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Md Mominur Rahman(라만 모하마드 모미너),Kyung Eun Lee(이경은),Sang Gu Kang(강상구) 한국생명과학회 2016 생명과학회지 Vol.26 No.6
쌀은 인류가 가장 많이 먹고 있는 주식이다. 최근 백색미, 적색미, 갈색미, 녹색미 그리고 흑색미 등 다양한 품종들이 소비되고 있다. 고농도의 안토시아닌이 함유되어 있는 흑미는 영양가뿐만 아니라 암 발생 예방 효과가 있어 세계적으로 그 소비가 증가되고 있다. 유전학적으로 흑미는 cyanidin-3-O-glucoside (C3G)의 합성경로를 조절하는 두 개의 유전자 Pb와 Pp가 관여하는 Purple Pericarp (Prp) 유전형질에 의하여 종자과피의 색이 결정된다. 1921년 Nagai가 흑미의 유전현상을 일으키는 Prp 형질을 보고한 이 후 Prp 형질에 관여하는 유전자들과 그 기능분석에 관한 많은 연구가 보고 되었으나 아직도 많은 부분이 밝혀지지 않았다. 그러나 안토시아닌의 함량이 높은 기능성 흑미의 소비는 증가하고 있는 반면 흑미는 일반 재배 벼에 비하여 상대적인 수확량이 매우 적어 농경제적인 문제가 있다. 본 논문에서는 흑미 종자가 성숙하는 과정에서 Prp 유전자의 유전현상의 특성과 안토시아닌 합성경로 그리고 수확량에 관한 유전학적 관점에서 내용을 정리하였다. Rice (Oryza sativa L.) is one of the major cereal crops for consumption by the world’s population. Recently, various colored rice, such as white, red, brown, green, and black rice, have caught the attention of world consumers. The commercial name ‘black rice’ contains a high amount of anthocyanins in pericarp, which increases nutritional value. Moreover, anthocyanin in black rice possesses biomedical properties, including anti-oxidant, anti-cancer, and anti-inflammatory effects in humans. In genetics, black rice has a dominant PURPLE PERICARP (Prp) trait governed by two genes, Pb and Pp, which are involved in the synthesis of cyanidin-3-O-glucoside (C3G). Since the publication of a report by Nagai at 1921, the genetics and physiological studies of black rice driven by Prp traits are still unable to understand the relevant genes and their roles. However, with the increased demand for anthocyanin-rich black rice as a functional food for human health, it has become urgent to develop highyielding anthocyanin-rich varieties of rice. We explored many years in the genetics of purple pericarp trait, anthocyanin biosynthesis in pericarp during seed development, and, consequently, their products in relation to different physiological and agronomic traits. In this review, we summarized the anthocyanin biosynthesis in pericarp, emphasizing the inheritance pattern of the trait and functions of their products on different physiological and agronomic traits, including the yield of black rice.
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Kyung Eun Lee(이경은),Md Mominur Rahman(라만 모하마드 모미너),Jong Bae Kim(김종배),Sang Gu Kang(강상구) 한국생명과학회 2018 생명과학회지 Vol.28 No.4
벼 자색 종자과피(Purple pericarp, Prp) 형질은 주요 생리활성물질인 안토시아닌 C3G 생성에 관여하며 흑미를 결정하는 주요 유전형질이다. Prp 유전형질을 가진 흑미와 종자과피에 색이 없는 벼를 교배할 경우 그 후대는 검정색, 갈색, 백색이 각각 9:3:4로 분리된다. 1921년 Nagai에 의하여 제시된 바 벼 종자 색의 9:3:4 유전분리비로 인하여 벼 Prp 형질은 유전자의 열성상위(recessive epistasis) 현상으로 해석되었다. 그러나 흑미를 결정하는 Prp 형질은 두 개의 상보적 유전자들의 상호관계(complementary gene interaction)에 의한 것이기도 하다. 본 연구에서는 이러한 논란이 발생되는 이유를 설명하기 위하여 두 유전자의 조성이 완전한 이형접합인 Pbpb Pppp 유전자형을 가진 F1 잡종을 만들었다. 이들의 자손은 진한자색(검정), 중간자색, 갈색, 백색 종자이며 각각 3:6:3:4로 분리되었다. 즉, 검정색, 갈색, 백색의 종자가 각각 9:3:4의 비율로 분리된다. 그러나 생화학적인 분석결과 이들은 안토시아닌 중 cyanidin 3-O-glucoside (C3G)가 축적된 검정색 종자와 C3G가 없는 갈색 또는 백색 종자인 두 개의 집단을 분리되며 정확히 9:7의 분리 비를 갖는다. 이 경우 벼 Prp 형질을 갖는 검정쌀 또는 흑미는 전형적인 상보적 유전자의 상호관계에 의한 유전현상이다. 즉, 흑미의 자색 종피 형질 발현에는 Pb 유전자와 Pp 유전자에서 각각 한 개 이상의 우성대립인자의 발현이 필요하다. 그러나 Pb 유전자만 우성대립인자가 존재하는 Pb_ pppp 유전자형의 벼는 C3G를 생성하지 못하고 갈색 종자과피(Brown pericarp, Brp) 형질을 갖게 된다. 즉 갈색쌀는 우성 Pb 유전자의 우성대립인자에 의하여 결정된다. 그러므로 종피색을 결정하는 Prp 형질의 유전양상은 열성상위 현상으로 보이나 흑미의 결정요소인 안토시아닌 C3G의 함유 여부에 관한 유전분석을 시행하면 9:7의 비율로서 전형적인 두 개의 유전자가 모두 관여하는 상보적 유전현상이다. 유전적 정의는 유전자의 최종산물에 의한 물리적 또는 화학적 결정이다. 그러므로 결론하여 검정 쌀의 주요 생리활성물질인 안토시아닌 C3G 생성에 관한 유전현상은 Pb와 Pp 유전자의 상보적 유전자의 상호에 의한 것이다. The Purple pericarp (Prp) trait is a trait often bred for in black rice. Generally, the Prp trait is displayed in the color variations of seeds following the 9:3:4 purple, brown, and white ratio, respectively. The Prp trait is a recessive epistasis of two gene interactions; however, it is caused by the two complementation genes Pb and Pp. Here we present a study of the genetic characteristics of the Prp trait using an F1 hybrid with a Pbpb Pppp genotype. This hybrid generated four seed colors with the following numbers: 3 dark purple, 6 medium purple, 3 brown, and 4 white (or 9 purple, 3 brown, and 4 white). However, further biochemical analysis of the all progenies divided them into two groups. One group had the Pb_ Pp_ allelic constitutions and contained cyanidin 3-O-glucoside (C3G) in both the dark purple or medium purple seeds. The other group, however, was absent of C3G in both the brown and white seeds, resulting in a ratio of 9:7, respectively. This segregation revealed the extended Mendelian 9:7 ratios of the complementary gene interactions with a good fitness in χ² analysis. Further analysis revealed that brown seeds with the Pb_ pppp genotype corresponded with a null C3G, indicating that the Brown pericarp trait in rice is caused by a dominant allele of the Pb gene. Therefore, we conclude that the production of C3G is a main phenotype of the black and purple colored rice in the Prp trait, and it is governed by the complementary gene interactions between Pb and Pp genes.
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