KR20220097241A - 녹말함량 증진제, 이를 포함하는 농약 및 비료 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 녹말함량 증진제, 이를 포함하는 농약 및 비료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 녹말함량 증진제는 유전자 변형 없이 식물에 적용되어 녹말 분해에 관여하는 SEX4의 활성을 우수하게 억제하여 식물 내 녹말함량을 증진시킬 수 있다.
Description
본 발명은 녹말함량 증진제, 이를 포함하는 농약 및 비료 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유전자 변형 없이 식물 내 녹말 분해에 관여하는 효소의 저해제를 포함하는 녹말함량 증진제에 관한 것이다.
식물 내 주요 저장 탄수화물인 녹말(전분)은 세계적으로 많이 생산되는 식량 자원 중 하나이며, 이러한 녹말의 중요 공급원인 식물에는 옥수수, 밀, 감자, 카사바, 고구마 등이 있다. 녹말은 식품 분야에서 그 자체로 사용되기도 하며 녹말만을 추출하여 젤라틴이나 검의 대용으로 식품에 다양한 기능을 부여하기도 한다. 녹말은 물리, 화학적으로 변형이 용이하고 변형된 녹말은 새로운 기능을 갖기 때문에 녹말은 식물로부터 여러 공정을 거쳐 추출 및 정제되어 식품 분야 외에도 건축, 제약 및 섬유와 같은 산업분야에 산업용 원료로써 이용되고 있다. 일례를 들면, 녹말은 플라스틱에 의한 환경오염을 막고자하는 추세에 따라 친환경 플라스틱에 적용될 뿐 아니라 친환경 섬유, 친환경 세제 등에 적용되고 있으며, 최근에는 환경오염을 유발하는 화석연료에 대체안으로서 바이오 연료로 주목받고 있다. 이에 따라, 식물 내 녹말 함량을 증진시키고자 하는 수요가 높아져 이에 대한 기술개발 필요성이 대두되고 있다.
식물 내 녹말 분해는 식물 엽록체의 녹말 과립 표면에서 디키나아제(dikinases)와 포스파타아제(phosphatases)에 의한 가역적인 글루칸인산화(glucan phosphorylation)를 필요로 한다. 포스파타아제 중 SEX4(Starch Excess 4)는 녹말 글리코실 잔기(glycosyl residue)의 C3 및 C6 위치를 탈인산화하여 녹말 분해를 허용하기에 SEX4에 의한 녹말의 탈인산화는 녹말분해에 필수적이다. 이에 SEX4 기능 상실 식물은 녹말 분해가 억제되어 녹말 축적이 일어나 더 많은 녹말을 함유할 수 있게 된다. 현재까지 SEX4의 활성을 감소시키기 위하여 식물의 유전자를 변형하는 기술이 공지된 바 있으나 유전자 변형에 대한 부작용이 아직 완전히 검토되지 않아 안전성에 대한 문제가 있어 소비자들의 거부감이 크다는 문제점이 존재하였다. 따라서 유전적 변형 없이 SEX4 활성을 감소시켜 식물 내 녹말 함량을 증진시키는 기술이 필요한 실정이다.
종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 SEX4의 저해 활성을 갖는 화합물을 선별하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 SEX4의 활성 저해 성능을 갖는 화합물을 포함하는 녹말함량 증진제를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 녹말함량 증진제를 포함하는 농약 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 녹말함량 증진제를 포함하는 비료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 녹말함량 증진제를 식물에 처리하는 단계를 포함하는 녹말함량이 증진된 식물의 재배 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 녹말함량 증진제를 식물에 처리하는 단계를 포함하는 녹말함량이 증진된 식물의 재배 방법으로 재배된 식물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 녹말함량 증진제를 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 식물은 귀리, 기장, 메밀, 보리, 수수, 쌀, 옥수수 및 호밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 식물은 감자, 고구마, 곤약 및 카사바로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 식물 내 SEX4의 저해 활성을 가질 수 있다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 5 μM 내지 15 μM의 IC50으로 아밀로펙틴에 대한 SEX4의 활성을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 녹말함량 증진제를 포함하는 농약 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 녹말함량 증진제를 포함하는 비료 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 녹말함량 증진제를 식물에 처리하는 단계를 포함하는 녹말함량이 증진된 식물의 재배 방법을 제공한다.
