The Korean Society of Plant Biotechnology
Research Article
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J Plant Biotechnol 2020; 47(1): 78-89
Published online March 31, 2020
https://doi.org/10.5010/JPB.2020.47.1.078
© The Korean Society of Plant Biotechnology
토마토(Solanum lycopersicum L.) 품종 간 수용성 비타민과 폴리페놀계 성분 함량 변이 분석
김다은･손병구･최영환･강점순･이용재･제병일･박영훈
부산대학교 생명자원과학대학 원예생명과학과
Quantitative analysis of water-soluble vitamins and polyphenolic compounds in tomato varieties (Solanum lycopersicum L.)
Correspondence to : e-mail: bije@pusan.ac.kr, ypark@pusan.ac.kr
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Tomato fruit quality is determined by the contents of various functional metabolites in addition to fruit appearance. To develop tomato cultivars with higher amounts of functional compounds, an efficient quantification method is required to identify the natural variations in the compounds in the tomato germplasm. In this study, we investigated tomato varieties, which included 23 inbred lines and 12 commercial F1 cultivars, for their contents of seven watersoluble vitamins (vitamin C, vitamins B1, B2, B3, B5, B6, and B9) and five polyphenolic compounds (quercetin, rutin, kaempferol, myricetin, and naringenin chalcone). The results of high performance liquid chromatography and liquid chromatography- mass spectrometry showed that vitamin C and naringenin chalcone were the major water-soluble vitamins and polyphenolic compounds, respectively, and their abundance was highly variable depending on the cultivar. By contrast, the contents of vitamin B1, quercetin, and kaempferol were lowest among the cultivars. With regard to the relationship between metabolic compounds and fruit characteristics, a significant association was found in fruit size, indicating that cherry tomato varieties contain higher amounts of the compounds compared to large fresh-type varieties. However, no direct association was detected in fruit color, except for naringenin chalcone. The results of this study provide new insights on the quantification of metabolic compounds and the selection of breeding materials, which are prerequisites for the development of functional tomato varieties.
Keywords Functional compound, High performance liquid chromatography, Metabolite, Naringenin chalcone, Solanum lycopersicum, Vitamin C
토마토(
Vitamin은 괴혈병, 각기병, 신경병증, 빈혈, 당뇨, 피부염 및 혈관질환에 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 비타민 중 수용성 비타민의 종류로는 ascorbic acid (vitamin C), thiamine (vitamin B1), riboflavin (vitamin B2), nicotinamide (vitamin B3), pantothenic acid (vitamin B5), pyridoxine (vitamin B6)과 folate (vitamin B9)가 있는데 토마토에는 folate, vitamin C, vitamin E 농도가 현저히 높다고 알려져 있다(Gahler et al. 2003;Agarwal and Rao 2000). Polyphenol compounds에는 flavonoid, favones, flavonols, flavonones, isoflavones, flavan-3-ols와 anthocyanins 등이 있으며, 항산화, 항비만, 항암, 항바이러스, 항균, 항염증, 항알레르기성, 항궤양, 심혈관 질환 및 백혈병에 영향력이 있는 것으로 보고되어 왔다(Anna et al. 2010;Stewart et al. 2000). 토마토 과육에서 발견되는 가장 풍부한 flavonoid는 quercetin이고, 껍질에서 발견되는 주요 flavonoid는 naringenin chalcone과 rutin으로서 토마토 황색 껍질의 주요인으로 밝혀져 있다(Ballester et al. 2010). Carotenoid는 인체 건강에서 주로 지방 친화적인 항산화제 역할을 하고, 심혈관 질환, 망막 변성 등에 효능이 있으며 토마토 과육의 lycopene은 carotenoid의 주요성분으로 과육이 적색을 띄게 한다.
토마토의 기능성 성분은 품종, 재배 환경, 숙기, 수확 후 관리에 따라 함량과 활성에 차이가 있다(Dumas et al. 2003;Na et al. 2013). 토마토 유전자원의 과색, 과형, 과중, pH, 산도 및 당도 등 주요 형질의 정보와 carotenoid compounds 간의 상관관계를 알아본 연구에서 pH와 lycopene, lycopene과 β-carotene이 연관되어 있음을 시사한 바 있다(Son et al. 2011). 완숙기의 토마토 계통 및 상용품종에서 lycopene, β-carotene 및 xanthophyll을 UPLC를 이용하여 정량분석한 결과, xanthophyll은 품종 ‘Delice’에서 가장 많이 함유됨을 알 수 있었고 lycopene과 xanthophyll 함량은 유의적인 상관관계를 보이는 것으로 보고되었다(Jo et al. 2014). 또한 완숙 토마토 품종들과 토마토 가공 제품에 대하여 ascorbic acid, lycopene, β-carotene과 α-carotene의 함량 차이를 조사한 결과에서도 품종과 가공 제품에 따른 생리활성물질 함량 수준의 차이가 존재하는 것으로 나타난 바 있다(Choi et al. 2011). 하지만 다양한 상용 토마토 F1 품종이나 육종소재로 활용 가능한 유전자원 간 주요 기능성 성분들에 대해 비교 분석한 연구 사례는 많지 않다. 본 연구에서는 토마토의 주요 생리활성 성분인 수용성 비타민과 폴리페놀 화합물의 분석 편의성을 위해 다수 성분에 대해 동시에 적용 가능한 추출법과 HPLC 및 LC-MS/MS 방법을 검증하고자 하였다. 또한 이를 이용하여 35종의 토마토 계통 및 국내 상용 F1 품종에 대해 이들 대사산물을 정량화 함으로서 고 기능성 토마토 유전자원 발굴 및 원예 형질 특성과 성분 함량 간 상호연관성을 분석해 보고자 하였다.
공시 식물 재료
다양한 과크기(과중)와 과색을 지니는 토마토 유전자원(accession) 23 계통(inbred line) [재래종(heirloom), 재배종(cultivated species) 및 야생종(wild species)](Fig. 1)과 국내 상용 F1 품종(F1 cultivar) 12종(Fig. 2)을 선발하여 생리활성 성분들의 정량 분석에 사용하였다. 유전자원 계통은 세종대학교와 Tomato Germplasm Research Center (TGRC;
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Fig. 1. Image of 23 tomato inbred lines (S. lycopersicum ) in which water-soluble vitamins and polyphenolic compounds were quantified
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Fig. 2. Images of 11 domestic commercial F1 cultivars (S. lycopersicum ) in which water-soluble vitamins and polyphenolic compounds were quantified
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Table 1 . Tomato variety used for the quantification of functional compounds in this study
Variety Fruit Colora Fruit Sizeb Typec SJG0009 Red Big Inbred SJG0025 Red Big Inbred Gold Nugget Orange Small Inbred LA0797 Red Big Inbred LA1996 Red Big Inbred LA4425 Red Small Inbred NC84173 Red Big Inbred SJG0088 Pink Big Inbred PI564169 Orange Middle Inbred PI647532 Yellow Big Inbred Tropic Red Big Inbred SJG0214 Red Middle Inbred M82 Red Middle Inbred SGJ0303 Red Middle Inbred Alisa Craig Red Middle Inbred Black Plum Brown Small Inbred Gold Ball Yellow Middle Inbred San Marzano Red Middle Inbred Yellow Pear Yellow Small Inbred Yellow Stuffer Yellow Big Inbred Cherokee Purple Pink Big Inbred SJG0404 Orange Middle Inbred PI114490 Yellow Small Inbred Toast Red Big F1 GS Red Red Big F1 Marathon Pink Big F1 K-star Pink Big F1 Rapito Pink Big F1 Black Ace Brown Middle F1 Orange Orange Middle F1 Candy Red Small F1 Crown Red Small F1 Mini Chal Red Small F1 Miracle Red Small F1 Yellow Yellow Small F1 aFruit color was determined visually from fruit exterior
bFruit size was determined based on the range of fresh weight: Small=0~60 g, Middle=61~150 g, Big= >150 g
cInbred is a genetically homozygous heirloom (landrace) or breeding line introduced from the USA and Europe. F1 is a commercial hybrid cultivar. In this study, all of these plants are referred to as variety in common
식물체 재배는 품종당 3개체씩을 2016년에 전북 무주군에 위치한 농가의 양액재배형 비닐하우스에서 수행하였다. 성분 분석용 시료는 3~4번째 화방의 완숙기 과실을 각 품종 당 대과 또는 중과의 경우 2~3개, 방울토마토의 경우 20~30개를 3개체로부터 고르게 수확 후 plastic bag (Zip Lock) 에 균일하게 잘라 넣어 7일동안 동결 건조하였다.
추출물 제조
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Fig. 3. Extraction schemes for water-soluble vitamins (A) and polyphenolic compounds (B) used in this study.
성분 분석
LC-MS/MS 분석은 API 4000 system (AB Sciex, USA)를 사용하여 Electro spray ionization (ESI)을 Positive mode로 실시하였고, Multiple Reaction Monitoring (MRM) Mode를 사용하여, 650°C Source Temperature, 5.5KV Ionspray voltage, 5 Collision gas (CAD), 10 Curtain gas (CUR), 75와 70 psi Ion source gas 1, 2의 조건으로 측정하였다. Dwell time은 75 msec로 설정하였다.
검량선은 각기 다른 7개 농도를 사용하여 작성하였다. 검량곡선은 표준물질/내부표준물질 농도 비에 대한 표준물질/내부표준물질의 면적 비 함수로 나타내었다. 검출한계 (Limit of Detection, LOD; ng·mL-1)는 ‘Signal-to-Noise ratio of 3’을 이용하였고, 정량한계 (Limit of Quantitation, LOQ; ng·mL-1)는 ‘Signal-to-Noise of 10’을 이용하여 측정하였다.
검량선 작성과 LOD 및 LOQ 평가는 수용성 비타민 성분분석법과 동일하게 수행하였다.
LC-MS/MS 분석은 단편화 조건에서 500°C Source temperature와 -4500V Ionspray voltage 조건을 제외하고 ‘수용성 비타민’에서와 동일하였다.
통계처리
모든 분석은 품종(genotype) 당 3반복으로 재배된 개체들에서 수확된 과실을 pooling 하여 동결건조 및 추출하였고, 추출물의 HPLC 및 LC-MS/MS는 3반복으로 수행하였다. 정량값은 3반복 평균에 대한 표준편차로 나타내었다.
수용성 비타민과 폴리페놀 화합물의 정성분석
토마토 23 계통과 12 F1 품종에 대하여 생리활성 성분 12종의 정성 분석을 수행하기 위해 각각의 표준 물질을 사용하여 계통 ‘LA0797’ 추출물에 대한 HPLC Chromatogram 결과를 얻었다(Fig. 4). 수용성 비타민의 경우 vitamin B2 (riboflavin)와 B9 (folic acid)의 Chromatogram Peak가 표준 물질에서는 각각 4.82와 6.39에서 나타났지만 ‘LA0797’ 추출물에서는 표준물질 Peak 검출 시간에 Peak가 나타나지 않았다. 따라서 본 연구에서 사용된 추출법을 이용하여 vitamin B2와 B9의 정성분석을 수행하는데 어려움이 있었다.
