배경: 약용식물 Cnidium officinale(CO)는 동북아 전역에 널리 분포하며 열 스트레스에 취약하다. CO의 약리적 성분에 대한 자연적으로 존재하는 조성은 전반적인 생리적 결과를 초래하므로, 위협적인 환경 조건에 CO가 얼마나 노출되는지를 추정하기 위해 주변 열에 대한 대사 반응을 순화(acclimation)의 관점에서 종합적으로 이해하는 것이 중요하다. 결과: 전사체(transcriptome) 분석은 CO가 비생물적 스트레스에 대해 장기적으로 생리적으로 적응한 결과를 이해하는 데 핵심적이다. 그러나 이 종에서, 특히 장기간의 스트레스 조건 하에서는 전사체 분석이 제한적으로만 이루어져 왔다. 우리는 온도 구배 터널(temperature gradient tunnel, TGT)을 사용하여 CO에 4개월간 고온 노출을 실시함으로써, 열의 누적 효과를 관찰하고 그 순화 메커니즘을 평가할 수 있었다. 유전체 서열 데이터가 없는 상황에서, 우리는 de novo 전사체 조립을 수행하고 TGT의 온도 처리 구역 및 생장 챔버(growth chamber, GC)에서 얻은 온도 처리 간 차등발현유전자(DEGs)를 비교하였다. 전사체 자료의 해석은 복잡할 수 있으므로, 우리는 DEG 클러스터링, GO 풍부화, KEGG 경로 매핑, miRNA-표적 유전자 분석, 그리고 RNA-sequencing 검증의 여러 차례 반복을 포함하는 순차적 분석 접근법을 적용하였다. DEGs는 유의한 폴드 변화(fold changes)를 보이는 유전자와 폴드 변화가 아닌 유의한 카운트 변화(count changes)를 보이는 유전자의 두 범주로 분류하였다. 이후, 주변 및 스트레스가 심한 고온에 어떤 경로들이 반응하는지 확인하기 위해 DEGs의 기능적 역할을 분석하고, GC와의 교차 비교를 통해 그 결과를 검증하였다. 또한 고온에서의 전사 후 조절을 조사하기 위해 miRNA 분석을 수행하였다. 더 높은 주변 온도에서 재배된 CO는 광합성 및 산화적 인산화(oxidative phosphorylation) 등 단백질 안정성과 교체(protein stability and turnover), ABA 생합성, 에너지 생산과 관련된 경로가 약하게 상향 조절되는 양상을 보였다. 그러나 극심한 열 스트레스에서는 전사를 포함하는 과정, 번역, 산화적 인산화 및 큐틴(cutin), 수베린(suberin), 왁스(wax)의 생합성에 관여하는 경로를 제외하고는 대부분의 대사 경로가 하향 조절되었다. 결론: 본 연구는 서로 다른 두 가지 실험 조건에서 발현 수준과 폴드 변화에 기반하여 유전자를 적절히 클러스터링하고, 경로 매핑을 수행함으로써 CO의 열 스트레스 반응에 대한 종합적인 이해를 제공할 수 있음을 보여주었다. 이러한 통찰은 향후 내열성(heat tolerance) 및 작물 개량(crop improvement)에 관한 연구에 기여할 수 있을 것이다.

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