Cinnamon bark 등 식물체 정유 4종, 정유 유래 성분 및 trans-cinnamaldehyde 유도체의 수목 병원균 3종에 대한 항균 활성 및 작용기작

Abstract

본 연구는 cinnamon bark, cumin, lemongrass 및 wintergreen 정유, 정유 유래 화합물 및 trans-cinnamaldehyde 유도체를 대상으로 참나무시들음병(Raffaelea quercus-mongolicae K.H. Kim, Y.J. Choi & H.D. Shin), 모잘록병(Rhizoctonia solani J.G. Kühn), 그리고 근두암종병(Agrobacterium tumefaciens Smith & Townsend)에 대한 훈증 및 접촉 항균 활성을 검정하고 작용기작을 규명하였다. 식물체 정유에 대한 훈증 항균 활성을 검정한 결과, R. quercus-mongolicae에서는 cinnamon bark (Cinnamomum verum)와 lemongrass (Cymbopogon citratus)가 5 ㎕/paper disc 농도에서 100% 항균 효과를 나타냈다. R. solani에서는 cinnamon bark가 1.25 ㎕/paper disc 농도에서, lemongrass가 2.5 ㎕/paper disc 농도에서 100% 항균 효과를 나타냈다. A. tumefaciens에서는 wintergreen (Gaultheria fragrantissima), lemongrass, cinnamon bark 및 cumin (Cuminum cyminum)이 10 ㎕/paper disc 농도에서 각각 2.20 ㎝, 1.76 ㎝, 1.50 ㎝, 1.04 ㎝의 생육저지환(inhibition zone)이 나타났다. 식물체 정유에 대한 접촉 항균 활성을 검정한 결과, R. quercus-mongolicae에서는 cinnamon bark, cumin 및 lemongrass의 MIC 값이 각각 250 ㎍/㎖, 800 ㎍/㎖, 450 ㎍/㎖ 으로 나타났다. R. solani에서는 cinnamon bark, cumin 및 lemongrass의 MIC 값이 각각 200 ㎍/㎖, 850 ㎍/㎖, 400 ㎍/㎖ 으로 나타났다. A. tumefaciens에서는 cinnamon bark, cumin 및 lemongrass의 MIC 값이 각각 250 ㎍/㎖, 900 ㎍/㎖, 450 ㎍/㎖ 으로 나타났다. 식물체 정유 유래 성분 및 trans-cinnamaldehyde 유도체에 대한 훈증 항균 활성을 검정한 결과, R. quercus-mongolicae에서는 salicylaldehyde가 0.625 ㎕/paper disc 농도, eugenol 및 hydrocinnamaldehyde가 2.5 ㎕/paper disc 농도에서 100% 항균 효과를 나타냈다. R. solani에서는 trans-cinnamaldehyde는 0.3125 ㎕/paper disc 농도, neral과 hydrocinnamaldehyde은 1.25 ㎕/paper disc 농도에서 100% 항균 효과를 나타냈다. A. tumefaciens에서는 salicylaldehyde, hydrocinnamaldehyde, cuminaldehyde 및 trans-cinnamaldehyde가 각각 2.80 ㎝, 2.26 ㎝, 2.08 ㎝, 1.92 ㎝의 생육저지환(inhibition zone)이 나타났다. 식물체 정유 유래 성분 및 trans-cinnamaldehyde 유도체에 대한 접촉 항균 활성을 검정한 결과, R. quercus-mongolicae에서는 neral, cuminaldehyde, geraniol, geranial, trans-cinnamaldehyde, trans-anethole, eugenol, cinnamyl alcohol 및 hydrocinnamaldehyde의 MIC 값은 각각 400 ㎍/㎖, 250 ㎍/㎖, 450 ㎍/㎖, 400 ㎍/㎖, 150 ㎍/㎖, 850 ㎍/㎖, 350 ㎍/㎖, 400 ㎍/㎖, 300 ㎍/㎖로 나타났다. 