Biochemical basis for kernel testa pigmentation of groundnut (Arachis hypogaea L.) genotypes under ambient storage

기술 요약: 상온 저장 중 땅콩 유전자형의 커널 테스타(Kernel Testa) 색소 형성에 대한 생화학적 기초

문제 제기
땅콩(Arachis hypogaea L.)은 인도의, 특히 안드라프라데시주의 반건조 열대 지역에서 중요한 유지 종자 작물이다. 그러나 마케팅 전 농민들이 장기간 상온 저장하는 동안 발생하는 종자 품질 저하는 중요한 제약 요인으로 남아 있다. 고온 및 변동하는 상대 습도와 같은 환경적 스트레스 요인은 산화 대사, 지질 과산화 및 항산화 관련 대사산물의 분해를 가속화한다. 이러한 저하는 종자의 활력, 생화학적 안정성 및 영양 품질에 부정적인 영향을 미친다. 페놀, 플라보노이드, 안토시아닌, 당류, 단백질과 같은 생화학적 구성 요소가 종자 활력과 항산화 잠재력에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으나, 사후 회복력을 높인 품종을 식별하기 위해 이러한 대사산물의 유전형 변이와 반건조 열대 저장 조건하에서의 안정성을 규명할 필요가 있다.

연구 방법
본 연구는 2024년 및 2025년 카리프(Kharif) 시즌 동안 티루파티(Tirupati) 소재 지역 농업 연구소(RARS)에서 수행되었다. 6가지 재배 땅콩 유전자형(K-6, Dharani, Kadiri Lepakshi, Narayani, Himani, Viserishta)을 3반복의 난괴법(Randomized Block Design, RBD)을 사용하여 평가하였다.

• 시료 채취 및 저장: 커널 샘플은 수확 시점에 수집되었으며, 이후 상온 저장 조건에서 수확 후 30일 및 60일(DAH)째에 분석되었다.
• 생화학적 분석:
  • 총 페놀 함량: Folin–Ciocalteu 발색법(Singleton and Rossi, 1965)을 통해 추정하였으며, mg gallic acid equivalents (GAE) g⁻¹ FW로 표기하였다.
  • 총 안토시아닌: pH 차이법을 사용하여 결정하였으며, mg g⁻¹ FW로 표기하였다.
  • 총 플라보노이드: 알루미늄 클로라이드 발색법을 통해 측정하였으며, mg quercetin equivalents g⁻¹ FW로 표기하였다.
  • 총 당류: Anthrone법(Yemm and Willis, 1954)을 사용하여 추정하였으며, mg g⁻¹ FW로 표기하였다.
  • 단백질 함량: Lowry 등의 방법(1951)에 따라 분석하였으며, 백분율(%)로 표기하였다.
  • 유지 함량: 근적외선 분광법(NIRS)을 사용하여 결정하였다.
• 통계 분석: 데이터는 RBD에 대한 분산 분석(ANOVA)을 실시하였다. 대사산물 간의 연관성을 평가하기 위해 피어슨 상관 계수를 계산하였고, 총 페놀과 안토시아닌 사이의 관계를 조사하기 위해 선형 회귀 분석을 수행하였다. 다변량 관계를 규명하기 위해 주성분 분석(PCA)을 활용하였다.

주요 결과
평가된 모든 생화학적 대사산물 및 수량 형질에서 유의미한 유전형 변이가 관찰되었다.

• 수확 시 생화학적 조성:

  • 페놀류: 유전자형 K-6가 가장 높은 총 페놀 함량(5.70 mg g⁻¹ FW)을 보였으며, Himani와 Kadiri Lepakshi가 그 뒤를 이었다.
  • 안토시아닌: K-6가 가장 높은 안토시아닌 함량(0.347 mg g⁻¹ FW)을 기록하였고, Dharani(0.308 mg g⁻¹ FW)가 그 다음이었다.
  • 당류 및 단백질: Dharani는 가장 높은 총 당 함량(0.83 mg g⁻¹ FW)과 단백질 함량(25.64%)을 나타냈다.
  • 유지 함량: Kadiri Lepakshi가 가장 높은 유지 함량(48.8%)을 입증하였다.
  • 수량: Visishta 유전자형이 우수한 꼬투리 수량(2015.4 kg ha⁻¹)과 커널 수량(1396.7 kg ha⁻¹)을 기록하였다. Kadiri Lepakshi는 가장 높은 수확 지수(71.7%)를 달성하였다.

• 저장 역학:

  • 수확부터 60 DAH까지 페놀, 안토시아닌, 당류의 점진적인 감소가 관찰되었다. 이러한 감소는 저장 환경에 의한 산화적 분해 및 호흡 대사에 기인한다.
  • 단백질 함량은 페놀이나 안토시아닌에 비해 상대적으로 낮은 변동성을 보였으며, 이는 상온 조건에서 저장 단백질의 더 나은 안정성을 나타낸다.
  • 색소가 있는 유전자형은 색소가 적은 유전자형에 비해 높은 수준의 페놀, 플라보노이드 및 안토시아닌을 축적하는 경향을 보였다.

• 상관관계 및 다변량 분석:

  • 피어슨 상관 분석 결과, 페놀, 플라보노이드, 안토시아닌 사이에 양의 상관관계가 나타났으며, 이는 페닐프로파노이드 유래 대사산물의 조화로운 축적을 시사한다.
  • 총 페놀과 안토시아닌 사이에는 약한 양의 선형 연관성이 발견되었다 (회귀 방정식: $y = 0.0068x + 0.2448$; $R^2 = 0.014$).
  • PCA 결과, 첫 두 개의 주성분이 전체 변이의 81.9%를 설명하였다. 바이플롯(Biplot)은 생화학적 조성에 따라 유전자형을 구분하였다: K-6는 페놀 및 안토시아닌 벡터와 함께 클러스터링되었고, Dharani는 단백질 및 당류와, Kadiri Lepakshi는 유지 함량과, Narayani는 안토시아닌 관련 형질과 함께 나타났다.

의의 및 주장
본 논문은 커널 테스타와 관련된 생화학적 대사산물의 식별된 유전형 변이가 반건조 열대 환경에서의 저장 안정성을 이해하는 데 매우 중요하다고 상정한다. 본 연구의 주장은 다음과 같다:

1. 유전형 선택: 특정 유전자형은 내재적인 생화학적 안정성을 보유하고 있다. K-6, Dharani, Narayani는 우수한 생화학적 안정성과 항산화 대사산물 축적을 보여, 사후 품질 개선을 위한 귀중한 유전자원으로서 강조된다.
2. 대사산물의 역할: 페놀, 플라보노이드, 안토시아닌 사이의 양의 연관성은 이들이 저장 기간 동안 커널 테스타의 색소 형성과 생화학적 안정성을 유지하는 데 집단적으로 기여하며, 잠재적으로 세포의 산화-환원 균형을 안정화한다는 것을 시사한다.
3. 저장 회복력: 항산화 대사산물을 초기에 더 많이 축적하는 유전자형은 안드라프라데시주의 반건조 조건에서 발생하는 산화적 스트레스에 대해 상대적으로 더 나은 저장 회복력을 보일 수 있다.

저자들은 Visishta가 우수한 수량 잠재력을 제공하는 반면, K-6, Dharani, Narayani의 생화학적 프로파일은 연구된 환경 조건 하에서 저장 회복력과 영양 품질을 높이는 데 있어 특정한 이점을 제공한다고 결론짓는다.