Molecular Analysis for the Authentication of DIOSCOREA RHIZOME

Abstract

산약은 마속식물의 마 또는 참마의 뿌리줄기로서 한방에서는 자양, 강장, 거담뿐 아니라 보신, 보비위, 지사에 효능이 있어 널리 이용되어 왔다. 또한 최근의 연구들을 통해 여러 생리활성성분이 확인되었으며 이러한 물질들에 의해 콜레스테롤 저하, 항당뇨, 혈당강하 등의 효능이 보고되어 관심이 더욱 커져가고 있는 상황이다. 그러나 이러한 관심과 연구에도 불구하고 마속식물들은 자연생태에서도 종간 형질의 변이가 종종 관찰되며, 유전적 변이가 빈번하게 나타나므로 분류학적 연구에 상당한 장애요인이 되고 있다. 본 연구에서는 분자적 접근을 통해 마속식물들의 계통학적 유연관계를 정리하기 위하여 엽록체 DNA의 4구간(ndhC-trnV, petN-psbM, rpl32-trnL, trnG-trnS)의 염기서열을 분석하였다. 이러한 분자계통학적 분석을 통하여 국내산 마속 식물 8종에 대한 계통학적 유연관계를 파악하고, 이를 기초로 기존의 외부형태 분류학적 연구와 비교하여 종합적인 분류체계 및 종 동정표를 제시하였다. 본 연구 결과에 기초한 분류체계는 마속 식물의 명확한 종 동정 기준과 함께 계통학적 유연관계를 추정하게 되었으며, 한편으로 본 연구에서 비교 분석한 엽록체 DNA의 구간을 산약등의 마속 식물 유래 약재 감별을 위한 분자생물학적 지표로 사용될 수 있다.

DIOSCOREA RHIZOME, the rhizome of Dioscorea japonica Thunb. or D. batatas Decne, has been used as a herbal medicine to provide nourishment, discharge phylegm, and treat diarrhea in Korea. According to recent studies, some chemical components from the genus Dioscorea have biological effects of anti-inflammatory activity, antioxidant, anti-diabetic activity, anti-obesity, and so on. Due to the biological activies reported in previous studies, the genus Dioscorea has attracted been interests from pharmacognosists. Even though the plant of Dioscorea has been frequently chosen for the studies of pharmacognosy, their phylogenetic relationships remain still in dispute. In the previous molecular studies using region of cpDNA, phylogenetic relationships among species in the genus have been unresolved because the sequence divergences between closely related species were not large enough to separate them. We have chosen four intergenic spacer regions of cpDNA to elucidate phylogenetic relationships among Korean Dioscorea

ndhC-trnV, petN-psbM, rpl32-trnL and trnG-trnS, of which sequence variations are known to be bigger than those of nr ITS or psbA-trnH, matK, trnL-trnF. Molecular analysis clearly separated Korean Dioscorea into two major groups, which precisely corresponded to two section of the genus, sect. Enatiophyllum and sect. Stenophora, respectively. Dioscorea batatas and D. japonica are placed in sect. Enatiophyllum. In the section Stenophora, D. quinqueloba and D. tokoro are closely related as sister group, and then they are allied with D. nipponica group. D. nipponica are separated into two clades with a minor difference in sequences. D. tenuipes is placed on the sister groups of the clade of D. quinqueloba, D. tokoro, and D. nipponica. Resolved phylogenetic relationships in their study will provide the basic criterion to authenticate the rhizomes of the genus Dioscorea circulated of herbal medicines in the markets.