질량분석 데이터 기반 백수오 계통 판정을 위한 다변량 분석 = A multivariate analysis study for the identification of Cynanchum wilfordii accessions based on mass spectrometry data

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cynanchum wilfordii Hemsley is an indigenous Korean plant that is widely distributed across mountains and fields throughout the country. For several decades, local farmers have collected wild plants and cultivated them as an agricultural crop. Owing to its diverse pharmacological properties, such as the alleviation of menopausal symptoms, anti-inflammatory activity, and antioxidant effects, it is widely used as a medicinal herb and as a raw material for health functional foods. However, C. wilfordii exhibits substantial diversity in morphological traits, functional characteristics, and agricultural productivity even within the same species, resulting in increasing demand for the development of superior lines and customized products.
In this study, we aimed to identify metabolite datasets that can discriminate among lines based on differences in phenotypic traits, including fresh weight, length, diameter, and root coloration. Metabolite profiles were obtained using LC-MS/MS, and multivariate statistical analyses such as PCA and PLS DA were applied to evaluate metabolic variation across lines and to identify metabolites that reflect line specific characteristics. Through this approach, we elucidated key differences in major metabolites and extracted candidate metabolite markers capable of distinguishing specific lines.
These results objectively demonstrate the metabolic diversity of C. wilfordii and provide foundational data for establishing a classification framework based on chemical characteristics. Furthermore, this study is expected to contribute to line selection based on functional compound content, the standardized production of raw materials, the development of tailored health functional foods, and the implementation of industrial quality control systems.

국문 초록 (Abstract)

백수오(Cynanchum wilfordii Hemsley)는 한국 토종 식물로 전국의 산야에 분포하며 농민들은 수십년 전부터 야생 백수오를 수집하여 밭에서 재배 생산하고 있다. 갱년기 증상 완화, 항염, 항산화 등 다양한 약리적인 효능을 가지고 있어 한약재 및 건강 기능성 식품의 원료로 널리 사용되고 있다. 하지만, 같은 백수오라 하더라도 형태적, 기능적, 농업 생산적 측면에서 매우 다양하기 때문에, 우수한 백수오 계통의 개발 및 이를 이용한 맞춤식 제품의 개발 등에 대한 수요가 증가하고 있다.
본 연구에서 백수오의 외형적 특성인 무게, 길이, 직경 및 색 등이 차이점을 바탕으로 계통 간 판정을 위해 대사체 자료를 발굴하고자 하였다. 이를 위해 LC-MS/MS를 이용하여 계통 별 대사물질의 프로파일을 확보하고, 다변량 분석 연구 통계 분석(PCA, PLS-DA 등)을 적용하여 대사체적 변화를 평가하고, 외형적 특성과 연관성을 보이는 주요 대사산물을 탐색하였다. 이러한 접근을 통해 계통 간 주요 대사산물의 차이를 규명하고, 특정 계통을 구분할 수 있는 특이적 대사체 지표 후보군을 도출하였다.
이 결과는 백수오의 대사체적 다양성을 객관적으로 제시함으로써, 계통의 화학적 특성에 기반한 분류 체계를 구축하는 데 기초자료로 활용될 수 있다. 나아가 본 연구는 기능성 물질의 함량에 따른 품종 선발, 표준화된 원료 생산, 맞춤형 건강기능식품 개발, 및 산업적 품질관리 체계 확립 등에 실질적인 기여를 할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 초록 I
• 목차 III
• List of Tables IV
• List of Figures V
• List of Abbreviations VIII
• I. 서론 1
• II. 실험 재료 및 방법 7
• 1. 실험 재료 7
• 2. 시약 및 기기 7
• 2.1 시약 7
• 2.2 기기 및 장치 7
• 3. 분석시료의 제조 17
• 4. 분석 방법 18
• 4.1 UHPLC-MS/MS 분석조건 18
• 4.2 UHPLC-MS/MS 데이터 처리 20
• 4.3 다변량 분석 방법 22
• III. 결과 및 고찰 23
• 1. 분석조건 최적화 23
• 2. MN 시각화 26
• 3. 백수오 계통 별 샘플의 다변량 분석 29
• IV. 결론 58
• V. 참고문헌 59
• Abstract 61