[논문]제초제저항성 들잔디(Zoysia japonica Steud.) 이벤트 Jeju Green21의 환경위해성평가

배태웅; 강홍규; 송인자; 선현진; 고석민; 송필순; 이효연

doi:10.5010/jpb.2011.38.2.105

제초제저항성 들잔디(Zoysia japonica Steud.) 이벤트 Jeju Green21의 환경위해성평가
Environmental risk assessment of genetically modified Herbicide-Tolerant zoysiagrass (Event: Jeju Green21) 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.38 no.2, 2011년, pp.105 - 116

배태웅 (제주대학교 아열대원예산업연구소) , 강홍규 (제주대학교 아열대원예산업연구소) , 송인자 (제주대학교 생명공학부) , 선현진 (제주대학교 아열대원예산업연구소) , 고석민 (제주대학교 아열대원예산업연구소) , 송필순 (제주대학교 아열대원예산업연구소) , 이효연 (제주대학교 아열대원예산업연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Transgenic zoysiagrass (Zoysia japonica Steud.) expressing the bar gene inserted in the plant genome has been generated previously through Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation. The GM zoysiagrass (event: JG21) permits efficient management of weed control of widely cultivated zoysiagrass fields, reducing the frequency and cost of using various herbicides for weed control. Now we have carried out the environmental risk assessment of JG21 prior to applying to the governmental regulatory agency for the commercial release of the GM turf grass outside of test plots. The morphological phenotypes, molecular analysis, weediness and gene flow from each test plot of JG21 and wild-type zoysiagrasses have been evaluated by selectively analyzing environmental effects. There were no marked differences in morphological phenotypes between JG21 and wild-type grasses. The JG21 retained its stable integration in the host plant in T1 generation, exhibiting a 3:1 segregation ratio according to the Mendelian genetics. We confirmed the copy number (1) of JG21 by using Southern blot analysis, as the transgenic plants were tolerant to ammonium glufosinate throughout the culture period. From cross-fertilization and gene flow studies, we found a 9% cross-pollination rate at the center of JG21 field and 0% at distances over 3 m from the field. The JG21 and wild-type zoysiagrass plants are not considered "weed" because zoysiagrasses generally are not dominant and do not spread into weedy areas easily. We assessed the horizontal gene transfer (HGT) of the transgene DNA to soil microorganisms from JG21 and wild-type plants. The bar gene was not detected from the total genomic DNA extracted from each rhizosphere soil of GM and non-GM Zoysia grass fields. Through the monitoring of JG21 transgene's unintentional release into the environment, we found no evidence for either pollen mediated gene flow of zoysiagrass or seed dispersal from the test field within a 3 km radius of the natural habitat.

