[논문]국내에서 개발된 제초제저항성 벼(밀양 204호, 익산 483호)의 비표적 곤충과 거미에 미치는 생리적 영향

김영호

doi:10.5656/ksae.2017.10.0.022

국내에서 개발된 제초제저항성 벼(밀양 204호, 익산 483호)의 비표적 곤충과 거미에 미치는 생리적 영향
Physiological Effects of Herbicide-resistant Genetically Modified Rice (Milyang 204 and Iksan 483) Developed in Korea on Non-target Insects and a Spider 원문보기

한국응용곤충학회지 = Korean journal of applied entomology, v.56 no.4, 2017년, pp.331 - 338

김영호 (경북대학교 생태환경관광학부 생물응용전공)

초록
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본 연구에서 국내에서 개발된 제초제저항성 GM 벼인 밀양 204호와 익산 483호가 비표적 곤충과 거미에 미치는 영향을 평가하였다. GM 벼와 non-GM 벼에 대한 보리수염진딧물과 벼멸구의 기주선호도에는 차이가 없었으며, GM 벼를 섭식한 벼멸구를 포식한 황산적거미의 체중 변화에도 통계적 유의성이 없었다. 밀양 204호와 그 대조 모본 non-GM 벼에서 서식한 벼멸구를 포식한 황산적거미의 생존율에는 차이가 없었으나, 벼멸구를 통해 익산 483호에 노출된 황산적거미의 생존율은 대조 모본 non-GM 벼에 비해 통계적으로 낮은 생존율을 나타내었다. 또한 익산 483호의 화분을 섭식한 꿀벌 유충은 밀양 204호와 다른 non-GM 벼 화분을 제공하였을 때 보다 현저하게 긴 용기간을 보였다. 농업생태계에서 중요한 포식 천적인 황산적거미와 양봉 산업으로서 중요한 기능을 하는 꿀벌에 GM 벼가 부정적인 영향을 보임에 따라 국내에서 개발된 제초제저항성 GM 벼의 농업 환경 노출 이전에 충분한 추가 연구와 안전성 평가가 선행되어야 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the present study, we investigated the effects of two herbicide-resistant genetically modified rice (GM rice) varieties, Milyang 204 and Iksan 483, recently developed in Korea on non-target insects and a spider. No difference in host preferences of the English grain aphid Sitobion avenae and the brown planthopper Nilaparvata lugens were observed between GM rice and non-GM rice. Wolf spider Pirata subpiraticus, feeding on N. lugens reared on GM rice or non-GM rice, revealed no significant difference in body weight. P. subpiraticus, fed with N. lugens reared on Milyang 204, showed survival rates similar to that in P. subpiraticus fed with N. lugens reared on non-GM rice. However, P. subpiraticus feeding on N. lugens reared on Iksan 483 demonstrated significantly lower survival rates than that in P. subpiraticus feeding on N. lugens reared on Milyang 204 or non-GM rice. In addition, when larvae of the western honeybee Apis mellifera were supplied with Iksan 483 pollen, a significantly longer pupal period occurred, as compared with that of A. mellifera supplied with pollen of Milyang 204 or non-GM rice. As GM rice has negative effects on P. subpiraticus, which is an important predator in agricultural ecosystems, and on A. mellifera, which plays important roles in pollination and honey production, additional studies on risk assessment of GM rice should be conducted before releasing newly developed herbicide-resistant GM rice to the agricultural environment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같이 여전히 제초제저항성 GM 작물의 환경 위해성에 대한 논란이 여지가 있기에 국내에서 개발된 제초제저항성 벼의 농업환경으로의 방출 이전에 다양한 각도에서의 안전성 평가를 실시 해야 할 필요성이 대두된다. 그러므로 본 연구는 밀양 204호와 익산 483호 GM 벼가 경작될 경우를 대비하여, GM 벼의 경작 시 농업환경에 미치는 영향을 평가하기 위해 GM 벼 식물체와 화분에 노출 가능성이 있는 거미와 곤충 종들을 대상으로 그 생리적 위해성 평가를 실시하였다.

