해충저항성 유전자변형 작물은 대상 해충에 대한 방제 효과를 증진시킬 수 있는 효과적인 수단이 될 수 있지만, 생태계 내의 다른 비표적 생물에 부정적인 영향을 줄 가능성 또한 있기 때문에 상업적인 재배에 앞서 이에 대한 충분한 연구가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 배추좀나방 내성 유전자변형 Bt (Cry1Ac1)양배추가 비표적 곤충인 복숭아혹진딧물에 미치는 영향을 알아보기 위한 기초적인 실험으로서 기주선택실험 및 성장실험을 실시하였다. 기주선택실험에서, 두 개체씩의 Bt 양배추와 모본 양배추에 각각 10마리의 유시 성충(alate virginoparae)을 접종하고, 사흘간 생식(reproduction) 기회를 제공한 후 생산한 약충의 마리수를 측정한 결과, Bt 양배추와 모본 양배추에 낳은 약충의 수가 각각 21.9±1.8와 22.5±2.2로 비슷하였다. 성장실험에서, 갓 태어난 무시 약충(apterous virginoparae)을 Bt 양배추 및 모본 양배추를 기주로 하여 키웠을 때, 성충이 될 때까지 걸린 시간은 Bt 양배추와 모본 양배추에서 각각 5.8±0.2, 5.9±0.1 일(day)로 통계적으로 유의한 차이가 없었고, 개체군 생장률(rm) 또한 0.7±0.1, 0.8±0.1로 유사하였다. 이상의 결과들로 볼때 Bt 양배추가 복숭아혹진딧물에 미치는 영향이 없거나 미미함을 알 수 있으나, 다양한 관점에서의 보완 연구가 더 필요하다.

이 연구는 형질전환 고추로부터 토양 근권 미생물로의 유전자 이동 가능성을 조사하기 위해 수행되었다. 재배중인 오이 모자이크 바이러스 저항성 고추와 대조구의 근권토양으로부터 DNA를 추출한 후 형질전환 고추 도입유전자에 특이적인 프라이머를 사용하여 PCR 분석을 수행하였다. PCR 결과 도입유전자인 NPTII 유전자가 수집된 전 기간의 근권 토양 샘플에서 발견되었다. 발견된 도입유전자가 고추로부터 토양 미생물로의 유전자 이동에 의한 결과인지를 조사하기 위하여 토양 샘플로부터 미생물들을 분리하여 카나마이신이 첨가된 세균 및 진균 배지에 배양하였다. 약 43만개의 세균 코로니와 16만개의 진균 코로니를 조사 한 결과 카나마이신에 저항성을 나타내는 개체는 발견되지 않아 형질전환 고추로부터 근권 미생물로의 유전자이동은 발생하지 않은 것으로 사료되었다.

잠재적 안전성에 대한 논란으로 인하여 신규 개발되는 유전자변형작물은 고전적인 신품종과는 달리 환경 및 식품으로서의 안전성이 검증되어야 한다. 유전자변형작물의 안전성 평가는 개발되는 형질전환집단에서 선발된 하나의 elite event에 대해 이루어지는데, 본 평가 대상 elite event는 유전자의 삽입으로 인한 비의도적인 형질 변화가 최소화된 event이어야 한다. 분자유전학적으로 비의도적인 유전자 삽입 효과가 최소화되기 위해서는 단일 복제수의 도입유전자가 식물 유전체의 intergenic region에 삽입될 것을 요구한다. 본 연구의 목적은 배추좀나방 내성을 부여하는 CryIAc1 유전자가 형질 전환된 49 event의 양배추 형질전환집단에서 elite event를 선발하는 것이다. 먼저 도입유전자 cassette이 tandem repeat로 빈번히 삽입되는 현상에 착안하여 도입유전자 cassette의 양 말단에서 제작한 primer의 방향에 따른 모든 조합을 사용하여 PCR을 수행하였다. 본 삽입구조 분석을 통하여 49개 event 중 36개 event는 tandem repeat의 구조로 도입유전자가 2개 복제 수 이상 삽입되었음을 알 수 있었다. 선발된 13개 event에 대하여 Southern blot 분석을 실시한 결과 7개 event가 단일 복제수의 도입유전자를 가짐을 알 수 있었다. 마지막으로 7개 event에 대한 삽입위치를 inverse PCR 기법을 사용하여 해명한 결과는 3개 event에서 단일 복제수의 도입유전자가 양배추 genome의 intergenic region에 삽입되었음을 알 수 있었다. 결론적으로, 본 연구 결과는 형질전환시의 도입유전자가 다중 복제수로 삽입될 시에 tandem repeat로 빈번히 삽입되는 현상에 기초하여 대량의 형질전환집단에서 elite event를 신속히 선발하는 방법을 제시하였다. 선발된 event의 분자유전학적 분석이 현재 진행되고 있다.