AI 본문요약
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문제 정의

5 km에서 5 km까지 단계적으로 변경하는 것이다. JG21 들잔디가 환경방출된 1년차에 반경 500 m 이내의 동종 및 근연종에 대해서 유전자 이동가능성을 조사한다. 조사대상 지역 내에서 대상식물 체가 없는 경우에는 인위적으로 식물체를 이식하여 보충하고, 종자수집 및 발아된 식물체에 제초제살포 시험을 통해서 유전자이동성 여부를 확인하였다.
최종 선발된 제초제저항성 들잔디를 실용화하기 위한 환경위해성평가 재료는 도입 유전자의 복제수가 1 copy 수를 갖는 식물체이다. 다음은 최종 선발된 제초제저항성 들잔디 (이벤트명: Jeju Green21, 이하 JG21)의 분자생물학적 검정을 통해서 확인된 정보들에 대해서 기술하고자 한다.
1987)가 보고되었고, JG21로부터 새롭게 생성된 단백질이 알레르기 반응성을 유발한다는 증거는 없다. 따라서 JG21 들잔디에서 발현되는 PAT 단백질의 알레르기 유발가능성 대해서 일반적으로 알려진 FDA, FAO/WHO의 프로토콜을 토대로 PAT 단백질 염기 서열의 알레르겐 상동성에 대해서 검토하였다. 그 결과, PAT 단백질의 염기서열은 알려진 알레르겐의 염기서열과 35% 이하의 낮은 상동성을 보였고, 연속된 8개의 아미노산 서열에서도 일치하지 않았다.
따라서 본 연구에서는 제초제저항성 들잔디의 위해성심사 승인을 위한 환경위해성평가 내용을 소개하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 제초제 저항성 들잔디의 환경위해성평가 내용인 도입 유전자의 특성 및 주변염기서열 검정, 농업적 특성 검정, 유전자이동성 검정, 잡초화 가능성 검정, 비표적생물체에 대한 위해성 검정, 인체 및 동물에 대한 안전성평가와 위해요소 억제 방안 등에 대해서 기술하고자 한다.
그러나 개발된 GM 들잔디를 실용화하기 위해서는 반드시 생물학적 안전성평가를 거쳐 상업적 재배 승인을 얻어야 한다. 따라서 본 연구에서는 제초제저항성 들잔디의 위해성심사 승인을 위한 환경위해성평가 내용을 소개하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 제초제 저항성 들잔디의 환경위해성평가 내용인 도입 유전자의 특성 및 주변염기서열 검정, 농업적 특성 검정, 유전자이동성 검정, 잡초화 가능성 검정, 비표적생물체에 대한 위해성 검정, 인체 및 동물에 대한 안전성평가와 위해요소 억제 방안 등에 대해서 기술하고자 한다.
주변 비표적 생물체에 대한 안전성에 대한 평가는 JG21이 자연 생태계의 미생물 및 곤충의 분포변화와 새로운 종을 생성하여 교란을 시키는지 분석하였고, 유전자 전이여부를 확인하여 생태계의 기본적 안전성을 확보하고자 하였다. 본 연구를 통해서 아직까지 주변 미생물로의 유전자 전이와 미생물의 상변화에는 영향을 미치지 않았음을 확인하였고, 생태계의 가장 하위계층에 대한 안전성평가를 통해서 인체의 안전성을 확보하고자 주기별로 환경모니터링을 수행하고 있다.
이러한 GM 작물의 재배면적 증가는 재배포장 외부로 비의도적 방출 가능성을 높이고 있기 때문에 환경위해성평가에서는 유전자변형 작물의 비의도적 방출에 대한 주기 적인 환경모니터링과 위해요소에 대한 효과적인 대처방 안을 제시해야 한다. 본 연구에서는 JG21의 비의도적 방출가능성을 탐지하기위하여 점진적 확산방법 이용하여 격리포장 외부의 자연환경에 대한 환경모니터링을 수행 하였다. JG21의 환경모니터링은 재배시험 포장으로부터 반경 3 km이내 자연환경의 일반 들잔디에 대해서 유전자 이동 가능성을 검정하였다 (Fig.
이러한 이유는 국내 GM 작물의 개발 기술은 세계적으로 동등한 수준에 이르고 있으나, GM 작물에 대한 환경위해성평가 기술 및 정보가 부족한 실정이기 때문이다. 본 연구의 JG21에 대한 환경위해성 평가는 국내 GM 작물의 환경위해성평가 기술 확보를 위한 기초적 토대를 마련하고자 하였다. 세계적인 추세에 있는 GM 작물의 개발과 환경위해성 평가는 21세기 신품종 육성 및 상품화에 있어서는 반드시 거쳐야할 관문이다.
본 연구의 JG21의 표적 생물체는 재배지에서 발생한 대상 잡초이며, 비표적 생물체는 곤충과 미생물이다. 비표적 생물체에 미치는 영향평가는 JG21 과 일반 들잔디 재배포장에서 서식하고 있는 곤충 및 미생물의 분포와 변이종의 출현 등을 조사하였고, JG21에 도입된 유전자가 토양 및 곤충장내 미생물로의 수평적 유전자 전이 (Horizontal Gene Transfer) 가능성을 평가하는 것이다. 토양 및 곤충 장내미생물의 분포 조사는 JG21과 일반 들잔디 포장에서 서식하는 토양 미생물과 들잔디 잎을 먹고 사는 대표적 곤충인 풀무치 (Locusta migratoria)를 대상으로 장내 미생물 분포를 조사하였다.
주변 비표적 생물체에 대한 안전성에 대한 평가는 JG21이 자연 생태계의 미생물 및 곤충의 분포변화와 새로운 종을 생성하여 교란을 시키는지 분석하였고, 유전자 전이여부를 확인하여 생태계의 기본적 안전성을 확보하고자 하였다.

