1. 본 연구는 GM콩이 비의도적으로 자연에 방출되었을 시 야생콩과의 교잡에 의해 발생 가능한 교잡콩을 모니터링하고 영양학적 측면에서 안전성을 평가하기 위하여 수행하였다. 이를 위해, 베타카로틴 강화 GM콩과 야생콩, 두 품종간 인위적으로 생산한 교잡콩, GM콩의 모본이자 일반 재배 품종인 광안콩 등 4품종을 국내 2개 지역에서 재배하고 콩 종자를 대상으로 주요 영양성분 38종을 분석하였다. 2. 재배 환경에 영향을 받지 않고, GM콩 및 야생콩과 비교해 교잡콩에서 유의적 차이를 보이는 성분은 조단백질, 조섬유, alanine, glycine, leucine, serine, tryptophan, oleic acid, linolenic acid, arachidonic acid 등 10종이었다. 하지만, 분석한 모든 시료의 성분은 국내외 자연 범위에 포함되는 수준이었다. 3. PCA분석 결과, 주요 영양성분 함량 변이는 GM콩은 모본과 유사하였고, 교잡콩은 GM콩 보다는 야생콩과 유사하였다. 즉, 분석한 4품종의 영양성분의 변이는 재배 환경보다는 유전적 요인에 의해 더 크게 영향을 받음을 알았다. 4. 본 연구의 결과는 GM콩과 야생콩간 교잡콩의 영양학적 안전성을 분석한 최초의 보고이며, 이는 향후 GM콩의 비의도적 자연 방출을 모니터링하는데 있어 유용한 기초 자료로써 활용 가치가 있을 것이다.

농업환경의 급속한 변화에 의한 농업생명공학과 GM작물의증가는 인간의 건강과 자연환경에 대한 깊은 관심을 초래하였고, 이에 대한 환경위험 여부를 확인하기 위해 GM작물의 안전성 평가가 필수 요소가 되었다. 이에 본 연구는 가뭄저항성(Agb0103)벼와 일미벼의 잉어(Carp, Cyprinus carpio)와 미꾸리(Loach, Misgurnus anguillicaudatus)에 대한 급성독성시험을 평가한 결과 48시간과 96시간의 LC50은 1,000 mg/L이상으로 분석되었다. 48시간과 96시간의 무영향농도는 1,000 mg/L이었다. 잉어와 미꾸리의 급성독성 시험기간 중 가뭄저항성(Agb0103)벼와 일미벼 간의 체중, 전장, 수온, DO 및 pH에대한 유의적인 차이는 없었다.

유전자변형생물체(Genetically Modified Organisms, GMOs)는 식량, 환경, 에너지부족 등 인류가 직면하고 있는 각종 문제점을 해결하기 위한 대안으로 그 개발 및 이용이 가속화되고 있다. 특히 몇몇 국내 개발 GM 작물은 안전성평가 단계에있어서 조만간 실용화될 것으로 전망되고 있다. GMO에 대한일반인들의 인식조사 연구는 대부분 소비자를 대상으로 진행되어왔으며 실제 GM 작물이 상업화되었을 때 이를 재배할 경작자에 대한 인식조사 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 농업인의 GMO에 대한 인식 파악 및 재배의도를 알아보기위해 설문조사와 표적집단면접(FGI)를 병행하였다. 설문조사는 논산, 김천, 충주, 상주 지역의 농민 747명을 대상으로 실시하였으며, FGI는 농업분야에 종사하고 있는 남녀 농업인 5명을 대상으로 수행하였다. 조사 결과 GM 작물에 대한 인지수준과 지식수준은 각각 85.5%, 65%로 일반인과 크게 다르지않았다. GM 작물에 대한 정보 실태로써 ‘알고 있거나 들어본적이 있는 GM작물 종류’에 대해 ‘수량증진’에 대한 응답이가장 높았으며, ‘병저항성’, ‘해충저항성’ 순으로 조사되었다.GM 작물에 대한 인식은 ‘긍정적’과 ‘부정적’ 응답이 비슷한 분포를 나타냈으나, GMO에 대한 섭취 및 재배 의향은 전반적으로 부정적인 것으로 조사되었다. 특히 GMO의 재배보다는섭취에 더 부정적인 것으로 나타났다. GM 작물 형질에 대한선호도로는 ‘병 저항성’ 형질이 가장 높았으나 ‘맛’, ‘수량’,‘건강개선’ 등의 형질에 대해서도 고른 응답을 보였다.