농약인 benomyl, propiconazole 그리고 tebuconazole의 MIC 값은 각각 12.5 ㎍/㎖, 12.5 ㎍/㎖, 6.25 ㎍/㎖로 나타났다. R. solani에서는 neral, cuminaldehyde, geraniol, geranial, trans-cinnamaldehyde, trans-anethole, eugenol, cinnamyl alcohol 및 hydrocinnamaldehyde의 MIC 값은 각각 450 ㎍/㎖, 250 ㎍/㎖, 800 ㎍/㎖, 450 ㎍/㎖, 200 ㎍/㎖, 900 ㎍/㎖, 600 ㎍/㎖, 350 ㎍/㎖, 300 ㎍/㎖로 나타났다. 농약인 benomyl, propiconazole, 그리고 tebuconazole의 MIC 값은 각각 12.5 ㎍/㎖, 12.5 ㎍/㎖, 25 ㎍/㎖로 나타났다. A. tumefaciens에서는 neral, cuminaldehyde, geraniol, geranial, trans-cinnamaldehyde, eugenol 및 cinnamyl alcohol의 MIC 값은 각각 400 ㎍/㎖, 800 ㎍/㎖, 450 ㎍/㎖, 400 ㎍/㎖, 200 ㎍/㎖, 650 ㎍/㎖, 350 ㎍/㎖로 나타났다. 항생제인 streptomycin sulfate salt의 MIC 값은 3.125 ㎍/㎖로 나타났다. 결론적으로 수목병원균 3종에 대한 훈증 및 접촉 항균 활성이 우수한 정유는 cinnamon bark, lemongrass이고, 정유 유래 성분 및 trans-cinnamaldehyde 유도체는 neral, geranial 그리고 trans-cinnamaldehyde이다. 또한 수목병원균 3종에 대하여 훈증 및 접촉 항균 활성이 우수한 cinnamon bark 및 lemongrass 정유를 대상으로 인공혼합물에 따른 상대적 항균 활성을 비교한 결과, cinnamon bark 정유 유래 성분 중 trans-cinnamaldehyde가 제거된 인공혼합물이 수목병원균 3종에 대하여 훈증 및 접촉 항균 활성이 크게 낮아졌고 lemongrass 정유 유래 성분 중 neral, geranial이 각각 제거된 인공혼합물이 수목병원균 3종에 대하여 훈증 및 접촉 항균 활성이 크게 낮아졌다. 결론적으로 cinnamon bark 정유의 수목병원균 3종에 대한 훈증 및 접촉 항균 활성에는 trans-cinnamaldehyde가 가장 기여도가 높으며, lemongrass 정유의 수목병원균 3종에 대한 훈증 및 접촉 항균 활성에는 neral 및 geranial이 기여도가 높았고 그 중에서도 geranial이 가장 기여도가 높았다. 또한 식물체 정유, 정유 유래화합물 및 trans-cinnamaldehyde 유도체의 작용기작을 규명하기 위하여 활성이 우수한 trans-cinnamaldehyde 그리고 salicylaldehyde을 훈증 처리한 A. tumefaciens의 차등발현유전자(differentially expressed genes) 및 유전자 집단(Gene ontology)을 탐색하였다. 그 결과 모든 실험군에서 hydroxyl radical(활성산소종, Reactive oxygen species)을 조절하는 유전자의 발현이 억제되었음을 확인하였다. 이를 바탕으로 유전자 발현이 실제 생체반응으로 이어지는지 세포 내 활성산소종 발현 및 세포막 파괴를 검정한 결과, 수목병원균 3종에 대하여 식물체 정유인 cinnamon bark와 lemongrass, 정유 유래화합물 및 trans-cinnamaldehyde 유도체인 trans-cinnamaldehyde, neral, geranial, salicylaldehyde 그리고 hydrocinnamaldehyde를 훈증처리시 대조구에 비하여 활성산소종이 과 발현되었으며 세포막이 파괴되는 것으로 나타났다. 결론적으로 식물체 정유, 정유 유래 화합물 및 trans-cinnamaldehyde 유도체를 처리한 수목 병원균 3종은 활성산소종을 조절하지 못하게 되고 이로 인해 세포막이 손상되어 사멸한 것으로 추측된다.