제안 방법

또한 종자의 자연발아율은 잡초성을 나타내는 지표로써 종자파종 후 년차별로 종자의 발아율을 조사하였다. JG21과 잡초의 교잡성을 조사하기 위해 JG21 재배 포장 내에서 2년간 발생한 잡초를 대상으로 제초제 살포 시험을 수행하였다. 그 결과 재배포장에서 자연 발생한 국화과 3종, 콩과 1종, 석죽과 3종, 지치과 1종, 현삼과 2 종의 잡초에서 제초제 저항성 유전자인 bar 유전자가 전혀 관찰되지 않았다.
본 연구에서는 JG21의 비의도적 방출가능성을 탐지하기위하여 점진적 확산방법 이용하여 격리포장 외부의 자연환경에 대한 환경모니터링을 수행 하였다. JG21의 환경모니터링은 재배시험 포장으로부터 반경 3 km이내 자연환경의 일반 들잔디에 대해서 유전자 이동 가능성을 검정하였다 (Fig. 2). 환경모니터링을 수행한 시료채취는 시험포장 외부의 수로주변, 노견, 제방, 묘지, 목초지, 정원, 해안가 등에서 수행되었고, 들잔디, 금잔디, 갯잔디 등의 Zoysia 속 잔디류를 대상으로 하였다.
토양 및 곤충장내 미생물의 염기서열 수집방법은 16S rDNA 유전자의 염기서열을 primer로 이용하여 PCR 분석을 수행하여 PCR 산물을 얻었다. PCR 산물에서 얻어진 염기서열은 NCBI 싸이 트에 등록된 염기서열과 상동성을 비교하여 각 포장의 토양 미생물과 풀무치 장내 미생물을 동정하였고, 동정된 미생물의 분포를 비교하였다.
재배포장의 토양성분 분석은 식물체의 재배환경을 알 수 있는 지표로서 두 시험포장에서 산도, 전기전도도, 유기물함량, 가용성 인산과 칼륨, 칼슘, 마그네슘과 미량원소 등의 함량을 비교하였고, 그 결과 두 시험포장에서 토양성분 함량에 유의차가 없었다. 농업적 특성 조사를 위한 재배시험은 격리온실 및 개방형 포장 수준에서 이루어졌고, 일반 들잔디와 JG21의 단계별 생육을 통한 표현형 검정, 피복율, 증식밀도 및 도입 유전자의 특성 등을 조사하였다. 각각의 들잔 디에 대한 생육 특성비교는 지상부와 종자부로 나누어 생육조사를 실시하였고, 선행연구 방법 (Honda and Kono 1963; Yu et al.
주요 시험포장은 도입 유전자 특성 검정 및 농업적 특성 조사를 위한 시험 포장, 유전자이동성 검정을 위한 시험모형, 화분비산밀도 검정을 위한 시험포장 등이 있다. 도입 유전자 특성 검정 및 농업적 특성 조사를 위한 시험포장은 각각 0.25 m², 1 m², 4 m²과 240 m² 크기로 조성하였고, JG21과 일반 들잔디의 제초제 살포시험 및 생육 특성을 단계적으로 조사하였다. 유전자이동성 검정을 위한 시험포장은 임의 배치법, 난괴법, 중심부배치법, 방사형배치법과 단방향배치법등의 시험모형을 조성하였고, 각각의 시험모형들은 JG21과 일반 들잔디의 간격을 0, 0.
4 cm) 등에서도 일반 들잔디와 유사하였다 (Table 1). 들잔디의 생장량 비교는 들잔디가 생육되는 동안 시기별 피복율, 증식밀도, 포복경의 수와 길이 등을 조사하였다. 그 결과 JG21은 일반 들잔디와 생장에 큰 차이가 없이 식재 후 5개월에 포복 경의 수가 약 5개 이었고, 평균 길이는 30 ~ 33 cm 이었다.
JG21에서 발현되는 새로운 단백질의 알레르기 반응성 검정은 공인된 프로토콜 (FDA 1992; FAO/WHO 1996; OECD 2001)과 Kim 등 (1987)이 보고한 들잔디 화분의 알레르기 반응성 시험을 토대로 하였다. 들잔디의 알레르기 반응성 검정은 제주대학교 알레르기 내과의 내원환자와 지원자 128명을 대상으로 공통항원과 각각의 들잔디 단백질 항원을 이용하여 피부반응검사를 시행하였다. 그 결과 피시험자로부터 20가지 공통 알레르기 항원에 대해서 80% 이상 알레르기 반응성을 보였고, JG21과 일반 들잔디에서 각각 4.
GM 작물의 잡초화 가능성 검정은 자연생태계에서 GM 작물의 우점성 및 확산에 의한 생태계 교란 가능성을 검정하는 것에 있다. 따라서 JG21의 잡초화 가능성 검정은 먼저 잡초성을 갖는 식물체와의 교잡 가능성 검정하였고, 자연환경에서 타종 식물체와의 경쟁적 우점성을 비교하였다. 또한 종자의 자연발아율은 잡초성을 나타내는 지표로써 종자파종 후 년차별로 종자의 발아율을 조사하였다.
따라서 JG21의 잡초화 가능성 검정은 먼저 잡초성을 갖는 식물체와의 교잡 가능성 검정하였고, 자연환경에서 타종 식물체와의 경쟁적 우점성을 비교하였다. 또한 종자의 자연발아율은 잡초성을 나타내는 지표로써 종자파종 후 년차별로 종자의 발아율을 조사하였다. JG21과 잡초의 교잡성을 조사하기 위해 JG21 재배 포장 내에서 2년간 발생한 잡초를 대상으로 제초제 살포 시험을 수행하였다.
또한 화분비산밀도 검정을 위한 시험포장은 12 × 10 m2 크기의 재배포장을 조성하여 JG21을 증식시켰고, JG21로부터 거리에 따른 화분방출 밀도와 화분생존 능력을 조사하였다.
2009). 또한 화분의 방출패턴 조사는 바세린이 도말된 슬라이드 글라스를 사용하였고, 일정한 시간대에서 화분밀도를 측정하였다. 그 결과 JG21 및 일반 들잔디는 일출 이후에 화분방출이 시작되었고, 10 ~ 12시에 최고점에 도달하여 1시 이후에 급격히 감소하였다.
환경모니터링을 수행한 시료채취는 시험포장 외부의 수로주변, 노견, 제방, 묘지, 목초지, 정원, 해안가 등에서 수행되었고, 들잔디, 금잔디, 갯잔디 등의 Zoysia 속 잔디류를 대상으로 하였다. 시험방법은 비선택성 제초제인 바스타를 살포하여 제초제 저항성 여부를 조사하였고, 수집된 시료의 DNA를 추출하여 PCR 검정을 통해서 bar 유전자의 발현을 검정하였다 (Fig. 3).
