Herbicide-resistant transgenic rapeseed (TG rapeseed) was developed by inserting phosphinothricin acetyltransferase (PAT, bar), a modified gene from the soil bacterium Streptomyces hygroscopicus, into the genome of a conventional variety of rapeseed (Youngsan). The TG rapeseed used for the test was confirmed to express the PAT gene by polymerase chain reaction (PCR) and immunostrip. Feeding tests were conducted with Cyprinus carpio to evaluate the environmental risk of TG rapeseed, including the herbicide resistant gene. C. carpio was fed 100% ground rape suspension, TG rapeseed, or non-genetically modified (GM) counterpart rapeseed (Youngsan). As a result, the feeding test showed no significant differences in the cumulative immobility or abnormal response between C. carpio samples fed on TG rapeseed and non-GM counterpart rapeseed. The 48 h-LC50 values of the TG rapeseed and the non-GM counterpart rapeseed were 3,376 mg/L (95 % confidence limits: 3,169 - 3,596 mg/L) and 2,682 mg/L (95 % confidence limits: 2,267 – 3,123 mg/L), respectively. The rape NOEC (no observed effect concentration) value for C. carpio was suggested to be 625 mg/L. Based on these results, there was no significant difference in the toxicity for non-target organisms (C. carpio) between the TG rapeseed and non- GM counterparts.

1. 전 세계 GM작물 재배면적은 매년 꾸준히 증가하여 2018년에는 191.7백만 ha에 도달하였다. 26개국에서 GM작물이 재배되고 있으며, EU 포함 44개국에서 식품, 사료 및 가공용으로 승인하였다. 2. 국내 농업용 GM작물 승인 현황 조사 결과, 2015년에 GM작물이 가장 많이 승인되었으며, 농업적 형질은 제초제내성에 이어 해충저항성이 많았다. 단일품목과 후대교배종을 포함하여 옥수수가 가장 많이 승인된 작물이며, 후대교배종 승인은 꾸준히 증가하여 승인된 전체 GM작물의 57%를 차지한다. 3. 승인된 GM작물의 형질은 농업적 유용 형질에서 소비자 중심으로 변화되고 있다. 제초제내성과 해충저항성과 같은 1세대 GM작물은 생산비 절감이나 수량 증가 등으로 농민에게 경제적 이익을 제공하였으며, 2세대 GM작물은 소비자들에게 더 많은 혜택을 제공하는 기능성 강화나 산업용 특성을 증가시킨 것이 특징이다. 4. 향후 농업인과 소비자 모두에게 이익이 되는 연구개발과 실용화 추진을 위해 미래 대응 GM작물 개발과 형질 예측에 필요한 산업 성장 추세 정보를 제공하였다.

1. 본 연구는 GM콩이 비의도적으로 자연에 방출되었을 시 야생콩과의 교잡에 의해 발생 가능한 교잡콩을 모니터링하고 영양학적 측면에서 안전성을 평가하기 위하여 수행하였다. 이를 위해, 베타카로틴 강화 GM콩과 야생콩, 두 품종간 인위적으로 생산한 교잡콩, GM콩의 모본이자 일반 재배 품종인 광안콩 등 4품종을 국내 2개 지역에서 재배하고 콩 종자를 대상으로 주요 영양성분 38종을 분석하였다. 2. 재배 환경에 영향을 받지 않고, GM콩 및 야생콩과 비교해 교잡콩에서 유의적 차이를 보이는 성분은 조단백질, 조섬유, alanine, glycine, leucine, serine, tryptophan, oleic acid, linolenic acid, arachidonic acid 등 10종이었다. 하지만, 분석한 모든 시료의 성분은 국내외 자연 범위에 포함되는 수준이었다. 3. PCA분석 결과, 주요 영양성분 함량 변이는 GM콩은 모본과 유사하였고, 교잡콩은 GM콩 보다는 야생콩과 유사하였다. 즉, 분석한 4품종의 영양성분의 변이는 재배 환경보다는 유전적 요인에 의해 더 크게 영향을 받음을 알았다. 4. 본 연구의 결과는 GM콩과 야생콩간 교잡콩의 영양학적 안전성을 분석한 최초의 보고이며, 이는 향후 GM콩의 비의도적 자연 방출을 모니터링하는데 있어 유용한 기초 자료로써 활용 가치가 있을 것이다.

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.

