Rice is the most important staple food and the consumption is increasing in Europe and America. It is expected that the rice price will be increased due to the unstable supply and demand because of abiotic stress. Experts expect that the rice supply of Korea will be deficient in 2050 for the reason of global warming. Conventional breeding methods need to be supplemented with recent biotechnology to meet the problem such as growing population and climate change. Using rice biotechnology, a number of agronomically important traits and nutritional value have been improved. In this paper, the current situation of rice cultivation and production situation and supply and consumption in the major country were investigated to prepare future food security. Also the research trends of rice biotechnology and kinds of transformed rice as well as safety issues were reviewed by considering the scientific, social and economic values of rice.

본 연구의 목적은 우리나라에서 개발된 병저항성 GM벼의알레르기 유발성을 평가하고자 하였다. 벼 유래의 Cholinekinase 1 유전자(OsCK1)를 과발현 하도록 형질전환한 벼를이용하여 알레르기 유발인자와 상동성이 있는지 확인한 결과,연속되는 80개 이상의 아미노산 절편에서 35% 이상의 상동성을 보이는 서열은 없었으며 8개씩의 인접 아미노산과 일치하는 서열도 확인되지 않았다. 또한 GM벼와 non-GM 벼 사이의 단백질 분포가 일치하는 것을 확인하였으며, 인공 위액에서 빠르게 분해됨을 확인하였다. 발현단백질의 당화 발생 여부를 확인한 결과, OsCK1단백질에 대한 당화는 발생하지 않는 것을 알 수 있었으며 열안정성 검사에서OsCK1 단백질을100oC에서 가열하였을 때 30분 이후부터는 약하게 분해됨을확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 병저항성 GM벼는 알레르기 유발과는 상관관계가 없음을 확인하였다.

아플라톡신은 옥수수 같은 작물에 Aspergillus flavus와 A. parasiticus 같은 곰팡이에서 생성되는 독소로서 발암 등 식품 안전성에 심각한 문제를 일으키는 물질이다. 이런 곰팡이의 감 염 환경에 적게 노출된 우리나라와 달리, 아프리카 동부에 위 치하고 있는 우간다의 경우, 고온 다습한 기후에 의해 곰팡이 오염이 심각하며, 이에 따른 아플라톡신의 생성 또한 많아, 대 표적인 식량 수출국으로서 심각한 피해를 보고 있다. 이를 저 감하기 위해, 곰팡이 저항성 품종 육성, 수확 후 관리 기술 개발 등의 신기술이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 곰팡이 저항성 신품종 옥수수 육종의 일환으로 우간다 현지 재배 옥수수에 피해를 주는 곰팡이 균주 조사 및 아플라톡신 오염 현 황을 조사하고자 하였다. 우간다 각지의 옥수수 생산 농가와 곡물 상점을 대상으로 55종의 시료를 확보하고, 이들에 대한 아플라톡신 오염을 조사하였다. 그 결과 총 시료 가운데 약 11% 이상의 시료에서 아플라톡신의 오염이 확인되었고, 이들 의 함량 또한 12.7 - 123.5 μg/Kg으로 우간다 현지의 규제 기 준을 초과하는 시료의 경우도 9% 이상 발견되었다. 이 수치 는 곰팡이 감염에 대한 대책 수립의 필요성을 뒷받침하고, 아 플라톡신 등의 곰팡이 독소의 생성을 억제 할 신품종 및 기술 개발이 필요함을 의미한다.

제초제 성분인 phosphinothricin을 분해하는 phosphinothricin acetyltransferase (PAT) 단백질을 과발현시킨 제초제저항성 감 자가 개발되었다. 본 연구에서는 안전성평가 기준에 따라, PAT 단백질과 제초제저항성 감자에 대한 급성경구독성 및 아만성 독성 평가를 실시하였다. PAT 단백질을 재조합 대장균에서 분리정제 한 후, ICR계 쥐에 2,000 mg/kg weight 용량의 PAT 단백질을 먹이고 14일 동안 치사율과 체중증가를 관찰한 결과, 죽은 동물이 없었고, 체중증가, 사료 섭취 및 특별한 이상증상을 발견하지 못했다. 아만성 독성의 경우 제초제저항성 감자를 표준사료에 0, 1, 5% 섞어 90일 동안 경구 투여하였다. 이 경우에서도 사망한 개체는 없었으며, 조사한 여러 항목에 대해 특별한 이상증후를 관찰하지 못했다. 또한, 제초제저항성 감자를 먹인 동물군과 대조구로 일반감자를 먹인 동물 사이에서 유의 할 만한 차이는 발견되지 않았다. 이런 결과를 토대로 볼 때, 제초제저항성 감자와 제초제 저항성 단백질인 PAT는 동물에게 독소로 작용하지 않음을 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.