최근 자연환경에서 형질전환에 의한 유전자전달은 생물학적, 물리적 장벽에 의해서 매우 일어나기 어렵지만 예상하지 않게 주변 생물체로의 유전자 전이가 보고되고 있다 (Richardson and Palmer 2007). 식물체로부터 미생물로의 수평적 유전자전이를 평가하기 위하여 각각의 들잔디 재배포장의 토양 미생물, 근권미생물, 풀무치의 장내 미생물을 대상으로 bialaphos 및 hygromycin 저항성 유전자 (bar와 hpt)의 전이 여부를 분자생물학적 방법을 이용하여 조사하였다. 그 결과 토양미생물, 근권미생물, 풀무 치의 장내미생물로부터 분리된 각각의 DNA에서 형질전환시 들잔디에 도입된 bar 또는 hpt 유전자가 존재하지 않는 것을 확인하였고 (Bae et al.
25 m², 1 m², 4 m²과 240 m² 크기로 조성하였고, JG21과 일반 들잔디의 제초제 살포시험 및 생육 특성을 단계적으로 조사하였다. 유전자이동성 검정을 위한 시험포장은 임의 배치법, 난괴법, 중심부배치법, 방사형배치법과 단방향배치법등의 시험모형을 조성하였고, 각각의 시험모형들은 JG21과 일반 들잔디의 간격을 0, 0.5, 1, 3 m으로 설정하였으며, JG21의 크기에 따라서 3 ~ 9 m 및 3 ~ 42 m 범위를 갖는 시험모형을 구성하였다 (Bae et al. 2008). 또한 화분비산밀도 검정을 위한 시험포장은 12 × 10 m² 크기의 재배포장을 조성하여 JG21을 증식시켰고, JG21로부터 거리에 따른 화분방출 밀도와 화분생존 능력을 조사하였다.
3차년도에서는 반경 3 km 이내에서 대상 식물체를 수집하였고, 수집지점 당 4개의 시료를 수집반경 5 m 이내에서 채집하였다. 유전자이동성 여부는 Trait LL test strips kit (Strategic Diagnostics Inc., USA)를 이용하여 PAT 단백질의 검출 여부 확인을 통해서 비의도적 방출 가능성을 모니터링 하였다 (Fig. 2). 이러한 점진적 확산방식의 환경모니터링은 개체수의 증식 및 종자 비산에 의한 확산반경이 증가할 것으로 예상하여 수행되었고, 현재까지 자연 생태계에서 비의도적 방출로 인한 JG21의 유출 및 확산은 없는 것으로 판단된다.
LMO법률이 정한 유전자변형생물체의 위해성평가 자료에는 유전자변형생물체의 분자생물학적 특성에 관한 평가범위가 명시되어 있다. 이 자료에 기초하여 제초제저항성 들잔디 JG21에 도입된 바이너리벡터의 T-DNA 유전자 구성 및 염기서열 정보를 제시하였고, 도입된 제초제저항성 유전자 bar의 도입 및 발현 특성을 분석하여 제시하였다. PCR에 의해 Ubiquitin promoter::bar로 재조합된 목적유전자가 도입되었음을 확인하였고, Figure 1과 같이 Southern blot분석에 의해 JG21계통 내에 1개의 삽입 복제수가 포함되어 있음을 확인하였다 (Sun et al.
자연환경에서 JG21이 잡초화 되기 위해서는 잡초적 특성의 하나인 경쟁적 우점성을 포함해야한다. 이러한 특성 조사는 JG21과 일반 들잔디를 자연상태에서 다년간 방치하여 시기별 잡초의 발생 빈도와 각각의 들잔디의 생육밀도를 조사하였다. 들잔디 구역에서 자연 발생한 우점잡초는 쌍자엽 18종, 단자엽 7종 이었고, 잡초의 발생빈도는 봄철 잡초가 56%, 여름철 잡초가 28%, 가을철 잡초가 8%이었으며, 겨울철 잡초가 8%로 계절별로 약 20-39% 정도의 피복율이 관찰되었다.
또한 화분비산밀도 검정을 위한 시험포장은 12 × 10 m² 크기의 재배포장을 조성하여 JG21을 증식시켰고, JG21로부터 거리에 따른 화분방출 밀도와 화분생존 능력을 조사하였다. 자연환경에 미치는 영향을 검정하기위한 표적 및 비표적 생물체에 대한 영향평가는 상기의 조성된 240 m² 크기의 재배포장에서 잡초와의 교잡을 통한 제초제저항성 잡초발생 여부를 조사하였고, 재배포장의 토양 및 곤충장내 미생물의 분포와 JG21로부터 수평적 유전자전이 등을 평가하였다.
JG21의 농업적 특성 검정은 도입 유전자 발현에 의해 생성된 신규성과 지금까지 이용되고 있는 일반 들잔디와 생육특성을 비교 분석하고, JG21의 실용적 가치와 문제점을 평가하는 중요한 항목이다. 재배포장의 토양성분 분석은 식물체의 재배환경을 알 수 있는 지표로서 두 시험포장에서 산도, 전기전도도, 유기물함량, 가용성 인산과 칼륨, 칼슘, 마그네슘과 미량원소 등의 함량을 비교하였고, 그 결과 두 시험포장에서 토양성분 함량에 유의차가 없었다. 농업적 특성 조사를 위한 재배시험은 격리온실 및 개방형 포장 수준에서 이루어졌고, 일반 들잔디와 JG21의 단계별 생육을 통한 표현형 검정, 피복율, 증식밀도 및 도입 유전자의 특성 등을 조사하였다.
비표적 생물체에 미치는 영향평가는 JG21 과 일반 들잔디 재배포장에서 서식하고 있는 곤충 및 미생물의 분포와 변이종의 출현 등을 조사하였고, JG21에 도입된 유전자가 토양 및 곤충장내 미생물로의 수평적 유전자 전이 (Horizontal Gene Transfer) 가능성을 평가하는 것이다. 토양 및 곤충 장내미생물의 분포 조사는 JG21과 일반 들잔디 포장에서 서식하는 토양 미생물과 들잔디 잎을 먹고 사는 대표적 곤충인 풀무치 (Locusta migratoria)를 대상으로 장내 미생물 분포를 조사하였다. 토양 및 곤충장내 미생물의 염기서열 수집방법은 16S rDNA 유전자의 염기서열을 primer로 이용하여 PCR 분석을 수행하여 PCR 산물을 얻었다.
화분의 생존능력 조사는 기존에 보고된 요오드 염색법과 TTC 염색법 보다는 들잔디 화분으로부터 발아된 화분관 수를 조사하는 방법이 효과적 이었다. 화분관 발아배지 조건 확립은 설탕과 붕산이 조합된 고체배지에 JG21 들잔디와 일반들잔디 화분을 도말한 후 화분관이 발아되는 빈도를 조사하였다. 최적의 발아배지 조성을 이용한 화분생존능력 검정 결과 일광조건 약 30분 이내에 생존능력이 상실되었고, 실온조건의 음지에서는 약 180분 후에 생존능력이 상실되는 것으로 나타났다 (Kang et al.

