애멸구(Laodelphax striatellus Fallén) (Hemiptera: Delphacidae)는 아시아, 유럽, 북아프리카 지역에서 서식하며 화본과 식물을 가해하는 곤충으로 동아시아 지역에서 벼(Oryza sativa L.)와 옥수수(Zea mays L.)의 해충이다. 대발생시 흡즙에 의한 피해가 나타날 수 있으며 벼줄무늬잎마름병과 벼검은줄오갈병 매개로 큰 피해를 준다. 2014년부터 포스트게놈다부처유 전체사업으로 애멸구 유전체 해독 사업이 시작되었으며 차세대 염기서열 분석(NGS)과 생물정보분석을 통해 대용량 유전체 염기서열 해독과 염기서열 조립이 진행 중에 있다. 애멸구 한 개체 WGA (whole genome amplification)를 시퀀싱 한 결과, 애멸구 게놈 사이즈는 약 479Mb로 추정되었으나 현재까지 de novo assembly된 후 계산된 전체 scaffolds 길이는 약 555Mb로 큰 차이를 보이고 있다. 게다가 Scaffolds 수는 11,799개로 많고 N50도 약 129Kb로 짧아, draft genome 수준의 assembly quality를 얻기 위해 scaffolds 수를 줄이면서 N50 사이즈를 늘리기 위해 노력 중이다. 한편, 애멸구의 알, 약충, 성충 발육단계별 및 침샘조직 total RNA를 확보하여 NGS 시퀀싱을 하고 de novo assembly한 결과 158,207개(총 166Mb)의 전사체 정보를 얻었다. 기능분석을 위해 Blast Hit 결과를 토대로 Gene Ontology(GO) 및 KEGG pathway 분석을 하였으며 그 결과 및 유전체 정보 활용 예를 소개하고자 한다.

애멸구(Laodelphax striatellus Fallén)는 벼(Oryza sativa L.)의 주요 해충이며 벼줄무늬잎마름병을 매개하는 해충이다. 본 연구에서는 애멸구 전사체 NGS 분석 결과 얻어진 contig 정보들로부터 유기인계와 카바메이트계 살충제의 작용점인 아세틸콜린에스터레이즈(AChE) 유전자 후보들을 찾아 그 종류와 발육시기별 발현 양상을 비교하였다. Gene annotation 분석결과 Carboxylic ester hydrolases (EC 3.1.1.-)로 검출되는 contig 정보들을 미국 국립생물정보센터(NCBI)에 등록된 애멸구와 다른 곤충 종의 AChE 유전자의 단백질 서열들과 유연관계를 비교하여 2 가지, Drosophila형 그룹과 Non-Drosophila형 그룹을 찾았다. 그런데 본 연구에서 찾은 Drosophila형 그룹에 속하는 contig들은 partial이지만 기존의 NCBI에 등록된 애멸구 AChE 유전자와 달리 AChE C-terminal에 상보적으로 나타나는 cystein과 Acyl pocket, Catalytic triads 부분을 포함하고 있어 애멸구의 Drosophila형 AChE 유전자로 제안되었다. 한편, 본 연구에서 새롭게 찾은 Drosophila형 AChE 그룹과 Non-Drosophila형 AChE 그룹의 알, 1-3령, 4-5령, 암컷, 수컷, 침샘에서의 RNA 상대적 발현양을 비교하였는데 Drosophila형 AChE 유전자의 RNA 발현량이 5배 이상 높았다. 앞으로 애멸구의 Drosophila형 AChE 그룹 mRNA의 full-length 정보를 확보하고 조직별 발현 양상 및 효소활성 특성 등을 검토할 예정이다.

