분자네트워킹을 활용한 쑥 속 식물의 종 특이적 성분 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The genus Artemisia, belonging to the family Asteraceae, includes more than 500 species of herb and shrubs. Artemisia species are perennial herbs that grow about 60–120 cm height and propagate rapidly through horizontal extending rhizomes. Their stems and leaves are covered with fine, web-like white hairs, and the leaves are deeply divided into fan-shaped or feather shape. The upper surfaces of the leaves are light green, while the undersides grayish-white due to the white hairs The purpose of this study is to investigate the species-specific compounds found in Artemisia plants, as different species contain different amounts of various compounds and have different uses. This research focuses to identify the compounds that are specifically abundant in certain Artemisia species and to explore related compound families. In this study, 70% ethanol extracts were prepared from thirteen Artemisia species: Artemisia annua, A. littoricola Kitam., A. stolonifera (Maxim.) Kom., A. iwayomogi Kitam., A. rubripes Nakai, A. keiskeana Miq., A. scoparia Waldst & Kitam., A. capillaris Thunb., A. montana (Nakai) Pamp., A. sieversiana Ehrh. ex Willd, A. indica Willd, A. argyi H.Lév. & Vaniot, and A. anomala S. Moore. Species-specific compound isolation was conducted using these extracts, and molecular networking was applied to visualize the distribution of metabolites across the thirteen Artemisia species. UHPLC-MS analysis was conducted on three solvent fractions (n-hexane, EtOAc, and n-BuOH) of both species under a single positive ionization mode. Using data preprocessing software and the GNPS (Global Natural Products Social Molecular Networking) visualization platform. Species-specific compounds were isolated from these extracts, and molecular networking was applied to visualize the distribution of metabolites across the thirteen Artemisia species. In this study, to isolate species-specific compound from A. keiskeana and A. anomala, an experiment was conducted from 70% ethanol extract of the whole plant of A. keiskeana and A. anomala. A total of ten compounds were isolated, compounds 1-2 are coumarins specifically and abundantly found in A. keiskeana. Compounds 3-6 are simple coumarins or biscoumarins, compound 7-8 are phenylpropanoids, and compounds 9-10 are dipeptides specifically distributed in A. anomala. The isolated compound 1-10 were spectroscopic and physicochemical analyses identified these compounds as Isofraxidin (1), Daphnoretin (2), Umbelliferone (3), 7,7′-Dihydroxy-8,8′-biscoumarin (4), Bicoumol (5), Scopoletin (6), 3,4-Di-O-caffeoylquinic acid methyl ester (7), 3,5-Di-O-caffeoylquinic acid methyl ester (8), Aurantiamide (9), and Asperglaucide (10). confirmed the presence of compounds 1-10 were isolated and structurally characterized.

국문 초록 (Abstract)