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Fig. 4. HPLC chromatograms of water-soluble vitamins (A) and polyphenolic compounds (B) for tomato cultivar LA0797
Polyphenol compounds에서는 ‘LA0797’에서 표준물질들과 동일한 Peak가 검출되어 분석된 모든 성분이 시료에 함유되어 있는 것으로 나타났다(Fig. 5). 각각의 생리활성 성분들의 표준 물질에 대한 추출물의 검량선(회귀직선식; Y=aX+b)에서 직선성(r2)을 확인할 수 있었고 이를 통해 LOD및 LOQ를 구하였다.
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Fig. 5. HPLC chromatograms of water-soluble vitamins (A, B) and polyphenols (C) for tomato cultivar LA0797. Pick 1, thiamine hydrochloride; 2, ascorbic acid; 3, pyridoxine hydrochloride; 4, nicotinamide; 5, D-pantothenic acid; 6, folic acid; 7, riboflavin; 8, rutin; 9, mircetin; 10, naringenin chalcone; 11, quercetin; and 12, kaempferol. Chromatogram peaks for two standards, folic acid (B9) and riboflavin (B2), were detected at retention times of 4.10 and 5.27 min, respectively (Fig. 4). However, these two peaks were not detected in the chromatogram of tomato cultivar LA0797
계통 23종에 대한 수용성 비타민 함량 분석
분석된 수용성 비타민 중 vitamin C의 함량이 가장 높았으나 vitamin B1은 매우 낮은 비율로 존재하였다(Table 2). Vitamin C의 경우 ‘Gold Ball’ (136.0 mg×kg-1), ‘Yellow Suffer’ (138.2), ‘LA0797’ (208.6)에서 가장 높았으며, ‘Tropic’ (69.9), ‘San Marzano’ (75.87), ‘PI564169’ (77.68)에서 가장 낮아 품종 간 크게 2배 정도의 차이를 보였다. Vitamin B3는 모든 품종에서 0.110 mg·kg-1 이하의 낮은 수준으로 검출되었는데 ‘LA1996’ (0.10), ‘PI114490’ (0.10), ‘LA4425’ (0.11)에서 가장 높았으며, ‘PI647532’ (0.04), ‘SJG0009’ (0.04), ‘Tropic’ (0.04)에서 가장 낮았다. Vitamin B5 또한 vitamin B3와 비슷한 수준으로 검출되었는데 ‘LA0797’ (1.21), ‘LA4425’ (1.21), ‘Cherokee purple’ (1.37)에서 가장 높았으며, ‘SJG0404’ (0.30), ‘SJG0088’ (0.37), ‘SJG0214’ (0.38)에서 가장 낮아 품종 간 크게는 4배의 차이를 보였다. Vitamin B6는 ‘M82’ (0.53), ‘Gold Nugget’ (0.60), ‘LA0797’ (0.60)에서 높았으며, ‘Yellow pear’ (0.15) ‘Sanmarzano’ (0.15), ‘Black Plum’ (0.17)에서 가장 낮았다. Vitamin B1은 성분 중 가장 낮은 비율로 검출되었는데 ‘Black Plum’ (0.0183), ‘Yellow stuffer’ (0.0205), ‘LA0797’ (0.0207)이 높았고, ‘SJG0009’ (0.0047), ‘SJG0404’ (0.0061), ‘SJG0025’ (0.0064)이 낮았다.
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Table 2 . Quantification of five types of water soluble vitamins in different tomato inbred lines
Inbreed line Vitamin C Vitamin B3 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B1 Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD SJG0009 116.73±1.94 1.66 0.04±0.003 5.96 1.19±0.029 2.44 0.43±0.035 8.11 0.0047±0.0004 9.22 SJG0025 111.13±4.56 4.11 0.05±0.004 7.27 1.00±0.100 10.01 0.27±0.010 3.59 0.0064±0.0002 2.86 Gold Nugget 93.53±3.43 3.67 0.05±0.002 4.27 0.39±0.005 1.35 0.60±0.092 15.36 0.0070±0.0009 12.33 LA0797 203.60±15.74 7.73 0.09±0.001 1.34 1.21±0.090 7.50 0.60±0.005 0.88 0.0207±1.0006 2.79 LA1996 115.27±2.39 2.07 0.10±0.004 4.71 0.73±0.031 4.17 0.31±0.005 1.60 0.0142±1.0005 3.74 LA4425 124.60±6.76 5.42 0.11±0.005 4.94 1.27±0.097 7.66 0.36±0.023 6.31 0.0176±1.0005 2.76 NC84173 91.96±2.40 2.61 0.05±0.001 1.08 0.83±0.023 2.74 0.25±0.004 1.41 0.0075±1.0004 5.18 SJG0088 89.47±3.43 3.84 0.05±0.002 3.31 0.81±0.084 10.39 0.41±0.012 2.89 0.0143±2.0001 0.35 PI564169 77.68±2.01 2.59 0.06±0.002 3.77 0.71±0.021 2.91 0.46±0.006 1.30 0.0121±2.0003 2.55 PI647532 83.93±4.31 5.13 0.04±0.001 1.50 0.84±0.123 14.61 0.23±0.027 11.76 0.0126±2.0010 7.55 Tropic 69.90±3.75 5.37 0.04±0.001 1.46 0.68±0.034 4.96 0.20±0.006 3.09 0.0080±3.0006 7.74 SJG0214 105.32±0.59 0.56 0.07±0.007 10.07 0.38±0.018 4.67 0.20±0.005 2.46 0.0126±4.0004 3.52 M82 113.62±5.81 5.12 0.07±0.005 8.09 0.62±0.010 1.66 0.53±0.014 2.62 0.0104±5.0001 1.20 SJG0303 135.46±2.40 1.77 0.05±0.003 5.00 0.37±0.018 4.90 0.38±0.006 1.49 0.0136±5.0007 4.86 Alisa Craig 115.13±8.44 7.33 0.07±0.006 9.10 1.20±0.118 9.89 0.28±0.007 2.50 0.0128±5.0012 9.32 Black Plum 87.80±3.99 4.55 0.04±0.001 1.81 0.65±0.075 11.61 0.17±0.005 3.03 0.0183±6.0009 5.13 Gold Ball 136.00±8.74 6.43 0.06±0.000 0.18 1.10±0.119 10.76 0.27±0.016 6.02 0.0168±6.0008 4.91 San Marzano 75.87±1.79 2.36 0.05±0.003 5.63 0.49±0.019 3.89 0.15±0.004 2.73 0.0169±7.0002 1.33 Yellow Pear 118.72±1.38 1.16 0.06±0.008 13.05 0.64±0.013 1.97 0.15±0.006 4.13 0.0123±7.0003 2.33 Yellow Stuffer 138.24±2.90 2.10 0.07±0.003 3.56 1.17±0.094 8.02 0.40±0.022 5.39 0.0205±7.0011 5.41 Cherokee Purple 95.81±0.68 0.71 0.05±0.003 5.62 1.37±0.077 5.61 0.39±0.009 2.23 0.0108±7.0004 3.58 SJG0404 123.98±4.40 3.55 0.07±0.008 11.72 0.30±0.003 1.09 0.34±0.016 4.82 0.0061±0.0001 1.26 PI114490 124.20±4.33 3.49 0.10±0.003 2.66 0.74±0.042 5.71 0.34±0.021 6.26 0.0131±2.0005 3.99
F1 품종 12종에 대한 수용성 비타민 함량
각 성분 당 함량 순위는 23개 계통에서 관찰된 바와 동일 하였다(Table 3). Vitamin C의 함량은 ‘Miracle’ (153.27)에서 가장 높았는데, ‘Yellow’ (59.85), ‘Marathon’ (70.40)와 2배 이상의 차이를 보였다. Vitamin B3는 ‘Minichal’ (0.0328), ‘Black Ace’ (0.0332), ‘Miracle’ (0.0344) 등이 높았으나 가장 낮은 함량을 보였던 ‘Rapito’ (0.0248), ‘Yellow’ (0.0258), ‘GS Red’ (0.0263)과 큰 차이를 보이지는 않았다. Vitamin B5는 전반적으로 2.00 mg·kg-1의 낮은 함량으로 존재하였으나, ‘Rapito’가 2.0554 mg×kg-1, ‘Yellow’가 0.28300 mg×kg-1로 품종 간에는 크게 8배의 차이를 보였다. Vitamin B6는 ‘Candy’ (0.4683), ‘GS Red’ (0.4714), ‘Miracle’ (0.5824)에서 높은 경향을 보였으나, ‘Rapito’ (0.2898), ‘Yellow’ (0.3489), ‘Marathon’ (0.3687)에서는 비교적 낮았다. Vitamin B1은 ‘K-Star’ (0.0127), ‘Miracle’ (0.0136), ‘Marathon’ (0.0174)가 가장 높았고, ‘Toast’ (0.0074), ‘Orange’ (0.0074), ‘Black Ace’ (0.0081)가 가장 낮았다. 따라서 vitamin B1과 B6에 있어서는 품종 간 큰 차이는 발견되지 않았다.
