이 연구는 비타민 A 강화벼(GM 벼)와 모품종인 낙동 및 일반품종을 대조로 농업적인 생육특성과 잡초를 대상으로 유전자 전이 정도를 조사하였다. GM 벼의 농업적인 특성에서 모품종인 낙동과 차이를 보이지 않았으며, 우점 잡초군과 건물중에서 유의성이 보이지 않았다. GM 벼와 모품종인 낙동 재배구의 우점 잡초는 물달개비, 올방개, 좀개구리밥, 물피 등의 10여 종이었다. 잡초의 유전자 전이 정도를 PCR 분석 결과, GM 벼와 낙동 그리고 우점잡초 8종에서 유전자 전이가 나타나지 않았다. 그러므로 비타민 A 강화벼의 화분이 비래하여 비표적 다른 품종의 벼 또는 주변 잡초에 유전자 이동이 일어나 외래유전자가 함유된 잡초가 출현하는 경우는 거의 없을 것으로 사료된다.
이 연구는 비타민 A 강화벼(GM 벼)와 모품종인 낙동 및 일반품종을 대조로 농업적인 생육특성과 잡초를 대상으로 유전자 전이 정도를 조사하였다. GM 벼의 농업적인 특성에서 모품종인 낙동과 차이를 보이지 않았으며, 우점 잡초군과 건물중에서 유의성이 보이지 않았다. GM 벼와 모품종인 낙동 재배구의 우점 잡초는 물달개비, 올방개, 좀개구리밥, 물피 등의 10여 종이었다. 잡초의 유전자 전이 정도를 PCR 분석 결과, GM 벼와 낙동 그리고 우점잡초 8종에서 유전자 전이가 나타나지 않았다. 그러므로 비타민 A 강화벼의 화분이 비래하여 비표적 다른 품종의 벼 또는 주변 잡초에 유전자 이동이 일어나 외래유전자가 함유된 잡초가 출현하는 경우는 거의 없을 것으로 사료된다.
This study was carried out to investigate the agronomic traits, comparison of weed characteristics and possibility of gene flow in 'vitamin A enforced GM rice' and the donor plant, 'Nagdong'. The GM rice was not significantly different agronomic traits compared to the donor plant, Nagdong. Weed popu...
This study was carried out to investigate the agronomic traits, comparison of weed characteristics and possibility of gene flow in 'vitamin A enforced GM rice' and the donor plant, 'Nagdong'. The GM rice was not significantly different agronomic traits compared to the donor plant, Nagdong. Weed population changes were investigated in the cultivation of the GM rice and the donor plant, Nagdong. Dominant weed species and their dry matter did not show the difference between GM rice and the donor plant, Nagdong in macro-GM crop field. Dominant weed species with the GM rice and the donor plant, Nagdong were Monochoria vaginalis, followed by Eleocharis kuroguwai, Echinochloa crus-galli and Lindernia procumbens. The detection of gene from the GM rice was done using PCR, gene flow can't be detected by weed species. Results of this study on the agronomic traits, weed characteristics and possibility of gene flow has elucidated that GM rice might not be different from the donor plant, Nagdong.
This study was carried out to investigate the agronomic traits, comparison of weed characteristics and possibility of gene flow in 'vitamin A enforced GM rice' and the donor plant, 'Nagdong'. The GM rice was not significantly different agronomic traits compared to the donor plant, Nagdong. Weed population changes were investigated in the cultivation of the GM rice and the donor plant, Nagdong. Dominant weed species and their dry matter did not show the difference between GM rice and the donor plant, Nagdong in macro-GM crop field. Dominant weed species with the GM rice and the donor plant, Nagdong were Monochoria vaginalis, followed by Eleocharis kuroguwai, Echinochloa crus-galli and Lindernia procumbens. The detection of gene from the GM rice was done using PCR, gene flow can't be detected by weed species. Results of this study on the agronomic traits, weed characteristics and possibility of gene flow has elucidated that GM rice might not be different from the donor plant, Nagdong.
