본 연구는 메꽃과 6종의 식물에 대해 신속하고 비파괴적으로 분류하기 위해 근적외선 (Vis-NIR) 스펙트럼을 이용하였고 데이터의 전처리와 머신러닝 기술을 적용하였다. 전국적으로 분포하는 메꽃과 6종에 대해 야외에서 휴대용 분광기를 이용하여 판별하였다. 식물의 잎의 표면에서 400~1,075 nm의 근적외선 스펙트럼 (1.5 nm)을 수집하였 다. 수집된 스펙트럼 데이터는 3가지의 전처리와 raw데이터를 이용하였고 4종류의 머신러닝 모델을 적용하여 높은 판별 정확도를 확인하였다. 전처리와 머신러닝 모델의 조합을 통해 분석된 판별의 정확도는 43~99%의 범위로 분석되었고, standard normal variate 전처리와 support vector machine 머신러닝 모델의 조합에서 판별 정확도가 98.6% 로 가장 높게 나타났다. 본 연구에서 수집된 스펙트럼은 식물의 성장단계, 다양한 측정 지역 및 잎에서의 측정 위치 등과 같은 요인과 더불어 데이터 분석을 위한 조건으로 최 적의 전처리와 머신러닝 기술을 적용한다면 메꽃과 식물의 야외에서의 정확한 분류가 가능하고 이들 식물의 효과적인 관리와 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.

본 연구는 MaxEnt 모형을 활용하여 가는털비름의 잠재서식지를 예측하고, 예측된 잠재서식지와 밭면적을 활용하여 가는털비름의 잡초로서의 부정적 영향에 대한 위험도 지수를 예측하기 위하여 수행되었다. 가는털비름의 분포 예측을 위 하여 MaxEnt 모형을 구축하기 위하여 남한 전국의 254지점의 분포 자료와 6개의 생물 기후 인자를 활용하였다. 밭농업에 대한 두가지 방법의 위험도 평가를 수행하였고 격자 위험도 지수 (raster risk index)는 1 km2 격자별로 잠재 서식지 분포 확률과 밭면적의 비율을 서로 곱하여 나타냈다. 지역 위험도 지수 (regional risk index)는 잠재 서식지 분포 확률의 평균과 전체 밭 면적 중 지방자치단체의 실제 밭면적의 비율을 곱하여 산출하였다. MaxEnt모형으로 예측된 가는털비름의 잠재서식지는 실제서식지와 유사하게 나타났으며 모델의 AUC 값 또한 0.711로 좋은 설명력을 지니는 것으로 분석되었다. 잠재서식지 비율이 가장 높게 나타난 지역은 광주광역시였고 격자 위험도 지수가 가장 높게 나타난 지역은 제주도였다. 지역 위험도 지수가 가장 높게 나타난 지역은 경상북도였다. 잠재 서식지 비율과 위험도 지수의 서로 다른 순위는 외래식물의 위험성을 예측할 때 잠재 서식지 비율만을 활용하여 외래식물의 위험성을 예측하는 것보다 외래식물이 부정적 영향을 주는 대상과 결합된 위험도 지수의 필요성을 제시한다. 또한 격자 위험도 지수, 지역 위험도 지수의 서로 다른 순위는 분석의 필요성에 따라서 다양한 평가 기법이 개발될 필요성을 보여준다.