상기 처리는 토양시비 및 엽면시비 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 재배 방법으로 재배된 식물을 제공한다.
본 발명의 녹말함량 증진제는 SEX4의 활성을 감소시켜 녹말 분해를 억제해 식물 내 녹말 함량을 증진시킬 수 있다.
또한, 유전자를 변형 없이 우수한 SEX4 활성 저해 효과를 가져 안전한 이점을 가진다.
도 1은 pNPP assay로 얻어진 화합물 라이브러리 화합물들의 저해 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2은 말라카이트 그린 분석으로 얻어진 아밀로펙틴 기질에 대한 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 5의 SEX4의 활성 저해 성능을 나타내는 concentration-response 그래프이다.
도 3는 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 5의 부재 및 IC50 농도에서 아밀로펙틴기질에 대한 SEX4의 활성을 나타낸 그래프이다.
도 2은 말라카이트 그린 분석으로 얻어진 아밀로펙틴 기질에 대한 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 5의 SEX4의 활성 저해 성능을 나타내는 concentration-response 그래프이다.
도 3는 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 5의 부재 및 IC50 농도에서 아밀로펙틴기질에 대한 SEX4의 활성을 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 다양한 변형을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 녹말함량 증진제를 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 상기 녹말함량 증진제 내에서 0.01 내지 95 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 85 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
녹말은 식물의 주요 저장 탄수화물로서 아밀로펙틴과 아밀로스로 구성되며 아밀로펙틴과 아밀로스의 함량비에 따라 호화성질, 겔화특성 등에 차이가 나타난다. 녹말의 구성요소 중 글리코겐과 유사한 아밀로펙틴은 α-1,6-글리코사이드 가지와 α-1,4-글리코사이드 결합으로 구성되며 아밀로스는 α-1,4-글리코사이드 결합에 의해 이어진 글루코스 모이어티로 구성된 선형 분자이다.
녹말 분해는 식물 엽록체의 녹말 과립 표면에서 디키나아제(dikinases)와 포스파타아제(phosphatases)에 의한 가역적인 글루칸인산화(glucan phosphorylation)를 필요로 한다(Baunsgaard, L et al, A novel isoform of glucan, water dikinase phosphorylates pre-phosphorylated α-glucans and is involved in starch degradation in Arabidopsis. The Plant Journal 2005, 41 (4), 595-605.). 글루칸 인산화 메커니즘은 α-글루칸 물 디키나아제(α-glucan, water dikinase, GWD) 및 포스포글루칸 물 디키나아제(phosphoglucan, water dikinase, PWD)에 의해 시작된다. 글루칸 물 디키나아제는 녹말 글리코실 잔기(residue)의 C6 위치를 인산화하여 포스포글루칸 물 디키나아제가 C3 위치를 인산화하도록 사전 인산화 프라이밍을 제공한다. 글루칸 물 디키나아제 및 포스포글루칸 물 디키나아제에 의한 녹말의 인산화는 아밀로펙틴 이중 나선의 패킹을 방해하여 β-아밀라제(β-amylase), BAM1, BAM3, 이소아밀라제(isoamylase) 및 ISA3에 의한 말토오스(maltose) 및 올리고당의 방출을 허용한다. SEX4는 C3 및 C6 위치를 탈인산화하여 BAM의 이동을 방해하는 인산염을 제거한다(Oliver Kotting et al.,STARCH-EXCESS4 Is a Laforin-Like Phosphoglucan Phosphatase Required for Starch Degradation in Arabidopsis thaliana,he Plant Cell Jan 2009, 21 (1) 334-346.). 이러한 효소들은 조직화된 방식으로 작용하여 녹말을 분해한다.