풀무치(Locusta migratoria)는 단독형과 군집형을 보여주는 해충으로, 밀도가 높아지면 군집형으로 변하여 작물에 막대한 피해를 입힌다고 알려져 있음. 다양한 생태학적인 생리학적인 연구가 진행이 되어져 왔지만, 아직까지 국내에서 채집된 종에 대한 정확한 생리학적인 연구는 이루어지지 않았음. 국내 해남군 산이면에서 채집된 단독형과 군집형을 실험실에서 사육을 하여 전체 발현 유전체의 발현 변화 및 miRNA의 발현변화를 성별에 따라서 연구를 하였음. 동시에 무안군의 포장에서 채집된 야외 단독형과 중간형에 대한 전체 유전체 및 miRNA분석연구를 진행하고 있음. 이러한 연구는 현재까지 알려지지 않았던 풀무치의 군집형 형성기전 및 전이 기전에 대한 이해를 도울 것임.

국내에는 말벌과에 속하는 5개의 속에 총 32개 종이 분포하고 있다. 말벌속(Genus Vespa)에는 총 10개의 종이 전국적으로 분포를 하고 있는데, 최근에 문제된 외래침입 해충인 등검은 말벌(Vespa velutina nigrithorax Buysson)이 이에 속한다. 본 연구팀은 국내 자생 말벌(Vespa crabro flavofasciata Cameron) 과 좀말벌(Vespa analis parallela Andre)에 대한 Venomics분석을 수행하여, 말벌들의 독선 발현 유전체와 독액에 존재하는 단백체와 대사체에 대한 분석을 완료하였다. 뱀허물쌍살벌속(Genus Parapolybia)에 속하는 큰뱀허물 쌍살벌(Parapolybia indica Saussure)과 뱀허물쌍살벌(Parapolybia varia Fabricius)은 국내자생 종이고, 쌍살벌속(Genus Polistes)에는 왕바다리(Polistes rothneyi koreanus Vecht) 와 별쌍살벌(Polistes snelleni Saussure)을 포함하여 총 10종을 포함하고 있다. 이 중에서 왕다바리와 별쌍살벌에 대한 독선 발현유전체와 단백체분석과 대사체분석을 실시하였다. 본 Venomics연구의 결과는 쌍살벌속에 속하는 종들의 독선특이 발현 유전체와 독액에 존재는 단백체는 다양한 기능성 물질을 포함하고 있는 중요한 유전자원임을 증명하고 있다. (본 연구는 환경부 국립생물자원관의 자생생물 조사·발굴 사업(NIBR201512205)으로 수행되었음)

숙잠은 5령3일 이후의 누에로 매우 다양한 기능성 물질을 포함하는 견사선이 비대해져 있음. 견사선은 익히거나 동결 건조를 하면 사람이 섭취할 수 없을 정도로 경도가 딱딱해짐. 2013년도에 농촌 진흥청에서는 숙잠을 수증기로 찐 후에 동결 건조하는 방법으로 견사선을 포함하고 있는 숙잠의 섭취가 가능하도록 하는 제조 방법을 개발, 특허등록을 하였음. 본 연구에서는 식용 가능한 익힌 숙잠에 존재하는 다양한 기능성을 구명하기 위한 기본 연구를 수행하였음. 본 연구에서는 익힌 숙잠에 포함된 다양한 기능성 검증을 위하여 가장 연구가 많이 이루어진 동물모델인 초파리(Drosophila melanogaster)를 이용하였음. 초파리가 가지는 다양한 장점을 이용하여 익힌 숙잠이 가지는 기능성에 대한 연구를 수행하고 있음. 생존률 분석, 행동학적인 분석과 더불어 다양한 분자세포 생물학적인 연구와 다중 분석학을 이용한 유전자 발현 및 단백질 발현 변화연구는 현재까지 밝혀지지 않았던 다양한 기능성을 밝혀냄으로써 익힌 숙잠에 대한 수용를 증대시켜서 양잠농가의 소득증대에 도움을 줄 것임. (본 연구는 농촌진흥청 협동연구사업 “익힌숙잠의 인지운동기능 개선효과 구명 (PJ010828012015)”으로 수행되었음).

