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.

본 연구에서 국내에서 개발된 제초제저항성 GM 벼인 밀양 204호와 익산 483호가 비표적 곤충과 거미에 미치는 영향을 평가하였다. GM 벼와 non-GM 벼에 대한 보리수염진딧물과 벼멸구의 기주선호도에는 차이가 없었으며, GM 벼를 섭식한 벼멸구를 포식한 황산적거미의 체중 변화에도 통계적 유의성이 없었다. 밀양 204호와 그 대조 모본 non-GM 벼에서 서식한 벼멸구를 포식한 황산적거미의 생존율에는 차이가 없었 으나, 벼멸구를 통해 익산 483호에 노출된 황산적거미의 생존율은 대조 모본 non-GM 벼에 비해 통계적으로 낮은 생존율을 나타내었다. 또한 익 산 483호의 화분을 섭식한 꿀벌 유충은 밀양 204호와 다른 non-GM 벼 화분을 제공하였을 때 보다 현저하게 긴 용기간을 보였다. 농업생태계에 서 중요한 포식 천적인 황산적거미와 양봉 산업으로서 중요한 기능을 하는 꿀벌에 GM 벼가 부정적인 영향을 보임에 따라 국내에서 개발된 제초 제저항성 GM 벼의 농업 환경 노출 이전에 충분한 추가 연구와 안전성 평가가 선행되어야 할 것으로 사료된다.

현재까지 우리나라 벼 재배에서 sulfonylurea계 제초제들에대한 저항성 잡초로 보고된 잡초들은 간척지 벼 재배지에서물옥잠이 처음으로 확인된 다음 일년생 잡초 10초종, 다년생잡초 4초종이 발생하여 모두 14종이다. 그리고 2009년Acetolactate Synthase 및 Acetyl-CoA Carboxylase 억제제들에 대한 강피가 저항성으로 처음 보고되었다. 저항성 잡초 발생 초창기에는 sulfonylurea계 제초제들에 대한 저항성초종들인 광엽 및 방동사니과 잡초들 중에서 하나의 저항성 잡초 초종이 논에 주로 우점하였으나 현재에는 한 논에 여러 가지 잡초 초종들이 함께 복합적으로 우점하고 있다. 저항성 잡초 생체중 50%를 억제하는 약제 농도(GR50)는 저항성 잡초가 감수성 잡초 보다 훨씬 높았다. Acetyl-CoA Carboxylase 및 AcetolactateSynthase 억제제들에 대한 저항성 강피도 GR50은 감수성 강피 보다 훨씬 높게 나타났다. 우리나라 벼 재배지에서제초제 저항성 잡초들의 우점 원인은 잡초 생태적 및 제초제작용기작 측면으로 구분할 수 있다. 잡초 생태적 측면에서는종자생산량과 생육이 빠른 잡초들이 저항성으로 변이한다. 제초제 작용기작 측면에서 저항성잡초 발생의 주원인은 약효가길고 선택성이 매우 좋은 sulfonylurea계 제초제들의 높은 선호 때문이다. 국내 논에서 sulfonylurea계 제초제들의 사용 비율은 약 96%이다. 벼 직파재배지에서 Acetolactate Synthase 및Acetyl-CoA Carboxylase 억제제들의 계속적 사용은 저항성강피 발생을 가능하게 하였다. Sulfonylurea계 제초제들에 대한 저항성 물옥잠의 acetolactate synthase 활성을 50% 억제하는 제초제 농도인 I50은 감수성 물옥잠에 비해 훨씬 높았는데이것은 흡수 및 이행에 의한 차이보다는 Acetolactate Synthasegene의 돌연변이(mutation) 때문인 것으로 나타났다. 즉Acetolactate Synthase gene amino acid 197번째 proline이serine로 치환되었기 때문이다. 저항성 잡초 관리를 위하여 벤조비싸이크론(benzobicyclon) 등은 물달개비 및 올챙이고랭이를 함께 관리하는 것이 가능하다. 또한 Acetolactate Synthase및 Acetyl-CoA Carboxylase 억제제들에 대한 저항성 강피의관리는 메페나세트(mefenacet) 등이 2.5엽기까지 가능하다. 그리고 우리나라 벼 재배지에서 제초제 저항성잡초들을 방제하는데 적지 않은 난관들이 있다. 첫째, 지금까지 저항성 발생제초제들인 Acetolactate Synthase 및 Acetyl-CoA Carboxylase억제제들의 판매량이 늘고 있기 때문에 저항성 잡초들은 꾸준히 발생하고 번질 것이다. 둘째, 미국 등의 선진국들과 같은연구인력 및 기관이 많이 부족하다.