전통육종과 marker assisted selection(MAS)를 함께 활용하는 방법이 최근 국내 상업육종에서 활발히 사용되고 있다. 식물 유전학의 빠른 발달과 차세대 유전체 염기서열 분석(NGS) 기술이 발전함에 따라, 대량 분자표지를 저렴한 가격에 확보할 수 있는 시대가 되었기 때문이다. 본 연구에서는 고추의 전사체 정보를 이용하여 SNP를 분석하고 Fluidign probe를 자동으로 디자인할 수 있는 파이프라인을 작성하였다. 또한 SNP를 calling하기 위해 총 6개의 accession(5개의 C. annuum과 1개의 C. chinense)의 전사체 염기서열을 Illumina 플랫폼으로 분석하였고, reference 염기서열은 고추 EST DB를 사용하였다. 분석한 SNP의 유전적 위치를 알기 위하여, UC-DAVIS의 고밀도 고추 유전자 지도와 연계하였다. Fluidigm probe를 design할 수 있는 조건으로 SNP를 filtering한 결과, short read의 depth가 10 이상을 기준으로 총 567개의 SNP를 분석하였고, 총 412개의 probe를 디자인하였다. 제작한 412개의 porbe와 논문에 공개된 SSRs, COSII 분자표지들, 2개의 고추 내병성 형질을 이용하여, 현재 내병성 고추 품종을 육성하기 위한 marker assistant breeding(MAB)을 진행 중에 있다.

2009년에 ‘MS-BGT’와 ‘NHMF’의 고정계통을 교배하여 육성한 특성 및 수량이 우수한 품종으로 ‘티티찰’을 육성하였다. ‘티티찰’의 주요특성은 TMV, TYLCV, TSWV, 잎곰팡이에 내병성으로 7~9월에 정식하는 품종이다. 숙기는 중조생종으로 당도가 평균 9~10 brix로 높으며 식미가 우수하고 평균과중은 23~25 g 내외의 중대과종 대추형 방울토마토이다. 경도가 강하여 저장성이 우수하며 열과 발생이 적고, 초세가 비교적 강하면서 이상줄기 발생이 적어 재배가 용이한 품종이다.

‘MS-CDE’와 ‘VFR’의 고정된 계통을 교배하여 특성 및 수량이 우수한 F1 품종인 ‘TY알토랑’을 육성하였다. ‘TY알토랑’의 주요특성은 TMV, TYLCV, 근부위조병, 잎곰팡이병에 내병성이며, 2~3월, 7~9월에 정식하는 품종으로 숙기는 중조생종으로 평균과중 225 g 내외의 고구형의 완숙 대과종토마토이다. 경도가 강하여 저장성이 우수하고 과형이 정연하며, 착과가 안정되어 수량성이 높다. 또한 초세가 강하면서 이상줄기 발생이 적어 재배가 안정적인 품종이다.

토마토 과실의 숙성기간은 운송기간과 상품성에 상당한 영향을 미친다. 특히, 고온에서는 과실숙성이 빨라지므로, 숙성기간은 열대지방에 수출하는 토마토 품종에서 반드시 고려되어야 한다. 토마토 과실숙성을 효과적으로 차단하는 RIPENING-INHIBITOR (Rin) 유전자는 열성 유전하는 돌연변이체에서 보고되었고, 교잡후대(Rin/rin)에서는 숙성이 느리게 진행되어 저장성이 상당히 향상된다고 알려졌다. 따라서, 본 연구에서는 수출용 토마토 품종의 육성을 위해, 과실 숙성의 저해와 관련한 Rin 유전자 특이적인 분자 표지를 개발하고자 하였다. Rin과 rin유전자의 mRNA와 genomic DNA의 염기서열 정보를 확보하고 다형성을 나타내는 프라이머 조합을 선발하여, 공우성 SCAR 분자표지로 개발하였다. 토마토 육성 라인 24주에서 과실숙성 정도와 PCR밴드를 비교한 결과, 공우성 마커는 동형(Rin/Rin, rin/rin)과 이형(Rin/rin)의 유전자형을 구별하기에 적합하였으며 이를 이용하여 저장성이 좋은 토마토 품종개발에 도움이 될 것으로 기대한다.