대상 데이터

2년차에서는 반경 1 km 이내 자연환경의 동종 및 근연종 식물체에 대해서 제초제살포 시험과 PCR 방법을 통해서 비의도적 방출 가능성을 검정해야한다. 3차년도에서는 반경 3 km 이내에서 대상 식물체를 수집하였고, 수집지점 당 4개의 시료를 수집반경 5 m 이내에서 채집하였다. 유전자이동성 여부는 Trait LL test strips kit (Strategic Diagnostics Inc.
GM 작물의 재배와 함께 자연생태계에 미치는 영향 평가는 표적 및 비표적 생물체에 대한 영향평가로 구분되고 있다. 본 연구의 JG21의 표적 생물체는 재배지에서 발생한 대상 잡초이며, 비표적 생물체는 곤충과 미생물이다. 비표적 생물체에 미치는 영향평가는 JG21 과 일반 들잔디 재배포장에서 서식하고 있는 곤충 및 미생물의 분포와 변이종의 출현 등을 조사하였고, JG21에 도입된 유전자가 토양 및 곤충장내 미생물로의 수평적 유전자 전이 (Horizontal Gene Transfer) 가능성을 평가하는 것이다.
2). 환경모니터링을 수행한 시료채취는 시험포장 외부의 수로주변, 노견, 제방, 묘지, 목초지, 정원, 해안가 등에서 수행되었고, 들잔디, 금잔디, 갯잔디 등의 Zoysia 속 잔디류를 대상으로 하였다. 시험방법은 비선택성 제초제인 바스타를 살포하여 제초제 저항성 여부를 조사하였고, 수집된 시료의 DNA를 추출하여 PCR 검정을 통해서 bar 유전자의 발현을 검정하였다 (Fig.

이론/모형

JG21에서 발현되는 새로운 단백질의 알레르기 반응성 검정은 공인된 프로토콜 (FDA 1992; FAO/WHO 1996; OECD 2001)과 Kim 등 (1987)이 보고한 들잔디 화분의 알레르기 반응성 시험을 토대로 하였다. 들잔디의 알레르기 반응성 검정은 제주대학교 알레르기 내과의 내원환자와 지원자 128명을 대상으로 공통항원과 각각의 들잔디 단백질 항원을 이용하여 피부반응검사를 시행하였다.
농업적 특성 조사를 위한 재배시험은 격리온실 및 개방형 포장 수준에서 이루어졌고, 일반 들잔디와 JG21의 단계별 생육을 통한 표현형 검정, 피복율, 증식밀도 및 도입 유전자의 특성 등을 조사하였다. 각각의 들잔 디에 대한 생육 특성비교는 지상부와 종자부로 나누어 생육조사를 실시하였고, 선행연구 방법 (Honda and Kono 1963; Yu et al. 1974; Hong and Yeam 1985; Kim et al. 1996; Chio and Yang 2004)에서 보고된 시험방법에 따라 수행하였다. JG21 들잔디 지상부의 생육특성을 살펴보면 초고 (약 20 cm), 엽장 (17 ~ 19 cm), 엽폭 (약 0.
2010). 게놈 상에서 도입 유전자의 삽입 위치를 확인하기 위한 방법으로는 Inverse PCR 방법과 TAIL-PCR 방법이 있으나 본 실험에서는 TAIL-PCR 방법을 이용하였다 (Liu et al. 1995). 또한 삽입된 위치의 T-DNA 양쪽 말단 주변 DNA의 염기서열을 NCBI (http://www.
토양 및 곤충 장내미생물의 분포 조사는 JG21과 일반 들잔디 포장에서 서식하는 토양 미생물과 들잔디 잎을 먹고 사는 대표적 곤충인 풀무치 (Locusta migratoria)를 대상으로 장내 미생물 분포를 조사하였다. 토양 및 곤충장내 미생물의 염기서열 수집방법은 16S rDNA 유전자의 염기서열을 primer로 이용하여 PCR 분석을 수행하여 PCR 산물을 얻었다. PCR 산물에서 얻어진 염기서열은 NCBI 싸이 트에 등록된 염기서열과 상동성을 비교하여 각 포장의 토양 미생물과 풀무치 장내 미생물을 동정하였고, 동정된 미생물의 분포를 비교하였다.