GM작물은 세계적으로 재배면적이 지속적인 증가되고 있으며, 이로 인한 GM작물의 잠재적인 환경위해성에 대한 우려도 증가되고 있다. 현재까지 국내에서 GM작물의 상업적 재배는 되고 있진 않지만 GM작물의 안전성 평가를 위한 기술 개발은 크게 요구되고 있는 실정이다. 국내외적으로 다양한 GM작물의 유전자이동성 평가가 수행되어왔으나 화분 공급원인 GM 벼의 개화기 차이에 의한 유전자 이동성 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 벼의 개화기 차이에 따른 비타민A 강화 벼(PAC)로부터 모품종인 낙동벼와 중만생종인 일미벼, 조생종인 운광벼, 중생종인 대보벼, 통일형인 세계진미벼로의 화분 매개에 의한 유전자 이동성을 평가하였다. 비타민A 강화벼(PAC)의 도입 유전자를 검출하는 PCR 분석을 통해 유전자 이동성 유무를 최종적으로 검증하였다. 총 파종된 종자수에 대한 교잡율은 개화기가 일치하는 낙동벼에서는 0.0007%, 개화기가 차이가 있는 일미벼, 운광벼, 대보벼, 세계진미벼에서는 0%로 나타났으며, 모든 교잡개체들은 비타민A 강화벼(PAC)에 근접한 2m 내에서 발견되었다. 화분 매개에 의한 비타민A 강화벼(PAC)의 유전자 이동 특성은 기존에 연구된 결과들과 비슷한 결과를 보였으며, 벼 재배품종간의 개화기 차이가 화분에 의한 교잡을 결정하는데 중요한 요인으로 작용하였다. 이에 벼 경작지의 기상 조건과 벼 품종간의 개화시기 중복 여부 등이 GM벼에 의한 일반 재배품종 및 잡초성벼로의 유전자 이동 최소화 기술 개발과 안전관리 기준 작성에서 주요 영향 요소들로 고려해야 한다.

농업생태계에 따른 지표배회성 무척추동물의 군집 특성을 비교하기 위하여 한반도 동부의 3개 행정권역내에 분포하는 논, 밭, 과수원을 대 상으로 선정하였다. 2013년부터 2015년까지 매년 2회에 걸쳐 pit-fall trap법을 사용하여 채집된 무척추동물을 통해 군집분석을 하고 기상자료를 포함하는 환경요인의 영향을 분석하였다. 전체 채집된 무척추동물은 13목 58과 172종 6,420개체이며, 분류군 중에서 벌목(38.26%), 메뚜기목 (16.28%)이 우점하였다. 경상남도 출현 개체수가 2,983개체(46.46%)로 가장 많았으며, 경상북도가 풍부도(1.96), 다양도(1.51) 모두 높게 나타 났다. 농업생태계 유형 중 논에서 69종 3,299개체(51.39%)가 조사되었으며, 종다양성 지수도 높게 확인되었다. 특히 우점종인 개미과의 포함유 무가 종 다양성지수 분석에 미치는 영향은 미미한 것으로 보여진다. 곤충 분류군과 환경요인과의 정준상관분석 결과, 토양 pH, 토양온도와 토양 함수율의 영향에 의해 매미목, 바퀴목, 흰개미목, 딱정벌레목과는 양의 상관관계로 구분되었고, 기온, 강수량, 전기전도도, 상대습도, 최저초상온 도와는 음의 상관관계를 나타냈다. 무척추동물 군집은 계층적 군집화를 통해 생태계 유형별로 패턴화가 일어나는 것으로 확인되었다. 이러한 결 과는 공간과 환경요인과의 상관관계가 무척추동물의 분포에 다소 영향을 주는 것으로 사료된다.

This study was conducted to predict the changes of potential distribution for invasive alien plant, Amaranthus viridis in Korea. The habitats of A. viridis were roadside, bare ground, farm area, and pasture, where the interference by human was severe. We used maximum entropy modeling (MaxEnt) for analyzing the environmental influences on A. viridis distribution and projecting on two different representative concentration pathways (RCP) scenarios, RCP 4.5 and RCP 8.5. The results of our study indicated annual mean temperature, elevation and precipitation of coldest month had higher contribution for A. viridis potential distribution. Projected potential distribution of A. viridis will be increased by 110% on RCP 4.5, 470% on RCP 8.5.

There are studies on the assessment of non-edible transgenic plants on soil microbial communities. In this research we evaluated the effect of virus-resistant trigonal cactus on soil microbial communities of the rhizosphere. Soil samples are collected and compared in genetically modified (GM) and non-GM trigonal cactus cultivation fields during vegetative growth period and post-harvest period. Biolog EcoplateTM was used to evaluate the functional diversity of soil microbial communities. There were no significant differences between the GM and non-GM soil samples collected during the vegetative growth period. However, we observed temporary difference in carbon substrate utilization. Principal component analysis showed that soil microbiota was influenced not by presence of GM or non-GM trigonal cacti, but rather by the cultivation period. Denaturing gradient gel electrophoresis fingerprinting revealed that virus-resistant trigonal cactus cultivation had insignificant effect on soil microbial communities including dominant rhizosphere bacteria, actinomycetes, and fungi. We found no clear evidence of GM trigonal cactus cultivation affecting the functional diversity of soil microbial communities.