비타민A 강화벼와 ‘낙동’의 미꾸리(Misgurnus anguillicaudatus)와 잉어(Cyprinus carpio)에 대한 급성독성시험을 실시한 결과48시간 및 96시간-LC50은 1,000mg/L이상으로 나타났다. 48시간 및 96시간 무영향농도(NOEC)는 1,000mg/L이었다. 급성독성 시험기간 중 비타민A 강화벼와 낙동벼간의 pH, DO, 수온,체중 및 전장에 대한 유의적인 결과는 나타나지 않았다.

물벼룩 급성 독성 평가를 위한 비타민A 강화벼의 분자생물학적 특성을 분석한 결과, Southern blot에서 베타-카로틴 생합성을 위한 Psy와 CrtI 유전자들이 one-copy로 도입됨을 확인하였으며, 선발마커인 Bar 유전자의 단백질 검출 immunostrip 분석에서도 비타민A 강화벼에서만 검출되었다. 비타민A 강화벼의 목적하는 최종 산물인 베타-카로틴 함량도 낙동벼에 비해 8.9배 증가됨을 확인하였다. 비타민A 강화벼와 낙동벼의 농업환경 생물지표종인 물벼룩(Daphniamagna)에 대한 급성독성시험을 실시한 결과, 비타민A 강화벼의 48시간-EC50은 3,311.40 mg/L(95% 신뢰한계 : 2,901.39 ~ 3,779.23 mg/L), 무영 향농도(NOEC)는 1,800 mg/L였고, 낙동벼는 48시간-EC50은 3,655.23 mg/L(95% 신뢰한계 : 3,156.71 ~ 4,232.86 mg/L), 무영향농도는 1,800 mg/L였다. 따라서 Psy와 CrtI 유전자가 형질전환된 비타민A 강화벼 및 낙동벼가 환경 지표생물종인 물벼룩에 미치는 영향 평가 결과 상대적 동등성을 보였으며, 이는 Psy와 CrtI 유전자의 단백질 노출이 물벼룩에 부정적인 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다.

해충저항성 Bacillus thuringiensis (Bt) 벼의 비표적곤충인 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)에 대한 성충 전용살충제 Clothianidin 액상수화제의 살충제 감수성 시험을 실시한 결과, 72시간-LC50은 0.245 ml/L(95% 신뢰한계는 0.195~0.307 ml/L)이었으며, Bt벼의 모본으로 대조로 사용한 낙동벼의 72시간-LC50은 0.257 ml/L(95% 신뢰한계는 0.199~0.331 ml/L)이었다. 72시간-LC50은 낙동벼에서 다소 높았지만, 해충저항성 Bt벼 72시간-LC50이 낙동벼의 95% 신뢰한계 내에 포함되어, 두 품종의 LC50값에 유의성이 없는 것으로 판단된다.

해충저항성 Bt벼와 낙동벼의 미꾸리(Misgurnus anguillicaudatus) 와 잉어(Cyprinus carpio)에 대한 급성독성시험을 실시한 결과 48시간 및 96시간-LC50은 1,000mg/L 이상으로 나타났다. 48시간 및 96시간 무영향농도(NOEC)는 1,000mg/L이었다. 급성독성 시험기간 중 해충저항성 Bt벼와 낙동벼간의 pH, DO, 수온, 체중 및 전장에 대한 유의적인 결과는 나타나지 않았다.

