인삼의 사포닌 생합성에 관련된 후보 유전자들을 확보하기 위하여 많은 연구가 이루어진 결과 DDS는 ginsenoside 생합성의 중요한 효소로, DDS를 암호화하는 유전자의 과잉 발현을 통해 사포닌 생산을 증가시킬 수 있다는 가능성을 보여주었으며 EST로부터 분리한 glycosyltransferase 후보 유전자와 cytochrome P450s 후보 유전자가 ginsenoside 합성과 heterogenity에 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.
<h2>사포닌 생합성 유전자의 기능 분석</h2><p>인삼 사포닌 생합성에 관련된 유전자들을 발굴하고 기능을 분석하는 작업들은 인삼의 대사공학을 연구하는데 있어서 매우 중요한 위치를 차지하고 있으며, 사포닌 함량이 증가된 식물체 개발을 촉진시킬 수 있다. 따라서 최근 인삼의 대사공학을 연구하는 많은 연구그룹들은 인삼 사포닌 생합성에 관련된 후보 유전자들을 확보하기 위하여 다양한 방법을 이용하고 있다. Choi 등 (2005)은 methyl jasmonate를 처리한 모상근으로부터 얻은 cDNA을 이용하여 expressed sequance tag (EST) 분석을 한 결과, 3,134 ESTs를 확보하여 EST databases (dbEST)와 GeneBank databases에 등록을 하였다. 이러한 EST분석 결과를 통하여 인삼 사포닌의 생합성에 관련될 가능성이 있는 OSCs, cytochrome P450, glycosyltransferase 등의 다양한 후보유전자들 (candidate genes)을 확보하였고, 현재 여러 연구그룹에서 이들의 기능분석에 대한 연구를 진행 중에 있는 것으로 알려져 있다. 또한, Nam 등 (2005)은 EST 분석이외에 protemics 분석을 이용하여 인삼 사포닌 생합성에 대한 기능을 연구한 결과도 보고하였다. 최근 우리 연구그룹은 methyl jasmonate를 처리한 부정근을 이용하여 4,226개의 ESTs를 확보하였으며, 최종적으로 8개의 cytochrome P450 hydroxylase 후보유전자와 5개의 glycosyltransferase 후보유전자들을 새롭게 분리하여 현재 기능분석을 위한 실험을 진행 중에 있다.</p><p>인삼의 재분화체를 이용하여 사포닌 생합성관련 유전자의 기능을 분석한 최초의 결과는 2004년 Lee 등에 의해서 보고하였다. Lee 등 (2004)은 phytosterol과 triterpenoid의 생합성에 대한 squalene synthase (PgSSI)의 역할을 조사하였다. 인삼의 형질전환 부정근의 PgSS1 유전자 과잉발현은 squalene epoxidase, \( \beta \)-amyrin synthase와 cycloartenol synthase와 같은 downstream 유전자들의 up-regulation을 초래하였다. 또한 인삼 형질전환체는 phytosterol (\( \beta \)-sitosterol, stigmasterol, campesterol)과 triterpene saponins (ginsenosides)의 생산을 현저하게 증가시켰다.</p><p>Squalene synthase의 촉매반응에 이어지는 산소화 반응은 squalene epoxidase가 촉매를 한다. 이 효소는 속도제한효소 (rate-limiting enzyme)로서 2,3-oxidosqualene를 합성를 촉매하는 것으로 잘 알려져 있다. 최근 이 효소를 암호화하는 유전자들을 이용하여 이들의 기능을 분석한 결과가 발표되었다. Han 등 (2009)은 두 개의 squalene epoxidase 유전자를 분리하였고, 각각 PgSQE1, , PgSQE2로 명명하였다. 이들 유전자들은 \( 83 \% \)의 상동성을 가지고 있으며, N-terminal 영역에서의 상당한 아미노산의 차이를 나타내고 있다. 이러한 차이는 인삼의 RNA 간섭 (RNAi) 재분화체에서 두 유전자간의 기능에 많은 차이를 야기시키는 것으로 나타났다. PgSQE1의 경우 진세노사이드의 합성을 조절하는 기능을 보이는 것으로 나타낸 반면에 PgSQE2는 파이토스테롤합성에 관여하는 것으로 나타났다.</p><p>Oxidosqualene cyclase (OSC)에 대한 연구결과는 최근에 일본과 한국의 연구그룹에서 동시에 발표되었다. OSC를 암호화하는 유전자들 중에 dammarenediol synthase 는 2,3-oxidosqualene을 고리화하여 dammarenediol Ⅱ를 합성하는데 중요한 역할을 하는 촉매제로 알려져 있다. Han 등 (2006)과 Tansakul 등 (2006)은 ginsenoside의 생합성에 관련된 dammarenediol synthase (DDS) 유전자의 기능을 분석하였다. 이들은 lanosterol synthase가 결여된 erg7 yeast mutant에 DDS 를 발현시킴으로써 dammarenediol이 합성됨을 보여주였다. 또한, Han 등 (2006)은 RNA 간섭 (RNAi)으로 인해 dammarenediol synthase (DDS) 유전자 발현의 침묵(silencing)을 초래하여 결국 인삼 부리의 ginsenoside 생산이 \( 84.5 \% \)로 감소됨을 보여주었다. 이러한 결과를 통해 DDS는 ginsenoside 생합성의 중요한 효소로 간주되며,DDS를 암호화하는 유전자의 과잉 발현을 통해 사포닌 생산을 증가시킬 수 있다는 가능성을 제시하였다.</p><p>최근 dammarenediol과 \( \beta \)-amyrin의 수산화 (hydroxylation) 반응과 당화 (glycosidation) 반응에 대한 연구결과가 P.notoginseng에서 보고되었다. Yue and Zhong (2005)은 ginsenoside Rd의 당화에 관련된 UDPG:ginsenoside Rd glucosyltranseferse를 분리하여 ginsenoside Rd로부터 ginsenoside Rb 1을 합성하는데 성공하였으며, protopanaxdiol로부터 protopanaxatriol을 합성하는데 관여하는 수산화효소 중 하나인 protopanaxdiol 6 hydroxylase (P6H)를 분리하여 protopanaxatriol의 함량이 증가됨을 보여주었다 (Yue et al. 2008). 이들은 일련의 수산화 반응과 당화 반응을 통하여 ginsenoside heterogenity를 임으로 조절할 수 있을 것으로 보고하였다(Wang and Zhong 2002). 또한 이러한 결과들은 현재 우리가 EST로부터 분리한 glycosyltransferase 후보유전자와 cytochrome P450s 후보유전자가 다양한 ginsenoside 합성과 heterogenity에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 보여주고 있다.</p>