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.

피의 유묘 및 줄기를 사용하여, 실내에서 간편하게 제초제 저항성 개체를 선발하기 위해 실시한 실험결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 유묘 검정법으로 6일 동안 돌피를 생육시킨 결과, 돌피의 생육이 제초제 추천량의 1/4 처리 농도에서 현저히 억제되었다. 2. Stem node 검정법으로 20일 동안 돌피를 생육시킨 결과, 돌피의 생육이 제초제 추천량의 1/2 처리 농도에서 현저히 억제되는 것으로 나타났다. 3. 유묘 검정법과 stem node 검정법을 이용한 생물검정의 결과, 유묘 검정법이 stem node 검정법 보다 빠른 시간 내에 그리고 낮은 농도의 범위에서 저항성 반응을 효과적으로 검정할 수 있었다.

제초제 저항성 형질전환 목초 생산을 위하여 유전자총(Gene-gun) 및 Agrobacterium 기법을 이용하여 형질전환을 시도한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공시재료 : 알팔파 (cv. Vernal, Anker), 오차드그라스 (합성19호) 2. 캘러스의 유도 및 증식 : 알팔파 종자를 SH-3 배지 (SH기본배지, 2,4-D 3mg/L 포함) 그리고 오차드그라스 종자를 MS-5 배지 (MS기본배지, 2,4-D 5mg/L, 2g casein

Background : Cytochrome P450 enzymes belong to the superfamily of monooxygenases that are found in all living organisms with diversity in their reaction chemistry. These P450 enzymes are being used extensively by plants in their defense mechanism. Tetracyclic triterpenes reported as major ginsenoside constituents in Panax ginseng, formed by multiple hydroxylation of cytochrome P450. CYP P450 enzymes is effective in metabolising both natural and xenobiotic compounds. In this study, two ginseng CYP genes (PgCYP76C and PgCYP736A) were functionally characterized by overexpression in heterologous plant system. Methods and Results : In Arabidopsis thaliana and Panax ginseng, planta transformation was generated by floral and cotyledon dipping method using Agrobacterium tumefaciens (C58C1) individually. Spatial and temporal patterns of gene expression were analyzed by qRT-PCR against abiotic and biotic stresses. Herbicide (chlorotoluron) tolerance was performed at seedling stage by in vitro assay to check ectopic expressions. PgCYP736A expression were more abundant in leaves compared to roots and stem of 2-years-old ginseng, where as PgCYP76C gene was found to be highly expressive in rhizome, roots and leaves. Differential expressions were observed in response to abiotic stresses of two ginseng CYP genes, both expressed higher in response to NaCl and SA (salysilic acid) in ginseng. Transgenic Arabidopsis plants overexpressing PgCYP76C gene showed small, rounded leaves and reduced height. This phenotype was found to be caused by down regulation of gibberellin biosynthesis-related genes. Another function revealed tolerance towards herbicides that belongs to phenyl urea. Conclusion : This study indicates the functional roles of CYP genes in plant growth and stress responses. Studied genes also can be used as a tool to make plants herbicide tolerant. Further investigation might focus on it’s function over terpene biosynthesis and defence mechansim against (a)biotic stress.

본 연구에서는 제초제 저항성인 Ab벼와 해충저항성 Bt벼, 이들의 모본인 동진벼의 현미에서 일반성분, 아미노산, 무기물, 지방산, 비타민 및 항영양소를 분석하여 유전자변형 벼(Ab, Bt)의 영양성분 조성 차이를 비교하고자 수행하였다. 그 결과 무기물의 철분이 모본인 동진벼와 유전자 변형 벼(Ab, Bt) 사이에 약 2배의 차이를 나타내었지만 codex 범위 내에 존재하였고, 비타민 류에서는 Bt벼와 동진벼 간의 유의적인 차이가 나타나지 않은 반면 Ab벼의 비타민 B1, B7, E에서 유의적인 차이를 보였다. 또한 트립신 저해제는 시료 모두에서 0.1 TIU/mg 미만으로 극소량 검출되었다. 총 46가지 분석 성분 중 17가지가 함량 및 조성에 유의적인 차이를 보였으나 이러한 차이는 이들의 모본인 동진벼, OECD 표준기술서, 그리고 일반 상업화 품종의 범위 내에 존재해 영양학적 측면에서 실질적으로 차이가 없는 것으로 판단된다.