The vitamin E enhanced transgenic soybean was developed by introducing a perilla γ- tocopherol methyltransferase gene (γ-TMT) under the control of pea vicilin promoter and a selection marker, phosphinothricin acetyltransferase (PAT) gene. With regard to the potential problems of safety, the non-target organism evaluation is required as an essential element for the environmental risk assessment of genetically modified (GM) crops. We studied the effects of the vitamin E enhanced transgenic soybean feeding on survival of Daphnia magna which is commonly used as a model organism in ecotoxicological studies. The Daphnia magna was fed on vitamin E enhanced transgenic soybean and non-genetically modified (non-GM) soybean (Willams 82) at 0, 1,000, 1,800, 3,240, 5,830, 10,500 and 20,000 mg/L concentrations, respectively. The GM soybean used for the test was confirmed to have the γ-TMT/PAT gene expression by the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and polymerase chain reaction (PCR) analysis. The results showed that there was no significant differences between cumulative immobilities of Daphnia magna fed on GM soybean and non-GM soybean. The 48hr-EC50 values showed no significant differences between GM soybean (2,416 mg/L) and non-GM soybean (2,408 mg/L). The results of this study suggested that there was no significant differences in toxicity for Daphnia magna between GM soybean and non-GM counterpart.

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.

Genetically modified (GM) crops have been developed worldwide through the recombinant DNA technology and commercialized by global agricultural companies. Until now, GM crops have not been cultivated commercially in Korea. Commercialization of GM crops requires a compulsory assessment of environmental risk associated with the release of GM crops. This study was conducted to evaluate the frequency of pollen mediated gene flow from Bt transgenic rice (Agb0101) to japonica non-GM rice (Nakdongbyeo), indica non-GM rice (IR36), and weedy rice (R55). A total of 729,917, 596,318 and 230,635 seeds were collected from Nakdongbyeo, IR36, and R55, respectively, which were planted around Agb0101. Selection of the hybrids was determined by repeated spraying of herbicide and Cry1Ac1 immunostrip assay. Finally, the hybrids were confirmed by PCR analysis using specific primer. The hybrids were found in all non-GM rice and out-crossing ranged from 0.0005% at IR36 to 0.0027% at Nakdongbyeo. All of hybrids were located within 1.2 m distance from the Agb0101 rice plot. The meteorological elements including rainfall and temperature during rice flowering time were found to be important factors to determine rice out-crossing rate. Consideration should be taken for many factors like the meteorological elements of field and physiological condition of crop to set up the safety management guideline to prevention of GM crops gene flow.

This study was carried out to develop of environmental risk assessments and the biosafety guide for Vitamin E enhanced transgenic soybean at LMO (Living Modified Organism) isolation field. In LMO quarantine area of National Institute of Agricultural Sciences, insect species diversities and population densities on vitamin E enhanced transgenic soybean and non-GM soybeans (Willams 82 and Seoritae) were investigated. A total of 17,717 individuals of 77 species from 8 orders were collected in LMO isolation field. In three type soybeans field, total of 5,250 individuals in Vitamin E enhanced transgenic soybean, 5,510 individuals in Willams 82, and 6,957 individuals in Seoritae were collected, respectively. There was no difference between the population densities of insect pests, natural enemies and other insects on Vitamin E enhanced transgenic soybean and Willams 82, while natural enemies density on Seoritae was higher than on Vitamin E enhanced transgenic soybean, but insect pests density on Vitamin E enhanced transgenic soybean was higher. These results provided the insects diversity for risk assessment survey of Vitamin E enhanced transgenic soybean and suggested that the guideline could be useful to detect LMO crops.

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.