2014년 가을 전라남도 해남군 산이면 덕호리 일대(34º37´N 126º28´E)에서 대량 발생한 풀무치(처음 발견 8월 28일)가 말령 약충과 성충으로 채집되었고, 이들을 9월 5일 경기도 수원시 서둔동(37º16´N 126º59´E)으로 옮겨 야외에서 사육하였다. 수원에서 우화한 성충들은 10월 4일 교미하는 것이, 10월 7일 산란하는 것이 처음 관찰되었다. 알들은 이듬 해 여름까지 대부분 사망하였고, 2015년 6월 12일 알주머니 한 개에서 약충이 부화하였다. 약충들은 야외에서 발육하여 7월 12일 4령들이 관찰되었고, 7월 19일 첫 성충이, 이어 7월 31일 까지 우화하였다. 9월 5일 성충이 처음 산란하였으나, 이후 산란은 현재(9월 22일)까지 관찰되지 않았다. 산란된 알은 현재 부화하지 않았다. 한편, 농업과학원에서 사육중인 해남 개체군을 수원에 옮겨 실내에서 사육하였을 때, 30±2℃에서 알기간은 15일 전후, 약충 기간은 약 30일이었다. 짝짓기 행동은 수컷이 암컷 등에 올라타 복부 끝을 아래에서 위로 구부려 암컷 생식기에 삽입하는 형태로 진행되었다. 암컷은 복부를 길게 늘려 땅 속에 산란하고 알들 위에 거품 물질을 내면서 마무리하고, 산란이 끝난 후에는 뒷다리를 이용해 지면을 다지는 행동을 보였다. 알은 대체적으로 일시에 부화하는 경향을 보였고, 부화한 약충은 땅속에서 기어 지면으로 올라와 다시 얇은 껍질을 벗었다.

호박과실파리(Bactrocera depressa)는 다양한 종류의 박과류에 가해를 하는 해충으로 현재까지 체계적인 관리방안이 수립이 되지 않은 해충이다. 최근에 들어서 호박과실파리는 산간 지역 뿐 만이 아니라 전국적으로 분포를 하고 있음이 밝혀지고 있다. 호박과실파리에 대한 체계적인 관리방법이 개발되어져 있지 않기에 호박류의 외국으로의 수출에 지대한 문제점으로 작용하고 있다. 본 연구에서는 호박과실파리의 기주 선호성에 대한 연구를 수행하여 애호박, 단호박 등과 같은 외래 도입 호박들 외에도 국내 자생 박과류에도 호박과실파리가 선호성을 보임을 확인 하였다. 호박꽃에 가해를 하는 호박꽃 과실파리와의 다양한 생리학적인 비교실험을 실시하여 호박과실파리에 대하여 알려져 있지 않았던 생리적인 특징을 밝혀냈다. 이러한 연구의 결과는 호박과실파리에 대한 체계적인 관리방법의 개발에 절대적으로 필요한 연구로서 연구결과는 유인제 및 트랩개발에 이용될 수 있을 것이다. (본 연구는 농림축산 검역본부의 농산물 수출검역촉진사업 “호박과실파리 유인제 선발연구”로 수행 됨)

노랑초파리(Drosophila melanogaster)는 가장 연구가 많이 되어져 있는 모델동물로서 다양한 연구에 활용이 되어져 왔다. 하지만, 작물보호제에 대한 약제 저항성 모델로는 활용이 되어지지 않고 있다. 우리는 노랑초파리의 수컷에 Ethylene methane sulfonate를 처리하여 전체염색체에 돌연변이를 유도 한 후에 Chlorantraniliprole을 처리하여 약제에 대하여 저항성을 가지는 초파리 계통을 제작, 확립하였다. 저항성 계통에 대한 전체발현 유전체 분석과 micro-RNA분석을 수행하여 발현이 변화된 유전자를 밝혀내고 돌연변이 유전자를 발굴하는 연구를 수행하고 있다. 이러한 연구는 저항성 관련 기전을 밝혀내는 것과 동시에 내성에 관련된 기전을 밝혀내는데도 커다란 도움을 줄 수 있을 것이다. (본 연구는 농촌진흥청 협동연구사업 “초파리를 이용한 교차저항성 발달 모델 및 기작 구명(PJ01082103)”으로 수행되었음).