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Table 3 . Quantification of five types of water soluble vitamins in different commercial tomato F1 cultivars
F1 cultivar Vitamin C Vitamin B3 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B1 Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Toast 82.47±0.63 0.77 0.03±0.001 2.36 0.999±0.068 6.85 0.448±0.011 2.46 0.0074±0.0002 2.55 GS Red 99.47±1.33 1.33 0.026±0.002 5.96 1.614±0.037 2.29 0.471±0.019 3.93 0.0105±0.0001 1.24 Marathon 70.40±0.35 0.49 0.027±0.002 6.02 1.220±0.037 3.04 0.369±0.017 4.74 0.0174±0.0010 5.58 K-star 84.03±1.42 1.69 0.026±0.002 6.62 1.182±0.057 4.85 0.389±.0.009 2.25 0.0127±0.0007 5.87 Raptito 58.81±2.73 3.18 0.025±.0.001 3.59 2.055±0.111 5.41 0.290±0.020 6.76 0.0124±0.0007 5.60 Black Ace 95.47±3.64 3.81 0.033±0.003 7.75 0.787±0.012 1.52 0.459±0.018 3.94 0.0081±0.0003 3.78 Orange 99.60±1.64 1.64 0.03±0.002 7.57 2.022±0.115 5.67 0.376±0.007 1.90 0.0074±0.0005 6.67 Candy 132.40±2.41 1.82 0.031±0.003 9.89 1.007±0.041 4.10 0.468±0.015 3.21 0.0115±0.0003 2.70 Crown 80.08±0.29 0.36 0.027±0.001 3.91 0.512±0.024 4.71 0.386±0.015 3.85 0.0124±0.0005 4.40 Mini Chal 89.07±2.88 3.23 0.033±0.000 1.29 0.429±0.008 1.91 0.375±0.010 2.78 0.0107±0.0004 3.73 Miracle 153.27±7.49 4.89 0.034±0.001 4.29 0.636±0.034 5.39 0.582±0.032 5.48 0.0136±0.0005 3.57 Yellow 59.85±2.56 4.27 0.026±0.002 8.24 0.283±0.008 2.91 0.349±0.008 2.23 0.0114±0.0005 4.54
계통 23종에 대한 폴리페놀 화합물 함량
분석된 폴리페놀 화합물 중 naringenin chalcone과 rutin이 가장 높은 함유량을 보였으며, quercetin과 kaempferol은 비교적 낮은 수준으로 존재하였고 myricetin은 매우 낮거나 특정 품종에서는 검출되지 않았다(Table 4). Quercetin 함량은 ‘97L97’이 2.410 mg×kg-1로 가장 높고, ‘OhioMR13’이 0.180 mg·kg-1로 가장 낮아 품종 간 10배 이상의 차이를 보였다. Kaempferol은 ‘LA1996’ (1.60), ‘Gold Nugget’ (1.79)에서 비교적 높았으나, ‘OH9242’ (0.47), ‘Black Plum’ (0.48) ‘OhioMR13’ (0.01)에서는 매우 낮거나 거의 검출되지 않았다. Myricetin은 ‘OH9242’, ‘Sanmarzano’과 ‘Yellow Pear’에서는 검출 되지 않았고, ‘97L97’ (0.05), ‘M82’ (0.06), ‘LA1996’ (0.08)에서 비교적 함유량이 높았다. 성분 중 가장 높게 함유된 것으로 관찰된 naringenin chalcone은 ‘Gold Nugget’이 235.000 mg·kg-1으로 가장 높았고 ‘97L97’ (132.00) ‘M82’ (144.50)이 중간 수준의 함량, ‘OhioMR13’ (0.02), ‘Cherokee Purple’ (1.09), ‘Black Plum’ (18.70)에서는 가장 낮거나 거의 검출되지 않아 품종 간 다양한 차이를 보였다. Rutin은 ‘LA1996’ ‘M82’, ‘OH88119’이 113.20~122.100 mg×kg-1로 가장 높았으나, ‘OhioMR13’은 7.16 mg×kg-1로 가장 낮아 naringenin chalcone에서와 같이 품종 간 차이가 컸다.
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Table 4 . Quantification of five types of polyphenolic compounds in different tomato inbred lines
Inbred line Quercetin Kaempferol Myricetin Naringenin chalcone Rutin Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD SJG0009 0.72±2.20 3.30 0.70±8.90 14.00 0.04±0.23 6.70 77.70±127.02 1.80 96.20±518.59 5.90 SJG0025 0.72±0.50 0.80 0.71±9.28 14.30 0.03±0.25 10.20 96.80±845.95 9.60 90.40±544.43 6.60 Gold Nugget 0.72±3.87 5.90 1.79±10.50 6.50 0.05±0.33 7.70 235.00±1457.17 6.80 109.80±557.52 5.60 LA0797 0.87±4.52 5.70 0.71±3.46 5.40 0.04±0.34 10.30 111.90±545.62 5.40 55.30±502.92 10.00 LA1996 0.89±8.26 10.20 1.60±9.07 6.20 0.08±0.64 9.30 82.10±997.61 13.40 113.20±986.78 9.630 NC84173 0.61±3.61 6.50 1.00±13.76 15.20 0.04±0.45 12.40 110.90±886.12 8.80 95.40±728.86 8.40 SJG0088 0.18±1.72 10.30 0.01±0.04 3.90 0.01±0.16 13.70 0.02±0.26 11.40 7.16±61.23 9.40 PI564169 0.78±5.09 7.20 1.00±7.41 8.10 0.03±0.29 11.10 67.20±805.87 13.20 97.20±551.94 6.20 Tropic 0.40±3.06 8.50 0.92±7.72 9.30 0.02±0.15 8.70 67.20±516.82 8.50 47.50±312.25 7.20 SJG0214 0.48±1.92 4.40 0.47±3.47 8.10 0.00±0.00 - 58.00±133.17 2.50 52.10±150.44 3.20 M82 1.81±3.79 2.30 1.17±11.69 11.00 0.06±0.49 9.10 144.50±1550.27 11.80 115.10±288.68 2.80 SJG0303 0.76±6.44 9.30 0.92±2.67 3.20 0.04±0.30 8.60 78.70±263.50 3.70 122.10±793.73 7.20 Alisa Craig 0.54±3.53 7.20 1.18±11.55 10.70 0.02±0.11 5.50 67.60±645.16 10.50 76.10±606.22 8.80 Black Plum 0.26±1.53 6.40 0.48±3.40 7.80 0.01±0.16 13.40 18.70±110.15 6.50 50.30±198.58 4.30 Gold Ball 0.52±6.87 14.60 0.54±5.08 10.30 0.02±0.18 11.00 50.50±389.74 8.50 50.20±249.87 5.50 San Marzano 0.60±1.48 2.70 0.77±8.11 11.50 0.00±0.00 - 45.40±317.65 7.70 51.70±167.03 3.60 Yellow Pear 0.72±3.69 5.60 1.25±7.23 6.40 0.00±0.00 - 83.50±366.92 4.80 81.30±128.97 1.70 Yellow Stuffer 0.85±5.66 7.30 1.15±8.16 7.80 0.04±0.27 6.90 124.30±1113.55 9.90 47.50±528.49 12.20 Cherokee Purple 0.27±1.92 7.80 1.20±10.15 9.30 0.00±0.00 - 1.09±2.06 2.10 64.40±551.57 9.40 SJG0404 2.41±24.79 11.30 0.61±4.99 9.00 0.05±0.62 13.60 132.00±916.52 7.60 52.80±640.10 13.30 PI114490 0.91±7.56 9.20 0.72±4.67 7.10 0.03±0.22 8.00 66.80±496.42 8.20 44.00±389.36 9.70
F1 품종 12종에 대한 폴리페놀 화합물 함량
각 성분 당 함량 순위는 23개 계통에서 관찰된 바와 동일 하였다(Table 5). Quercetin 함량은 ‘Yellow’ (0.34), ‘Miracle’ (0.35), ‘Candy’ (0.54)가 비교적 높았고, ‘Marathon’ (0.02), ‘K-Star’ (0.04), ‘Rapito’ (0.07)가 가장 낮았다. Kaempferol은 ‘Yellow’에서 1.530 mg·kg-1로 가장 높았고, ‘Rapito’ (0.02), ‘K-Star’와 ‘Orange’에서는 매우 낮거나 검출 되지않았다. Myricetin의 함량은 23개 계통에서와 마찬가지로 전반적으로 0.03 mg·kg-1 이하로 매우 낮았는데 ‘Miracle’ (0.02), ‘Yellow’ (0.02) ‘Candy’ (0.03)이 가장 높았고, ‘Toast’, ‘GS Red’과 ‘Marathon’에서는 검출되지 않았다. Naringenin chalcone은 ‘Candy’ (152.90), ‘Minichal’ (168.30), ‘Yellow’ (221.50) 가 높았고, ‘Marathon’ (0.01), ‘K-Star’ (0.56), ‘Rapito’ (22.00)가 가장 낮아 23개 계통에서 관찰 되었듯이 품종 간 큰 차이를 보였다. Rutin에서도 ‘Minichal’ (97.60), ‘Candy’ (104.20), ‘Yellow’ (115.50)가 높았고, ‘Marathon’ (2.45), ‘K-Star’ (9.92), ‘Rapito’ (13.40) 가장 낮아 naringenin chalcone 에서와 유사한 경향을 보였다.
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Table 5 . Quantification of five types of polyphenolic compounds in different commercial F1 tomato cultivars
F1 cultivar Quercetin Kaempferol Myricetin Naringenin chalcone Rutin Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Toast 0.11±0.38 3.70 0.04±0.32 9.60 0.00±0.00 - - 5.70 22.80±125.30 6.10 GS Red 0.14±1.06 8.30 0.04±0.08 2.00 0.00±0.00 - - 6.50 32.90±92.92 3.10 Marathon 0.02±0.25 13.40 0.03±0.36 12.40 0.00±0.00 - - 4.30 2.45±19.52 8.80 K-star 0.04±0.25 6.90 0.00±0.00 0.00 0.00±0.00 - - 1.80 9.92±17.56 1.90 Rapito 0.07±0.87 14.40 0.02±0.42 13.50 0.00±0.00 - - 7.40 13.40±151.00 12.40 Black Ace 0.17±1.15 7.60 0.27±2.69 10.80 0.01±0.09 7.70 7.70 3.40 38.80±436.16 12.40 Orange 0.34±3.06 10.00 0.00±0.00 - 0.01±0.02 1.50 1.50 8.00 14.90±58.59 4.30 Candy 0.54±2.74 5.60 0.62±0.68 1.20 0.03±0.17 6.80 6.80 6.10 104.20±196.55 2.10 Crown 0.27±2.25 9.20 0.92±2.55 3.10 0.02±0.24 11.40 11.40 12.30 79.00±780.02 10.90 Mini chal 0.27±1.54 6.30 0.80±7.68 10.60 0.02±0.18 8.40 8.40 11.40 97.60±505.21 5.70 Miracle 0.35±1.68 5.30 0.78±6.86 9.70 0.02±0.20 10.40 10.40 2.80 93.20±539.66 6.40 Yellow 0.34±2.60 8.40 1.53±6.08 4.40 0.02±0.27 12.40 12.40 9.50 115.50±700.00 6.70
토마토 과품질은 과형, 과크기, 과색과 같은 외관 이외에 생리활성 성분의 함량에 의해 결정되어 육종소재 평가에서 이러한 기능성 성분의 정량분석이 요구되어 왔다(Nicolas et al. 2006). Mass Spectrometry (GC-MS, LC-MS)와 핵 자기공명(NMR) 또는 Gas 및 Liquid Chromatography는 대사체분석에서 가장 널리 사용되는 기술인데, GC-MS는 토마토 야생종의 잎과 과실의 대사체 프로파일링에 사용되어 90종 이상의 대사산물이 확인되었고, 이는 토마토 교배에 사용되는 계통 선발에 기반을 제공한 바 있다(Schauer et al. 2006). 또한 성분분석 방법을 적용하기 전 성분 추출이 필수적인데, 조제 분유의 영양 강화를 위해 첨가하는 비타민 A와 E의 함량 측정을 위해 각각 다른 추출법을 사용하지 않고 역상 컬럼과 PDA-HPLC로 동시 분석을 가능하게 하여 신속한 분석을 이루어낸 바 있다(Kwak et al. 2004). 비타민 보충제의 비타민 함량 분석 편의성을 위해 수용성 비타민 B군(vitamin B1, B2, B3와 B6)에 대한 전처리 조건(추출)과 HPLC의 동시 분석 조건을 확립한 바 있다(Kim et al. 2013). 본 연구에서도 이와 같은 동시 분석 조건을 통해 하나의 추출법 및 분석 방법을 고안함으로서 신속하며 간편하게 다수의 물질을 분석할 수 있음을 보여주었다. 다만 vitamin B9 (folic acid)의 추출을 위해서 추출 용액의 적절한 pH 및 농도가 조절되어야 하는데, 추출 수율을 최대로 만들기 위해서 추출 용액의 pH를 4.5로 맞추고, 50 mM potassium phosphate, 1% ascorbic acid, 0.5% mercaptoethanol과 1 mM calcium chloride를 샘플과 혼합하여 추출해야 한다고 보고된 바 있다(Tyagi et al. 2015). 본 연구에서는 여러 수용성 비타민을 일괄 추출하는 방법을 고안하기 위하여 추출용액으로 10 mM ammonium acetate와 methanol을 사용하였기 때문에 vitamin B9의 추출에 어려움이 있었던 것으로 사료된다.
