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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.24 No.2 pp.247-253
DOI :

해충저항성 Bacillus thuringiensis (Bt) 벼 급이가 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)의 살충제 감수성에 미치는 영향

오성덕, 이기종, 손수인, 권용정*, 김진서*, 이장용, 박범석, 권순종, 서석철, 류태훈, 박종석, 안병옥, 조현석, 서상재*†
농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부
*경북대학교 농업생명과학대학 응용생명과학부
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.

Effect on Insecticide Susceptibility of Lissorhoptrus oryzophilus Fed on Bacillus thuringiensis (Bt)-Transgenic Rice Variety

Sang Jae Suh*†, Sung-Dug Oh, Kijong Lee, Soo-In Sohn, Yong Jung Kwon*, Jinseo Kim*, Jang-Yong Lee, Beom-Seok Park, Soon-Jong Kweon, Seok-Choel Suh, Tae-Hun Ryu, Jong-Sug Park, Byung-Ohg Ahn, Hyun Suk Cho
National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Suwon, 441-707, Korea
*Division of Plant Biosciences, School of Plant Biosciences, Kyungpook National University, Daegu, 702-701, Korea
Received Apr. 12, 2012 /Revised Jun. 7, 2012 /Accepted Jun. 8, 2012

Abstract

Insect-resistant transgenic rice, Bt rice was developed by inserting the mCry1Ac1, a modifiedgene from the soil bacterium Bacillus thuringiensis (Bt). For the biosafety assessment of this GMrice, we studied the effect on insecticide susceptibility of Rice Water Weevil (Lissorhoptrus oryzophilus)which is a nontarget insect pest and commonly used as a model organism in ecotoxicological studies. TheBt rice was confirmed to have the insertion of T-DNA and the protein expression by the polymerase chain reaction (PCR) and the ELISA analysis. As for the cumulative mortalities of Rice Water Weevil on insecticide, Clothianidin in Bt and non-GM counterpart, Nakdong rices were similar. The 72h-LC50 values of Bt and non-GM rices showed 0.245 ml/L and 0.257 ml/L respectively. As the 72h-LC50 vlaue of Bt rice was included within the 95% confidence limit of that of Nakdong rice slightly higher, the two varieties of the 72h-LC50 values were not significant. Thus, we found out there was a strong possibility that Bt rice didn't affect the insecticide susceptibilities of nontarget insects.

24(2)-17.pdf1.45MB

전 세계적으로 GM작물(Genetically modified crops)은 빠른 속도로 실용화되어 그 재배면적이 해마다 급진적으로 증가하고 있는 추세이다. 2011년에는 전 세계적으로 GM작물의 재배면적은 29개국 1억 6천만 헥타르나 되며, 누적된 경작면적은 12억 5천만 헥타르에 이르고 있다(James, 2011). 이러한 GM작물의 상업적 재배를 위해서는 환경에 미치는 잠재적 위험성, 즉 도입 유전자들이 표적 및 비표적 생물체로 전이될 가능성과 잡초화, 생태계 교란 등에 대한 안전성이 입증되어야 한다(Nap et al., 1992; De Vries and Wackernagel, 2004). 따라서 개발된 GM작물이 환경에 방출되어 재배되기 전에 환경에 미칠 수 있는 요인들에 대한 국내 검증 가이드라인 구축이 필요하다. 

주요 농작물들의 해충에 의한 피해를 방제하기 위하여 Bacillus thuringiensis (Bt) 유래의 다양한 Cry 유전자들을 작물에 도입함으로써 생명공학 기법을 이용한 해충방제가 시도되어져 왔다. 1981년에 최초로 Cry 유전자가 분리된 이래로(Schnepf and Whiteley, 1981) 총 314종의 Cry 유전자가 발견되었다(OECD, 2007). Bt는 국제적인 미생물 분류 기준에 의해 비병원성 세균으로 분류되어, 기회 감염균(opportunistic pathogen)으로 분류되는 경우는 극히 드물며, 살충 특성을 갖고 있어서 1961년 이후 상업적 농경, 삼림과 모기 방제를 위해 생물농약으로 사용되어왔다. 살충효과는 농작물 및 채소작물의 특정 해충군에 특이적이며, 결정성 내독소 단백질 (crystal(CRY) δ-endotoxin)에 의한 것으로 보고되었다(Schnepf and Whiteley, 1981).