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문제 정의
본 실험은 현행 진행되고 있는 GM 벼 및 재배품종과 관련된 작물 생육양상 비교 및 포장 환경 내 발생하는 일년생 및 다년생잡초의 발생빈도와 유전자 전이 정도를 조사, 분석하여 이들 간의 경합, 유전자 전이 이동성을 분석하여 형질전환체를 재배할 경우 수량, 미질 및 잡초 방제체계에 효율적인 관리정보를 수립하는 기초자료로 활용하고자 한다.
이 연구는 비타민 A 강화벼(GM 벼)와 모품종인 낙동 및 일반품종을 대조로 농업적인 생육특성과 잡초를 대상으로 유전자 전이 정도를 조사하였다. GM 벼의 농업적인 특성에서 모품종인 낙동과 차이를 보이지 않았으며, 우점 잡초군과 건물중에서 유의성이 보이지 않았다.
제안 방법
5월 3일에 어린모를 위해 상자파종하고 30일 육묘를 주당 3∼5본씩 6월 2일에 기계이앙 하였으며, 시비량은 N-P2O5-K2O=90-45-57kg ha-1로 하였다.
GM 벼와 모품종인 낙동, 일품, 주남, 백진주를 비교 품종으로 이용하여 포장에서 생육특성과 GM 벼 종자 확산에 의한 유전자 전이 가능성을 비교, 분석하기 위하여 주요 농업적인 특성을 조사하였다(표 1). GM 벼와 모품종인 낙동의 출수일은 각각 103일과 105일이며, 주남, 백진주, 및 일품도 유사한 경향을 보였다.
잡초 발생량 조사는 난괴법 3반복으로 배치된 포장에서 조사하였다. GM 벼의 생육조사는 출수 후 60일 째 실시하였으며, 잡초 우점종과 건물중은 출수 후 30일 째 채취하여 50℃ 항온기에서 5일간 건조하여 건물중으로 조사하였다. GM벼의 유전자 이동성 조사를 위한 GM 벼와 낙동, 우점 잡초종의 잎을 각각 100mg씩 액체질소를 가하여 분말화한 후, CTAB 방법에 준하여 DNA를 추출하였다(Maniatis 등 1982).
GM 벼의 생육조사는 출수 후 60일 째 실시하였으며, 잡초 우점종과 건물중은 출수 후 30일 째 채취하여 50℃ 항온기에서 5일간 건조하여 건물중으로 조사하였다. GM벼의 유전자 이동성 조사를 위한 GM 벼와 낙동, 우점 잡초종의 잎을 각각 100mg씩 액체질소를 가하여 분말화한 후, CTAB 방법에 준하여 DNA를 추출하였다(Maniatis 등 1982). 추출된 DNA는 튜브당 10μl의 poly RNaseA(Sigma)를 첨가하여 RNA를 제거 후 사용하였다.
2μl Tag DNA polymerase(2 unit)의 조성으로 총 반응액을 20μl로, PCR증폭시간은 94℃에 5분간 예열(pre-denaturation) 하였고, 94℃에 30초간(denaturation), 55℃에 30초(annealing), 72℃에서 30초(polymerization)간을 1 cycle로 하여 총 30 cycle을 하였으며 최종 DNA 합성은 72℃ 7분간하여, Biometra PCR(T-1 Thermoblock, USA) 기기를 이용하여 수행하였다. PCR 산물은 1.2% agarose gel(Promega, USA)에서 전기 영동(100 volts, 1시간)하고 EtBr(Ethidium Bromide, Sigma)로 염색하여 UV lamp(Fotodyne, MP-ST)하에서 증폭여부를 확인하였다. 유전자의 판별을 위하여 PCR 반응은 Psy5'-ATTACTCCGTTTgCACCT(forward)와 5'-TgTCATCCCAACCAACCATg(reverse)를 primer로 하였다.