토마토 재배종 품종에 비해 카로테노이드를 적게 함유하는 유전자원들은 높은 수준의 폴리페놀을 생성하고 결과적으로 항산화제로서 더욱 가치가 있다(Stevens et al. 2006). 플라보노이드의 함량을 증가시키기 위해 야생종 토마토인
Red계 토마토 과실의 과피를 황색으로 만드는 원인 물질인 naringenin chalcone과 rutin에 대한 함유량 하위 3개 품종(‘Marathon’, ‘K-Star’, ‘Rapito’)은 모두 pink계 대과종이고, 함유량 상위 3개 품종(‘Candy’, ‘Minichal’, ‘Yellow’)은 모두 red나 yellow계 소과종으로 모두 과피가 황색인 것으로 나타났다. Naringenin chalcone과 rutin은 토마토 과피에 황색 색소를 축적시켜 red, orange, yellow 과실을 형성하고, 이는 SlMYB12 유전자의 기능 상실 또는 발현 감소와 관련이 있는 것으로 보고되어 있는데, 반대로 이들 성분의 누적 부족은 이에 따른 투명한 과피와 pink계 과실을 유도한다(Adato et al. 2009;Ballester et al. 2010;Fernandez-Moreno et al. 2016). 따라서 이들 성분을 다량 함유하는 ‘Candy’, ‘Minichal’, ‘Yellow’에서는 SlMYB12 유전자 돌연변이가 존재할 가능성이 있으나 추후 연구가 필요하다.
기능성 성분이 향상된 토마토 품종 개발을 위해서는 성분 정량분석법과 토마토 유전자원 간 대사성분 변이에 대한 정보의 확보가 필요하다. 본 연구에서는 토마토 유전자원23개 계통과 12개 상용 F1 품종을 이용하여 수용성 비타민 7종(vitamin C, B1, B2, B3, B5, B6, B9)과 폴리페놀계 성분 5종(quercetin, rutin, kaempferol, myricetin, and naringenin chalcone)에 대한 함량을 비교 분석 하였다. HPLC와 LC-MS 분석 결과, 수용성 비타민과 폴리페놀계의 주요 성분으로 vitamin C와 naringenin chalcone이 각각 검출되었으며 품종 간 높은 수준의 함량 변이가 존재함을 알 수 있었다. 반면에 vitamin B1, quercetin 과 kaempferol은 전 품종에 있어 함량이 가장 낮았다. 대사성분 함량과 토마토 과실특성 간 상관관계에 있어서 과크기(과중)와 높은 유의성이 관찰되었는데 대부분의 성분에 있어 방울토마토 품종이 완숙용 토마토 품종보다 높은 함량을 보였다. 하지만 naringenin chalcone을 제외하고 대사성분과 과색 간의 상관관계는 뚜렷하게 나타나지 않았다. 본 결과는 토마토 육종과정에 활용될 수 있는 효율적인 대사성분 정량분석법을 제시할 뿐만 아니라 기능성 성분 고함량 육종소재 선발에 중요한 정보를 제공한다.
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Research Article
J Plant Biotechnol 2020; 47(1): 78-89
Published online March 31, 2020 https://doi.org/10.5010/JPB.2020.47.1.078
Copyright © The Korean Society of Plant Biotechnology.
토마토(Solanum lycopersicum L.) 품종 간 수용성 비타민과 폴리페놀계 성분 함량 변이 분석
김다은･손병구･최영환･강점순･이용재･제병일･박영훈
부산대학교 생명자원과학대학 원예생명과학과
Quantitative analysis of water-soluble vitamins and polyphenolic compounds in tomato varieties (Solanum lycopersicum L.)
Daen Kim · Beunggu Son · Youngwhan Choi · Jumsoon Kang · Yongjae Lee · Beungil Je · Younghoon Park
Department of Horticultural Bioscience, Pusan National University, Miryang 50463, South Korea
Correspondence to:e-mail: bije@pusan.ac.kr, ypark@pusan.ac.kr
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Tomato fruit quality is determined by the contents of various functional metabolites in addition to fruit appearance. To develop tomato cultivars with higher amounts of functional compounds, an efficient quantification method is required to identify the natural variations in the compounds in the tomato germplasm. In this study, we investigated tomato varieties, which included 23 inbred lines and 12 commercial F1 cultivars, for their contents of seven watersoluble vitamins (vitamin C, vitamins B1, B2, B3, B5, B6, and B9) and five polyphenolic compounds (quercetin, rutin, kaempferol, myricetin, and naringenin chalcone). The results of high performance liquid chromatography and liquid chromatography- mass spectrometry showed that vitamin C and naringenin chalcone were the major water-soluble vitamins and polyphenolic compounds, respectively, and their abundance was highly variable depending on the cultivar. By contrast, the contents of vitamin B1, quercetin, and kaempferol were lowest among the cultivars. With regard to the relationship between metabolic compounds and fruit characteristics, a significant association was found in fruit size, indicating that cherry tomato varieties contain higher amounts of the compounds compared to large fresh-type varieties. However, no direct association was detected in fruit color, except for naringenin chalcone. The results of this study provide new insights on the quantification of metabolic compounds and the selection of breeding materials, which are prerequisites for the development of functional tomato varieties.
Keywords: Functional compound, High performance liquid chromatography, Metabolite, Naringenin chalcone, Solanum lycopersicum, Vitamin C
서 언
토마토(
Vitamin은 괴혈병, 각기병, 신경병증, 빈혈, 당뇨, 피부염 및 혈관질환에 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 비타민 중 수용성 비타민의 종류로는 ascorbic acid (vitamin C), thiamine (vitamin B1), riboflavin (vitamin B2), nicotinamide (vitamin B3), pantothenic acid (vitamin B5), pyridoxine (vitamin B6)과 folate (vitamin B9)가 있는데 토마토에는 folate, vitamin C, vitamin E 농도가 현저히 높다고 알려져 있다(Gahler et al. 2003;Agarwal and Rao 2000). Polyphenol compounds에는 flavonoid, favones, flavonols, flavonones, isoflavones, flavan-3-ols와 anthocyanins 등이 있으며, 항산화, 항비만, 항암, 항바이러스, 항균, 항염증, 항알레르기성, 항궤양, 심혈관 질환 및 백혈병에 영향력이 있는 것으로 보고되어 왔다(Anna et al. 2010;Stewart et al. 2000). 토마토 과육에서 발견되는 가장 풍부한 flavonoid는 quercetin이고, 껍질에서 발견되는 주요 flavonoid는 naringenin chalcone과 rutin으로서 토마토 황색 껍질의 주요인으로 밝혀져 있다(Ballester et al. 2010). Carotenoid는 인체 건강에서 주로 지방 친화적인 항산화제 역할을 하고, 심혈관 질환, 망막 변성 등에 효능이 있으며 토마토 과육의 lycopene은 carotenoid의 주요성분으로 과육이 적색을 띄게 한다.
토마토의 기능성 성분은 품종, 재배 환경, 숙기, 수확 후 관리에 따라 함량과 활성에 차이가 있다(Dumas et al. 2003;Na et al. 2013). 토마토 유전자원의 과색, 과형, 과중, pH, 산도 및 당도 등 주요 형질의 정보와 carotenoid compounds 간의 상관관계를 알아본 연구에서 pH와 lycopene, lycopene과 β-carotene이 연관되어 있음을 시사한 바 있다(Son et al. 2011). 완숙기의 토마토 계통 및 상용품종에서 lycopene, β-carotene 및 xanthophyll을 UPLC를 이용하여 정량분석한 결과, xanthophyll은 품종 ‘Delice’에서 가장 많이 함유됨을 알 수 있었고 lycopene과 xanthophyll 함량은 유의적인 상관관계를 보이는 것으로 보고되었다(Jo et al. 2014). 또한 완숙 토마토 품종들과 토마토 가공 제품에 대하여 ascorbic acid, lycopene, β-carotene과 α-carotene의 함량 차이를 조사한 결과에서도 품종과 가공 제품에 따른 생리활성물질 함량 수준의 차이가 존재하는 것으로 나타난 바 있다(Choi et al. 2011). 하지만 다양한 상용 토마토 F1 품종이나 육종소재로 활용 가능한 유전자원 간 주요 기능성 성분들에 대해 비교 분석한 연구 사례는 많지 않다. 본 연구에서는 토마토의 주요 생리활성 성분인 수용성 비타민과 폴리페놀 화합물의 분석 편의성을 위해 다수 성분에 대해 동시에 적용 가능한 추출법과 HPLC 및 LC-MS/MS 방법을 검증하고자 하였다. 또한 이를 이용하여 35종의 토마토 계통 및 국내 상용 F1 품종에 대해 이들 대사산물을 정량화 함으로서 고 기능성 토마토 유전자원 발굴 및 원예 형질 특성과 성분 함량 간 상호연관성을 분석해 보고자 하였다.
재료 및 방법
공시 식물 재료
다양한 과크기(과중)와 과색을 지니는 토마토 유전자원(accession) 23 계통(inbred line) [재래종(heirloom), 재배종(cultivated species) 및 야생종(wild species)](Fig. 1)과 국내 상용 F1 품종(F1 cultivar) 12종(Fig. 2)을 선발하여 생리활성 성분들의 정량 분석에 사용하였다. 유전자원 계통은 세종대학교와 Tomato Germplasm Research Center (TGRC;
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Figure 1. Image of 23 tomato inbred lines (
S. lycopersicum ) in which water-soluble vitamins and polyphenolic compounds were quantified
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Figure 2. Images of 11 domestic commercial F1 cultivars (
S. lycopersicum ) in which water-soluble vitamins and polyphenolic compounds were quantified
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Table 1 . Tomato variety used for the quantification of functional compounds in this study.
