상수리나무와 대왕참나무의 가뭄과 회복에 대한 전사체 및 생리분석 비교

김태림, 임혜민*

(국립산림과학원 임목자원연구과)

Drought Stress and Recovery: Comparative Transcriptomic and Physiological Analysis of Quercus acutissima and Quercus palustris

Tae-Lim Kim, Hyemin Lim*

(Forest Tree Improvement and Biotechnology Division, National Institute of Forest Science)

요약: 가뭄은 산림 복원에 필수적인 참나무 묘목의 생존, 성장, 발달에 큰 영향을 미칩니다. 본 연구에서는 Quercus acutissima와 Quercus palustris를 대상으로 1개월간의 가뭄 스트레스와 6일간의 재관수 처리에 따른 생리적 및 전사체적 반응을 조사했습니다. Q. acutissima는 성장이 감소했지만 재관수 후 회복된 반면, Q. palustris는 심각한 시들음과 더딘 회복력을 보였습니다. 생리적 반응은 두 종에서 뚜렷한 차이를 나타냈습니다. Q. acutissima는 가뭄 중에도 광합성이 안정적으로 유지되었으나, Q. palustris는 감소했습니다. 가뭄 기간 동안 두 종 모두에서 수용성 당과 MDA 수치가 증가했지만, 재관수 후 이전 수준으로 회복된 것은 Q. acutissima뿐이었습니다. 또한, 항산화 효소 활성과 ABA 함량에서도 종간 차이가 관찰되었습니다. 전사체 분석 결과, Q. acutissima에서는 가뭄과 회복에 대해 각각 832개와 1076개의 차별적으로 발현되는 유전자(DEG)가 확인되었고, Q. palustris에서는 각각 3947개와 1587개의 DEG가 발견되었습니다. Gene ontology enrichment와 히트맵 분석 결과, 당 대사, 항산화 효소, 호르몬 조절과 관련된 유전자들이 종에 따라 다르게 반응함을 보여주었습니다. 이 연구는 참나무 묘목의 가뭄 스트레스와 회복 과정에서 나타나는 생리적 및 유전적 메커니즘에 대한 기초적인 이해를 제공하며, 산림 복원 전략 수립에 기여할 것으로 기대됩니다.

Abstract: Drought significantly affects the survival, growth, and development of oak seedlings, which are vital for forest restoration. This study examined the physiological and transcriptomic responses of Quercus acutissima and Quercus palustris to one month of drought stress followed by six days of rewatering. Q. acutissima showed reduced growth but recovered after rewatering, while Q. palustris experienced severe wilting and failed recovery. Physiological responses differed between the species, with photosynthesis remaining stable in Q. acutissima but declining in Q. palustris. Soluble sugars and malondialdehyde levels increased during drought in both species, yet only Q. acutissima returned to baseline levels post-rewatering. Antioxidant enzyme activity and abscisic acid dynamics also varied significantly. Transcriptomic analysis revealed 832 and 1076 differentially expressed genes (DEGs) in Q. acutissima for drought and recovery, respectively, compared to 3947 and 1587 DEGs in Q. palustris. Gene ontology enrichment and heatmap analyses highlighted shared and species-specific responses,

particularly in sugar metabolism, antioxidants, and hormone regulation. These findings provide a foundational understanding of the physiological and genetic mechanisms underlying oak seedling responses to drought stress and recovery, contributing to improved forest restoration practices.

Key words: Quercus acutissima, Quercus palustris, transcriptome, physiological response, drought stress, recovery, oak.

사사: 본 연구는 국립산림과학원 일반연구사업(Project No. FG0401-2024-01-2025)의 지원에 의해 이루어진 것임.