PCR(polymerase chain reaction) 반응은 10ng template DNA, 2μl 10X buffer, 0.5μl 5mM dNTP, 0.5μl forward primer, 0.5μl reverse primer, 0.2μl Tag DNA polymerase(2 unit)의 조성으로 총 반응액을 20μl로, PCR증폭시간은 94℃에 5분간 예열(pre-denaturation) 하였고, 94℃에 30초간(denaturation), 55℃에 30초(annealing), 72℃에서 30초(polymerization)간을 1 cycle로 하여 총 30 cycle을 하였으며 최종 DNA 합성은 72℃ 7분간하여, Biometra PCR(T-1 Thermoblock, USA) 기기를 이용하여 수행하였다.
유전자의 판별을 위하여 PCR 반응은 Psy5'-ATTACTCCGTTTgCACCT(forward)와 5'-TgTCATCCCAACCAACCATg(reverse)를 primer로 하였다.
5월 3일에 어린모를 위해 상자파종하고 30일 육묘를 주당 3∼5본씩 6월 2일에 기계이앙 하였으며, 시비량은 N-P2O5-K2O=90-45-57kg ha-1로 하였다. 잡초 발생량 조사는 난괴법 3반복으로 배치된 포장에서 조사하였다. GM 벼의 생육조사는 출수 후 60일 째 실시하였으며, 잡초 우점종과 건물중은 출수 후 30일 째 채취하여 50℃ 항온기에서 5일간 건조하여 건물중으로 조사하였다.
그러나 통계적인 유의성은 보이지 않았다. 형질전환체인 GM 벼와 모품종인 낙동의 현미와 백미를 가지고 각각 미립 특성 차이를 보았다(표 2). GM 벼와 낙동 장폭, 두께 등 미립계통 간에 차이가 나타나지 않아 후대에 안정적인이라는 것이 확인되었다.
대상 데이터
본 연구를 위해 2011년 국립농업과학원로부터 GM 작물인 ‘비타민 A 강화벼(GM 벼)’와 모품종인 ‘낙동’을 분양받아 대규모 GM 포장(70×45m)에서 실험을 실시하고 자포니카형 품종인 일품, 주남, 백진주를 비교 품종으로 이용하였다.
본 연구를 위해 2011년 국립농업과학원로부터 GM 작물인 ‘비타민 A 강화벼(GM 벼)’와 모품종인 ‘낙동’을 분양받아 대규모 GM 포장(70×45m)에서 실험을 실시하고 자포니카형 품종인 일품, 주남, 백진주를 비교 품종으로 이용하였다. 포장시험은 2011년에 경북대학교 농업생명과학대학 부속실험실습장의 포장에서 실시하였다. 5월 3일에 어린모를 위해 상자파종하고 30일 육묘를 주당 3∼5본씩 6월 2일에 기계이앙 하였으며, 시비량은 N-P2O5-K2O=90-45-57kg ha-1로 하였다.
성능/효과
형질전환체인 GM 벼와 모품종인 낙동의 현미와 백미를 가지고 각각 미립 특성 차이를 보았다(표 2). GM 벼와 낙동 장폭, 두께 등 미립계통 간에 차이가 나타나지 않아 후대에 안정적인이라는 것이 확인되었다. 수량 구성 요소 중인 천립중도 GM 벼와 모품종인 낙동간 0.
GM 벼와 모품종인 낙동, 일품, 주남, 백진주를 비교 품종으로 이용하여 포장에서 생육특성과 GM 벼 종자 확산에 의한 유전자 전이 가능성을 비교, 분석하기 위하여 주요 농업적인 특성을 조사하였다(표 1). GM 벼와 모품종인 낙동의 출수일은 각각 103일과 105일이며, 주남, 백진주, 및 일품도 유사한 경향을 보였다. 대규모 GM 포장에서 재배된 GM 벼는 낙동과 유사한 경향으로 Bashir 등(2004)은 형질전환체 출수기는 모품종보다 10∼22일까지 늦은 출수 경향을 보고하였으나 Park 등(2007)과 Park 등(2008)은 형질전환체와 모품종인 낙동과 출수기가 유사하다고 보고하였다.