쑥 속(Artemisia genus) 식물은 국화과(Asteraceae)에 속하는 식물 속으로, 500여 종 이상에 달하는 초본과 관목을 포함한다. 쑥 속 식물은 다년생 초본으로, 60~120cm 정도 자라고 뿌리줄기가 옆으로 뻗어 빠르게 번식한다. 줄기와 잎 전체가 거미줄 같은 흰 털로 덮여 있고, 잎은 부채꼴 또는 깃털 모양으로 깊게 갈라진다. 잎의 윗면은 연녹색, 뒷면은 흰 털로 덮여 회백색을 띈다. 쑥 속 식물은 다양한 종을 가진 식물로 각 종마다 분포하는 화합물의 함량은 다르며 쓰임새 또한 다르다. 이 연구를 통해 쑥 속 식물의 종에서 특이적으로 많이 분포하는 화합물과 비슷한 계열을 알아보기 위하여 연구를 진행하게 되었다.
본 연구에서는 개똥쑥(Artemisia annua.), 갯제비쑥(A. littoricola Kitam.), 넓은잎외잎쑥(A. stolonifera (Maxim.) Kom.), 더위지기(A. iwayomogi Kitam.), 덤불쑥(A. rubripes Nakai), 맑은대쑥(A. keiskeana Miq.), 비쑥(A. scoparia Waldst & Kitam.), 사철쑥(A. capillaris Thunb), 산쑥(A. montana (Nakai) Pamp.), 산흰쑥(A. sieversiana Ehrh. ex Willd), 쑥 (A. indica Willd), 황해쑥(A. argyi H.Lév. & Vaniot), 유기노(A. anomala S. Moore) 13종의 쑥 속 식물의 70% 주정 EtOH 추출물을 가지고 종 특이적 성분 분리 연구를 진행하였고, 분자네트워킹 접근법을 활용하여 13종의 쑥 속 식물에 분포하는 화합물을 네트워크를 통한 시각화로 확인하였다.
UHPLC-MS를 이용하여 맑은대쑥과 유기노 세 가지 분획 층(n-hexane, EtOAc, n-BuOH)의 질량분석 데이터를 하나의 이온화 모드 (양이온)에서 얻었고, 데이터 전처리 소프트웨어와 데이터 시각화 플랫폼인 GNPS (Global Natural Product Social Molecular Networking)를 사용하였다.
종 특이적으로 분포하는 화합물을 가진 맑은대쑥과 유기노를 70% 주정 에탄올로 추출 후 화합물의 분리 연구를 진행하였다. 총 10개의 화합물을 분리하였으며, 화합물 1-2는 맑은대쑥에서 특이적 및 다량 분포하는 coumarin 화합물, 화합물 3-6은 simple coumarin 또는 biscoumarin, 화합물 7-8 은 phenylpropanoids, 화합물 9-10은 유기노에서 특이적으로 분포하는 dipeptide이다. 분리된 화합물 1-10은 분광학적 및 이화학적 분석을 통해서 각각의 구조를 Isofraxidin (1), Daphnoretin (2), Umbelliferone (3), 7,7′-Dihydroxy-8,8′-biscoumarin (4), Bicoumol (5), Scopoletin (6), 3,4-Di-O-caffeoylquinic acid methyl ester (7) 3,5-Di-O-caffeoylquinic acid methyl ester (8), Aurantiamide (9), Asperglaucide (10)로 동정하였다. 이러한 과정을 통해 분리한 화합물 1-10을 구조동정하였다.

목차 (Table of Contents)

• 초 록 i
• 목 차 iii
• List of Abbreviations vi
• List of Figures viii
• List of Schemes ix
• List of Tables x
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 실험 재료 및 방법 6
• 1. 실험 재료 6
• 1.1. 식물 재료 6
• 1.2. 분석 시료 6
• 1.3. 용매 및 기타시약 7
• 1.4. 기기 및 장비 8
• 2. UHPLC-MS/MS 를 이용한 쑥 속 식물 화합물 구성성분 분석 10
• 2.1. 분석용 시료 제조 10
• 2.2. 분석 방법 10
• 2.3. UHPLC-MS 데이터 처리 11
• 3. 실험방법 13
• 3.1. 맑은대쑥의 추출 및 분획 13
• 3.2. 맑은대쑥의 EtOAc 분획물로부터 화합물 분리 14
• 3.2.1. 화합물 1 의 분리 15
• 3.2.2. 화합물 2 의 분리 15
• 3.2.3. 화합물 3 의 분리 16
• 3.2.4. 화합물 4 의 분리 16
• 3.2.5. 화합물 5 의 분리 17
• 3.2.6. 화합물 6 의 분리 17
• 3.2.7. 화합물 7 의 분리 18
• 3.2.8. 화합물 8 의 분리 19
• 3.3. 유기노의 추출, 분획 및 n-hexane 분획물로부터 화합물 분리 20
• 3.3.1. 화합물 9 의 분리 22
• 3.3.2. 화합물 10 의 분리 22
• Ⅲ. 결과 및 고찰 28
• 1. UHPLC-MS 를 이용한 분자네트워킹 28
• 2. 맑은대쑥에서 분리한 화합물의 구조동정 33
• 2.1. 화합물 1 의 구조 분석 33
• 2.2. 화합물 2 의 구조 분석 35
• 2.3. 화합물 3 의 구조 분석 37
• 2.4. 화합물 4 의 구조 분석 39
• 2.5. 화합물 5 의 구조 분석 41
• 2.6. 화합물 6 의 구조 분석 43
• 2.7. 화합물 7 의 구조 분석 45
• 2.8. 화합물 8 의 구조 분석 48
• 3. 유기노에서 분리한 화합물의 구조동정 51
• 3.1. 화합물 9 의 구조 분석 51
• 3.2. 화합물 10 의 구조 분석 53
• Ⅳ. 결 론 56
• V. 참고문헌 58
• Abstract 62