생태학적 상호작용은 약용 식물의 생리활성에 영향을 미칩니다

Jun 19, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12165(2023) 이 기사 인용

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약용 식물에서 생산된 에센셜 오일은 인간 사회에 높은 가치를 지닌 중요한 생리 활성 특성(항균, 항산화)을 가지고 있습니다. 수분과 초식은 식물의 화학적 방어를 변형시킬 수 있으므로 에센셜 오일의 생체 활성에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 식물의 생리활성에 대한 생태학적 상호작용의 효과는 아직 평가되지 않았습니다. 우리는 교차 수분과 모의 초식 식물이 에센셜 오일의 화학적 구성을 변경하여 약용 식물 Lepechinia floribunda(Lamiaceae)의 생리 활성 특성을 개선한다는 가설을 테스트했습니다. 통제된 실험을 통해 우리는 교배된 식물 자손의 에센셜 오일이 상대적으로 풍부한 산소화 테르펜을 가지며, 근친 교배 자손(즉, 수분 매개자가 없이 생산된 자손)에 비해 황색포도상구균에 대한 정균 효과가 거의 두 배라는 것을 보여주었습니다. 초식동물은 근친교배 식물과 이종교배 식물에서 희귀 화합물 생산에 각각 부정적인 영향과 긍정적인 영향을 주었지만, 생리활성에 미치는 영향은 아직 알려지지 않았습니다. 우리는 교차 수분(간접적인 생태계 서비스)을 중재함으로써 수분 매개자가 식물 에센셜 오일의 생물학적 활동과 연결된 생태계 서비스를 향상시킬 수 있음을 처음으로 보여줍니다. 우리는 수분(자기, 교배)의 질적 요소의 중요성을 강조합니다. 수분 서비스 연구에서 일반적으로 무시되는 측면입니다.

속씨식물은 대부분의 육상 상호주의 및 적대적 상호작용 웹의 핵심입니다1. 많은 속씨식물 종은 균근균 및 수분 매개자와 상호 공생적 상호작용을 확립하여 각각 특정 토양 영양분과 유성 생식을 얻을 수 있습니다. 같은 방식으로 식물은 초식동물 및 해로운 미생물과도 적대적인 상호작용을 하며, 이는 일반적으로 식물의 건강에 부정적인 영향을 미칩니다1. 흥미롭게도, 곰팡이, 박테리아, 동물 및 기타 식물과 같은 다양한 유기체와 식물의 상호 작용은 식물의 에센셜 오일의 주요 구성 요소인 테르펜과 같은 2차 대사 산물에 의해 신호됩니다1,2,3. 테르펜의 생태학적 기능에는 병원균 및 초식 동물에 대한 방어뿐만 아니라 균근 곰팡이 및 수분 매개자와 같은 유익한 유기체에 대한 유인 및 보상이 포함됩니다4,5. 테르펜이 생체 활성이 높다는 점을 감안할 때 에센셜 오일은 인간이 문화 행사 및 의약, 제약, 농경학, 화장품 및 영양 자원으로 널리 사용해 왔습니다3,7,8,9. 따라서 식물의 에센셜 오일은 인간이 자연으로부터 얻는 이점(생태계 서비스)을 나타내며 식물의 생리활성은 생태학적 상호작용을 통해 모델링될 수 있습니다. 식물 에센셜 오일의 생산과 구성은 내적 요인과 외적 요인으로 인해 매우 다양합니다. 본질적으로 식물은 개체발생적 및 현상학적 단계와 에센셜 오일이 생산되는 기관(꽃, 잎)의 유형에 따라 에센셜 오일의 화학적 구성과 풍부함을 변경할 수 있습니다10. 더욱이, 외적 비생물적 요인(예: 빛, 습도, 영양분 가용성)2,9 및 생물적 요인(예: 상호 공생적 및 적대적 상호 작용)은 식물의 화학적 프로필에 영향을 미칠 수 있습니다2,11,12,13.

초식은 작물 수확량을 감소시키고 질병 전염을 촉진하기 때문에 일반적으로 생태계에 해를 끼치는 것으로 간주되는 적대적인 상호 작용입니다15. 그러나 초식동물은 식물의 화학적 구성에 변화를 촉발합니다. 식물은 두 가지 유형의 화학적 방어를 생성합니다. 구성적 방어는 지속적으로 생성되는 방어이고, 유도성 방어는 기계적 및/또는 초식동물 손상 후에 생성되는 방어입니다6. 따라서, 초식동물 이후 식물은 초식동물과 초식동물에 의해 전염되는 병원체에 대한 보호를 증가시키는 일부 유도성 화합물 그룹을 생성할 수 있습니다(유도성 방어, 예를 들어 16,17). 따라서 곤충 및 미생물과 같은 다른 유기체에 대한 에센셜 오일의 생물학적 활성(생리활성)을 향상시키기 위해 일정 수준의 초식동물이 유익할 수 있습니다. 마찬가지로, 수분 품질(즉, 교차수분 대 자가수분)은 초식 후에 생성되는 식물의 화학적 구성 및 유도 방어에 영향을 미칠 수 있습니다. 수분 품질이 식물의 화학적 프로필에 미치는 영향은 식물의 교배 시스템에 따라 달라집니다. 실제로, 주로 이종 교배 및 혼합 교배 식물 종은 자가 수분 식물보다 자가 수분 후 근친 교배 저하(낮은 적합성)를 겪을 가능성이 더 높습니다. 자가수분에 의해 유래된 근친교배 식물은 타교배 식물(타가수분에 의해 유래)보다 초식성이 더 높고 질병 발생률도 증가하는 것으로 나타났습니다18,19. 이전의 화학 연구는 자가교배로 생산된 식물이 이종교배로 생산된 식물보다 구성적 방어의 발현이 감소하고 손상 후 화학적 방어를 상향 조절하는 능력이 낮기 때문에 이 아이디어를 뒷받침합니다13,20. 특히, 동물 수분 식물에서 타가 수분은 주로 수분 매개자에 의해 수행되는 반면, 자가 수분은 수분 매개자가 있는(수분매개자가 매개하는) 수분자와 없는(자율 자가수분) 수분매개자가 모두 가능할 수 있습니다. 따라서 수분 매개체에 의해 매개되는 교차 수분은 에센셜 오일의 생체 활성을 향상시킬 수 있습니다. 더욱이, 수분과 초식의 상호 작용은 모두 식물의 생체 활성에 시너지 효과를 미칠 수 있습니다.