스트레스에 강하고 영양이 풍부한 콩과 작물은 전 세계적으로 영양불량과 식량안보에 대한 부담을 완화할 수 있다. 여기서는 미량영양소 결핍 위험이 높은 지역에서 널리 재배되고 소비되는 콩과 곡물인 자모(black-eyed pea, cowpea)에 주목하여, 카로티노이드 생합성에 관한 과거 및 현재의 연구를 살펴보고, 작물의 다양한 식용 부위에서 이 미량영양소를 증진하기 위한 서로 다른 지식 공백과 전망을 강조하였다. 문헌 조사 결과, 카로티노이드는 인체 건강과 영양에 중요한 미량영양소이지만(다른 많은 콩류와 마찬가지로) 콩자모(cowpea)에서의 카로티노이드 생물강화(biofortification) 잠재력은 여전히 충분히 활용되지 못하고 있음을 확인하였다. 우리는 이 미량영양소의 콩자모 내 정량화에 있어 어느 정도의 진전이 존재함을 발견했으나, 기존의 콩자모 유전 자원들 사이에서 식용 부위(즉, 종자, 꼬투리, 새싹, 잎)별 카로티노이드 함량의 다양성이 밝혀졌다. 콩자모에서 카로티노이드 생합성과 축적에 영향을 줄 수 있는 다양한 요인에 대한 기술을 바탕으로, 식물공장(plant factory) 시스템에서 돌연변이유발(mutagenesis)과 유전공학(genetic engineering)을 결합한 육종에서 omics를 통합적으로 활용한다면, 사하라 이남 아프리카 및 남아시아의 식품 시스템에 활용하기 위한 콩자모의 카로티노이드 함량을 시의적절하고 효율적으로 증가시키는 데 도움이 될 것으로 기대하였다.

식물의 표엽권(phyllosphere) 내 미생물 군집은 영양소 흡수를 촉진하고 저항성을 유도하며 스트레스에 대한 내성을 향상시켜 식물의 건강과 성장에 핵심적인 역할을 한다. 광강도 및 광질과 같은 환경 요인은 표엽권 미생물 군집의 구성과 기능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 수경재배(hydroponic) 시스템에서 이러한 상호작용은 특히 관련성이 큰데, 이는 식물의 생장과 수확량에 상당한 영향을 줄 수 있기 때문이다. 식물과 미생물의 반응을 모두 조절 환경에서 형성할 수 있다는 가능성에 근거하여, 다양한 광 조건이 표엽권 미생물 군집에 미치는 영향은 식물의 건강과 생산성 측면에서 중요하다. 본 연구는 수경재배 시스템에서 서로 다른 LED 광 처리에 노출시킨 한국산 인삼의 두 품종(유사명) 구성을 평가하였다. 대사체 프로파일링과 진세노사이드(ginsenoside) 함량을 분석하였으며, 표엽권에서의 세균 풍부도는 정량하였다. 미생물 군집에 대한 상세한 통찰은 16S rRNA 시퀀싱을 통해 확보하였다. 다변량 분석을 수행하여 표엽권 미생물 군집에서 서로 다른 LED 처리의 효과를 구별하였다. 탄수화물은 형광성(flouresence) 광(FL), 청색광(BL), 적색광(RD) 처리에서 가장 풍부하였고, 암(dark, DK), 적외선(IR), 자외선(UV) 처리에서는 아미노산과 유기산 수준이 더 높게 나타났다. 소량의 진세노사이드 함량은 Yunpoong(V1) 품종에 비해 Gumpoong(V2) 품종에서 유의하게 더 높았다. 광강도는 표엽권 미생물 군집의 구성에 직접적인 영향을 미쳤으며, 각 인삼 품종은 서로 다른 LED 광 노출 조건에 따라 특정 미생물과 연관되는 것으로 나타났다. 유기산과 아미노산은 Proteobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi 및 Ni-trospirae의 풍부도에 긍정적인 영향을 미친 반면, Firmicutes, Acidobacteria, Planctomycetes 및 Cyanobacteria는 탄수화물 수준과 유의하게 상관되었다. Proteobacteria는 IR 처리에서는 안정적으로 유지되어 V2에서 80% 이상, V1에서 60%를 구성하였고, UV 광은 V2에서는 미생물 안정성을 촉진하며, V1에서는 보다 다양한 생태계를 조성하였다. 두 경우 모두 유기산과 아미노산이 풍부한 특징을 보였다. Lactiplantibacillus plantarum은 두 품종 모두에서 검출된 유일한 젖산균(lactic acid bacterium)이며, V2에서 더 높은 풍부도를 보여 서로 다른 인삼 유형 전반에 걸친 보편성(ubiquesty) 가능성을 시사하였다. 본 연구의 결과는 수경재배된 한국산 인삼에서 LED 광 처리 조건이 대사체 프로파일과 표엽권 미생물 군집에 유의한 영향을 미침을 보여주었다. 청색, 적색 및 적외선과 같은 특정 광 조건은 뚜렷한 미생물 군집을 촉진하고 탄수화물, 아미노산, 진세노사이드 등 주요 대사체의 생산을 향상시켰다. L. plantarum의 존재는 프로바이오틱스(probiotic) 특성을 지닌 기능성 식품으로서 인삼의 잠재력을 강조한다. 본 연구는 대사체 생산의 향상과 미생물군집 건강의 증진을 모두 고려하여 인삼 재배를 최적화하는 데 유용한 통찰을 제공한다.