이 연구는 비타민 A 강화벼(GM 벼)와 모품종인 낙동 및 일반품종을 대조로 농업적인 생육특성과 잡초를 대상으로 유전자 전이 정도를 조사하였다. GM 벼의 농업적인 특성에서 모품종인 낙동과 차이를 보이지 않았으며, 우점 잡초군과 건물중에서 유의성이 보이지 않았다. GM 벼와 모품종인 낙동 재배구의 우점 잡초는 물달개비, 올방개, 좀개구리밥, 물피 등의 10여 종이었다.
GM 벼 재배 포장에서 피, 물달개비, 너도방동사니, 올방개, 벗풀, 가래의 발생이 벼 수량에 미치는 영향을 정량하고, 잡초경합에 따른 쌀 수량에 미치는 피해 예측(Lee 등 2005; Lee 등 2006), 재배양식에 따라 잡초 경합에 관한 연구(Kwon 등 2006; Gealy 등 2003)가 상당히 진행되고 있지만 형질전환체와 모품종, 일반 품종과의 잡초 경합에 관한 체계적인 연구 등은 미진한 상태이다. GM 벼의 비표적 유전자 이동성 검정은 잡초우점종의 DNA를 추출하여 Psy 프라이머로 PCR 분석으로 검정한 결과 Psy 특이적 밴드는 관찰되지 않았다(그림 2).
수량 구성 요소 중인 천립중도 GM 벼와 모품종인 낙동간 0.8g 차이를 보였으며, 또한 비교품종에서도 0.6∼1.0g 차이로 나타났다.
벼의 형질전환 과정을 통해서 발생하는 유전적 구조변화로 작물학적 변이가 유발된다고 하는데(Bennet 1993), GM 벼의 작물학적 형질은 소수주동유전자에 지배되는 질적 형질보다는 폴리진과 환경에 영향을 받는 양적 형질의 차이가 크다고 하였다(Jeong 등 2003). 수량 요소에서 GM 벼의 등숙율 차이로 낙동보다 수량 감소를 보였지만, GM 벼와 낙동 및 비교품종에서 생육상황과 미립특성의 생육차이는 보이지 않았다.
Crawley 등(2001)은 자연서식지에서 형질전환 작물이 환경에 미치는 영향을 조사하기 위하여 유채, 감자, 옥수수, 사탕수수의 4종류 작물을 12지역에서 재배하여 새로운 잡초 출현, 월동성 및 생존력 등을 10년간 조사한 결과, 유전자변형작물이 일반 작물보다 짧은 재배기간의 환경에서는 더 잘 적응하는 것 같았으나 세대가 진전되는 장기간 생존하는 경우는 발견되지 않았고, 주변의 야생 다년생 식물과의 생존 경쟁력도 매우 약해서 4년 후에는 완전히 사라져 버렸다고 보고하였다. 이 실험의 결과는 유전자 변형작물의 특성이 자연생태계에서 살아남을 수 있는 확률이 낮음을 의미한다. 자연생태계에는 일반적인 생물군락이 분포하고 있기 때문에, 유전자변형작물 뿐 아니라 일반적으로 육종된 작물도 일반 생태계에서의 경합력이 낮아 살아남을 수 없다고 한 연구(Lee 등 2006)와 본 시험결과와 비슷하여 앞으로 다양한 재배 조건에서의 연구검토가 필요하다.
GM 벼와 모품종인 낙동 재배구의 우점 잡초는 물달개비, 올방개, 좀개구리밥, 물피 등의 10여 종이었다. 잡초의 유전자 전이 정도를 PCR 분석 결과, GM 벼와 낙동 그리고 우점잡초 8종에서 유전자 전이가 나타나지 않았다. 그러므로 비타민 A 강화벼의 화분이 비래하여 비표적 다른 품종의 벼 또는 주변 잡초에 유전자 이동이 일어나 외래유전자가 함유된 잡초가 출현하는 경우는 거의 없을 것으로 사료된다.