본 연구의 목적은 방화곤충에 의해 유전자변형 작물로부터 비변형작물로의 유전자 이동이 일어날 수 있는가를 조사하기 위한 프로토콜을 개발하는 것이다. 이를 위해 제초제저항성 형질전환 콩과 재배콩인 태광콩, 그리고 G. soja 시험구에서 발생하는 곤충상을 sweeping법으로 조사하였으며, 이들 시험구에서 화분매개 가능성을 가진 방화벌의 시간대별 출현빈도 및 부위별 화분 부착율을 조사하였다. 또한 채집한 서양종꿀벌로부터 부착된 화분을 이용, 핵산을 추출하고 PCR 증폭 가능성 여부를 분석하였다. 그 결과, 유전자변형 콩과 비변형 콩 사이의 곤충상에는 시기별로 유의성 있는 차이는 없는 것으로 조사되었다. 개화기 콩 꽃에서 서양종꿀벌의 출현빈도는 정오에 가장 높은 것으로 나타났다. 이들이 수확한 화분으로부터 핵산을 추출하여 PCR 을 수행하였을 때 lectin 유전자가 증폭된 것으로 보아 이들 화분은 콩으로부터 유래한 것임을 확인하였다.

β-카로틴 강화벼 도입유전자의 도입 위치와 안정성을 도입 위치 주변염기서열 분석과 서던 분석한 결과, 벼 염색체 2번 중 30,363,938번과 30,363,973번 사이의 단일 부위에 도입유 전가 도입되었으며, T5-T7 세대 동안 도입된 모든 유전자들 이 안정적으로 유지되고 있으며, 도입유전자의 운반체인 Backbone DNA (pSB11)는 β-카로틴 강화벼에 삽입되지 않 았음을 확인하였다. 선발 마커로 도입된 PAT 단백질의 발현 분석 결과에서도 T5-T7 세대별, 생육시기별로 안정적으로 발 현됨을 검정하였으며, 목적 형질인 β-카로틴 분석 결과에서 도 모품종인 낙동벼에 비해 9.4배 함량이 증가됨을 확인하였 다. 이상의 분석기법을 통해 복수세대에서 β-카로틴 강화벼 의 도입 유전자들이 안정적으로 유지되고 목적 단백질들이 안정적으로 발현되고 있음을 확인하였다.

가뭄저항성벼의 복수세대에 대한 후대안정성을 서던 분석과 PCR로 분석한 결과, 가뭄저항성벼의 Agb0103 T4～T6 세대에서는 도입된 모든 유전자들이 안정적으로 도입되어 있으며, T-DNA 구성요소 이외의 backbone DNA는 가뭄저항성벼에 삽입되지 않았음을 확인하였다. 목적 유전자인 CaMsrB2와 제초제 저항성 선발 마커인 bar 유전자가 가뭄저항성벼 Agb0103의 T4～T6 세대에서 안정적으로 발현됨을 검증하였다. 제초제 저항성 선발 마커로 도입된 PAT 단백질의 발현 분석 결과에서도 Agb0103 T4～T6의 3세대에서 생육시기별, 부위별로 안정적으로 발현됨을 입증하였다. 도입유전자의 삽입 위치를 확인한 결과, 가뭄저항성벼 Agb0103의 도입유전자가 벼 8번 염색체 내에서 intergenic한 상태로 안정적으로 유지되고 있음을 확인하였다. 이상의 분석 기법을 통해 복수세대에서 가뭄저항성벼의 도입 유전자들이 안정적으로 유지되고 목적 단백질들이 안정적으로 발현되고 있음을 확인하였다.