Variety Fruit Colora Fruit Sizeb Typec SJG0009 Red Big Inbred SJG0025 Red Big Inbred Gold Nugget Orange Small Inbred LA0797 Red Big Inbred LA1996 Red Big Inbred LA4425 Red Small Inbred NC84173 Red Big Inbred SJG0088 Pink Big Inbred PI564169 Orange Middle Inbred PI647532 Yellow Big Inbred Tropic Red Big Inbred SJG0214 Red Middle Inbred M82 Red Middle Inbred SGJ0303 Red Middle Inbred Alisa Craig Red Middle Inbred Black Plum Brown Small Inbred Gold Ball Yellow Middle Inbred San Marzano Red Middle Inbred Yellow Pear Yellow Small Inbred Yellow Stuffer Yellow Big Inbred Cherokee Purple Pink Big Inbred SJG0404 Orange Middle Inbred PI114490 Yellow Small Inbred Toast Red Big F1 GS Red Red Big F1 Marathon Pink Big F1 K-star Pink Big F1 Rapito Pink Big F1 Black Ace Brown Middle F1 Orange Orange Middle F1 Candy Red Small F1 Crown Red Small F1 Mini Chal Red Small F1 Miracle Red Small F1 Yellow Yellow Small F1 aFruit color was determined visually from fruit exterior.
bFruit size was determined based on the range of fresh weight: Small=0~60 g, Middle=61~150 g, Big= >150 g.
cInbred is a genetically homozygous heirloom (landrace) or breeding line introduced from the USA and Europe. F1 is a commercial hybrid cultivar. In this study, all of these plants are referred to as variety in common.
식물체 재배는 품종당 3개체씩을 2016년에 전북 무주군에 위치한 농가의 양액재배형 비닐하우스에서 수행하였다. 성분 분석용 시료는 3~4번째 화방의 완숙기 과실을 각 품종 당 대과 또는 중과의 경우 2~3개, 방울토마토의 경우 20~30개를 3개체로부터 고르게 수확 후 plastic bag (Zip Lock) 에 균일하게 잘라 넣어 7일동안 동결 건조하였다.
추출물 제조
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Figure 3. Extraction schemes for water-soluble vitamins (A) and polyphenolic compounds (B) used in this study.
성분 분석
LC-MS/MS 분석은 API 4000 system (AB Sciex, USA)를 사용하여 Electro spray ionization (ESI)을 Positive mode로 실시하였고, Multiple Reaction Monitoring (MRM) Mode를 사용하여, 650°C Source Temperature, 5.5KV Ionspray voltage, 5 Collision gas (CAD), 10 Curtain gas (CUR), 75와 70 psi Ion source gas 1, 2의 조건으로 측정하였다. Dwell time은 75 msec로 설정하였다.
검량선은 각기 다른 7개 농도를 사용하여 작성하였다. 검량곡선은 표준물질/내부표준물질 농도 비에 대한 표준물질/내부표준물질의 면적 비 함수로 나타내었다. 검출한계 (Limit of Detection, LOD; ng·mL-1)는 ‘Signal-to-Noise ratio of 3’을 이용하였고, 정량한계 (Limit of Quantitation, LOQ; ng·mL-1)는 ‘Signal-to-Noise of 10’을 이용하여 측정하였다.
검량선 작성과 LOD 및 LOQ 평가는 수용성 비타민 성분분석법과 동일하게 수행하였다.
LC-MS/MS 분석은 단편화 조건에서 500°C Source temperature와 -4500V Ionspray voltage 조건을 제외하고 ‘수용성 비타민’에서와 동일하였다.
통계처리
모든 분석은 품종(genotype) 당 3반복으로 재배된 개체들에서 수확된 과실을 pooling 하여 동결건조 및 추출하였고, 추출물의 HPLC 및 LC-MS/MS는 3반복으로 수행하였다. 정량값은 3반복 평균에 대한 표준편차로 나타내었다.
결 과
수용성 비타민과 폴리페놀 화합물의 정성분석
토마토 23 계통과 12 F1 품종에 대하여 생리활성 성분 12종의 정성 분석을 수행하기 위해 각각의 표준 물질을 사용하여 계통 ‘LA0797’ 추출물에 대한 HPLC Chromatogram 결과를 얻었다(Fig. 4). 수용성 비타민의 경우 vitamin B2 (riboflavin)와 B9 (folic acid)의 Chromatogram Peak가 표준 물질에서는 각각 4.82와 6.39에서 나타났지만 ‘LA0797’ 추출물에서는 표준물질 Peak 검출 시간에 Peak가 나타나지 않았다. 따라서 본 연구에서 사용된 추출법을 이용하여 vitamin B2와 B9의 정성분석을 수행하는데 어려움이 있었다.
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Figure 4. HPLC chromatograms of water-soluble vitamins (A) and polyphenolic compounds (B) for tomato cultivar LA0797
Polyphenol compounds에서는 ‘LA0797’에서 표준물질들과 동일한 Peak가 검출되어 분석된 모든 성분이 시료에 함유되어 있는 것으로 나타났다(Fig. 5). 각각의 생리활성 성분들의 표준 물질에 대한 추출물의 검량선(회귀직선식; Y=aX+b)에서 직선성(r2)을 확인할 수 있었고 이를 통해 LOD및 LOQ를 구하였다.
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Figure 5. HPLC chromatograms of water-soluble vitamins (A, B) and polyphenols (C) for tomato cultivar LA0797. Pick 1, thiamine hydrochloride; 2, ascorbic acid; 3, pyridoxine hydrochloride; 4, nicotinamide; 5, D-pantothenic acid; 6, folic acid; 7, riboflavin; 8, rutin; 9, mircetin; 10, naringenin chalcone; 11, quercetin; and 12, kaempferol. Chromatogram peaks for two standards, folic acid (B9) and riboflavin (B2), were detected at retention times of 4.10 and 5.27 min, respectively (Fig. 4). However, these two peaks were not detected in the chromatogram of tomato cultivar LA0797
계통 23종에 대한 수용성 비타민 함량 분석
분석된 수용성 비타민 중 vitamin C의 함량이 가장 높았으나 vitamin B1은 매우 낮은 비율로 존재하였다(Table 2). Vitamin C의 경우 ‘Gold Ball’ (136.0 mg×kg-1), ‘Yellow Suffer’ (138.2), ‘LA0797’ (208.6)에서 가장 높았으며, ‘Tropic’ (69.9), ‘San Marzano’ (75.87), ‘PI564169’ (77.68)에서 가장 낮아 품종 간 크게 2배 정도의 차이를 보였다. Vitamin B3는 모든 품종에서 0.110 mg·kg-1 이하의 낮은 수준으로 검출되었는데 ‘LA1996’ (0.10), ‘PI114490’ (0.10), ‘LA4425’ (0.11)에서 가장 높았으며, ‘PI647532’ (0.04), ‘SJG0009’ (0.04), ‘Tropic’ (0.04)에서 가장 낮았다. Vitamin B5 또한 vitamin B3와 비슷한 수준으로 검출되었는데 ‘LA0797’ (1.21), ‘LA4425’ (1.21), ‘Cherokee purple’ (1.37)에서 가장 높았으며, ‘SJG0404’ (0.30), ‘SJG0088’ (0.37), ‘SJG0214’ (0.38)에서 가장 낮아 품종 간 크게는 4배의 차이를 보였다. Vitamin B6는 ‘M82’ (0.53), ‘Gold Nugget’ (0.60), ‘LA0797’ (0.60)에서 높았으며, ‘Yellow pear’ (0.15) ‘Sanmarzano’ (0.15), ‘Black Plum’ (0.17)에서 가장 낮았다. Vitamin B1은 성분 중 가장 낮은 비율로 검출되었는데 ‘Black Plum’ (0.0183), ‘Yellow stuffer’ (0.0205), ‘LA0797’ (0.0207)이 높았고, ‘SJG0009’ (0.0047), ‘SJG0404’ (0.0061), ‘SJG0025’ (0.0064)이 낮았다.
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Table 2 . Quantification of five types of water soluble vitamins in different tomato inbred lines.
Inbreed line Vitamin C Vitamin B3 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B1 Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD SJG0009 116.73±1.94 1.66 0.04±0.003 5.96 1.19±0.029 2.44 0.43±0.035 8.11 0.0047±0.0004 9.22 SJG0025 111.13±4.56 4.11 0.05±0.004 7.27 1.00±0.100 10.01 0.27±0.010 3.59 0.0064±0.0002 2.86 Gold Nugget 93.53±3.43 3.67 0.05±0.002 4.27 0.39±0.005 1.35 0.60±0.092 15.36 0.0070±0.0009 12.33 LA0797 203.60±15.74 7.73 0.09±0.001 1.34 1.21±0.090 7.50 0.60±0.005 0.88 0.0207±1.0006 2.79 LA1996 115.27±2.39 2.07 0.10±0.004 4.71 0.73±0.031 4.17 0.31±0.005 1.60 0.0142±1.0005 3.74 LA4425 124.60±6.76 5.42 0.11±0.005 4.94 1.27±0.097 7.66 0.36±0.023 6.31 0.0176±1.0005 2.76 NC84173 91.96±2.40 2.61 0.05±0.001 1.08 0.83±0.023 2.74 0.25±0.004 1.41 0.0075±1.0004 5.18 SJG0088 89.47±3.43 3.84 0.05±0.002 3.31 0.81±0.084 10.39 0.41±0.012 2.89 0.0143±2.0001 0.35 PI564169 77.68±2.01 2.59 0.06±0.002 3.77 0.71±0.021 2.91 0.46±0.006 1.30 0.0121±2.0003 2.55 PI647532 83.93±4.31 5.13 0.04±0.001 1.50 0.84±0.123 14.61 0.23±0.027 11.76 0.0126±2.0010 7.55 Tropic 69.90±3.75 5.37 0.04±0.001 1.46 0.68±0.034 4.96 0.20±0.006 3.09 0.0080±3.0006 7.74 SJG0214 105.32±0.59 0.56 0.07±0.007 10.07 0.38±0.018 4.67 0.20±0.005 2.46 0.0126±4.0004 3.52 M82 113.62±5.81 5.12 0.07±0.005 8.09 0.62±0.010 1.66 0.53±0.014 2.62 0.0104±5.0001 1.20 SJG0303 135.46±2.40 1.77 0.05±0.003 5.00 0.37±0.018 4.90 0.38±0.006 1.49 0.0136±5.0007 4.86 Alisa Craig 115.13±8.44 7.33 0.07±0.006 9.10 1.20±0.118 9.89 0.28±0.007 2.50 0.0128±5.0012 9.32 Black Plum 87.80±3.99 4.55 0.04±0.001 1.81 0.65±0.075 11.61 0.17±0.005 3.03 0.0183±6.0009 5.13 Gold Ball 136.00±8.74 6.43 0.06±0.000 0.18 1.10±0.119 10.76 0.27±0.016 6.02 0.0168±6.0008 4.91 San Marzano 75.87±1.79 2.36 0.05±0.003 5.63 0.49±0.019 3.89 0.15±0.004 2.73 0.0169±7.0002 1.33 Yellow Pear 118.72±1.38 1.16 0.06±0.008 13.05 0.64±0.013 1.97 0.15±0.006 4.13 0.0123±7.0003 2.33 Yellow Stuffer 138.24±2.90 2.10 0.07±0.003 3.56 1.17±0.094 8.02 0.40±0.022 5.39 0.0205±7.0011 5.41 Cherokee Purple 95.81±0.68 0.71 0.05±0.003 5.62 1.37±0.077 5.61 0.39±0.009 2.23 0.0108±7.0004 3.58 SJG0404 123.98±4.40 3.55 0.07±0.008 11.72 0.30±0.003 1.09 0.34±0.016 4.82 0.0061±0.0001 1.26 PI114490 124.20±4.33 3.49 0.10±0.003 2.66 0.74±0.042 5.71 0.34±0.021 6.26 0.0131±2.0005 3.99
F1 품종 12종에 대한 수용성 비타민 함량
각 성분 당 함량 순위는 23개 계통에서 관찰된 바와 동일 하였다(Table 3). Vitamin C의 함량은 ‘Miracle’ (153.27)에서 가장 높았는데, ‘Yellow’ (59.85), ‘Marathon’ (70.40)와 2배 이상의 차이를 보였다. Vitamin B3는 ‘Minichal’ (0.0328), ‘Black Ace’ (0.0332), ‘Miracle’ (0.0344) 등이 높았으나 가장 낮은 함량을 보였던 ‘Rapito’ (0.0248), ‘Yellow’ (0.0258), ‘GS Red’ (0.0263)과 큰 차이를 보이지는 않았다. Vitamin B5는 전반적으로 2.00 mg·kg-1의 낮은 함량으로 존재하였으나, ‘Rapito’가 2.0554 mg×kg-1, ‘Yellow’가 0.28300 mg×kg-1로 품종 간에는 크게 8배의 차이를 보였다. Vitamin B6는 ‘Candy’ (0.4683), ‘GS Red’ (0.4714), ‘Miracle’ (0.5824)에서 높은 경향을 보였으나, ‘Rapito’ (0.2898), ‘Yellow’ (0.3489), ‘Marathon’ (0.3687)에서는 비교적 낮았다. Vitamin B1은 ‘K-Star’ (0.0127), ‘Miracle’ (0.0136), ‘Marathon’ (0.0174)가 가장 높았고, ‘Toast’ (0.0074), ‘Orange’ (0.0074), ‘Black Ace’ (0.0081)가 가장 낮았다. 따라서 vitamin B1과 B6에 있어서는 품종 간 큰 차이는 발견되지 않았다.