따라서 Bt 작물을 개발함으로써 비표적 곤충에는 영향을 미치지 않고 선택적으로 목표해충만을 방제하여 수량을 증대시 킬 수 있으며, 현재까지 Cry 유전자를 도입한 형질전환 옥수수, 벼, 면화, 감자 등이 개발되고 있다(Bohn et al., 2008). Cry1Ab와 Cry1F를 옥수수에서 발현 시켜서 European corn borer, Corn earworm, Southwestern corn borer에 대해서 저항성을, Cry1Ac를 목화에서 발현 시켜서 Tobacco budworm, Cotton bollworm, Pink bollworm에 대해서 저항성을 보이는 것으로 보고되었다(Mendelsohn et al., 2003). 

현재까지 안전성 연구결과 Bt를 살포한 작물은 인체나 포유류에 무해한 것으로 알려졌으며, Environmental Protection Agency(Washington, DC)에 의하면 Bt작물은 환경이나 인간건강에 어떠한 위해요소도 보이지 않는 것으로 보고하였다(Betz et al., 2000; Mendelson et al., 2003). 하지만 Bt작물의 방어 특이성뿐만 아니라 Cry 단백질의 표적 또는 비표적 생물체에 대한 작용기작도 완벽하게 이해되지 않고 있으며(Crickmore, 2005; Bravo et al., 2007), 광범위한 면적에서 경작되고 있음에도 불구하고 비표적 생물체에 미치는 영향을 과학적으로 분석한 예는 많지 않은 실정이다. 따라서 환경위해성 평가 요소 중 비표적 생물체에 대한 직간접적인 영향 평가에 대한 체계적인 입증이 필요하다(Oh et al., 2011a; Sohn et al., 2010).

GM작물에 도입된 유전자의 발현단백질은 복잡한 유기화합물 상태로 되어있으며, 발현물질들 상호간의 작용에 대한 예측을 위해서는 발현단백질이 생물체의 신진대사, 번식의 감소, 생체 기능의 상실이나 치사 등에 미치는 영향을 분석함으로써 유해성을 검사하는 생물검정(환경생물 독성시험)이 생태계 측면에서 합리적인 방법으로 알려져 있다(Kim et al., 2010a). 직접적인 환경생물 독성시험에는 매우 다양한 수서생물종이 이용되는데 무척추동물로는 물벼룩(Daphnia magna), 가재(Cambaroides similis), 옆새우류(Gammarus spp.), 완미윤충류(Brachionus spp.), 어류로는 무지개송어(Oncorhyunchus mykiss), 자브라피쉬(Brachydanio rerio), 미꾸리(Misgurnus anguillicaudatus), 잉어(Cyprinus carpio) 그리고 조류로는 Selenastrum, Chlorella, microsystis, Navicula 등이 일반적으로 이용되고 있다(Versteeg et al., 1997).

벼는 수생조건에서 생육하므로 밭작물(옥수수, 콩, 면화 등)의 환경생물 독성시험시 일반적인 평가 대상인 나비목, 노린재목, 딱정벌레목 중의 대표 곤충 외에 수서생물종이 추가되어야 한다. 최근 독성평가용 비표적생물체에 미치는 영향을 분석하기 위하여 해충저항성 Bt벼가 무척추동물(물벼룩;Daphnia magna)과 어류(미꾸리;Misgurnus anguillicaudatus, 잉어;Cyprinus carpio)에 미치는 영향을 분석되었으며, 벼의 비표적 해충에 미치는 직간접적인 영향에 대한 필요성이 제기 된 바 있다(Kim et al., 2010; Oh et al., 2011a; Oh et al., 2011b). 

따라서 본 시험에서는 GM벼에 대한 환경 생물독성시험을 위해서 해충저항성 Bt벼의 mCry1Ac1 유전자의 도입과 mCry1Ac1 단백질 발현량을 확인한 후, 모본으로 사용된 낙동벼와 함께 비표적곤충인 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)를 대상으로 해충저항성 Bt에 의한 직간접적인 영향을 분석하는 일환으로 수행하였으며, 그 중에서 GM벼를 섭식시킴으로서 살충제 감수성에 미치는 영향을 일차적으로 분석하였다. 벼물바구미는 미국 미시시피강 상류가 원산지로 캐나다, 도미니카, 일본 등에서 발생하고 있으며, 우리나라에서는 1988년에 경남 하동에서 처음 발견된 이후 지금은 전국적으로 발생하고 있는 우리나라 대표적인 논경지의 벼를 가해하는 해충이다. 또한, 본 시험을 통해 국내 개발 GM작물의 안전성 자료 생산뿐만 아니라, 비표적 생물체에 대한 독성평가 가이드라인을 제시하고자 한다.