This study was done to develop environmental risk assessments and a biosafety guide for insect-resistant genetically modified rice at a LMO (Living Modified Organism) isolation field. In the LMO quarantine area of Kyungpook National University, the species diversities and population densities of non-target insects found on insect-resistant genetically modified rice (Bt-T) resistant to Cnaphalocrocis medinalis and on non-GM rices (Dongjin-byeo and Ilmi-byeo) were investigated. The Bt-T event was therefore evaluated under field conditions to detect possible impacts on the above ground insects and spiders. The study compared transgenic rice and two non-GM reference rices, Dongjinbyeo and Ilmi-byeo, at Gunwi in Southern Korea in 2016 and 2017. A total of 9,552 individuals from 51 families and 11 orders were collected from the LMO isolation field. In the three types of rice fields, a total of 3,042 individuals from the Bt-T, 3,213 individuals from the Dongjin-byeo, and 3,297 individuals from the Ilmi-byeo were collected, respectively. There was no difference between the population densities of the non-target insect pests, natural enemies and other insects on the Bt-T and non-GM rices. The data of insect species population densities were subjected to principal component analysis (PCA), which not distinguished among the three varieties, GM and non-GM, reference cultivar in all cultivation years. However, PCA results were clearly separated the samples based on the cultivation years. These results suggest that insect species diversities and population densities during plants cultivation are determined by environmental factors (growing condition and seasons) rather than by genetic factors.

Insect-resistant transgenic (Bt-9) rice was generated by inserting the mCry1Ac1 a modified gene from the soil bacterium Bacillus thuringiensis into the genome of a conventional variety of rice (Ilmibyeo). 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. For biosafety assessment, we studied the effects on survival of cantor Daphnia magna, a commonly used as a model organism in ecotoxicological studies. D. magna fed on Bt-transgenic rice (Bt-9) and its near non-GM counterparts (Ilmibyeo) grown in the same environment (100% ground rice suspension). The Bt-9 rice was comfirmed to have the insertion of T-DNA and protein expression by the PCR and ELISA analysis. Feeding study showed similar cumulative immobility and abnormal response of Daphnia magna between Bt-9 rice and Ilmibyeo. 48hr-EC50 values of Bt-9 and Ilmi rice showed 4,400 mg/L (95% confidence limits: 3861.01 ~ 5015.01 mg/L) and 5,564mg/L (95% confidence limits: 4780.03 ~ 6476.93 mg/L) respectively. The rice NOEC (No observed effect concentration) value for D. magna was suggested 1,620mg/L. We conclude that the tested Bt-9 and Ilmi similar cumulative immobility for D. magna the widely used model organism. We found out that there is strong possibility that the growth of Bt-9 didn’t affect to non-target insects.

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.

농업환경의 급속한 변화에 의한 농업생명공학과 GM작물의증가는 인간의 건강과 자연환경에 대한 깊은 관심을 초래하였고, 이에 대한 환경위험 여부를 확인하기 위해 GM작물의 안전성 평가가 필수 요소가 되었다. 이에 본 연구는 가뭄저항성(Agb0103)벼와 일미벼의 잉어(Carp, Cyprinus carpio)와 미꾸리(Loach, Misgurnus anguillicaudatus)에 대한 급성독성시험을 평가한 결과 48시간과 96시간의 LC50은 1,000 mg/L이상으로 분석되었다. 48시간과 96시간의 무영향농도는 1,000 mg/L이었다. 잉어와 미꾸리의 급성독성 시험기간 중 가뭄저항성(Agb0103)벼와 일미벼 간의 체중, 전장, 수온, DO 및 pH에대한 유의적인 차이는 없었다.

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.

The β-carotene biofortified transgenic rice was developed by transforming rice cv. Nakdongbyeo with phytoene synthase (Psy) and carotene desaturase (Crt I) genes isolated from Capsicum and Pantoea. The aim of this study was to perform molecular characterization of rice transformants of T5-T7 generation harboring Psy and Ctr I genes driven by endosperm specific globulin promoter for biosafety evaluation of β-carotene biofortified transgenic rice. The structure and sequence of T-DNA in the transformation vector and the insertion sites, flanking sequences and generational stability of inserted T-DNA in transgenic rice lines were analyzed. The transformation vector consisted of right border, MAR gene, carotenogenic genes unit, herbicide resistance selectable marker unit, MAR gene and left border in sequential order. T-DNA was introduced at the position of 30,363,938-30,363,973 bp of chromosome No. 2 by adaptor-ligation PCR. Stable integration of T-DNA and stable expression of bar gene was confirmed in T5 to T7 generations. It was also confirmed that the backbone DNA of transformation vector containing antibacterial gene was not present in the genome of β-carotene biofortified transgenic rice. HPLC analysis confirmed that carotenoids were consistently detected through T5-T7 generations.