본 연구는 내충성 독소 발현 유전자(CryIIIA)를 벼에 형질 전환하여 해충에 대한 저항성을 갖도록 국내에서 개발한 해충저항성 GM벼(Btt12R)와 그 모본인 낙동벼의 주요영양성분과 항영양소를 분석하여 각 성분의 함량에 차이가 있는지를 비교하기 위해서 수행하였다. 이를 위해, 낙동벼와 Btt12R 뿐만 아니라 국내 상업화 품종인 영안벼와 화성벼를 수원 GMO 격리포장에서 동일한 조건하에 재배하여 수확한 현미를 사용하였다. 47가지 주요영양성분(8가지 일반성분, 17가지 아미노산, 8가지 지방산, 9가지 미네랄, 5가지 비타민) 중에 16가지 성분의 함량이 모본과 Btt12R 간에 차이를 보였지만, Btt12R의 이 16가지 성분은 함께 재배한 일반벼와 OECD에 명기된 함량 범위 내에 있었다. 2가지 항영양소 중 트립신 저해제는 모든 시료에 0.1 TIU/mg 미만의 극미량으로 존재했으며, Btt12R의 피트산 함량은 낙동벼와 일반벼의 피트산 범위에 포함되었다. 이상의 결과를 종합해보면, 분석한 Btt12R의 모든 주요영양성분 및 항영소의 함량이 모본 및 상업화 품종의 함량 범위에 포함되었으며, 이를 통해 CryIIIA 유전자를 벼 게놈에 삽입하는 것이 현미의 영양학적 품질에 영향을 미치지 않음을 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.

가뭄저항성벼의 복수세대에 대한 후대안정성을 서던 블롯과 PCR로 분석한 결과, 가뭄저항성벼의 CaMsrB2-8 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 bar가 가뭄저항성벼의 CaMsrB2-8 T4 ~ T6 세대에서 안정적으로 발현됨을 검증하였다. 제초제 저항성 선발 마커로 도입된 PAT 단백질의 발현 분석 결과에서도 CaMsrB2-8 T4 ~ T6의 3세대에서 생육시기별, 부위별로 안정적으로 발현됨을 입증하였다. 도입유전자의 삽입 위치를 확인한 결과, 가뭄저항성벼 CaMsrB2-8의 도입유전자가 벼 1번 염색체 내에서 intergenic한 상태로 안정적으로 유지되고있음을 확인하였다. 이상의 분석 기법을 통해 복수세대에서 가뭄저항성벼의 도입 유전자들이 안정적으로 유지되고 목적 단백질들이 안정적으로 발현되고 있음을 확인하였다.

콩의 생산성을 높이는데 중요한 역할을 하는 효소의 활성변화와 종실 수량과의 관련성을 탐색하기 위해 등숙관련효소인 ADP-glucose pyrophosphorylase(AGP)의 활성변화를 콩 품종별로 등숙기간에 따라 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 풍산나물콩은 협수 및 잎수가 131개 및 102개로 가장 많았으며, 100립중은 10.4g으로 가장 낮았으나 수량은 275kg/10a으로 가장 높아 물질생산 및 건물축적 효율이 우수한 것으로 나타났는데, 개화시기(R1,R2) 에 AGP의 활성도 가장 높은 경향이었다. 2. 품종별 CO2 동화량은 풍산나물콩이 20.96umolm2s1로 가장 많았으며 검정콩1호는 12.54umolm2s1로 가장 적었다. 3. 단파흑은 개체당 잎면적이 3,968cm2 로 가장 많고 100립중도 30.5g으로 가장 높은 반면 수량은 149kg/10a으로 가장 낮아 건물축적 효율이 가장 낮았으며, 생육단계별 AGP활성도 가장 낮은 수치를 나타냈다. 4. AGP의 small subunit은 60KD의 single band를 나타냈는데 개화기 이후 AGP의 활성변화와 일치하는 경향을 보였다.