재료 및 방법

Genomic DNA 분리 및 Polymerase Chain Reaction(PCR) 검정

혹명나방(Cnaphalocrocis medinalis)과 두줄꼬마 밤나방(Naranga aenescens), 벼줄점팔랑나비(Parnara guttata)에 대하여 살충성을 나타내는 해충저항성 Bt 벼와 낙동벼 식물체 시료를 각 1 g씩을 취하고, 막자사발에서 액체질소와 함께 분말화한 후 DNeasy Plant kit (Qiagen, Valencia, CA)를 이용하여 genomic DNA를 분리하였다. NanoDrop Spectrophotometer ND-1000 (NanoDrop Technologies Inc, Wilmington, DE)을 이용하여 260/280 nm 값이 1.8-2.0 사이인 추출액을 실험에 이용하였다. 식물 형질전환용 운반체의 유전정보를 바탕으로 mCry1Ac1 유전자 확인용 프라이머 세트을 제작하였다 (375F: 5'-GCTCTCCGCGAGGAAATGCGT-3', 857R : 5'-CTGGGCAGAACCACGGAAGCT-3'). PCR 검정을 위하여 dNTP (10mM)4 μL, 10× PCR buffer 4 μL, 프라이머(375F, 857R) 각 20 μM, f-Taq DNA polymerase 1U (Solgent, 대전, 한국), template genomic DNA 20 ng를 추가한 후 최종 반응 부피를 40 μL로 하였다. PCR 반응은 PTC-100 Thermal cycler (MJ Research, Waltham, MA)를 이용하여 1 cycle (95°C, 5분), 35 cycle(95°C, 40초−72°C, 60초−58°C, 40초), 1 cycle (72°C, 5분)반응을 순차적으로 실시하였다. 증폭된 PCR산물은 1% agarose gel에서 전기영동한 후 UV조사로 확인하였으며 Gel Extraction kit(Qiagen, 28704)를 이용하여 정제하고 pGEM-T easy vector(Promega, Madison, WI)에 삽입하여 정확한 염기서열 정보를 확인하였다(Oh et al., 2011a).

mCry1Ac1 단백질 발현 확인

mCry1Ac1 유전자의 발현 확인을 위하여 Immunostrip 검정(lateral strip test)을 실시하였다. 시료를 추출액과 함께 마쇄하여 단백질을 추출한 후, bar 및 mCry1Ac1 유전자의 발현을 Trait LL Test Strip (Strategic Diagnostics Inc, Newark, DE)과 CryIAc1 ImmunoStrip Test (Agdia, Elkhart, IN)를 이용하여 각각 Immunostrip 검정을 수행하였다(Shin et al., 2009). mCry1Ac1 단백질의 농도를 정량하기 위하여 각 시료들을 마쇄한 후 phosphate buffered saline Tween 20(PBST)용액과 함께 균질화 한 후 저온처리(얼음에서 5분) 및 원심분리(5,000 g, 5분)하여 단백질을 분리, 추출한 후 Bt-Cry1Ab/1Ac ELISA Kit(Agdia)를 이용하여 ELISA분석을 실시하였다. 모든 시료들은 상온에서 2시간 반응한 후 ELISA reader(Multiskan EX, Thermo Scientific, Vantaa, Finland)를 이용하여 450 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다(Kim et al., 2010b).

벼물바구미 채집 및 대량 사육 조건

목표 비표적생물체인 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)는 경북 군위군 경북대학교 부속 포장에서 Bt벼와 낙동벼 포장에서 각각 2011년 7월 초순 성충을 채집하여, 사육실(25±1°C, 60±5% RH, 16L:8D) 조건에서 사육하여 사용하였다. 실험곤충의 사육을 위해 기주로 사용된 벼는 해충저항성 Bt벼와 낙동벼이며, 파종후 14일 이상 경과한 유묘를 플라스틱 사육상자 (50 cm× 60 cm× 45 cm)에 넣고 사육하였다. 사육 동안 기주인 벼는 수시로 충분히 공급하였으며, 공시충인 벼물바구미는 각 시험 벼에서 60일이상 충분히 급이한 후 시험에 이용하였다.

