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문제 정의
- 본 연구는 이 GM 양배추로부터 비변형 모본으로의 유전자이동 빈도를 파악하고자 수행되었다. 양배추는 일반적인 재배 과정에서는 개화 이전의 결구 상태에서 수확을 하게 되므로, 일반 농가에서 GM 양배추와 비변형 양배추 또는 근연 변종과의 유전자이동 가능성은 없지만, 채종포에서는 GM 양배추와 비변형 양배추의 유전자이동으로 인한 종자 오염의 문제가 발생할 수 있다.
제안 방법
- 2013년 7월 25일에 AD126 각 식물체 별로 종자를 전량 수확하였으며, 실험에 사용한 GM 양배추와 서양뒤영벌은 폐기 처리하였다.
- AD126 식물체로부터 수확한 종자는 한국생명공학연구원의 LMO 격리온실 내에서 원예용 상토가 담긴 4 × 8 육묘 트레이에 파종하여 2주간 발아시켰다.
- 그 다음 발아한 식물체의 수를 조사한 뒤, 각 식물체 별로 잎 시료를 채취하였다. FastDNA Kit (MP Biomedical, France)를 이용하여 식물 genomic DNA를 추출하였으며, 양배추 특이 내재유전자인 cruciferin gene의 검출을 위한 primer인 BnC1과 GM 양배추에 도입된 cry1Ac1 유전자의 primer (Bioneer, Korea)를 이용하여 multiplex PCR을 수행하였다(Table 1). PCR 반응의 조성은 1.
- AD126 식물체로부터 수확한 종자는 한국생명공학연구원의 LMO 격리온실 내에서 원예용 상토가 담긴 4 × 8 육묘 트레이에 파종하여 2주간 발아시켰다. 그 다음 발아한 식물체의 수를 조사한 뒤, 각 식물체 별로 잎 시료를 채취하였다. FastDNA Kit (MP Biomedical, France)를 이용하여 식물 genomic DNA를 추출하였으며, 양배추 특이 내재유전자인 cruciferin gene의 검출을 위한 primer인 BnC1과 GM 양배추에 도입된 cry1Ac1 유전자의 primer (Bioneer, Korea)를 이용하여 multiplex PCR을 수행하였다(Table 1).
- 실험기간 동안 제초제 및 살충제는 사용하지 않았으며, 1주일에 1회씩 시험구내 잡초를 손으로 제거하였다. 또한 봉군 유지를 위해 최소한의 먹이(40% 설탕물, 화분단자)를 공급하였다.
- 1봉군에는 여왕벌 1마리와 일벌 60-80마리, 그 밖의 알과 유충이 포함되어 있다. 실험기간 동안 제초제 및 살충제는 사용하지 않았으며, 1주일에 1회씩 시험구내 잡초를 손으로 제거하였다. 또한 봉군 유지를 위해 최소한의 먹이(40% 설탕물, 화분단자)를 공급하였다.
- 양배추의 개화가 시작되었을 때 시험구 전체를 망실로 덮어 화분매개곤충이 시험구 외부로 탈출하는 것을 방지하였으며(Fig. 1B), 망실 내에 화분매개 곤충인 서양뒤영벌(꽃부니호박벌, 그린아그로텍) 1봉군을 두어 C30 계통과 AD126 계통의 수분을 유도하였다. 1봉군에는 여왕벌 1마리와 일벌 60-80마리, 그 밖의 알과 유충이 포함되어 있다.
- 전체적으로 C30 계통 35주와 AD126 계통 36주를, 0.5 m × 1.2 m의 재식 간격으로 정식하였다.
- PCR 반응 조건은 95℃에서 3분간 반응시킨 뒤에 95℃에서 1분, 58℃에서 40초, 72℃에서 1분의 조건으로 40 사이클을 수행하였으며, 마지막 반응은 72℃에서 10분간 수행하여 전 증폭과정을 종료하였다. 증폭된 PCR 산물은 1% TAE buffer agarose gel에 전기영동하여 확인하였다.
대상 데이터
- 배추좀나방에 대해 저항성을 갖도록 cry1Ac1 유전자가 도입된 GM 양배추 C30 계통과 모본인 AD126 계통을 (주) 농우바이오로부터 분양받아 실험에 사용하였다. 이 양배추는 포장시험을 실시하기 전인 2012년 겨울에 춘화처리를 하여 개화를 유도하였다.