성능/효과

2000)와도 일치한다. JG21 들잔디와 일반 들잔디 종자의 자연발아율은 약 4%로 매우 낮은 발아율이 관찰되었고, 이러한 낮은 발아율은 자연환경에서 JG21 들잔디가 자연생태계를 교란시킬 만큼 확산 될 수 없음을 의미한다. 따라서 JG21 들잔디는 잡초와의 교잡가능성이 없고, 자연환경에서 제초제의 이득이 없을 경우 우점잡초에 의해서 생육이 억제될 뿐만 아니라 종자발아율 및 확산 가능성이 낮기 때문에 잡초화 가능성이 없다.
인체 및 동물에 대한 위해성평가에서는 보편적인 과학지식과 표준화된 프로토콜을 토대로 안전성이 입증되어야 한다. JG21에서 발생할 수 있는 새로운 알레르기 유발 가능성 물질 검정은 비식용이지만 들잔디 화분 흡입 및 표면 접촉성 측면에서 과학적 방법에 따라 검토하였고, 생성단백질인 PAT이 동물 및 인체에 악영향을 주지 않는 것으로 조사되었다. GM 작물의 환경위해성평가에서는 예측될 수 있는 위해 요소를 사전에 예방하기 위하여 발생 가능한 위해요소를 신속히 대처하는 방안을 제시해야 한다.
GM 작물의 환경위해성평가는 사전예방의 원칙을 기본으로 하고 있으며, 새롭게 발생한 위해요소에 대한 억제 방안을 제시해야한다. JG21의 환경위해성평가 수행을 통해서 화분, 종자, 영양체 등이 비의도적으로 방출될 경우 바스타 이외의 비선택성 제초제인 근사미 (glufosate 계)와 그라목손 (paraquart 계)등의 제초제에 의해서 쉽게 고사됨을 확인하였다. 또한 들잔디는 5 ~ 6월 개화시기부터 주기적으로 예초작업을 실시하기 때문에 화분비산에 의한 유전자 이동가능성을 억제할 수 있는 장점을 갖고 있다.
그 결과 JG21은 일반 들잔디와 생장에 큰 차이가 없이 식재 후 5개월에 포복 경의 수가 약 5개 이었고, 평균 길이는 30 ~ 33 cm 이었다. 각각의 들잔디 피복율은 5개월에 약 6배 증식 되었고, 증식밀도는 반경 10 cm 당 평균 44개로 관찰되었다. 이러한 결과는 도입 유전자의 특성인 제초제저항성을 제외하고, JG21의 생육특성이 야생형 잔디의 생육특성과 거의 차이가 없다는 것을 보여준다(Bae et al.
또한 화분의 방출패턴 조사는 바세린이 도말된 슬라이드 글라스를 사용하였고, 일정한 시간대에서 화분밀도를 측정하였다. 그 결과 JG21 및 일반 들잔디는 일출 이후에 화분방출이 시작되었고, 10 ~ 12시에 최고점에 도달하여 1시 이후에 급격히 감소하였다. 화분의 생존 능력 검정을 위한 화분 수집 시간은 화분의 생존율이 높은 시간대인 09 ~ 11시에 이루어졌다.
들잔디의 생장량 비교는 들잔디가 생육되는 동안 시기별 피복율, 증식밀도, 포복경의 수와 길이 등을 조사하였다. 그 결과 JG21은 일반 들잔디와 생장에 큰 차이가 없이 식재 후 5개월에 포복 경의 수가 약 5개 이었고, 평균 길이는 30 ~ 33 cm 이었다. 각각의 들잔디 피복율은 5개월에 약 6배 증식 되었고, 증식밀도는 반경 10 cm 당 평균 44개로 관찰되었다.
JG21의 인체 및 동물 위해성평가에서는 들잔디의 일반성분 분석 및 영양성분 분석을 일반 들잔디와 비교하였고, 아플라톡신과 같은 독성물질의 검출여부를 확인하였다. 그 결과 들잔디의 성분함량에는 큰 차이가 없었고, 아플라톡신은 검출한계 0.05 ng/g (식품공전 기준 10 ng/g) 범위에서 발견되지 않았다.
JG21과 잡초의 교잡성을 조사하기 위해 JG21 재배 포장 내에서 2년간 발생한 잡초를 대상으로 제초제 살포 시험을 수행하였다. 그 결과 재배포장에서 자연 발생한 국화과 3종, 콩과 1종, 석죽과 3종, 지치과 1종, 현삼과 2 종의 잡초에서 제초제 저항성 유전자인 bar 유전자가 전혀 관찰되지 않았다. 또한 벼과 잡초인 둑새풀 (Alopecurus aequalis), 포아풀 (Poa annua), 겨이삭 (Agrostis clavata)에서도 제초제에 저항성을 갖는 개체가 관찰되지 않았다 (Bae et al.
식물체로부터 미생물로의 수평적 유전자전이를 평가하기 위하여 각각의 들잔디 재배포장의 토양 미생물, 근권미생물, 풀무치의 장내 미생물을 대상으로 bialaphos 및 hygromycin 저항성 유전자 (bar와 hpt)의 전이 여부를 분자생물학적 방법을 이용하여 조사하였다. 그 결과 토양미생물, 근권미생물, 풀무 치의 장내미생물로부터 분리된 각각의 DNA에서 형질전환시 들잔디에 도입된 bar 또는 hpt 유전자가 존재하지 않는 것을 확인하였고 (Bae et al. 2007; Lee et al. 2011), 자연 상태에서 JG21 들잔디에 도입된 유전자가 주변 비표적 생물체로의 수평적 유전자전이는 거의 일어나지 않는것 생각된다. 이러한 연구결과는 GM 유채 (Hoffmann et al.