기존의 유전자변형식물은 외래의 도입유전자를 갖고 있으며 이들로부터 기인한 단백질 또는 합성물질에 의한 의도적/비의도적 영향에 대한 안전성 논란이 사회적 이슈가 되어 왔다. 최근의 기술적 진보에 의하여 이른바 식물육종의 신기술이 발달하게 되었고 이들 기술로 만든 신규식물에 대한 안전성평가에 GMO 관련 규제의 적용 여부 문제가 대두되게 되었다. 이들 NPBTs 기술로 만든 신규식물의 특징은 SDN이나 ODM과 같이 염색체상의 정확한 위치에 짧은 염기서열의 indel(s)이나 단일염기 돌연변이를 도입하여 자연적인 돌연변이와의 구별이 거의 불가능하거나, cisgenesis와 같이 성적교잡이 가능한 종 유래의 유전자를 구조변형 없이 도입하여 근연종과 동질적인 식물을 만들거나, heterozygous 형질전환체 후대세대의 null-segregant 선발이나 epigenetic를 이용하여 도입유전자가 존재하지 않지만 목적 형질을 갖는 식물체를 만드는 장점이 있다. 또한 grafting이나 Agro-infiltration 등의 방법으로 안전성평가를 회피하거나 경감할 수 있는 가능성을 높이게 되었다. OECD를 비롯한 주요 GMO 개발국의 관련 학회에서는 SDN, ODM 및 cisgenesis 또는 intragenesis 기술로 만든 식물에 대하여 non-GM 식물과 동일한 위해성평가 규정을 적용하거나 상황에 따라 완화된 규정을 적용할 수 있다고 판단하고 있다. 현 시점에서 이들 NPBTs 기술을 이용하여 개발된 식물이 상업화된 예는 없으나 많은 국가에서 상업화를 목적으로 개발 중이며 일부에서는 안전성평가를 완료한 단계이다. 이러한 현실에서 NPBTs 기술의 개념 정립, 신규식물의 안전성평가의 방향 설정 및 현실성 있는 작물개발 방안을 마련하여야 한다. 이를 통하여 GMO에 대한 안전성 논란과 사회적 거부감을 우회하는 동시에 답보 상태에 있 는 분자육종 분야의 발전을 도모할 계기를 마련하여야 한다.

유전자변형(genetically modified, GM)작물 도입 유전자의 이동은 안전성평가 및 안전관리에 있어 매우 중요한 요 소이며, 환경 모니터링 연구는 이러한 유전자이동성 확인을 위한 연구 중 하나로 많이 사용된다. 본 연구는 제초제 저항성 들잔디(zoysiagrass)의 야외환경 모니터링을 수행을 통한 환경모니터링 시스템 기반 구축을 위해 수행되었 다. 연구에 사용된 GM들잔디는 제초제저항 형질의 JG21과 JG21에 방사능처리로 웅성불임을 유도한 JG21-MS 등 2개의 이벤트를 이용하였다. 환경모니터링은 충남 성환, 충북 오창, 제주대 및 제주 납원읍 등 4개 격리포장 주변에 서 2011년부터 2013년까지 3년간 총 265개 지점, 1,634개체에 대해 화분에 의한 유전자이동 및 종자, 영양번식체에 의한 산포 조사를 통해 수행되었다. 모니터링 수행 결과 3개 지역에서 유전자이동 및 산포가 발견되지 않았으나, 2012년 제주 남원읍 지역 조사에서 격리포장 주변 2m 부근에서 JG21 1개체의 유출이 발견되어 보고 및 안전관리 조치를 수행하였다. 또한 RAPD (random amplified polymorphic DNA)법을 이용한 JG21과 JG21-MS의 구분판별법 을 개발하여 GM들잔디의 환경방출실험 및 상업화 후 사후 안전관리에 활용될 수 있게 하였다.

