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.

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.

비타민A 강화벼의 복수세대에 대한 후대안정성을 Southern blot과 PCR로 분석한 결과, 비타민A 강화벼의 PAC T3～T6 세대에서는 도입된 모든 유전자들이 안정적으로 도입되어 있으며, backbone DNA는 비타민A 강화벼에 삽입되지 않았음을 확인하였다. 선발 마커로 도입된 PAT 단백질의 발현 분석 결과에서도 PAC T3～T6 복수세대에서 생육시기별 부위별로 안정적으로 발현됨을 입증하였으며, 최종 목적 산물인 카로티노이드 분석 결과에서도 모품종인 낙동벼에 비해 비타민A 강화벼에서 β-carotene은 10.6배 함량이 증가되고, zeaxanthin과 α-carotene는 생성되었음을 확인하였다. 이상의 분석기법을 통해 복수세대에서 비타민A 강화벼의 도입 유전자들이 안정적으로 유지되고 목적 단백질들이 안정적으로 발현되고 있음을 확인하였다.