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Table 3 . Quantification of five types of water soluble vitamins in different commercial tomato F1 cultivars.
F1 cultivar Vitamin C Vitamin B3 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B1 Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Toast 82.47±0.63 0.77 0.03±0.001 2.36 0.999±0.068 6.85 0.448±0.011 2.46 0.0074±0.0002 2.55 GS Red 99.47±1.33 1.33 0.026±0.002 5.96 1.614±0.037 2.29 0.471±0.019 3.93 0.0105±0.0001 1.24 Marathon 70.40±0.35 0.49 0.027±0.002 6.02 1.220±0.037 3.04 0.369±0.017 4.74 0.0174±0.0010 5.58 K-star 84.03±1.42 1.69 0.026±0.002 6.62 1.182±0.057 4.85 0.389±.0.009 2.25 0.0127±0.0007 5.87 Raptito 58.81±2.73 3.18 0.025±.0.001 3.59 2.055±0.111 5.41 0.290±0.020 6.76 0.0124±0.0007 5.60 Black Ace 95.47±3.64 3.81 0.033±0.003 7.75 0.787±0.012 1.52 0.459±0.018 3.94 0.0081±0.0003 3.78 Orange 99.60±1.64 1.64 0.03±0.002 7.57 2.022±0.115 5.67 0.376±0.007 1.90 0.0074±0.0005 6.67 Candy 132.40±2.41 1.82 0.031±0.003 9.89 1.007±0.041 4.10 0.468±0.015 3.21 0.0115±0.0003 2.70 Crown 80.08±0.29 0.36 0.027±0.001 3.91 0.512±0.024 4.71 0.386±0.015 3.85 0.0124±0.0005 4.40 Mini Chal 89.07±2.88 3.23 0.033±0.000 1.29 0.429±0.008 1.91 0.375±0.010 2.78 0.0107±0.0004 3.73 Miracle 153.27±7.49 4.89 0.034±0.001 4.29 0.636±0.034 5.39 0.582±0.032 5.48 0.0136±0.0005 3.57 Yellow 59.85±2.56 4.27 0.026±0.002 8.24 0.283±0.008 2.91 0.349±0.008 2.23 0.0114±0.0005 4.54
계통 23종에 대한 폴리페놀 화합물 함량
분석된 폴리페놀 화합물 중 naringenin chalcone과 rutin이 가장 높은 함유량을 보였으며, quercetin과 kaempferol은 비교적 낮은 수준으로 존재하였고 myricetin은 매우 낮거나 특정 품종에서는 검출되지 않았다(Table 4). Quercetin 함량은 ‘97L97’이 2.410 mg×kg-1로 가장 높고, ‘OhioMR13’이 0.180 mg·kg-1로 가장 낮아 품종 간 10배 이상의 차이를 보였다. Kaempferol은 ‘LA1996’ (1.60), ‘Gold Nugget’ (1.79)에서 비교적 높았으나, ‘OH9242’ (0.47), ‘Black Plum’ (0.48) ‘OhioMR13’ (0.01)에서는 매우 낮거나 거의 검출되지 않았다. Myricetin은 ‘OH9242’, ‘Sanmarzano’과 ‘Yellow Pear’에서는 검출 되지 않았고, ‘97L97’ (0.05), ‘M82’ (0.06), ‘LA1996’ (0.08)에서 비교적 함유량이 높았다. 성분 중 가장 높게 함유된 것으로 관찰된 naringenin chalcone은 ‘Gold Nugget’이 235.000 mg·kg-1으로 가장 높았고 ‘97L97’ (132.00) ‘M82’ (144.50)이 중간 수준의 함량, ‘OhioMR13’ (0.02), ‘Cherokee Purple’ (1.09), ‘Black Plum’ (18.70)에서는 가장 낮거나 거의 검출되지 않아 품종 간 다양한 차이를 보였다. Rutin은 ‘LA1996’ ‘M82’, ‘OH88119’이 113.20~122.100 mg×kg-1로 가장 높았으나, ‘OhioMR13’은 7.16 mg×kg-1로 가장 낮아 naringenin chalcone에서와 같이 품종 간 차이가 컸다.
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Table 4 . Quantification of five types of polyphenolic compounds in different tomato inbred lines.
Inbred line Quercetin Kaempferol Myricetin Naringenin chalcone Rutin Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD SJG0009 0.72±2.20 3.30 0.70±8.90 14.00 0.04±0.23 6.70 77.70±127.02 1.80 96.20±518.59 5.90 SJG0025 0.72±0.50 0.80 0.71±9.28 14.30 0.03±0.25 10.20 96.80±845.95 9.60 90.40±544.43 6.60 Gold Nugget 0.72±3.87 5.90 1.79±10.50 6.50 0.05±0.33 7.70 235.00±1457.17 6.80 109.80±557.52 5.60 LA0797 0.87±4.52 5.70 0.71±3.46 5.40 0.04±0.34 10.30 111.90±545.62 5.40 55.30±502.92 10.00 LA1996 0.89±8.26 10.20 1.60±9.07 6.20 0.08±0.64 9.30 82.10±997.61 13.40 113.20±986.78 9.630 NC84173 0.61±3.61 6.50 1.00±13.76 15.20 0.04±0.45 12.40 110.90±886.12 8.80 95.40±728.86 8.40 SJG0088 0.18±1.72 10.30 0.01±0.04 3.90 0.01±0.16 13.70 0.02±0.26 11.40 7.16±61.23 9.40 PI564169 0.78±5.09 7.20 1.00±7.41 8.10 0.03±0.29 11.10 67.20±805.87 13.20 97.20±551.94 6.20 Tropic 0.40±3.06 8.50 0.92±7.72 9.30 0.02±0.15 8.70 67.20±516.82 8.50 47.50±312.25 7.20 SJG0214 0.48±1.92 4.40 0.47±3.47 8.10 0.00±0.00 - 58.00±133.17 2.50 52.10±150.44 3.20 M82 1.81±3.79 2.30 1.17±11.69 11.00 0.06±0.49 9.10 144.50±1550.27 11.80 115.10±288.68 2.80 SJG0303 0.76±6.44 9.30 0.92±2.67 3.20 0.04±0.30 8.60 78.70±263.50 3.70 122.10±793.73 7.20 Alisa Craig 0.54±3.53 7.20 1.18±11.55 10.70 0.02±0.11 5.50 67.60±645.16 10.50 76.10±606.22 8.80 Black Plum 0.26±1.53 6.40 0.48±3.40 7.80 0.01±0.16 13.40 18.70±110.15 6.50 50.30±198.58 4.30 Gold Ball 0.52±6.87 14.60 0.54±5.08 10.30 0.02±0.18 11.00 50.50±389.74 8.50 50.20±249.87 5.50 San Marzano 0.60±1.48 2.70 0.77±8.11 11.50 0.00±0.00 - 45.40±317.65 7.70 51.70±167.03 3.60 Yellow Pear 0.72±3.69 5.60 1.25±7.23 6.40 0.00±0.00 - 83.50±366.92 4.80 81.30±128.97 1.70 Yellow Stuffer 0.85±5.66 7.30 1.15±8.16 7.80 0.04±0.27 6.90 124.30±1113.55 9.90 47.50±528.49 12.20 Cherokee Purple 0.27±1.92 7.80 1.20±10.15 9.30 0.00±0.00 - 1.09±2.06 2.10 64.40±551.57 9.40 SJG0404 2.41±24.79 11.30 0.61±4.99 9.00 0.05±0.62 13.60 132.00±916.52 7.60 52.80±640.10 13.30 PI114490 0.91±7.56 9.20 0.72±4.67 7.10 0.03±0.22 8.00 66.80±496.42 8.20 44.00±389.36 9.70
F1 품종 12종에 대한 폴리페놀 화합물 함량
각 성분 당 함량 순위는 23개 계통에서 관찰된 바와 동일 하였다(Table 5). Quercetin 함량은 ‘Yellow’ (0.34), ‘Miracle’ (0.35), ‘Candy’ (0.54)가 비교적 높았고, ‘Marathon’ (0.02), ‘K-Star’ (0.04), ‘Rapito’ (0.07)가 가장 낮았다. Kaempferol은 ‘Yellow’에서 1.530 mg·kg-1로 가장 높았고, ‘Rapito’ (0.02), ‘K-Star’와 ‘Orange’에서는 매우 낮거나 검출 되지않았다. Myricetin의 함량은 23개 계통에서와 마찬가지로 전반적으로 0.03 mg·kg-1 이하로 매우 낮았는데 ‘Miracle’ (0.02), ‘Yellow’ (0.02) ‘Candy’ (0.03)이 가장 높았고, ‘Toast’, ‘GS Red’과 ‘Marathon’에서는 검출되지 않았다. Naringenin chalcone은 ‘Candy’ (152.90), ‘Minichal’ (168.30), ‘Yellow’ (221.50) 가 높았고, ‘Marathon’ (0.01), ‘K-Star’ (0.56), ‘Rapito’ (22.00)가 가장 낮아 23개 계통에서 관찰 되었듯이 품종 간 큰 차이를 보였다. Rutin에서도 ‘Minichal’ (97.60), ‘Candy’ (104.20), ‘Yellow’ (115.50)가 높았고, ‘Marathon’ (2.45), ‘K-Star’ (9.92), ‘Rapito’ (13.40) 가장 낮아 naringenin chalcone 에서와 유사한 경향을 보였다.