본 연구는 대규모 GMO 격리포장에서 고추 유래 가뭄저항성CaMsrB2유전자가 도입된 가뭄저항성벼(Agb0103)의 안정성 평가에 대한 가이드라인 및 프로토콜을 개발하고자 수행하였다. 경북대학교 농업생명과학대학 GMO 실습격리포장에서 총 사용면적 4,700 m²에서 Agb0103와 모품종인 일미벼에 대해 거미류를 포함한 곤충류 다양성을 조사하였다. 조사기간 동안 채집된 개체들은 기능별로 해충군, 천적군, 거미군으로 크게 구분하여 계수하였으며, 조사된 개체군의 해충군, 천적군, 거미류 등의 밀도는 기능군 별로 Agb0103와 일미벼간에 유의성을 보이지 않았다. 해충의 발생양상을 비교 분석한 결과, 전반적으로 일미벼에서 발생량이 다소 많은 경향으로 나타났으나, 대부분의 시기별 발생량 평균 간의 차이는 없는 것으로 나타나서 Agb0103와 일미벼과의 해충 발생양상에는 유의성을 찾기가 어렵다고 판단된다. 또한 천적류 발생양상은 해충 발생양상과는 달리 Agb0103에서 발생량이 다소 많은 경향으로 나타났으나, 시기별 평균 간 차이는 없는 것으로 분석되어 천적 발생양상에도 특이한 유의성을 없다고 판단된다. 따라서 가뭄저항성 CaMsrB2유전자가 도입된 Agb0103에서의 해충 및 천적의 개체군 밀도 및 발생양상은 모본인 일미벼에서와 차이가 없는 것으로 조사되었다.

국내에서는 아직까지 유전자변형 작물이 재배되고 있지 않으나 유전자변형 작물의 환경방출을 위해서는 반드시 환경위해성 평가가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 병저항성 유전자변형 벼(OsCK1)로부터 비 형질전환 벼(낙동벼)와 잡초성벼(R55)로의 화분 매개에 의한 유전자 이동성을 평가하였다. 비 형질전환 벼로부터 449,711립의 종자를 얻었으며 잡초성벼로부터는 164,604립의 종자를 수확하였다. 교잡개체는 2회의 제초제 살포와 병저항성 벼에 특이적인 프라이머를 이용한 분자생물학적 방법을 통해 저항성 여부를 검증하였다. 개화기간이 서로 일치하였음에도 불구하고 비 형질전환 벼에서만 교잡개체를 확인할 수 있었으며, 교잡율은 교잡개체가 발생한 거리에 따라 0.013～0.018%로 나타났다. 모든 교잡개체들은 병저항성 유전자변형 벼에 근접한 0.6 m내에서 발견되었다. 화분 매개에 의한 병저항성 유전자변형 벼의 유전자 이동성은 앞서 연구된 결과와 유사한 것으로 나타나 농업환경에 방출되더라도 환경에 미치는 영향은 다른 벼들과 비슷할 것으로 추정되었다. 개화기간 중 온도와 습도 등 기상요인이 벼의 교잡율을 결정하는데 중요한 요소이었다. 따라서 유전자변형 벼와 주변 재배종 및 잡초성벼로의 유전자 이동에 의한 안전관리 대책을 마련하기 위해서 지역의 기상요인과 개화기 중복 등의 요인들이 충분히 고려되어야 할 것이다.

국제적으로 유전자변형작물(Genetically Modified, GM)의 개발 및 재배는 지속적으로 증가하고 있으며, 국내에도 GM작물 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 국내에서 GM작물은 상업적 재배 및 이용에 앞서 이들이 인체 및 환경에 미칠 수 있는 잠재적인 위해성을 과학적으로 검토하고 안전성을 입증하도록 법으로 규정하고 있으며, 특히 안전성평가항목에 대해서는 LMO법 통합고시 별표 10-1에 규정되어 있다. GM작물의 안전성평가는 사안별(case-by-case) 평가 원칙에 따라 도입 형질 및 작물별로 평가방법을 달리하여야 하지만 통합고시에서는 모든 유전자변형생물체를 대상으로 기술되어 있어 개발자가 특정 작물의 안전성평가를 수행하여 심사서를 작성하는데 여러 가지 어려움을 제기하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 주요 식량작물이자 가장 많은 유전자변형 연구가 진행되고 있는 벼에 대한 안전성평가 연구 가이드를 제시하여 국내외 개발자 및 안전성평가 연구자를 지원하고자 하였다. 본 발표에서는 안전성평가에 대한 통합고시 별표 10-1의 항목 중 분자생물학적 평가를 대상으로 하였다.