국립생물자원관 곤충표본실, 서울대학교 곤충표본실 및 국립농업과학원 곤충표본실에 소장된 표본 조사와 문헌조사 결과 국내에는 말벌과에 총 5개 속의 31개 종이 존재하고 있음을 알 수 있었다. 그 중 말벌 속에 속하는 Vespa analis parallela Andre (좀말벌), Vespa crabro flavofasciata Cameron (말벌), Vespa ducalis Smith (꼬마장수말벌), Vespa mandarinia Cameron (장수말벌), Vespa simillima simillima Smith (털보말벌)의 독액을 오염 없이 분리하여 내는 방법을 개발하였다. 발굴된 표준 독낭 분리 방법을 이용하여 5종의 말벌 독액을 채취하였다. 그 중에 현재까지 단백체와 발현 유전체 분석이 이루어지지 않은 Vespa analis parallela Andre에 대한 분석을 실시하였다. 발현 유전체 분석을 위해서는 살아있는 말벌의 독샘을 적출한 후 전체 RNA를 추출하여 RNA seq을 실시하였다. 단백체의 분석을 위해서는 독액을 Tandem Mass-spectroscopy를 이용하여 분석을 하였다. 대사체의 분석을 위해서는 High-resolution magic angle spinning NMR (700mHZ)를 이용하여 분석을 하였다. 연구결과 분석된 기능성 물질에 대한 활용성 연구를 실시할 예정이다.

식물검역은 국가가 수행하는 공적인 식물병해충 관리체계로서, 주로 외래위험생물의 침입 차단을 주 목적으로 하지만, 동시에 자국 내 외래병해충의 발생 현황 파악 및 방제는 물론 자국 병해충의 외래 유출 방지의 노력을 포괄한다. 최근의 기후 변화 및 산업 생태계의 변화는 외래 생물의 침입 가능성을 높이고 있으며, 자국 내 생태환경의 변화 양상은 잠재적 외래생물 침입으로 인한 생태계 교란 및 사회경제적 파장의 규모가 확대될 수 있는 다양한 요인을 제공한다. 또한 외래 생물의 의도적 도입이 외래생물의 야외 탈출 및 생태계 교란으로 이어지는 사례가 보고되었다. 생물다양성협약 이후 몬트리올의정서를 바탕으로 생물안전성법(Biosafety)이 강제되면서, 외래생물은 물론 외래 유전자까지도 그 이동과 이용/활용이 제한된 공간으로 관리되고 있다. 이러한 생물안전동은 위험의 가능성과 규모에 따라 4단계로 구분된다. 식물검역에서 다루는 생물들은 크게 식물 미생물과 식물해충으로 대부분의 식물해충은 BSL 2-3 등급에서 다루어 지게 되고, 식물 미생물은 BSL 2-4등급에서 다루어 지게 된다. 이러한 시점에서 생물의 안전격리시설은 1) 침입 가능성이 있는 생물의 선제적 환경 적응 및 분포 가능성에 대한 실질적 연구를 가능케 하고, 2) 의도적으로 도입하려는 생물의 생물적, 생태적 특성 연구에 활용될 뿐 아니라, 3) 다양한 외래 생물의 방제 프로그램을 개발하기 위한 기초연구를 가능케 한다. 본 발표는 검역생물안전시설의 구성, 필요성과 활용에 대한 연구 보고이다.

