본 연구의 목적은 우리나라에서 개발된 병저항성 GM벼의알레르기 유발성을 평가하고자 하였다. 벼 유래의 Cholinekinase 1 유전자(OsCK1)를 과발현 하도록 형질전환한 벼를이용하여 알레르기 유발인자와 상동성이 있는지 확인한 결과,연속되는 80개 이상의 아미노산 절편에서 35% 이상의 상동성을 보이는 서열은 없었으며 8개씩의 인접 아미노산과 일치하는 서열도 확인되지 않았다. 또한 GM벼와 non-GM 벼 사이의 단백질 분포가 일치하는 것을 확인하였으며, 인공 위액에서 빠르게 분해됨을 확인하였다. 발현단백질의 당화 발생 여부를 확인한 결과, OsCK1단백질에 대한 당화는 발생하지 않는 것을 알 수 있었으며 열안정성 검사에서OsCK1 단백질을100oC에서 가열하였을 때 30분 이후부터는 약하게 분해됨을확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 병저항성 GM벼는 알레르기 유발과는 상관관계가 없음을 확인하였다.

농업적, 환경적, 경제적 및 사회적인 이익으로 농업생명공학에 의한 유전자변형(GM) 작물의 재배는 점차 증가되고 있다.국내에서도 주요 작물을 대상으로 유용 GM작물이 개발되고있으며, 최근 Choline kinase 유전자(OsCK1)가 도입된 병저항성 형질전환벼가 개발되었다. GMO의 안전성과 관련하여, 표시제의 시행 또는 사후 이력추적을 위해서 검정법이 필수적으로 요구되고 있다. 본 연구에서 각 134, 306, 243bp의 PCR증폭산물을 갖는 유전자 특이, 구조 특이 및 이벤트 특이primer를 병저항성(OsCK1) GM벼의 검출에 사용하였고, 다른어떤 작물에서도 반응산물을 나타내지 않았다. 이벤트 특이primer CKRB32-1/02-2를 사용한 정성 duplex PCR을 통해서OsCK1 GM벼에 대한 검출한계(LOD)가 0.05%임이 확인되었다. Real-time PCR을 이용한 정량검정을 위해서 벼 내재유전자 염기와 OsCK1 GM벼의 5’-인접염기를 갖는 pSPSCKR을표준물질로 제조하였고, 10 copies 범위까지 정량검출이 가능한 것으로 나타났다. 따라서 도출된 real-time PCR 방법의 정확성 및 정밀성을 확인하고자 0.5, 1, 3, 5 및 10%로 GM시료에 대하여 정량 분석하였으며, 표준편차 및 상대표준변이가 20% 내로 확인되었다. 이상의 결과로, 개발된 이벤트 특이정성 및 정량 PCR 방법이 OsCK1 GM벼의 사후 GMO 모니터링 및 이력추적에 효과적으로 적용 가능할 것으로 판단된다.

Genetically modified (GM) crops have never been cultivated commercially in Korea, it is necessary for a thorough assessment of the risks associated with their environmental release. We determined the frequency of pollen mediated gene flow from disease resistant GM rice (OsCK1) to non-GM rice (Nagdongbyeo) and weedy rice (R55). A total of 449,711 or 164,604 seeds were collected from non-GM and weedy rice, respectively which were planted around OsCK1. Resistance of the hybrids was determined by repeated spraying of herbicide and DNA analysis using specific primer to confirm hybrids. Though non-GM rice and weedy rice have similar flowering time, the hybrids were found only in non-GM rice and out-crossing ranged from 0.018% at 0.3 m to 0.013% at 0.6 m. All of hybrids were located within 0.6 m distance from the GM rice plot in southerly direction. The meteorological factors including temperature and relative humidity during flowering time were found to be the most important factors for determining rice out-crossing. It should be considered many factors like the local weather condition and flowering time to set up the safety management policy to prevent pollen mediated gene flow between GM and conventional crop.

GM벼 OsCK는 벼 유래의 OsCK1 유전자를 벼에 형질전환 하여 벼흰잎마름병 및 벼도열병에 대한 저항성을 높게 한벼로 농촌진흥청에서 개발하였다. 형질전환 벡터의 구성은 양쪽 border (LB, RB) 상간에 2개의 MAR 염기서열이 서로 마주보는 형태로 위치하고 있으며, 제초제 저항성 유전자 PAT는 CaMV 35S promoter에 의하여 발현이 유도되고, 목표 유전자인 choline kinase (OsCK)는 actin promoter에 의하여 발현이 조절되며 left border 기준으로 역방향으로 배치되었다. 도입유전자 확인을 위하여 adaptor ligation PCR을 수행하였는데, MAR 영역에 위치하는 제한효소로 GM벼 genomic DNA를 절단한 후 adaptor를 붙였다. 염기서열 분석을 위하여 T-DNA의 양 말단에서 primer를 제작한 후 sequence 분석을 하였다. 분석한 결과, T-DNA의 right border 인근의 MAR sequence가 벼 genome의 10번 염색체 129971번 염기와 연결되어 있음을 확인하였다. Left 영역의 삽입위치는 이후 실시한 Illumina NGS 시스템을 이용하여 확인할 수 있었으며, GM 벼에는 2개의 T-DNA가 도입되었음을 알 수 있고, 첫 번째 T-DNA는 벼 10번 염색체 BAC클론 OSJNBa0014J14의 128947번째 염기와 129970째 염기에 위치하고 벼 genome 염기 1024 bp가 결실됨을 확인하였다. 이 과정에서 첫 번째 T-DNA left border와 첫 번째 MAR sequence 일부(370 bp)가 결실되었고 right border와 두 번째 MAR 영역 199 bp가 결실되었음도 확인하였다. 두 번째 T-DNA는 right border가 결실된 형태로 첫번째 T-DNA의 35S promoter 중간에 삽입되었음을 확인하였다.

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.