Drought hardening effect on improving transplant stress tolerance in Pinus densiflora

서울대학교 농업생명과학대학 농림생물자원학부 김현석 교수팀의 변시연 박사과정생은 3년 간 강한 가뭄과 약한 가뭄에서 생장한 소나무를 다른 지역으로 이식하여 가뭄 강도별로 저항성 차이를 알아보았다. 이식 후 생리적 특성 및 유전자 발현량을 정량화한 결과 약한 가뭄에서 생장한 소나무의 저항성이 증가한 것으로 확인하였다. 해당 연구 결과는 2023년 3월 국제학술지 Environmental and experimental botany에 게재되었다.
본 연구에서는 국내에서 흔히 볼 수 있는 수목인 소나무를 전라남도 구례군 강수 차단 시설(자연강수, 강한 가뭄, 약한 가뭄)을 이용하여 3년 간 생장시킨 후 경기도 광주시 태화산 학술림에 이식하였다.
이식 후에 가뭄 강도별로 생리적 인자를 측정하였으며, RNA-시퀀싱을 통해 전사체 분석을 실시 한 후 유전자 발현량을 정량화 하였다.
이식 후, 약한 가뭄에서 생장한 소나무의 광합성이 대조구에 비해 34.0 %, 강한 가뭄구에서 생장한 소나무에 비해 62.5 % 증가하는 경향을 보였으며, 직경 생장량 또한 약가뭄구에서 증가하는 경향을 보여 약한 가뭄스트레스가 이식 후 생산성을 증가시킨 것으로 보였다. 수분 포텐셜 또한 약한 가뭄에서 생장한 소나무가 대조구보다 37.9 % 증가하여 수분 보존 능력이 약한 가뭄에서 더 증가한 것으로 보였다.
전사체 분석을 실시한 결과, 약한 가뭄에서 생장한 소나무의 방어 반응 유전자, 세포벽 유전자, 전사인자, 식물 호르몬 유전자의 발현량이 증가하여 이식 후 스트레스 저항성에 기여한 것으로 확인되었다.
연구팀은 지속적인 측정 및 분석을 통해, 가뭄으로 인하여 변화한 특성이 가소성을 가지는지 탄력성을 가지는지 구별하여 특성별로 스트레스 기억의 지속성을 확인하는 것이 목표로 한다고 밝혔다.
이후에는 가뭄에서 생장한 후 이식한 다른 수종을 대상으로 연구를 추가적으로 진행하여 저항성 증가를 확인할 예정이다.


그림 1. 이식 후 대조구(C, 흰색), 약가뭄구(M, 회색), 강가뭄구(S, 검정색)에서 생장한 임목의 새벽녘의 수분 포텐셜 (Predawn)과 정오(Midday)의 수분포텐셜


그림 2. 이식 전 후 전사 인자 발현 양상에 대한 히트맵. 이식 전 대조구(dC), 약가뭄구(dM), 강가뭄구(dS), 이식 후 대조구(C), 약가뭄구(M), 강가뭄구(S)에서 생장한 임목을 나타냄. 전사인자의 발현량이 증가할수록 적색, 감소할수록 청색으로 나타냄





그림 3. 이식 후 대조구(C, 흰색), 약가뭄구(M, 회색), 강가뭄구(S, 검정색)에서 생장한 임목의 스트레스 경로 관련 유전자 발현량. 유전자의 발현량이 대조구에 비해 증가할수록 적색, 감소할수록 청색으로 나타냄