루브라참나무 GAPDH 유전자들의 게놈 전체 식별 및 가뭄 스트레스 처리에 따른 발현 프로파일

임혜민*, 김태림, 이경미

(국립산림과학원 임목자원연구과)

Genome-Wide Identification of GAPDH Genes and Their Expression Profile under Drought Stress in Quercus rubra

Hyemin Lim*, Tae-Lim Kim, Kyungmi Lee

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

요약: 글리세르알데히드-3-인산 탈수소효소(GAPDH)는 식물 대사와 다양한 비생물적 스트레스에 대한 반응에 필수적인 유전자입니다. 해당분해경로에서 글리세르알데히드-3-인산(G3P)은 GAPDH의 촉매 작용을 통해 1,3-비스인산 글리세르산(1,3-BPG)으로 산화됩니다. 이 연구에서 우리는 게놈 데이터의 생물정보학적 분석을 통해 루브라참나무에서 13개의 GAPDH 인코딩 유전자를 식별했습니다. 진화적 연구에 따르면 이러한 QrGAPDH 유전자는 Glycine max 및 Triticum aestivum의 유전자와 밀접한 관련이 있습니다. 우리는 세포 내 국소화, 유전자 구조 분석, 단백질 모티프 식별, 염색체 배치 및 cis-작용 영역 분석을 포함한 포괄적인 전체 게놈 연구를 수행했습니다. 또한 루브라참나무의 가뭄 스트레스 처리시 GAPDH 단백질과 유전자의 조직별 발현을 조사했습니다. 그 결과는 다양한 조직에서 다양한 발현 패턴과 가뭄 조건에서 차등적 발현을 나타냈습니다. 특히, Qurub.02G290300.1, Qurub.10G209800.1, Qrub.M241600.1의 발현은 가뭄 스트레스에서 잎, 줄기, 뿌리 조직에서 상당히 증가했습니다. 이 연구는 QrGAPDH 유전자에 대한 체계적인 분석을 제공하여 나무의 가뭄 스트레스 반응에서 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다.

Abstract: Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) is crucial in plant metabolism and responses to various abiotic stresses. In the glycolysis pathway, glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) is oxidized to 1,3-bisphosphate glycerate (1,3-BPG) through the catalytic action of GAPDH. In this study, we identified 13 GAPDH-encoding genes in Q. rubra through a bioinformatics analysis of genomic data. Evolutionary studies suggest that these QrGAPDH genes are closely related to those in Glycine max and Triticum aestivum. We conducted a comprehensive whole-genome study, which included predictions of subcellular localization, gene structure analysis, protein motif identification, chromosomal placement, and analysis of cis-acting regions. We also examined the expression of GAPDH proteins and genes in various tissues of Q. rubra and under drought stress. The results indicated diverse expression patterns across different tissues and differential expression under drought conditions. Notably, the expression of Qurub.02G290300.1, Qurub.10G209800.1, and Qrub.M241600.1 significantly increased in the leaf, stem, and root tissues under drought stress. This study provides a systematic analysis of QrGAPDH genes, suggesting their pivotal roles in the drought stress response of trees.

사사: 본 연구는 국립산림과학원 일반연구사업(Project No. FG0402-2022-01-2025)의 지원에 의해 이루어진 것임.