형질전환체의 정조한 수량에서 GM 벼와 낙동의 수장은 1.5cm, 수수는 0.2개로 GM 벼의 5.3MT ha-1에 비하여 34% 차이를 보였으며, 다른 비교 품종에서는 49∼31%의 수량차이를 보였다.
후속연구
국내에서 GM 작물개발은 초기 세대(T1-T3)의 표현형 선발이 어느 정도 진행되어야 안정성 평가를 실시하므로 인력과 시간을 소비할 수 있고, 국내 GM 작물의 포장검정은 소면적에서 소수의 이벤트를 대상으로 진행되고 있어 실용화 품종 개발에 미흡한 실정이다(Lee 등 2011). 이런 차원에서 GM 작물과 재배품종 간의 생육 특성, 농생태계 환경과의 유기적 관련성 및 유전자 전이 정도 등 체계적인 연구가 필요하다. 제2의 녹색혁명이라 불리는 GM 작물의 안전성 재배기술개발과 함께 상업화 및 식생활의 풍요로움에 앞서 철저한 다단계 검증이 이루어져야 한다.
이 실험의 결과는 유전자 변형작물의 특성이 자연생태계에서 살아남을 수 있는 확률이 낮음을 의미한다. 자연생태계에는 일반적인 생물군락이 분포하고 있기 때문에, 유전자변형작물 뿐 아니라 일반적으로 육종된 작물도 일반 생태계에서의 경합력이 낮아 살아남을 수 없다고 한 연구(Lee 등 2006)와 본 시험결과와 비슷하여 앞으로 다양한 재배 조건에서의 연구검토가 필요하다. 그러므로 비타민 A가 강화된 벼의 유전자는 대사변형기술을 이용하여 영양성분이 강화된 특성으로 외래유전자가 잡초에 출현하는 경우는 거의 없는 것이다.
이런 차원에서 GM 작물과 재배품종 간의 생육 특성, 농생태계 환경과의 유기적 관련성 및 유전자 전이 정도 등 체계적인 연구가 필요하다. 제2의 녹색혁명이라 불리는 GM 작물의 안전성 재배기술개발과 함께 상업화 및 식생활의 풍요로움에 앞서 철저한 다단계 검증이 이루어져야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GMO 작물 재배의 장점은?
org). GMO의 긍정적 측면 즉, 생산량 증가, 농약사용 절감, 탄소배출 감소, 특히 영세 농민을 포함한 농가소득 증대 등 여러 잇점으로 GMO의 개발과 재배는 기하급수적으로 늘어날 것이며, 특히 아시아와 중남미 지역에서 빠르게 증가될 전망이다(Graham과 Barfoot 2009).
GM 벼와 낙동 재배구간 우점 잡초 중 출수기에 가장 많이 발생한 것은?
GM 벼와 낙동의 전 생육 시기별로 보면 이앙 직후에는 좀개구리밥이 우점하였으며, 출수기(8월 12일, 8월 15일)에 근접할수록 물달개비 및 올방개, 물피 등 잡초 종이 다양화되었다. 이 중 물달개비 및 올방개가 가장 많이 발생하였다. 벼의 생육시기 중 무효분얼기 때 물떼기가 시작되면서 건답 잡초인 여뀌바늘, 한련초, 밭뚝외풀, 바람하늘지기, 자귀풀, 알방동사니로 종류가 다양하게 나타났으나, 각 시험구별 반복간의 우점 잡초간에는 차이가 나지 않았다(표 3).
유전자 수평이동성이란?
그 중 한 예가 유전자의 수평이동성에 관한 것이다. 유전자 수평이동성이란 유연관계가 먼 생물들 간의 유전자이동(전이현상)을 일컫는다. 유전자의 수평이동에 대해 사회적 우려와 관심이 높은 이유는 많은 GM 작물을 개발할 때 선발을 위해 항생제 저항성 유전자를 이용하기 때문이다.
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