- 양배추는 일반적인 재배 과정에서는 개화 이전의 결구 상태에서 수확을 하게 되므로, 일반 농가에서 GM 양배추와 비변형 양배추 또는 근연 변종과의 유전자이동 가능성은 없지만, 채종포에서는 GM 양배추와 비변형 양배추의 유전자이동으로 인한 종자 오염의 문제가 발생할 수 있다. 양배추류(Brassica oleracea L.)는 바람에 의한 타가수분은 거의 발생하지 않으며 주로 곤충에 의해 타가수분을 하는 작물로 알려져 있으므로(Nieuwhof, 1963), 본 연구에서는 화분매개곤충을 이용하여 연구를 수행하였다.
- 충북 청주시 소재 한국생명공학연구원 LMO 격리포장에 이랑 5개로 구성된 전체 면적 5 m × 9 m의 시험구를 조성하였으며(Fig. 1A), 2013년 4월 25일에 각 이랑에 양배추 유묘 15주 씩 들어갈 수 있도록 C30과 AD126 계통을 번갈아가며 정식하였다.
- 포장실험 기간 동안 총 36개의 AD126 계통 양배추 중 2주가 고사하여 총 34주로부터 주당 평균 44.7 ± 33.9개(평균 ± 표준편차), 총 1,519개의 종자를 얻었다(Table 2).
성능/효과
- C30과 AD126 계통 모두 5월 초부터 7월 초까지 개화하였으며, 화분매개곤충인 서양뒤영벌은 망실 내에서 활발한 수분활동을 보였다(Fig. 2). 서양뒤영벌은 국내에서 화분매개곤충으로써 많이 이용되고 있는데 꿀벌과 달리 시설토마토와 같은 무밀식물의 꽃에서도 수분활동을 잘 하는 것으로 알려져 있다(Lee 등, 2001).
- 이 중 3주에서 얻은 종자는 발아하지 않았다. 발아된 878개의 양배추 샘플의 gDNA를 추출하여 multiplex PCR 검정을 실시한 결과 cry1Ac1 유전자가 확인된 시료는 총 168개로 나타나, GM 양배추로부터 모본으로의 유전자 이동 비율은 약 19.7%였다(Fig. 3, Table 2).
후속연구
- 또한 근접한 위치(50 cm 간격)에 정식한 GM 양배추로부터 비변형 양배추로의 유전자 이동 빈도만을 조사하였는데, 교잡이 가능한 거리에 대한 연구도 필요할 것이다. 아직까지 국내외에서 GM 양배추의 격리거리에 대한 연구는 보고된 바 없지만, 종자관리요강(농림축산식품부고시 제2014-30호)의 [별표 6] 포장검사 및 종자검사의 검사기준에 따르면 양배추의 경우 채종포가 같은 종의 다른 품종으로부터 1,000 m 거리로 격리되어야 하므로, 상당히 넓은 면적의 포장실험이 필요하다.
- 본 연구에서는 망실을 이용하여 서양뒤영벌의 탈출을 방지하였지만, 이로 인해 다른 화분매개곤충이 망실내로 들어오는 것 역시 차단되었으므로 이것이 유전자 이동 빈도에 어떠한 영향을 주었는지는 파악하기 어렵다. 보다 자연환경과 가까운 상태에서 실험을 하기 위해서는 주변에 양배추 및 이와 교잡이 가능한 근연종이 분포하지 않음을 확인한 이후에 망실 및 시판되는 화분매개곤충을 이용하지 않고 실험하는 것이 바람직할 것이다.
- acephala) 등은 변종 간의 타가수분율이 72 – 95%로 매우 높아 쉽게 타가수분을 할 수 있는 것으로 알려져 있다(Watts, 1968). 본 연구에서는 GM 양배추로부터 모본으로의 유전자 이동성만 조사하였지만 향후에는 GM 양배추로부터 B. oleracea에 속하는 다른 변종로의 유전자 이동성에 대한 연구도 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 망실을 이용하여 서양뒤영벌의 탈출을 방지하였지만, 이로 인해 다른 화분매개곤충이 망실내로 들어오는 것 역시 차단되었으므로 이것이 유전자 이동 빈도에 어떠한 영향을 주었는지는 파악하기 어렵다. 보다 자연환경과 가까운 상태에서 실험을 하기 위해서는 주변에 양배추 및 이와 교잡이 가능한 근연종이 분포하지 않음을 확인한 이후에 망실 및 시판되는 화분매개곤충을 이용하지 않고 실험하는 것이 바람직할 것이다.
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