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Table 5 . Quantification of five types of polyphenolic compounds in different commercial F1 tomato cultivars.
F1 cultivar Quercetin Kaempferol Myricetin Naringenin chalcone Rutin Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Toast 0.11±0.38 3.70 0.04±0.32 9.60 0.00±0.00 - - 5.70 22.80±125.30 6.10 GS Red 0.14±1.06 8.30 0.04±0.08 2.00 0.00±0.00 - - 6.50 32.90±92.92 3.10 Marathon 0.02±0.25 13.40 0.03±0.36 12.40 0.00±0.00 - - 4.30 2.45±19.52 8.80 K-star 0.04±0.25 6.90 0.00±0.00 0.00 0.00±0.00 - - 1.80 9.92±17.56 1.90 Rapito 0.07±0.87 14.40 0.02±0.42 13.50 0.00±0.00 - - 7.40 13.40±151.00 12.40 Black Ace 0.17±1.15 7.60 0.27±2.69 10.80 0.01±0.09 7.70 7.70 3.40 38.80±436.16 12.40 Orange 0.34±3.06 10.00 0.00±0.00 - 0.01±0.02 1.50 1.50 8.00 14.90±58.59 4.30 Candy 0.54±2.74 5.60 0.62±0.68 1.20 0.03±0.17 6.80 6.80 6.10 104.20±196.55 2.10 Crown 0.27±2.25 9.20 0.92±2.55 3.10 0.02±0.24 11.40 11.40 12.30 79.00±780.02 10.90 Mini chal 0.27±1.54 6.30 0.80±7.68 10.60 0.02±0.18 8.40 8.40 11.40 97.60±505.21 5.70 Miracle 0.35±1.68 5.30 0.78±6.86 9.70 0.02±0.20 10.40 10.40 2.80 93.20±539.66 6.40 Yellow 0.34±2.60 8.40 1.53±6.08 4.40 0.02±0.27 12.40 12.40 9.50 115.50±700.00 6.70
고 찰
토마토 과품질은 과형, 과크기, 과색과 같은 외관 이외에 생리활성 성분의 함량에 의해 결정되어 육종소재 평가에서 이러한 기능성 성분의 정량분석이 요구되어 왔다(Nicolas et al. 2006). Mass Spectrometry (GC-MS, LC-MS)와 핵 자기공명(NMR) 또는 Gas 및 Liquid Chromatography는 대사체분석에서 가장 널리 사용되는 기술인데, GC-MS는 토마토 야생종의 잎과 과실의 대사체 프로파일링에 사용되어 90종 이상의 대사산물이 확인되었고, 이는 토마토 교배에 사용되는 계통 선발에 기반을 제공한 바 있다(Schauer et al. 2006). 또한 성분분석 방법을 적용하기 전 성분 추출이 필수적인데, 조제 분유의 영양 강화를 위해 첨가하는 비타민 A와 E의 함량 측정을 위해 각각 다른 추출법을 사용하지 않고 역상 컬럼과 PDA-HPLC로 동시 분석을 가능하게 하여 신속한 분석을 이루어낸 바 있다(Kwak et al. 2004). 비타민 보충제의 비타민 함량 분석 편의성을 위해 수용성 비타민 B군(vitamin B1, B2, B3와 B6)에 대한 전처리 조건(추출)과 HPLC의 동시 분석 조건을 확립한 바 있다(Kim et al. 2013). 본 연구에서도 이와 같은 동시 분석 조건을 통해 하나의 추출법 및 분석 방법을 고안함으로서 신속하며 간편하게 다수의 물질을 분석할 수 있음을 보여주었다. 다만 vitamin B9 (folic acid)의 추출을 위해서 추출 용액의 적절한 pH 및 농도가 조절되어야 하는데, 추출 수율을 최대로 만들기 위해서 추출 용액의 pH를 4.5로 맞추고, 50 mM potassium phosphate, 1% ascorbic acid, 0.5% mercaptoethanol과 1 mM calcium chloride를 샘플과 혼합하여 추출해야 한다고 보고된 바 있다(Tyagi et al. 2015). 본 연구에서는 여러 수용성 비타민을 일괄 추출하는 방법을 고안하기 위하여 추출용액으로 10 mM ammonium acetate와 methanol을 사용하였기 때문에 vitamin B9의 추출에 어려움이 있었던 것으로 사료된다.
토마토 재배종 품종에 비해 카로테노이드를 적게 함유하는 유전자원들은 높은 수준의 폴리페놀을 생성하고 결과적으로 항산화제로서 더욱 가치가 있다(Stevens et al. 2006). 플라보노이드의 함량을 증가시키기 위해 야생종 토마토인
Red계 토마토 과실의 과피를 황색으로 만드는 원인 물질인 naringenin chalcone과 rutin에 대한 함유량 하위 3개 품종(‘Marathon’, ‘K-Star’, ‘Rapito’)은 모두 pink계 대과종이고, 함유량 상위 3개 품종(‘Candy’, ‘Minichal’, ‘Yellow’)은 모두 red나 yellow계 소과종으로 모두 과피가 황색인 것으로 나타났다. Naringenin chalcone과 rutin은 토마토 과피에 황색 색소를 축적시켜 red, orange, yellow 과실을 형성하고, 이는 SlMYB12 유전자의 기능 상실 또는 발현 감소와 관련이 있는 것으로 보고되어 있는데, 반대로 이들 성분의 누적 부족은 이에 따른 투명한 과피와 pink계 과실을 유도한다(Adato et al. 2009;Ballester et al. 2010;Fernandez-Moreno et al. 2016). 따라서 이들 성분을 다량 함유하는 ‘Candy’, ‘Minichal’, ‘Yellow’에서는 SlMYB12 유전자 돌연변이가 존재할 가능성이 있으나 추후 연구가 필요하다.
적 요
기능성 성분이 향상된 토마토 품종 개발을 위해서는 성분 정량분석법과 토마토 유전자원 간 대사성분 변이에 대한 정보의 확보가 필요하다. 본 연구에서는 토마토 유전자원23개 계통과 12개 상용 F1 품종을 이용하여 수용성 비타민 7종(vitamin C, B1, B2, B3, B5, B6, B9)과 폴리페놀계 성분 5종(quercetin, rutin, kaempferol, myricetin, and naringenin chalcone)에 대한 함량을 비교 분석 하였다. HPLC와 LC-MS 분석 결과, 수용성 비타민과 폴리페놀계의 주요 성분으로 vitamin C와 naringenin chalcone이 각각 검출되었으며 품종 간 높은 수준의 함량 변이가 존재함을 알 수 있었다. 반면에 vitamin B1, quercetin 과 kaempferol은 전 품종에 있어 함량이 가장 낮았다. 대사성분 함량과 토마토 과실특성 간 상관관계에 있어서 과크기(과중)와 높은 유의성이 관찰되었는데 대부분의 성분에 있어 방울토마토 품종이 완숙용 토마토 품종보다 높은 함량을 보였다. 하지만 naringenin chalcone을 제외하고 대사성분과 과색 간의 상관관계는 뚜렷하게 나타나지 않았다. 본 결과는 토마토 육종과정에 활용될 수 있는 효율적인 대사성분 정량분석법을 제시할 뿐만 아니라 기능성 성분 고함량 육종소재 선발에 중요한 정보를 제공한다.
사 사
이 과제는 부산대학교 기본연구지원사업(2년)에 의하여 연구되었음.
Fig 1.
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Fig 2.
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Fig 4.
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Fig 5.
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Table 1 . Tomato variety used for the quantification of functional compounds in this study.
Variety Fruit Colora Fruit Sizeb Typec SJG0009 Red Big Inbred SJG0025 Red Big Inbred Gold Nugget Orange Small Inbred LA0797 Red Big Inbred LA1996 Red Big Inbred LA4425 Red Small Inbred NC84173 Red Big Inbred SJG0088 Pink Big Inbred PI564169 Orange Middle Inbred PI647532 Yellow Big Inbred Tropic Red Big Inbred SJG0214 Red Middle Inbred M82 Red Middle Inbred SGJ0303 Red Middle Inbred Alisa Craig Red Middle Inbred Black Plum Brown Small Inbred Gold Ball Yellow Middle Inbred San Marzano Red Middle Inbred Yellow Pear Yellow Small Inbred Yellow Stuffer Yellow Big Inbred Cherokee Purple Pink Big Inbred SJG0404 Orange Middle Inbred PI114490 Yellow Small Inbred Toast Red Big F1 GS Red Red Big F1 Marathon Pink Big F1 K-star Pink Big F1 Rapito Pink Big F1 Black Ace Brown Middle F1 Orange Orange Middle F1 Candy Red Small F1 Crown Red Small F1 Mini Chal Red Small F1 Miracle Red Small F1 Yellow Yellow Small F1 aFruit color was determined visually from fruit exterior.
bFruit size was determined based on the range of fresh weight: Small=0~60 g, Middle=61~150 g, Big= >150 g.
cInbred is a genetically homozygous heirloom (landrace) or breeding line introduced from the USA and Europe. F1 is a commercial hybrid cultivar. In this study, all of these plants are referred to as variety in common.
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Table 2 . Quantification of five types of water soluble vitamins in different tomato inbred lines.