들잔디의 알레르기 반응성 검정은 제주대학교 알레르기 내과의 내원환자와 지원자 128명을 대상으로 공통항원과 각각의 들잔디 단백질 항원을 이용하여 피부반응검사를 시행하였다. 그 결과 피시험자로부터 20가지 공통 알레르기 항원에 대해서 80% 이상 알레르기 반응성을 보였고, JG21과 일반 들잔디에서 각각 4.7%의 알레르기 반응성이 나타났다 (Bae et al. 2008). 일반적으로 들잔디 화분 단백질에서 알레르기 반응성은 약 5% (Kim et al.
따라서 JG21 들잔디에서 발현되는 PAT 단백질의 알레르기 유발가능성 대해서 일반적으로 알려진 FDA, FAO/WHO의 프로토콜을 토대로 PAT 단백질 염기 서열의 알레르겐 상동성에 대해서 검토하였다. 그 결과, PAT 단백질의 염기서열은 알려진 알레르겐의 염기서열과 35% 이하의 낮은 상동성을 보였고, 연속된 8개의 아미노산 서열에서도 일치하지 않았다. 이러한 결과는 JG21에서 발현되는 PAT 단백질에 의해 새로운 알레르겐을 유발하지 않는 것으로 판단되고, Codex Alimentarius (2003), FAO/WHO (1996)의 보고서와 Herouet 등 (2005)의 연구결과와 일치한다.
일반적으로 들잔디는 암술이 성숙한 후 4 ~ 5일 후 수술이 생성되었고, 이러한 이유로 들잔디는 자가수분 보다 타가수분 빈도가 높게 나타낸다. 동종 들잔디와의 교잡성을 이용한 JG21의 유전자이동성 빈도는 각각의 시험 배치법에서 JG21의 면적이 증가함에 따라서 교잡빈도가 높게 나타났다. JG21의 식재면적이 약 4 m²인 경우에 반경 1 m에 위치한 일반 들잔디에서 0.
두 들잔디 구역의 곤충장내 미생물상을 살펴보면 Firmicutes, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gamaproteobacteria의 4개 그룹에서 미생물의 개체 수는 큰 차이가 없었으나 미생물의 개체에는 약간의 차이가 이었다. 또한 Actinobacteria 그룹의 1개체가 JG21 들잔디 구역 에서만 관찰되었다.
이러한 특성 조사는 JG21과 일반 들잔디를 자연상태에서 다년간 방치하여 시기별 잡초의 발생 빈도와 각각의 들잔디의 생육밀도를 조사하였다. 들잔디 구역에서 자연 발생한 우점잡초는 쌍자엽 18종, 단자엽 7종 이었고, 잡초의 발생빈도는 봄철 잡초가 56%, 여름철 잡초가 28%, 가을철 잡초가 8%이었으며, 겨울철 잡초가 8%로 계절별로 약 20-39% 정도의 피복율이 관찰되었다. 반면에 우점잡초와의 경쟁성을 살펴보면 자연상태에서 1년간 방치한 JG21과 일반 들잔디는 피복율의 변화가 거의 없었고, 3년간 방치한 경우 계절에 따라 우점잡초에 의해서 잔디의 포복경 및 신초의 발육이 억제되었다.
1995). 또한 삽입된 위치의 T-DNA 양쪽 말단 주변 DNA의 염기서열을 NCBI (http://www. ncbi.nlm.nih.gov/)에서 제공하는 유전자 데이터베이스와 분석프로그램으로 분석한 결과, 지금까지 알려진 어떤 염기서열과도 의미 있는 유전자 또는 단백질 상동성을 보여 주지 않았다. 이 결과는 들잔디의 유전체 정보가 아직 데이터베이스 내에 별로 없기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구의 JG21은 자연상태로 방치될 경우 서식지 내의 우점잡초에 의해서 들잔디 영역이 서서히 감소되어 자연생태계에 악영향을 미치지 못하는 것이 확인되었다. 주변 비표적 생물체에 대한 안전성에 대한 평가는 JG21이 자연 생태계의 미생물 및 곤충의 분포변화와 새로운 종을 생성하여 교란을 시키는지 분석하였고, 유전자 전이여부를 확인하여 생태계의 기본적 안전성을 확보하고자 하였다.
상기에서 기술한 보고를 종합해보면 JG21에서 발생할 수 있는 위해요소는 화분비산에 의한 유전자 이동가능성 및 종자 유출에 의한 확산에 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 감마선을 이용한 불임성 돌연변이체를 개발하였고, 불임성 들잔디는 화분 및 종자가 자연환경에 확산되는 것을 방지할 수 있기 때문에 안전성을 유지할 수 있다.
상기에서 기술한 보고를 종합해보면 JG21에서 발생할 수 있는 위해요소는 화분비산에 의한 유전자 이동가능성 및 종자 유출에 의한 확산에 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 감마선을 이용한 불임성 돌연변이체를 개발하였고, 불임성 들잔디는 화분 및 종자가 자연환경에 확산되는 것을 방지할 수 있기 때문에 안전성을 유지할 수 있다.
2). 이러한 점진적 확산방식의 환경모니터링은 개체수의 증식 및 종자 비산에 의한 확산반경이 증가할 것으로 예상하여 수행되었고, 현재까지 자연 생태계에서 비의도적 방출로 인한 JG21의 유출 및 확산은 없는 것으로 판단된다.

