염색체

원예연구 8권, 논문번호: 129(2021) 이 기사 인용

4454 액세스

18 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

스테비아(Stevia rebaudiana Bertoni)는 일반적인 테트라사이클릭 디테르페노이드 스테비올 골격과 가변 글리코콘으로 구성된 매우 달콤한 스테비올 배당체(SG)로 잘 알려져 있습니다. 스테비올 배당체는 자당보다 150~300배 더 달콤하며 천연 제로칼로리 감미료로 사용됩니다. 그러나 가장 유망한 화합물은 소량으로 생합성됩니다. Illumina, PacBio 및 Hi-C 시퀀싱을 기반으로 우리는 contig N50 값 616.85kb 및 스캐폴드 N50 값 106.55Mb로 1416Mb를 포괄하는 Stevia의 염색체 수준 어셈블리를 구성했습니다. 스테비아 게놈의 4/5 이상이 반복적인 요소로 구성되었습니다. 우리는 고품질 게놈에 44,143개의 신뢰도가 높은 단백질 코딩 유전자에 주석을 달았습니다. 게놈 진화 분석에 따르면 스테비아와 해바라기는 공통 조상에서 발생한 전체 게놈 복제(WGD) 사건(WGD-2, ~32.1 Mya) 직후인 약 2,940만 년 전(Mya)에 갈라진 것으로 나타났습니다. 비교 게놈 분석에 따르면 스테비아의 확장된 유전자는 주로 특수 대사산물의 생합성, 특히 테르페노이드 백본의 생합성과 이들 화합물의 추가 산화 및 글리코실화를 위해 농축되어 있는 것으로 나타났습니다. 우리는 SG 생합성과 관련된 모든 후보 유전자를 추가로 확인했습니다. 종합적으로, 스테비아 참조 게놈에 대한 우리의 현재 연구 결과는 스테비아의 진화 역사를 분석하고 SG 생합성에 기여하는 새로운 유전자와 향후 육종 프로그램에서 기타 중요한 농경학적 특성을 발견하는 데 매우 도움이 될 것입니다.

고당분 다이어트는 비만, 당뇨병과 같은 심각한 건강 문제를 일으키는 것으로 알려져 있습니다1. 일부 국가에서는 고칼로리 설탕 소비를 줄이기 위해 설탕세를 부과했습니다. 이는 제로 칼로리 감미료로 대체하도록 장려하여 설탕 소비를 줄이기 위해 권장되는 전략입니다2. 스테비아 잎에서 추출한 스테비올 배당체는 칼로리가 없으며 바람직한 천연 단맛을 가지고 있습니다3. 스테비아 레바우디아나(2n = 22)는 파라과이가 원산지인 달콤한 허브이며, 그 잎 추출물은 남미에서 수 세기 동안 천연 감미료로 사용되어 왔습니다4. 단맛 외에도 SG의 두 가지 풍부한 성분인 스테비오사이드와 레바우디오사이드 A(Reb A)는 제2형 당뇨병에 치료상의 이점을 제공할 수 있습니다. 왜냐하면 이러한 화합물은 동물 모델에서 TRPM5 채널 활동을 강화하여 인슐린 분비를 직접적으로 향상시킬 수 있기 때문입니다5,6. 스테비아는 천연 감미료 및 전통 의학으로 사용하기 위해 아시아, 북미 및 유럽에서 널리 재배됩니다.

스테비아 속은 국화과의 Eupatorieae 부족에 속합니다. 스테비아 속의 약 230종 중에서 S. rebaudiana는 SG를 함유한 유일한 종입니다3,7. SG는 C-13 및 C-19 위치3,8에서 서로 다른 글리코실화 패턴으로 장식된 핵심 디테르페노이드 스테비올 백본(아글리콘)을 가지고 있습니다. 이러한 디테르페노이드 배당체는 스테비아 잎에서만 거의 독점적으로 발생하며 건조 중량의 최대 20%를 차지합니다9,10. Stevioside와 Reb A는 SG의 두 가지 주요 구성 요소이며 Reb C, Reb F, 둘코사이드 A, Reb D 및 Reb M이 그 뒤를 따릅니다. 라벨링 실험을 통해 SG의 백본은 5-탄소 이소프레노이드 단위에서 생합성된다는 사실이 밝혀졌습니다. 주로 메틸에리트리톨 인산염(MEP) 경로에서 파생됩니다. SG와 지베렐린산(GA)의 생합성 경로는 4단계를 공유하며, 이 두 labdane형 디테르페노이드의 마지막 공통 기질은 ent-kaurenoic acid입니다. SG 생합성 경로에서 ent-kaurenoic acid hydroxylase(ent-KAH)는 ent-kaurenoic acid의 13-hydroxylation을 촉매하여 모든 SG의 백본 역할을 하는 ent-13-hydroxy kaurenoic acid(steviol)를 형성합니다14,15. 그런 다음 일련의 세포질 UDP 의존성 글리코실트랜스퍼라제(UGT)에 의해 촉매되는 아글리콘(스테비올)의 일련의 글리코실화 과정은 다양한 유형의 SG를 생성합니다. 포도당은 모든 SG의 주요 당 부분인 반면, 람노스와 자일로스는 Reb C 및 둘코사이드 A3와 같은 소수의 SG에만 존재합니다.