Inbreed line Vitamin C Vitamin B3 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B1 Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD SJG0009 116.73±1.94 1.66 0.04±0.003 5.96 1.19±0.029 2.44 0.43±0.035 8.11 0.0047±0.0004 9.22 SJG0025 111.13±4.56 4.11 0.05±0.004 7.27 1.00±0.100 10.01 0.27±0.010 3.59 0.0064±0.0002 2.86 Gold Nugget 93.53±3.43 3.67 0.05±0.002 4.27 0.39±0.005 1.35 0.60±0.092 15.36 0.0070±0.0009 12.33 LA0797 203.60±15.74 7.73 0.09±0.001 1.34 1.21±0.090 7.50 0.60±0.005 0.88 0.0207±1.0006 2.79 LA1996 115.27±2.39 2.07 0.10±0.004 4.71 0.73±0.031 4.17 0.31±0.005 1.60 0.0142±1.0005 3.74 LA4425 124.60±6.76 5.42 0.11±0.005 4.94 1.27±0.097 7.66 0.36±0.023 6.31 0.0176±1.0005 2.76 NC84173 91.96±2.40 2.61 0.05±0.001 1.08 0.83±0.023 2.74 0.25±0.004 1.41 0.0075±1.0004 5.18 SJG0088 89.47±3.43 3.84 0.05±0.002 3.31 0.81±0.084 10.39 0.41±0.012 2.89 0.0143±2.0001 0.35 PI564169 77.68±2.01 2.59 0.06±0.002 3.77 0.71±0.021 2.91 0.46±0.006 1.30 0.0121±2.0003 2.55 PI647532 83.93±4.31 5.13 0.04±0.001 1.50 0.84±0.123 14.61 0.23±0.027 11.76 0.0126±2.0010 7.55 Tropic 69.90±3.75 5.37 0.04±0.001 1.46 0.68±0.034 4.96 0.20±0.006 3.09 0.0080±3.0006 7.74 SJG0214 105.32±0.59 0.56 0.07±0.007 10.07 0.38±0.018 4.67 0.20±0.005 2.46 0.0126±4.0004 3.52 M82 113.62±5.81 5.12 0.07±0.005 8.09 0.62±0.010 1.66 0.53±0.014 2.62 0.0104±5.0001 1.20 SJG0303 135.46±2.40 1.77 0.05±0.003 5.00 0.37±0.018 4.90 0.38±0.006 1.49 0.0136±5.0007 4.86 Alisa Craig 115.13±8.44 7.33 0.07±0.006 9.10 1.20±0.118 9.89 0.28±0.007 2.50 0.0128±5.0012 9.32 Black Plum 87.80±3.99 4.55 0.04±0.001 1.81 0.65±0.075 11.61 0.17±0.005 3.03 0.0183±6.0009 5.13 Gold Ball 136.00±8.74 6.43 0.06±0.000 0.18 1.10±0.119 10.76 0.27±0.016 6.02 0.0168±6.0008 4.91 San Marzano 75.87±1.79 2.36 0.05±0.003 5.63 0.49±0.019 3.89 0.15±0.004 2.73 0.0169±7.0002 1.33 Yellow Pear 118.72±1.38 1.16 0.06±0.008 13.05 0.64±0.013 1.97 0.15±0.006 4.13 0.0123±7.0003 2.33 Yellow Stuffer 138.24±2.90 2.10 0.07±0.003 3.56 1.17±0.094 8.02 0.40±0.022 5.39 0.0205±7.0011 5.41 Cherokee Purple 95.81±0.68 0.71 0.05±0.003 5.62 1.37±0.077 5.61 0.39±0.009 2.23 0.0108±7.0004 3.58 SJG0404 123.98±4.40 3.55 0.07±0.008 11.72 0.30±0.003 1.09 0.34±0.016 4.82 0.0061±0.0001 1.26 PI114490 124.20±4.33 3.49 0.10±0.003 2.66 0.74±0.042 5.71 0.34±0.021 6.26 0.0131±2.0005 3.99
-
Table 3 . Quantification of five types of water soluble vitamins in different commercial tomato F1 cultivars.
F1 cultivar Vitamin C Vitamin B3 Vitamin B5 Vitamin B6 Vitamin B1 Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Toast 82.47±0.63 0.77 0.03±0.001 2.36 0.999±0.068 6.85 0.448±0.011 2.46 0.0074±0.0002 2.55 GS Red 99.47±1.33 1.33 0.026±0.002 5.96 1.614±0.037 2.29 0.471±0.019 3.93 0.0105±0.0001 1.24 Marathon 70.40±0.35 0.49 0.027±0.002 6.02 1.220±0.037 3.04 0.369±0.017 4.74 0.0174±0.0010 5.58 K-star 84.03±1.42 1.69 0.026±0.002 6.62 1.182±0.057 4.85 0.389±.0.009 2.25 0.0127±0.0007 5.87 Raptito 58.81±2.73 3.18 0.025±.0.001 3.59 2.055±0.111 5.41 0.290±0.020 6.76 0.0124±0.0007 5.60 Black Ace 95.47±3.64 3.81 0.033±0.003 7.75 0.787±0.012 1.52 0.459±0.018 3.94 0.0081±0.0003 3.78 Orange 99.60±1.64 1.64 0.03±0.002 7.57 2.022±0.115 5.67 0.376±0.007 1.90 0.0074±0.0005 6.67 Candy 132.40±2.41 1.82 0.031±0.003 9.89 1.007±0.041 4.10 0.468±0.015 3.21 0.0115±0.0003 2.70 Crown 80.08±0.29 0.36 0.027±0.001 3.91 0.512±0.024 4.71 0.386±0.015 3.85 0.0124±0.0005 4.40 Mini Chal 89.07±2.88 3.23 0.033±0.000 1.29 0.429±0.008 1.91 0.375±0.010 2.78 0.0107±0.0004 3.73 Miracle 153.27±7.49 4.89 0.034±0.001 4.29 0.636±0.034 5.39 0.582±0.032 5.48 0.0136±0.0005 3.57 Yellow 59.85±2.56 4.27 0.026±0.002 8.24 0.283±0.008 2.91 0.349±0.008 2.23 0.0114±0.0005 4.54
-
Table 4 . Quantification of five types of polyphenolic compounds in different tomato inbred lines.
Inbred line Quercetin Kaempferol Myricetin Naringenin chalcone Rutin Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD SJG0009 0.72±2.20 3.30 0.70±8.90 14.00 0.04±0.23 6.70 77.70±127.02 1.80 96.20±518.59 5.90 SJG0025 0.72±0.50 0.80 0.71±9.28 14.30 0.03±0.25 10.20 96.80±845.95 9.60 90.40±544.43 6.60 Gold Nugget 0.72±3.87 5.90 1.79±10.50 6.50 0.05±0.33 7.70 235.00±1457.17 6.80 109.80±557.52 5.60 LA0797 0.87±4.52 5.70 0.71±3.46 5.40 0.04±0.34 10.30 111.90±545.62 5.40 55.30±502.92 10.00 LA1996 0.89±8.26 10.20 1.60±9.07 6.20 0.08±0.64 9.30 82.10±997.61 13.40 113.20±986.78 9.630 NC84173 0.61±3.61 6.50 1.00±13.76 15.20 0.04±0.45 12.40 110.90±886.12 8.80 95.40±728.86 8.40 SJG0088 0.18±1.72 10.30 0.01±0.04 3.90 0.01±0.16 13.70 0.02±0.26 11.40 7.16±61.23 9.40 PI564169 0.78±5.09 7.20 1.00±7.41 8.10 0.03±0.29 11.10 67.20±805.87 13.20 97.20±551.94 6.20 Tropic 0.40±3.06 8.50 0.92±7.72 9.30 0.02±0.15 8.70 67.20±516.82 8.50 47.50±312.25 7.20 SJG0214 0.48±1.92 4.40 0.47±3.47 8.10 0.00±0.00 - 58.00±133.17 2.50 52.10±150.44 3.20 M82 1.81±3.79 2.30 1.17±11.69 11.00 0.06±0.49 9.10 144.50±1550.27 11.80 115.10±288.68 2.80 SJG0303 0.76±6.44 9.30 0.92±2.67 3.20 0.04±0.30 8.60 78.70±263.50 3.70 122.10±793.73 7.20 Alisa Craig 0.54±3.53 7.20 1.18±11.55 10.70 0.02±0.11 5.50 67.60±645.16 10.50 76.10±606.22 8.80 Black Plum 0.26±1.53 6.40 0.48±3.40 7.80 0.01±0.16 13.40 18.70±110.15 6.50 50.30±198.58 4.30 Gold Ball 0.52±6.87 14.60 0.54±5.08 10.30 0.02±0.18 11.00 50.50±389.74 8.50 50.20±249.87 5.50 San Marzano 0.60±1.48 2.70 0.77±8.11 11.50 0.00±0.00 - 45.40±317.65 7.70 51.70±167.03 3.60 Yellow Pear 0.72±3.69 5.60 1.25±7.23 6.40 0.00±0.00 - 83.50±366.92 4.80 81.30±128.97 1.70 Yellow Stuffer 0.85±5.66 7.30 1.15±8.16 7.80 0.04±0.27 6.90 124.30±1113.55 9.90 47.50±528.49 12.20 Cherokee Purple 0.27±1.92 7.80 1.20±10.15 9.30 0.00±0.00 - 1.09±2.06 2.10 64.40±551.57 9.40 SJG0404 2.41±24.79 11.30 0.61±4.99 9.00 0.05±0.62 13.60 132.00±916.52 7.60 52.80±640.10 13.30 PI114490 0.91±7.56 9.20 0.72±4.67 7.10 0.03±0.22 8.00 66.80±496.42 8.20 44.00±389.36 9.70
-
Table 5 . Quantification of five types of polyphenolic compounds in different commercial F1 tomato cultivars.
F1 cultivar Quercetin Kaempferol Myricetin Naringenin chalcone Rutin Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Concentration ±SD RSD Toast 0.11±0.38 3.70 0.04±0.32 9.60 0.00±0.00 - - 5.70 22.80±125.30 6.10 GS Red 0.14±1.06 8.30 0.04±0.08 2.00 0.00±0.00 - - 6.50 32.90±92.92 3.10 Marathon 0.02±0.25 13.40 0.03±0.36 12.40 0.00±0.00 - - 4.30 2.45±19.52 8.80 K-star 0.04±0.25 6.90 0.00±0.00 0.00 0.00±0.00 - - 1.80 9.92±17.56 1.90 Rapito 0.07±0.87 14.40 0.02±0.42 13.50 0.00±0.00 - - 7.40 13.40±151.00 12.40 Black Ace 0.17±1.15 7.60 0.27±2.69 10.80 0.01±0.09 7.70 7.70 3.40 38.80±436.16 12.40 Orange 0.34±3.06 10.00 0.00±0.00 - 0.01±0.02 1.50 1.50 8.00 14.90±58.59 4.30 Candy 0.54±2.74 5.60 0.62±0.68 1.20 0.03±0.17 6.80 6.80 6.10 104.20±196.55 2.10 Crown 0.27±2.25 9.20 0.92±2.55 3.10 0.02±0.24 11.40 11.40 12.30 79.00±780.02 10.90 Mini chal 0.27±1.54 6.30 0.80±7.68 10.60 0.02±0.18 8.40 8.40 11.40 97.60±505.21 5.70 Miracle 0.35±1.68 5.30 0.78±6.86 9.70 0.02±0.20 10.40 10.40 2.80 93.20±539.66 6.40 Yellow 0.34±2.60 8.40 1.53±6.08 4.40 0.02±0.27 12.40 12.40 9.50 115.50±700.00 6.70
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