제안 방법

하지만 GM 작물에 대한 국민들의 막연한 불안감 해소와 개발 GM 작물의 안전성을 평가하기 위해서는 Bt 작물이든 제초제저항성 GM 작물이든 농업환경으로의 노출을 고려하여 농업 생태계의 주요 생물체인 곤충 및 거미류의 생존, 생리에 미치는 기본적인 연구가 필 수적으로 진행되어 할 것으로 사료된다. 그러므로 본 연구에서는 벼에 서식하며 벼를 직접 흡즙하는 보리수염진딧물과 벼멸구를 대상으로 한 기주선호도 조사를 실시하였고, GM 벼를 섭식 화분으로 이용할 가능성이 있는 유용 곤충인 꿀벌을 선정하여 GM 벼 화분을 섭식한 꿀벌 유충의 용화율과 용기간측정을 통한 생장률을 non-GM 벼 화분 섭식 꿀벌과 비교 연구를 하였다. 이와 더불어 생태계 먹이 사슬을 고려하여 GM 벼를 섭식한 벼멸구를 황산적거미의 먹이로 제공하여 GM 벼에 직접 노출 되지는 않지만 먹이를 통한 간접 노출 가능성이 높은 황산적거미를 대상으로 생존율과 성장률을 조사하였다
그러므로 본 연구에서는 벼에 서식하며 벼를 직접 흡즙하는 보리수염진딧물과 벼멸구를 대상으로 한 기주선호도 조사를 실시하였고, GM 벼를 섭식 화분으로 이용할 가능성이 있는 유용 곤충인 꿀벌을 선정하여 GM 벼 화분을 섭식한 꿀벌 유충의 용화율과 용기간측정을 통한 생장률을 non-GM 벼 화분 섭식 꿀벌과 비교 연구를 하였다. 이와 더불어 생태계 먹이 사슬을 고려하여 GM 벼를 섭식한 벼멸구를 황산적거미의 먹이로 제공하여 GM 벼에 직접 노출 되지는 않지만 먹이를 통한 간접 노출 가능성이 높은 황산적거미를 대상으로 생존율과 성장률을 조사하였다

대상 데이터

보리수염진딧물(Sitobion avenae)과 벼멸구(Nilaparvata lugens), 황산적거미(Pirata subpiraticus)는 2006년 여름부터 2007년 여름까지 경기도 수원시 서울대학교 농업생명과학대학농장과 인근에서 여러차례 채집한 후 서울대학교 실내 곤충 사육실에서 온도 25 ± 3℃, 습도 60 ± 5%, 광주기16:8 h (L:D) 조건에서 누대 사육하였고, 황산적거미는 매일 초파리(Drosophila melanogaster) 를 먹이로 제공하였다. 꿀벌(Apis mellifera)은 경기도 광주시 서울대학교 태화산 학술림 야외 양봉사에서 관리 중인 이탈리아 교잡계통(Italian hybrid)을 이용하였다.
본 연구에서는 농촌진흥청 작물과학원에서 개발한 glufosinate 저항성 GM 벼와 non-GM 벼를 이용하였다. 제초제 저항성 GM 벼인 밀양 204호는 동진벼에서 Agrobacterium 형질전환 후, 주남벼와의 인공교배를 통해 제초제저항성 고정계통이 선발되었고, 익산 483호는 안중벼에 Polyethylene Glycol 방법으로 제초제저항성 유전자운반체를 직접 도입한 후, 신동진벼와의 인공교배를 통해 고정계통을 선발하여 두 계통의 제초제저항성 GM 벼가 개발되었다(Ryu and Kim, 2006).

데이터처리

보리수염진딧물과 벼멸구의 GM 벼와 non-GM 벼에 대한 기주선호도 조사는 ANOVA에 대한 사후검정으로 Tukey’s multiple range test를 실시하였고, GM 벼와 non-GM 벼의 화분을 섭식한 꿀벌 유충의 용화율과 용기간도 ANOVA와 Tukey’s multiple range test 을 통해 분석하였다. 또한 각 벼 계통에서 사육된 벼멸구를 섭식한 황산적거미 독립개체의 누적생존율 분석은 Kaplan-Meier survival analysis (Kim et al., 2008b; Kim et al., 2008c; Kim et al., 2012a; Kim et al., 2012b)를, 체중 변화를 통한 성장률 분석은 repeated-measures ANOVA을 통해서 유의성을 검증하였다.
0 (IBM, Armond, NY, USA)을 이용하였다. 보리수염진딧물과 벼멸구의 GM 벼와 non-GM 벼에 대한 기주선호도 조사는 ANOVA에 대한 사후검정으로 Tukey’s multiple range test를 실시하였고, GM 벼와 non-GM 벼의 화분을 섭식한 꿀벌 유충의 용화율과 용기간도 ANOVA와 Tukey’s multiple range test 을 통해 분석하였다. 또한 각 벼 계통에서 사육된 벼멸구를 섭식한 황산적거미 독립개체의 누적생존율 분석은 Kaplan-Meier survival analysis (Kim et al.