Starch Excess 4(SEX4)는 단백질 티로신 포스파타제(Protein Tyrosine phosphatase, PTP) 중 이중 특이성 탈인산화효소(Dual-specificity phosphatases, DSP) 속하며, SEX4와 같이 녹말 분해에 관여하는 효소로는 Like Sex Four 2(Lsf2)이 있다. SEX4는 아미노-말단 엽록체 표적화 펩티드(cTP), 이중 특이성 탈인산화효소(DSP) 영역 및 탄수화물 결합 모듈(CBM)을 포함한다. SEX4는 녹말분해에 필수적이며 SEX4 활성이 없으면 녹말 분해가 저해된다. 따라서, SEX4 기능 상실 식물은 녹말 분해가 지연되어 녹말이 축적돼 일반 식물보다 3배 더 많은 녹말을 함유한다. 따라서, SEX4의 활성을 저해하는 화합물은 식물에 적용될 시 식물 내 녹말 분해를 억제하여 녹말함량을 증진시킬 수 있다.
상기 식물은 귀리, 기장, 메밀, 보리, 수수, 쌀, 옥수수 및 호밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 쌀 또는 옥수수에서 선택될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상기 식물은 감자, 고구마, 곤약 및 카사바로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 감자일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
상기 SEX4는 녹조류, 육상식물의 조상인 녹조류 및 육상식물 내에 보존되기에(Gentry, The phosphatase laforin crosses evolutionary boundaries and links carbohydrate metabolism to neuronal disease, The Journal of Cell Biology, Vol. 178, No. 3, July 30, 2007 477-488), SEX4 활성에 억제 성능을 갖는 화합물은 곡류 및 서류에 적용되어 SEX4 활성을 억제함으로 녹말 분해를 저해시켜 녹말함량을 증진시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 식물 내 SEX4의 활성을 저해할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 5 내지 15 μM, 바람직하게는 7 내지 12 μM의 IC50으로 아밀로펙틴에 대한 SEX4의 활성을 억제할 수 있다.
아밀로펙틴은 녹말을 구성하는 주요 성물으로서, 녹말의 70 내지 80%를 차지하며, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 아밀로펙틴에 대한 SEX4의 활성을 억제하여 식물 내 녹말함량을 증진시킬 수 있다.
본 발명은 상기 녹말함량 증진제를 포함하는 농약 조성물을 제공한다.
농약이란 농작물을 재배하기 위한 농경지의 토양소독으로부터 시작하여 종자를 소독하는 것과 작물의 재배기간 중에 발생하는 병해충으로부터 농작물을 보호하고, 수확한 농산물의 저장 시 병해충에 의한 손실을 방지하기 위하여 사용되는 약제를 포함할 뿐 아니라, 농작물의 생육을 촉진 또는 억제하는 약제, 착색을 좋게 하여 농작물의 품질을 향상시키는 약제를 모두 포함한다.
상기 농약 조성물 내에서 상기 녹말함량 증진제는 0.01 내지 99 중량%, 바람직 하게는 0.05 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 85 중량%로 포함될 수 있다. 녹말함량 증진제의 함량이 상기 더욱 바람직한 범위를 만족할 때 성장을 위한 녹말 분해까지 저해되지 않으면서도 녹말함량 증진 효과가 현저하게 향상될 수 있다.
본 발명의 농약 조성물은 상기 녹말함량 증진제 외에 사용에 용이하도록 보조제를 포함할 수 있으며, 구체적으로는 전착제, 증량제, 용제 및 유화제를 포함할 수 있다. 또한, 식물 생장 조절제, 살곤충제, 살균제 및 살충제 활성성분을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 녹말함량 증진제를 포함하는 비료 조성물을 제공한다.
