotidase) 유전자를 Agrobacterium Tumefaciens을 이용하여 인삼자엽으로부터 형질 전환체를 유도하였다. Agrobacterium 과 공동배양 후 식물호르몬 무첨가 선발배지 (kanamycin 100 mg/l)에 치상한 결과 10%미만의 자엽에서 형질전환 인삼체세포배가 발생되었으나, Agrobacterium과 공동배양 후 1.0 mg/l 2.4-D와 0.5 mg/l kinetin의 식물호르몬을 첨가한 배지에 옮겨준 경우에는 74%의 형질전환율을 보였다. 발생한 체세포배는 초기에 250 mg/l 의 cefotaxime이 첨가된 MS배지에서 3주간 배양한 후 100 mg/l kanamycin과 250 mg/l cefotaxime이 첨가된 MS배지에 계대배양하여 선발하였다. 자엽단계로 발달한 체세포배들은 발아시키기 위해서 50 mg/l kanamycin과 10 mg/l 지베렐린이 첨가된 MS 배지로 옮겨 선발하였다. Kanamycin 첨가배지에서 선발된 체세포배들은 특이 프라이머로 PCR 증폭을 통하여 최종적으로 형질전환체를 확인하였으며, 줄기와 뿌리가 잘 발달된 형질전환체들은 성공적으로 토양에 순화시켰다.

더덕의 뿌리로부터 aluminum스트레스와 관련이 있는 aluminum induce protein(ClAIP)유전자를 분리하였다. ClAIP 유전자의 염기서열를 분석한 결과 906 bp 길이로, 236개의 아미노산으로 번역되는 711bp의 ORF를 가지고 있으며, A. marina(84%), G. hirsutum(84%), V. radiata(83%), A. thaliana(80%), B. hapus(78%), T. aestivum(68%) 등 다른 식물에서 밝혀져 있는 aluminum induce protein과 높은 상동성을 나타내었고, N-terminal에는 Asn synthetase영역이 존재하고 있다. 더덕에서 분리한 aluminum induced protein(ClAIP)을 aluminum처리 농도와 시간에 따른 ClAIP유전자의 발현양상을 알아보고자 50uM Al3+ 를 처리 후 시간대별로 RT-PCR을 수행한 결과 시간이 지남에 따라 ClAIP유전자의 발현이 증가되는 것으로 나타났다 중금속, 염 , 온도에 대한 유전자의 발현양상을 조사하기 위 해 50uM CdCl,2, 20 uM CuSO4, 50uM Fe2O3, 100 uM NaCl를 2일과 42℃에서 4시간 처리 후 발현량을 조사한 결과 카드뮴(Cd)에 대해서 특이적으로 반응하는 것으로 나타났다.