Tissue-specific changes of phenolic metabolites in rice derived by the mutations of OsCOP1, OsDET1, and OsCGT = OsCOP1, OsDET1 및 OsCGT의 돌연변이에 의해 유도된 벼의 페놀 대사체의 조직 특이적 변화

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Rice, one of the world’s three major food crops, is expanding its value beyond being a basic carbohydrate source as a functional food resource, providing various bioactive compounds. Colored rice, in particular, contains high levels of phenolic compounds, including anthocyanidins, which are pigments that determine seed coat color and possess potent antioxidant activity. However, comparative analyses of phenolic metabolites across seed tissues and flavonoids beyond anthocyanidins remain limited. This study analyzed phenolic metabolite profiles in the yellowish pericarp embryo lethal (yel) mutant rice, which accumulate excessive C-glycosylated flavones as a result of loss-of-function mutations in CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1) or DE-ETIOLATED 1 (DET1), and in a double mutant deficient in C-glycosyltransferase (CGT) function, from the rice cultivars Chucheong, Hwacheong, Samkwang, and Sindongjin. As a result, C-glycosyl flavone, such as isoorientin, which was significantly increased in yel mutant rice compared to the wild type, decreased again in the double mutant. In addition, the embryo tissue of all mutant rice samples showed higher accumulation of phenolic compounds than the endosperm. These compositional and quantitative changes were consistently observed in all four cultivars. Interestingly, despite both mutants exhibiting yellow or purple pericarp color, anthocyanidin compounds were not detected. This study is expected to provide key information for developing next-generation rice varieties with enhanced functional components by elucidating in detail the effects of OsCOP1, OsDET1, and OsCGT on flavonoid biosynthesis in rice across different tissues.

국문 초록 (Abstract)

세계 3대 식량작물인 쌀은 기본적인 탄수화물 공급원을 넘어, 다양한 생리활성 물질을 제공하는 기능성 식품 자원으로 그 가치가 확대되고 있다. 특히 유색미는 종피 색을 결정하는 색소 성분이자 강력한 항산화 활성을 지닌 안토시아니딘을 비롯한 페놀 화합물을 다량 함유하고 있어 그 가치가 주목받고 있다. 그러나 유색미의 주요 성분인 안토시아니딘 이외의 플라보노이드 연구와 종자의 조직별 페놀 대사체 비교 분석 연구는 여전히 제한적인 현황이다.
본 연구는 추청, 화청, 삼광, 신동진 벼 품종을 대상으로, CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1) 또는 DE-ETIOLATED 1 (DET1)의 기능 결여로 인해 C-glycosyl flavone이 과도하게 축적되는 yellowish pericarp embryo lethal (yel) 돌연변이 쌀과 C-glycosyltransferase (CGT) 기능이 결핍된 이중 돌연변이체의 배와 배유 조직을 분리하여 각각의 페놀 대사체 프로파일을 분석하였다. 그 결과, wild type 대비 yel 돌연변이 벼에서 현저히 증가했던 isoorientin과 같은 C-glycosyl flavone은 이중 돌연변이체에서 다시 감소하였다. 더불어 모든 돌연변이 벼의 배 조직은 배유보다 더 높은 페놀 물질의 축적이 나타났다. 이러한 조성 및 양적 변화는 네 품종 모두에서 일관되게 관찰되었다. 흥미롭게도, 두 돌연변이 모두 노란색 또는 보라색 종피 표현형을 나타내는 유색미임에도 불구하고 안토시아니딘 계열 물질은 검출되지 않았다.
본 연구는 OsCOP1, OsDET1, 그리고 OsCGT가 쌀의 플라보노이드 생합성에 미치는 영향을 조직별로 상세히 규명하여, 기능성 성분이 강화된 차세대 쌀 품종 개발을 위한 핵심 정보를 제공할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and methods 3
• 2.1. Sample preparation 3
• 2.2. Chemical reagent 6
• 2.3. Targeted phenolic analysis 7
• 2.3.1. Extraction of phenolic compounds 7
• 2.3.2. Analysis of targeted phenolic compounds 9
• 2.4. Statistical analysis 13
• Ⅲ. Results and discussion 14
• 3.1. Tissue-specific profiles in wild type 14
• 3.2. Comparison of tissue-specific phenolic profiles in yel mutant 19
• 3.3. Comparison of tissue-specific profiles in double mutant 22
• 3.4. Discussion 24
• Ⅳ. Conclusion 28
• References 29
• Abstract (in Korean) 34