비료란 식물에 영양을 주거나 식물의 재배를 돕기 위하여 흙에서 화학적 변화를 가져오게 하는 물질 및 식물의 품질을 위해 공급되는 물질을 말한다. 상기 비료 조성물 내에서 상기 녹말함량 증진제는 0.01 내지 99 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 85 중량% 범위에서 포함된다. 녹말함량 증진제의 함량이 상기 더욱 바람직한 범위를 만족할 때 성장을 위한 녹말 분해까지 저해되지 않으면서도 녹말함량 증진 효과가 현저할 수 있다.
본 발명의 비료 조성물은 녹말함량 증진제 외에 편리하게 사용 가능 하도록 담체, 희석제 및 증량제를 더 포함할 수 있으며 담체의 구체예로서는 탄산칼슘, 벤토나이트, 카올린, 활석과 같은 무기광물이 있다.
또한, 본 발명의 비료 조성물은 녹말함량 증진제 외에 식물의 성장을 촉진할 수 있거나 식물에 영양분을 공급하는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 황, 마그네슘, 미네랄, 유기질 영양 성분 및 인의 공급원을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 녹말함량 증진제를 식물에 처리하는 단계를 포함하는 녹말함량이 증진된 식물의 재배 방법을 제공한다.
상기 처리는 토양시비 및 엽면시비 중 어느 하나일 수 있다.
토양시비란 토양에 약액을 시비하는 것이고 엽면시비는 잎에 약액이 살포되는 것을 의미한다.
본 발명은 상기 재배 방법으로 재배된 식물을 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실험예
실험 재료
실험예 및 재료예에 사용된 모든 화합물은 Sigma-Aldrich 구매하였다.
실험예 1. SEX4 저해 활성을 나타내는 화합물의 선별
drug-like 화합물 및 natural-like 화합물 약 1840개로 구성된 화합물 라이브러리(한국 화합물 은행 라이브러리)에서 SEX4 저해성능을 가진 화합물 선별하였다.
pNPP(파라-니트로페닐인산염)은 탈인산화 효소의 활성을 측정할 수 있는 지표인자이다. 탈인산화 효소에 의해 pNPP(파라-니트로페닐인산염)가 탈인산화되면 p-나이트로페놀(pNP)이 생성되는데, 흡광도 410 nm의 측정값으로 생성되는 p-나이트로페놀(pNP)양 및 탈인산화 효소의 활성을 측정할 수 있다.
SEX4 2 μg, pH 5.5의 1X assay buffer(20 mM sodium acetate, 10 mM bis-Tris,10 mM Tris-HCl), dithiothreitol(DTT) 5 mM, pNPP 50 mM 및 상기 화합물을 혼합하여 반응 혼합물을 만들었다. 상기 반응 혼합물 20 μl을 37 °C에서 10 분 동안 반응시키고 0.25 N의 NaOH 200 μl를 첨가하여 반응을 종결시켰다. 그 후, Beckman Coulter DU 700 Series UV/Vis Spectrophotometer로 410 nm에서 측정한 흡광도를 바탕으로 SEX4 활성 저해성능을 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 또한, 우수한 SEX4 활성 저해 성능을 나타내는 7가지 화합물을 선별하여 하기 표 1에 나타내었다.