국립생물자원관 곤충표본실, 서울대학교 곤충표본실 및 국립농업과학원 곤충 표본실에 소장된 표본 조사와 문헌조사 결과 국내에는 말벌과에 총 5개 속의 31개 종 이 존재하고 있음을 알 수 있었다. 그 중 말벌 속에 속하는 Vespa analis parallela Andre (좀말벌), Vespa crabro flavofasciata Cameron (말벌), Vespa ducalis Smith (꼬마장수말벌), Vespa mandarinia Cameron (장수말벌), Vespa simillima simillima Smith (털보말벌)의 독액을 오염 없이 분리하여 내는 방법을 개발하였다. 발굴된 표준 독낭 분리 방법을 이용하여 5종의 말벌 독액을 채취하였다. 그 중에 현 재까지 단백체와 발현 유전체 분석이 이루어지지 않은 Vespa analis parallela Andre에 대한 분석을 실시하였다. 발현 유전체 분석을 위해서는 살아있는 말벌의 독샘을 적출 한 후 전체 RNA를 추출하여 RNA seq을 실시하였다. 단백체의 분석 을 위해서는 독액을 Tandem Mass-spectroscopy를 이용하여 분석을 하였다. 대사 체의 분석을 위해서는 High-resolution magic angle spinning NMR (700mHZ)를 이용하여 분석을 하였다. 연구결과 분석된 기능성 물질에 대한 활용성 연구를 실시 할 예정이다.

애멸구는 벼를 가해하면서 벼줄무늬잎마름병(RSV)을 매개하여 큰 피해를 주는 노린재목 멸구과(Delphacidae)에 속하는 벼의 주요 해충이다. 본 연구에서는 차세 대염기서열분석법(NGS)을 이용하여 이배체 양성생식을 하는 애멸구(상동염색 체: 14쌍, 성염색체: XX(♀), XO(♂))(Noda and Tatewaki, 1990)의 전장 게놈 유전 체 해독을 위한 준비단계로 해독 라인을 선발하고자 하였다. Paired-end sequencing 방법으로 얻어진 실내 누대 사육 애멸구 집단들(Y, S, NA, NB)의 게놈 염기서열을 k-mer distribution analysis를 통해 애멸구의 예상 게놈 사이즈와 Heterozygosity를 검토하였다. 그 결과 sequencing coverage 1 이후 좁고 높은 피크 가 형성된 집단은 찾지 못하였으나 그중 넓지만 상대적으로 높게 피크가 형성된 NB 집단을 통해 애멸구의 예상 게놈 사이즈는 약 528~559Mb로 추정되었다. NB 집단의 read sequence를 de novo contig assembly를 진행한 결과 total size 671Mb 로 나와 예상 게놈 사이즈와 100Mb 이상 차이를 보였다. NB 집단으로부터 Inbreeding 라인을 3세대 이상 만들어 애멸구 게놈 유전체 해독 라인으로 활용할 예 정이다.

시중에 유통 중인 샐러드와 김밥을 각각 100종 수거하 여 B. cereus 함량을 정량분석하였다. 샐러드는 불검출이 54종이었으며 10 CFU/g 이하가 8종, 100 CFU/g 이하가 25 종, 1,000 CFU/g 이하가 11종이었으며 1,000 CFU/g 이상인 것이 2종이었다. 샐러드의 대한 모니터링 결과 평균은 1.18 log CFU/g 이었으며 표준편차는 0.71 log CFU/g이었다. 김밥에서는 100개의 검체중 20개의 검체에서 B. cereus가 검출되었으며 평균은 1.01 log CFU/g 이었으며 표준편차는 0.71 log CFU/g이었다. 모니터링 결과를 이용하여 통계적 검체채취 방법을 수립하고자 하였다. 검체채취 방법은 국제미생물위원회에서 제공하는 검체채취프로그램인 NEW sampleplan program을 이용하였으며 검체갯수를 고정한 후 미생물 기준인 m과 M, 그리고 허용한계값인 c 값을 변화 하면서 산출되는 합격률이 0.95에 가장 근사한 값을 선정하였다. 그 결과 샐러드, 김밥에서의 가장 적합한 검체채취 기준은 3분법을 사용하는 것으로 n = 5, c = 0, m = 1,000, M = 10,000과 n = 5, c = 2, m = 100, M = 1,000의 기준이 설정되었다. 특히 후자에 서술된 기준은 현재 뉴질랜드에서 즉석섭취식품에서의 B. cereus에 대한 규격으로 사용하고 있어 국제적인 경향에도 부합함을 알 수 있었다.