후속연구

격리거리 설정은 유전자이동성을 사전에 방지하기위한 것으로써 유전자이동성 시험을 통해서 재배면적에 따라서 새롭게 설정되고 있는 실정이다. 또한 비의도적 방출을 검정하기 위한 주변 식물체에 대한 환경영향평가는 동종 및 타종식물체와의 교잡가능성, 잡초화 가능성을 단계적으로 검토되어야 한다.
최근 급격한 기후변화로 인한 작물의 생리장해는 농작물의 재배･관리문제로 인해 농작물 가격 폭등을 초래하고 있으며, 인구증가에 따른 식량문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하기위해서는 기존의 전통적 육종에 의한 작물개량과 재배기술의 개선이 필요하게 되었고, 기후 변화에 대한 적응성을 갖는 기능성 GM (Genetically Modified)작물의 개발 및 실용화 추진이 요구된다. 전세계적으로 GM작물의 실용화를 위한 재배는 1996년 상업적 재배가 시작된지 15년이 지난 2010년 현재 GM 작물의 재배면적이 1억4800만 ha에 이르고 있으며 (ISAAA 2011), GM 토마토 (Flavr Savr)가 상업적으로 재배 승인된 이후 2010년 현재까지 22작물의 124개 품목에 대해서 상업적 재배가 승인되었다 (ISAAA 2011).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전 세계 GM작물의 실용화를 위한 재배 현황은 어떠한가?	이러한 문제를 해결하기위해서는 기존의 전통적 육종에 의한 작물개량과 재배기술의 개선이 필요하게 되었고, 기후 변화에 대한 적응성을 갖는 기능성 GM (Genetically Modified) 작물의 개발 및 실용화 추진이 요구된다. 전세계적으로 GM작물의 실용화를 위한 재배는 1996년 상업적 재배가 시작된지 15년이 지난 2010년 현재 GM 작물의 재배면적이 1억4800만 ha에 이르고 있으며 (ISAAA 2011), GM 토마토 (Flavr Savr)가 상업적으로 재배 승인된 이후 2010년현재까지 22작물의 124개 품목에 대해서 상업적 재배가 승인되었다 (ISAAA 2011). 국내의 경우 GM작물의 상업적 재배승인은 단 한건도 없는 실정이나, 사료용 및 가공용 LMO 작물의 수입은 위해성심사를 통해서 118개 품목이 승인되었다.
	국내에서 GM작물의 실용화를 위한 환경 위해성평가 시험은 무엇을 중심으로 활성화 되고 있는가?	국내의 경우 GM작물의 상업적 재배승인은 단 한건도 없는 실정이나, 사료용 및 가공용 LMO 작물의 수입은 위해성심사를 통해서 118개 품목이 승인되었다. 국내에서 GM작물의 실용화를 위한 환경 위해성평가 시험은 2010년 현재 약 76건이 보고되었고, 제초제저항성 들잔디 (Zoysia japonica Steud.)를 비롯한벼, 고추, 콩 등을 중심으로 활성화 되고 있다 (Lee SW 2010). 최근 제초제저항성 들잔디는 국내 최초로 상업적 재배를 시도하고자 약 7년간 환경위해성평가를 수행하 였고, 2010년 11월에 위해성심사를 농촌진흥청에 신청 하였다.
	기존의 교배육종, 돌연변이 육종과 생명공학을 이용한 기능성 들잔디 품종개발에 대한 연구가 절실히 필요한 이유는 무엇인가?	일반적으로 들잔디는 한국을 비롯한 아시아가 원산지이나 전 세계적으로 분포되었고, 국내 자생 들잔 디의 경우 일본 및 중국과 차이가 있어 한국잔디 (Zoysia koreana)로 명명되기도 한다. 들잔디의 이용은 공원, 골프장, 축구장 등과 같은 스포츠산업과 도로 비탈면, 댐, 간척지 등의 토양침식방지를 위한 녹화산업에 매년 급격히 증가되고 있으며, 이로 인하여 잔디관련 사업규모도 크게 확대되고 있다. 또한 골프장 및 잔디재배 지역의 증가는 재배관리 시에 잡초방제 및 병해충방제를 위한 농약 사용량을 크게 증가시키고 있으며, 농약의 과다사용으로 인한 환경오염 문제가 발생시키고 있다 (Choi et al. 1990; Schleicher et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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