도 1은 pNPP assay로 얻어진 화합물 라이브러리 화합물들의 저해 성능을 나타낸 그래프이며, 이를 통해 후보군 중 7가지가 SEX4에 우수한 저해성능을 가지는 것을 알 수 있다.
| 구분 | 구조 |
| 화학식 1(O-000001 F09) 실시예1 |
 |
| 화학식 2(O-000001 G11) 실시예 2 |
 |
| 화학식 3(O-000007 F05) 비교예 1 |
 |
| 화학식 4(O-000007 G07) 비교예 2 |
 |
| 화학식 5(O-000004 H08) 비교예 3 |
 |
| 화학식 6(G-000036 D04) 비교예 4 |
 |
| 화학식 7(G-000037 H03) 비교예 5 |
 |
실험예 2. Malachite Green Assay
말라카이트 그린 분석은 방출된 무기인산염, 말라카이트 그린 및 molybdate가 만드는 복합체의 양을 기반으로 방출된 무기인산염을 측정하는 방법으로, 탈인산화 효소의 활성을 측정할 수 있다. 실험예 2에서는 아밀로펙틴에 대한 SEX4의 활성을 측정하였다.
2 μg SEX4 , 100 mM sodium acetate, 50 mM bis-Tris, 50 mM Trsi(pH 6.5), 10 mM DTT 및 45 μg amylopectin을 혼합하여 20 μl 반응 혼합물을 제조하였다.
상기 반응 혼합물을 37 ℃에서 15 분의 반응 후 40 분 동안 100 mM N-etylmalemide 20 μl, malachite green reagent(1 M HCl 내 0.15% w/v malachite green 및 1.25% w/v Ammonium molybdate Tetrahydrate) 40 μl를 첨가하여 반응을 종료하였다. 그 후, Beckman Coulter DU 700 Series UV/Vis Spectrophotometer로 620 nm에서 측정한 흡광도로 SEX4의 활성을 측정하였다.
실험예 3. 아밀로펙틴에 대한 IC
50
의 계산
IC50(half maximal inhibitory concentration)은 50%의 억제농도를 의미한다. 실험예 3에서는 기질 아밀로펙틴에 대해 SEX4가 활성을 가질 때의 일어나는 반응을 100%라고 할 때 이 반응을 50%로 억제할 수 있는 농도를 의미한다. IC50 값은 클수록 SEX4의 활성을 50%로 감소시키는데 필요한 농도가 크다는 의미로 저해 효능이 낮음을 의미한다. 따라서, IC50값이 낮을수록 아밀로펙틴에 대한 SEX4활성 저해 성능이 더 높다고 할 수 있다.
아밀로펙틴의 양은 변화시키지 않고 저해제의 농도를 0 mM 내지 0.2 mM로 변화시키며 프리즘(PRISM)을 사용하여 회귀 곡선(regression curve)으로부터 SEX4의 활성을 50% 억제하는 농도(half maximal inhibitory concentration, IC50)를 하기 수학식 1을 이용하여 계산하였고 그 결과를 도 2 및 표 2에 나타냈다.
[수학식 1]
| 구분 | IC50(μM) |
| 실시예 1 | 7.49 |
| 실시예 2 | 9.72 |
| 비교예 1 | 21.10 |
| 비교예 2 | 38.61 |
| 비교예 3 | 16.49 |
| 비교예 4 | 57.33 |
| 비교예 5 | 13.05 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서 10 μM 이하의 IC50 값을 가져 SEX4에 대한 활성 저해 능력이 SEX4 저해 성능을 갖는 다른 화합물보다 우수함을 확인하였다.
이와 같은 결과로 볼 때, 실시예 1 및 실시예 2는 식물 내에서 SEX4의 활성을 저해하여 녹말함량 증진제로서 매우 유용한 성분임을 확인하였다.
실험예 4. 반응속도 상수(kinetic parameter) 계산
아밀로펙틴의 농도를 5 내지 45 μg로 변화시키며 정상상태의 하엘리스-멘텐식(Michaelis-menten equation)에 대한 비선형 회귀분석으로 Vmax, Km, kcat 값을 측정하였다(표 3). Vmax는 최대 효소 속도, Km은 효소-기질 복합체의 해리 상수를 의미하며 Km값이 증가할수록 효소와 기질의 친화력이 낮음을 의미한다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 5의 부재 및 IC50 농도에서 아밀로펙틴기질에 대한 SEX4의 활성을 나타낸 그래프이다.
