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.

Herbicides have consistently contributed to yield increases in crop production for many decades however, those same herbicides are facing the loss of effectiveness because of the rapid spread of weed resistance. Since the first instance of herbicide resistance to triazine herbicides over 50 years ago, resistant biotypes have been observed to the major herbicides numbering more than 150 different weed species due to excessive use of single mode of action (MoA)treatments combined with limited crop rotation practices. In the US, the most well-known broad-spectrum herbicide used in major crops, glyphosate is facing huge challenges due to the appearance of many resistant weed species. The consequences of the loss of effectiveness of the current herbicide choices, coinciding with an increasing world population with improved living standards, is beginning to present a severe constraint on food security globally. Unfortunately, the agriculture industry has been unable to find any new mechanism in the last 30 years. The absence of choices of novel active ingredients along with the increased costs of developing new entities is forcing the industry to rely on older modes of action which, with limited application, means lower annual yields of the major crops as the number of resistant weed species increases. The Chemical Genomics group in FMC Agricultural Solutions Discovery has been building ‘Chemistry to Gene’ (C2G) capability to identify new MoAsby applying chemical genomics tools. We have recently discovered that compounds described in WO2017075559A1, are potent selective herbicides with novel action that control many grasses. As a result of knowledge of the mechanism of this area of chemistry, we have extended the work to include a ‘Gene to Chemistry’ (G2C) approach to provide new structural starting points for more synthesis projects.

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.

This study examined the growth performance and field evaluation of the dual herbicide-resistant transgenic creeping bentgrass plants. The effect of glyphosate treatment on the herbicide resistance of the transgenic creeping bentgrass plants was determined, and the non-transgenic control plant withered at the concentration 11 μg/mL or higher whereas the transgenic creeping bentgrass plants survived the treatment at the concentration of 3,000 μg/mL, and the increase of the plant length was repressed as the glyphosate treatment concentration was increased. At field evaluation, glufosinate-ammonium and glyphosate were simultaneously treated to investigate the weed control effect. The results showed that more than 90% of the weeds withered four week after herbicide treatment, while the transgenic creeping bentgrass plants continued to grow normally. Therefore, the dual herbicideresistant creeping bentgrass plants may be able to greatly contribute to the efficiency of weed control and to the economic feasibility of mowing in places such as golf courses.

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.

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.

It is necessary to carry out a risk assessment to determine the consequences of releasing a particular plant species containing specific transgenes before transgenic plants can be grown under filed conditions. Gene flow from transgenic plants to wild closely related species has raised concern recently. Since transgenic crops were released in 1996, the global area of transgenic crops has been increasing rapidly. The transgene introgression from transgenic crops to their wild relatives is unavoidable in some species. Transgene introgression is of concern because the crop–wild plant hybrids might be conferred with a selection advantage to increase their performance, which could result in negative ecological consequences to natural ecosystems. The genus Brassica has 159 species, including a number of wild species that are of great importance to the economy. Most transgenic Brassica gene flow research has focused on the most successful cross between transgenic oilseed rape Brassica napus and its wild relatives Brassica rapa, a widely distributed weed in the farming system in Europe and America, since the hybridization can spontaneously happen and the generations can backcross to B. rapa easily in the wild conditions. In this study, we aimed to characterize transgene introgression, segregation, and expression in backcrossed generations between tramsgenic B. napus and B. rapa. These results will contribute to the environmental risk assessment and assist in biosafety management.

Seashore Paspalum (Paspalum vaginatum Swartz) is a warm season grass and indigenous to tropical and subtropical regions of coastal areas worldwide. The species is used as feed for cattle and horses and has been very successful for golf courses worldwide. One of the most outstanding characteristics of seashore paspalum is its tolerance to saline soils compared to other warm season turfgrasses. The development of new seashore paspalum cultivars with improved traits could be facilitated through the application of biotechnological strategies. The purpose of this study was to product for herbicide resistant seashore paspalum using Arobacterium-mediated transformation and this study is the first report on transformation and herbicideresistant transgenic plants in seashore paspalum. Embryogenic calli were induced from the seeded variety of pseashore paspalum. Embryogenic calli were transformed with Agrobacterium tumefaciens strain EHA105 carrying the binary vector pCAMBIA3301 with two genes encoding gusA and bar. Transformed calli and plants were selected on medium containing 3 mg/l PPT. PCR detected the presence of the gusA and bar gene, indicating both genes are integrated into the genome of seashore paspalum. A chlorophenol red assay was used to confirm that the bar gene was expressed. By application of herbicide BASTA, the herbicide resistance in the transgenic seashore paspalum plants was confirmed.