성능/효과

이는 익산 483호에서 발현되는 높은 농도의 PAT 단백질이 벼멸구를 통해서 황산적거미에 노출되고, PAT가 황산적거미의 생존에 부정적인 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 꿀벌을 대상을 실시한 실험의 경우, 익산 483호의 화분을 섭식한 유충의 용화율이 non-GM 벼들과 밀양 204호과 통계적 차이는 없었으나(Fig. 5A), 익산 483호의 화분을 섭식한 유충의 번데기 기간은 통계적으로 유의하게 증가하는 경향을 보였다(Fig. 5B). 농업생태계에서 포식 천적으로 중요한 기능을 하는 황산적거미(Li et al.
보리수염진딧물과 벼멸구의 GM 벼와 non-GM 벼에 대한 기주선호도는 벼 계통 별로 차이가 없었다(Figs. 1, 2). 밀양 204 호와 익산 483호의 개발과 환경안전성 평가를 연구한 보고서에 의하면, 본 연구에서 이용된 GM 벼와 non-GM 벼 간의 아밀로스와 단백질 함량, 일반영양성분, 대사물 양상 및 종류 등이 거의 유사한 것으로 보고되었는데(RDA, 2007), 이러한 기주 식물의 영양학적 동질성이 섭식 곤충의 기주선호도에 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.

후속연구

5B). 농업생태계에서 포식 천적으로 중요한 기능을 하는 황산적거미(Li et al., 2011)와, 자연생태계나 농업생태계에서 화분매개나 양봉 부산물 생산 등의 중요한 기능을 하는 꿀벌(Li et al., 2011)의 생존, 생리에 제초제저항성 GM 벼에 의한 부정적인 영향이 관찰됨에 따라 이들 GM 벼의 안정적인 경작을 위한 심도있는 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다. 또한 국내외에서 PAT가 절지동물에 미치는 영향에 대한 연구가 부재한 상황이기에 농업생태계에 서식하는 다양한 종류의 절지 동물을 대상으로 한 PAT의 독성 평가, 절지동물의 생리에 미치는 영향 평가 등의 연구가 선행되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GM 작물의 경우, 식물의 특성상 가장 먼저 노출되는 생물군은?	이러한 세계적인 GM 작물의 재배 및 교역량의 증가, 우리나라의 대량의 GM 작물의 수입 현황 및 연구, 개발 상황을 고려 할 때, 국내 생태환경을 고려한 국내 실정에 맞는 독자적인 GM 작물의 위해성 평가 방법의 개발과 더불어 국내 연구진의 생태 안전성 평가 연구는 필수적이라 판단된다. 특히 GM 작물의 경우, 식물의 특성상 가장 먼저 노출되는 생물군은 미생물과 더불어 곤충과 절지동물이라 볼 수 있으며, 실제 비표적 곤충과 익충을 대상으로 한 GM 작물의 위해성 평가는 필히 수행되어야 할 연구라 사료된다. 최근 국내에서 실시된 연구들에 의하면, 실재 국내 수입 GM 작물의 98%를 차지하는 GM 옥수수의 수송 보관 중 비의도적인 방출 사례가 보고된 바가 있고(Lee et al.
	그룹별로 2개 계통(밀양 204호, 동 진벼; 익산 483호, 안중벼)를 이용한 이유는?	GM 벼 화분이 꿀벌 유충의 발육에 미치는 영향을 평가하기 위해 벼 화분을 채취하여 유충에 제공하여 꿀벌 유충의 용화율과 용기간을 조사하였다. 본 실험에서는 주남벼과 신동진벼 화분 확보의 어려움으로 인해 그룹별로 2개 계통(밀양 204호, 동 진벼; 익산 483호, 안중벼)를 이용하였다. 충남농업기술원 GM 작물 격리포장에서 각 계통 벼에서 화분을 채취하였으며, 25℃ 에서 48시간 건조 후 분쇄하여 준비하였다.
	최근 생명공학 기술의 급속한 발달로 인한 GM 작물(Genetically modified crops)의 재배 면적과 재배 국가 및 거래량은 어떠한가?	최근 생명공학 기술의 급속한 발달로 인한 GM 작물(Genetically modified crops)의 재배 면적과 재배 국가 및 거래량은 매년 급진적으로 증가하고 있다. 2016년 기준으로 전 세계 주요 작물 재배 면적(약 373백만 헥타르)의 49.6%에 이르는 185백 만 헥타르에서 GM 작물이 재배되고 있으며, 이 중 12% 면적에서 해충저항성 GM 작물이 경작되고 있다. 또한 185백만 헥타르 중 41%와 47%의 면적에서 각각 복합형질과 제초제내성 형질전환 작물 재배에 이용되고 있다(James, 2016). GM 작물이 재배되고 있는 세계 26개국 중에서 미국, 브라질, 아르헨티나 에서 각각 약 72.9백만, 49.1백만, 23.8백만 헥타르의 면적에서 GM 작물이 경작 중이며, 이들 3개국은 세계 GM 재배면적의 79%를 차지한다(James, 2016). 우리나라에서는 상업적 목적으로 재배되고 있는 GM 작물은 아직 없으나, 2016년 한해 974 만 톤의 식용․ 농업용 GMO을 수입하는 세계적인 GMO 수입국이다(KRIBB, 2017).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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