효소에 대한 저해 유형은 총 4가지로 경쟁(Competitive) 억제 유형, 무경쟁(Uncompetitive) 억제 유형, 비경쟁(Noncompetitive) 억제 유형, 혼합모델(Mixed model) 억제 유형으로 나눌 수 있다. 저해제가 기질과 유사하여 효소와 경쟁하며 기질에 결합하는 경우 경쟁적 억제 유형이라고 하며 억제 효과가 기질의 농도에 영향을 받는다. 저해제가 기질에 존재하는 효소의 결합부위와 다른 곳에 결합하여 효소의 결합부위와 결합하지 않는 억제 유형을 비경쟁적 억제 유형이라고 한다. 무경쟁적 억제 유형은 저해제가 기질과 효소가 결합한 경우에만 저해제가 결합하는 억제 유형이며, 혼합 모델 억제유형은 억제제의 효소에 대한 해리상수와 효소-기질 복합체에 대한 해리상수가 다른 유형을 의미한다.
상기 표 3에 나타난 바와 같이, Vmax와 Km이 모두 감소한 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3은 무경쟁 억제형, 실시예 2 및 비교예 4 내지 비교예 5는 Vmax와 Km이 모두 증가한 경쟁 억제 유형임을 알 수 있다.
Ki(저해상수)값은 효소-저해제 복합체의 해리 상수로, 저해제와 저해제 결합 부위의 친화성을 의미하여 Ki값이 작을수록 친화성이 크고 억제 작용이 더욱 커 효과적인 저해제임을 나타낸다.
Ki는 IC50 농도의 저해제의 존재 및 부재 하에 기질 농도를 변화시키며 얻은 Vmax 및 K m 값으로 계산하여 하기 표 4에 나타내었다.
| 구분 | Ki(μM) |
| 실시예 1 | 16.42 |
| 실시예 2 | 7.81 |
| 비교예 1 | 20.81 |
| 비교예 2 | 46.40 |
| 비교예 3 | 31.12 |
| 비교예 4 | 28.31 |
| 비교예 5 | 29.84 |
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 20 μM 이하의 Ki 값을 가지며 다른 화합물보다 아밀로펙틴에 대한 SEX4 활성에 효과적인 저해 성능을 가짐을 확인하였다.
이와 같은 결과로 볼 때, 실시예 1 및 실시예 2는 SEX4의 활성을 저해하여 녹말함량 증진제의 유용한 성분으로 활용될 수 있음을 확인하였다.
실험예 5. LSF2 활성 비교
실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 5의 LSF2에 대한 활성 저해 성능을 측정하기 위하여, SEX4 대신 LSF2를 사용하는 것 이외에 실험예 2 내지 3과 같은 방법으로 아밀로펙틴에 대한 LSF2 활성 저해 성능을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.
| 구분 | IC50(μM) | |
| SEX4 | LSF2 | |
| 실시예 1 | 7.49 | >50 |
| 실시예 2 | 9.72 | >50 |
| 비교예 1 | 21.10 | >50 |
| 비교예 2 | 38.61 | >50 |
| 비교예 3 | 16.49 | >50 |
| 비교예 4 | 57.33 | >202 |
| 비교예 5 | 13.05 | >204 |
모든 실시예 및 비교예에서 LSF2에 대한 IC50값은 SEX4에 대한 IC50값 보다 크며 측정 가능한 범위를 넘는 것으로 나왔다. 따라서, 모든 실시예 및 비교예는 SEX4에 대해 특이적 저해제로 작용할 수 있음을 확인하였다.
실험예 6. 녹말함량 증진제를 포함하는 농약 처리에 따른 녹말함량 분석
동일한 조건에서 재배 중이던 현미에 실시예 1 및 실시예 2이 각각 2 중량%로 포함된 수용액을 5일 간격으로 2회 시비하였다. 그 다음 아무 처리하지 않은 현미를 대조군으로 설정하여 3일 후 녹말함량을 Total Starch Assay Kit (Megazyme)로 측정하였다(표 6).