시중에 유통 중인 샐러드와 김밥을 각각 100종 수거하 여 B. cereus 함량을 정량분석하였다. 샐러드는 불검출이 54종이었으며 10 CFU/g 이하가 8종, 100 CFU/g 이하가 25 종, 1,000 CFU/g 이하가 11종이었으며 1,000 CFU/g 이상 인 것이 2종이었다. 샐러드의 대한 모니터링 결과 평균은 1.18 log CFU/g 이었으며 표준편차는 0.71 log CFU/g이었다. 김밥에서는 100개의 검체중 20개의 검체에서 B. cereus가 검출되었으며 평균은 1.01 log CFU/g 이었으며 표준편차는 0.71 log CFU/g이었다. 모니터링 결과를 이용하여 통계적 검체채취 방법을 수립하고자 하였다. 검체채취 방법은 국제미생물위원회에서 제공하는 검체채취프로그램인 NEW sampleplan program을 이용하였으며 검체갯수를 고정한 후 미생물 기준인 m과 M, 그리고 허용한계값인 c 값을 변화 하면서 산출되는 합격률이 0.95에 가장 근사한 값을 선정 하였다. 그 결과 샐러드, 김밥에서의 가장 적합한 검체채취 기준은 3분법을 사용하는 것으로 n = 5, c = 0, m = 1,000, M = 10,000과 n = 5, c = 2, m = 100, M = 1,000의 기준이 설정되었다. 특히 후자에 서술된 기준은 현재 뉴질랜드에서 즉석섭취식품에서의 B. cereus에 대한 규격으로 사용하고 있어 국제적인 경향에도 부합함을 알 수 있었다.

아세틸콜린에스테라제(ace)는 신경연접에서 흥분성 신경전달물질인 아세틸 콜론을 후신경연접으로부터 분해시킴으로서 곤충체내의 신경전달을 원활하게 해주는 기능을 하는 신경전달물질 분해효소이다. 이 효소는 해충방제라는 농 업분야에 있어서 유기인계와 카바메이트계 살충제의 목표물로 잘 알려져 있 으며, 해충방제를 목적으로 사용한 살충제들의 남용으로 인한 약제 저항성 문 제로도 잘 알려져 있다. 이 효소는 의학분야에 있어서도 아주 많은 연구의 대 상이다. 이 효소와 관련된 인간의 질병은 너무나 잘 알려진 치매와 연관이 있 다. 현재까지 치매의 종류는 몇 가지로 구분되어 지지만, 특히 많이 알려져 있는 것이 알쯔하이머형 치매이다. 이 알쯔하이머형 치매에는 현재 까지 3가 지의 가설이 있으며, 활발하게 그 원인과 발병기작 연구가 전 세계적으로 진 행 중이다. 3가지의 가설 중에서 ace와 관련된 가설이 cholinergic 가설이다. 이 cholinergic 가설의 주요 내용은 저농도의 살충제에 인간이 오랜 기간 동안 노 출이 되었을 경우에 생체내에서 조금씩 감소된 ace의 량이 되돌림 현상으로 작용되어 신경연접내에 정상보다 많은 ace가 발현되고, 그로 인해서 신경전달 물질이 정상보다 빨리 분해되어 신호전달에 문제가 발생됨으로 인해서 인지 능력저하와 기억력 저하와 같은 치매현상이 나타나게 된다는 내용이다. 그래 서 본 연구는 이와 같은 가설을 증명하기위해 초파리를 이용하여 ace를 과발 현 할 수 있는 형질전환 초파리를 제작하였고, 과발현시 나타나는 이상현상을 근신경연접에서 관찰 하였다.