잔디는 스포츠 경기장, 골프장, 조경분야, 공원, 묘지, 사방건설, 개인주거지 등 광범위하게 활용되고 있는 고부가가치의 경제성 작물이다. 본 연구는 제초제저항성 들잔디 JG21의 화분(pollen)과 금잔디(Z. meliloti) 암술(carpel)의 종간 인공수분을 통해 육성된 제초제저항성 교배종 잔디 계통(JG21-MJ)의 분자생물학적 특성을 평가하기 위해 수행되었다. genomic Southern blot분석에서 제초제저항성 교배종 잔디들은 모두 bar 유전자가 확인되었고, JG21과 동일한 혼성화 패턴(hybridization pattern)을 보여 주었다. PCR을 이용하여 교배종 가운데 제초제저항성이 없는 대조군 품종과 제초제저항성 품종에서 도입유전자 주변염기서열을 분석하였다. 이 실험은 들잔디(JG21)와 금잔디의 교배(F1)와 자가수분(F2) 과정에서 도입유전자 삽입위치 주변의 염기서열에서 상동재조합이 발생하였는가를 조사하기 위해 수행하였다. 제초제저항성 교배종의 도입유전자 주변염기서열은 JG21과 동일하였고, 제초제저항성이 없는 대조군의 삽입위치 주변의 염기서열은 금잔디의 염기서열과 동일하였다.

유전자변형(genetically modified, GM)작물 도입 유전자의 이동은 안전성평가 및 안전관리에 있어 매우 중요한 요 소이며, 환경 모니터링 연구는 이러한 유전자이동성 확인을 위한 연구 중 하나로 많이 사용된다. 본 연구는 제초제 저항성 들잔디(zoysiagrass)의 야외환경 모니터링을 수행을 통한 환경모니터링 시스템 기반 구축을 위해 수행되었 다. 연구에 사용된 GM들잔디는 제초제저항 형질의 JG21과 JG21에 방사능처리로 웅성불임을 유도한 JG21-MS 등 2개의 이벤트를 이용하였다. 환경모니터링은 충남 성환, 충북 오창, 제주대 및 제주 납원읍 등 4개 격리포장 주변에 서 2011년부터 2013년까지 3년간 총 265개 지점, 1,634개체에 대해 화분에 의한 유전자이동 및 종자, 영양번식체에 의한 산포 조사를 통해 수행되었다. 모니터링 수행 결과 3개 지역에서 유전자이동 및 산포가 발견되지 않았으나, 2012년 제주 남원읍 지역 조사에서 격리포장 주변 2m 부근에서 JG21 1개체의 유출이 발견되어 보고 및 안전관리 조치를 수행하였다. 또한 RAPD (random amplified polymorphic DNA)법을 이용한 JG21과 JG21-MS의 구분판별법 을 개발하여 GM들잔디의 환경방출실험 및 상업화 후 사후 안전관리에 활용될 수 있게 하였다.

잔디는 우리 생활에 없어서는 안 될 매우 중요한 유전자원 중의 하나로 최근 급격한 수요 증가와 더불어 잔디와 관 련된 사업규모가 확대되고 있다. 지금까지 잔디는 전통적인 육종방법을 이용하여 개발되어 왔으며, 전통적 육종 기술로 개발할 수 없는 형질들은 분자생물학적 방법을 이용하여 신품종 잔디를 개발하고 있다. 본 연구에서는 소 비자의 요구에 맞는 잔디 신품종을 개발하기 위하여 분자생물학적기법을 이용하여 개발된 제초제저항성 잔디에 전통적 교배육종 기술을 도입하여 잔디 육종기술의 한계점을 극복하고자 하였다. 제초제저항성 들잔디(JGJ21)의 경우 포복경의 생장 및 증식이 빠르고, 토양활착 능력이 우수할 뿐만 아니라 제초제저항성 기능이 있기 때문에 도 로의 법사면 및 경사지에 적합하다. 그러나 공원 및 정원 등의 조경용으로 사용하기 위해서는 보다 키가 작고 밀도 가 높은 잔디형질이 요구된다. 그러므로 본 연구에서는 JG21의 단점을 보완하기 위해서 금잔디와 교배육종을 수 행함으로써 초고 및 초장이 짧고, 잔디 직립경의 생육밀도가 높은 계통을 선발하였으며, 그 중 가장 우수한 계통은 탐라그린3으로 명명하여 특허출원하였다(국내출원번호 10-2014-0025262). 탐라그린3은 공원 및 정원 등에 사용 하여 잔디 재배시 문제가 되고 있는 예초 및 잡초방제에 따른 노동력을 절감할 수 있으며, 농약의 과다사용으로 인 한 환경오염 문제를 해소할 수 있는 고부가가치 경제작물이 될 것이다.