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 대조군 |
| 처리 방법 | 엽면 시비 | 무처리 | |
| 0.4 L/m2 | |||
| 녹말함량(중량 %) | 75 | 74 | 69 |
상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 2를 처리한 현미에서 녹말함량이 우수하게 증가함을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명에 따른 녹말함량 증진제는 농약에 포함되어 식물의 녹말 함량을 증진시키는데 효과적인 성분임을 확인하였다.
실험예 7. 녹말함량 증진제를 포함하는 비료 처리에 따른 녹말함량 분석
실시예 1 및 실시예 2이 각각 10 중량%로 포함된 수용액과 감자 비료(KG케미칼제)를 1:9 중량비로 혼합하여 동일 환경에서 재배 중이던 감자에 시비하였고, 감자 비료만을 처리한 감자를 대조군으로 설정하여 토양 시비 일주일 후 수확된 감자의 녹말함량을 Total Starch Assay Kit (Megazyme)로 측정하였다(표 7).
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 대조군 |
| 처리 방법 | 토양 시비 | 무처리 | |
| 0.4kg/m2 | |||
| 녹말함량(중량 %) | 17.7 | 18.2 | 15.2 |
상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 비료에 포함되어 녹말 함량을 우수하게 증진시켰고, 이를 통해 본 발명에 따른 녹말함량 증진제는 비료에 포함되어 녹말함량을 증진시키는데 유용한 성분임을 확인하였다.
Claims (10)
- 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 식물 내 녹말함량 증진제.
[화학식 1]
[화학식 2]
- 제1항에 있어서, 상기 식물은 귀리, 기장, 메밀, 보리, 수수, 쌀, 옥수수 및 호밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 녹말함량 증진제.
- 제1항에 있어서, 상기 식물은 감자, 고구마, 곤약 및 카사바로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 녹말함량 증진제.
- 제1항에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 SEX4의 활성을 저해하는 것을 특징으로 하는 녹말함량 증진제.
- 제4항에 있어서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 5 내지 15 μM의 IC50으로 아밀로펙틴에 대한 SEX4의 저해 활성을 갖는 것을 특징으로 하는 녹말함량 증진제.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 녹말함량 증진제를 포함하는 농약 조성물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 녹말함량 증진제를 포함하는 비료 조성물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 녹말함량 증진제를 식물에 처리하는 단계를 포함하는 녹말함량이 증진된 식물의 재배 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 처리는 토양시비 및 엽면시비 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 녹말함량이 증진된 식물의 재배 방법.
- 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 재배 방법으로 재배된 식물.
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|---|---|---|---|
| KR1020200189090 | 2020-12-31 | ||
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|---|---|---|---|
| KR1020210177402A KR102638957B1 (ko) | 2020-12-31 | 2021-12-13 | 녹말함량 증진제, 이를 포함하는 농약 및 비료 조성물 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140025131A (ko) | 2012-08-21 | 2014-03-04 | 한국과학기술원 | 차량 통신용 장치 및 그 통신 방법 |
| CN105454320A (zh) * | 2015-11-18 | 2016-04-06 | 无锡市稼宝药业有限公司 | 一种植物源复配杀菌剂 |
| US9410133B1 (en) | 2012-07-19 | 2016-08-09 | University Of Kentucky Research Foundation | Glucan phosphatase variants for starch phosphorylation |
-
2021
- 2021-12-13 KR KR1020210177402A patent/KR102638957B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Frontiers in Plant Science, Vol.9, 1940, pp.1-16* * |
| J. Agric. Food Chem., Vol.51, pp.3824-3828 * |
| Plant Cell., Vol.21, No.1, pp.334-346 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102638957B1 (ko) | 2024-02-22 |
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