퀴노아 형태적 특성과 종자 대사 구성의 다양성

May 10, 2024

과학 데이터 9권, 기사 번호: 323(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

퀴노아(Chenopodium quinoa Willd.)는 아마란스과(Amaranthaceae)의 한해살이 초본 작물입니다. 단백질과 필수 아미노산, 지질, 미네랄이 풍부한 영양가 있는 곡물을 얻기 위해 점점 더 많이 재배되고 있습니다. 퀴노아는 가뭄과 염분을 포함한 다양한 비생물적 스트레스에 대해 높은 내성을 보여 기후 변화 조건에서 농업 재배를 지원합니다. 퀴노아 곡물의 사용은 종자 껍질에 침전된 테르페노이드 계열의 2차 대사산물인 항영양 사포닌에 의해 손상됩니다. 소비하기 전에 이를 제거하려면 광범위한 세척이 필요하며 경제적으로나 환경적으로 불리한 공정이 필요합니다. 또는 번식을 통해 축적을 줄일 수 있습니다. 본 연구에서 우리는 액체 크로마토그래피-질량분석법을 사용하여 관련 종 2종을 포함한 471종의 퀴노아 품종에서 아미노산, 지방산, 사포닌을 포함한 종자 대사체를 분석했습니다. 또한, 우리는 바이오매스, 개화 시기, 종자 수확량 등 다양한 농업적 특성을 파악했습니다. 그 결과는 유전자형 사이에 상당한 다양성이 있음을 밝혀냈으며 향후 퀴노아의 육종이나 게놈 편집을 위한 지식 기반을 제공합니다.

측정

대사산물

기술 유형

LC-MS 질량분석법

퀴노아(Chenopodium quinoa Willd.)는 높은 단백질 함량, 지질의 구성 및 양, 필수 아미노산의 균형, 이소플라본 및 흥미로운 항산화 기능 등 비정상적으로 높은 곡물 영양가로 인해 전 세계적으로 점점 더 주목받고 있습니다. 2,3. 퀴노아는 약 7,000년 전 티티카카 호수 유역에서 처음으로 재배되었으며, 그곳에서 남미와 전 세계의 다른 지역으로 퍼졌습니다4.

퀴노아의 농업적으로 중요한 자산은 다양한 농생태학적 지역에 적응할 수 있는 놀라운 능력입니다. 이를 통해 덥고 건조한 사막과 상대 습도가 최대 88%, −8°C ~ 40°C5, 해수면에서 자라는 열대 지역에서 자랄 수 있습니다. 해발 4,000m의 산악지대까지. 나트륨 및 알칼리성 토양에 대한 적응성도 뛰어나 pH 4.5에서 9.06까지 재배할 수 있습니다. 퀴노아는 연간 강우량이 200mm 미만인 지역에서 잘 자라는 가뭄 저항성이 매우 높은 작물입니다(7 및 해당 참조 자료). 높은 염도에 대한 내성이 있으며 조건 염생식물로 간주됩니다8,9,10. 2013년, 식량농업기구(FAO)는 식량이 부족한 국가의 기아와 영양실조를 완화하는 데 도움이 되는 작물의 능력을 인정하고 안데스 사람들의 선조들의 노력을 인정하여 '세계 퀴노아의 해'를 선언했습니다. 퀴노아를 작물로 보존하기 위해(http://www.fao.org/quinoa-2013/en/).

퀴노아 곡물은 탁월한 영양가를 갖고 있지만, 종자 껍질에는 일반적으로 쓴맛이 나고 잠재적으로 항영양 효과가 있는 사포닌이 함유되어 있습니다11. 따라서 퀴노아 종자를 섭취하기 전에 사포닌을 제거하려면 상당한 가공(물을 많이 사용하는 세척)이 필요합니다. 사포닌의 감소는 육종 목표였으며 미래에는 게놈 편집과 같은 생명공학적 방법을 통해서도 달성될 수 있습니다. 퀴노아 사포닌은 주로 트리테르페노이드 배당체 형태로 존재합니다12,13,14. 그들의 큰 구조적 다양성은 분석을 사소하지 않게 만듭니다15.

퀴노아에 함유된 사포닌의 생물학적 기능은 아직 조사되지 않았습니다. 사포닌은 종자 발아와 조류 또는 곰팡이 감염을 억제하는 역할을 할 수 있습니다(16에서 검토). 증거에 따르면 사포닌의 총량은 (예: bHLH 전사 인자 CqTSARL1에 의해) 조절될 뿐만 아니라 사포닌 프로필도 조절됩니다. 그러나 현재까지 소수의 퀴노아 유전자형에 대한 종자 사포닌 프로필이 결정되었습니다17. 일부 사포닌은 인간의 건강에도 유익할 수 있으므로18, 사포닌 구성의 다양성은 새롭고 더욱 건강한 퀴노아 품종을 육종하는 데 훌륭한 자원이 됩니다.