벼물바구미에 대한 시료 처리조건

GM벼인 해충저항성 Bt벼에 의한 벼물바구미에 대한 직간접적 환경 생물독성을 분석하는 일환으로 일차적으로 살충제 감수성의 변화를 분석하였다. 분석방법은 해충저항성 Bt벼에서 비표적 해충인 벼물바구미를 대상으로 GM벼인 Bt벼를 60일이상 충분히 급이한 후 살충제에 대한 감수성의 차이를 비교하였으며, 대조로는 Bt벼의 모본으로 사용된 낙동벼를 이용하였다.

살충 감수성시험에 사용된 물질은 벼물바구미 성충 전용살 충제인 Clothianidin 액상수화제이며, 시험농도는 본 실험에 앞서 72시간 동안 예비실험한 결과 72시간-LC50값이 0.10~0.40 ml/L 범위 내에 있을 것으로 추정되어, 살충성시험을 0.05, 0.10, 0.20, 0.30, 0.40 0.80, 1.60 ml/L의 농도에서 실시하였으며, 시험용액의 조제는 시험물질 0.05, 0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.80, 1.60 ml을 정확히 칭량하여 1 L의 증류수에 넣고 녹여 시험용액(Test solution)으로 사용하였다. 생물검정법은 FAO(1974)의 방법을 약간 변형한 충체침지법(body dipping method)을 사용하였으며, 해충저항성 Bt벼와 낙동벼에서 사육한 벼물바구미 중 크기가 비슷한 성충을 흡충관으로 10마리씩 흡충하여 각각 그물망에 넣고 5초간 동시에 시험용액에 침지하였으며, 침지된 공시충은 바로 filter paper로 여액을 제거하였다. 이들 공시충은 각각 해당 벼 잎을 넣은 200mL용량의 곤충사육용기(Insect Breeding Dish, 100 × 40mm)로 옮겨, 온도 25 ± 1°C, 습도 60 ± 5%, 광주기 16L:8D 조건의 항온실내에 72시간동안 보관하면서 24시간 간격(24 h, 48 h, 72 h)으로 살충률을 조사하였다. 이때 벼 잎은 수시로 새로 갈아주었다. 시험약제를 처리하지 않은 벼물바구미 성충으로 대조구로 설정하였으며, 모든 시험은 농도당 각 10마리씩 3반복 처리하여 조사하였다.

시험계의 분석 방법

벼물바구미에 대한 간접적 환경 생물독성여부를 규명하기 위하여 시험 살충제 처리 72시간 후의 일반중독증상, 특이증상 등을 관찰하였다. LC50산출은 시험물질 처리 후 72시간의 유효성분에 대한 반수치사농도(LC50) 및 95% 신뢰한계를 probit 분석법에 의해 산출하였다.

결과 및 고찰

해충저항성 Bt 벼의 분자생물학적 분석

독성평가에 이용된 해충저항성 Bt 벼는 토양 세균인 B. thuringiensis에서 유래한 해충저항성 유전자중 살충성을 보이는 주요 염기서열을 작물에 적합하도록 변형시킨 mCry1Ac1 유전자를 낙동벼에 도입하여 개발되었으며(Shin et al., 2009), 생물검정 결과 혹명나방(Cnaphalocrocis medinalis) 유충에 대하여 우수한 살충력을 보일 뿐만 아니라 두줄꼬마밤나방(Naranga aenescens)과 벼줄점팔랑나비(Parnara guttata), 조밤나방(Mythimna separata)에 대하여 각각 100 및 20%의 살충성을 보여 현재 실용화를 위한 안전성 평가가 진행 중에 있다. 높은 해충저항성을 나타낸 해충저항성 Bt 벼 이벤트(event Cr7-1-9-1-1-1-4-1)와 비형질전환 낙동벼를 비표적 생물체에 대한 독성평가를 실시하였다. 

분석에 사용된 시료에 mCry1Ac1 유전자의 삽입을 확인하기 위하여 PCR 분석을 실시한 결과 해충저항성 Bt 벼에서만 특이적으로 482 bp의 반응 산물이 합성됨을 확인하였다(Fig. 1). 합성된 PCR산물이 mCry1Ac1 유전자임을 검정하기 위하여 pGEM T-easy vector에 삽입하여 염기서열을 분석한 결과 운반체 제작에 사용된 해충저항성 mCry1Ac1 유전자와 100% 동일함을 확인하였다(data 생략). mCry1Ac1 유전자는 본 실험에 사용된 해충저항성 Bt 벼에 one-copy로 삽입되었음을 Southern 분석을 통하여 확인한 바 있다(Shin et al., 2009). 해충저항성 Bt 벼에서 mCry1Ac1 단백질의 발현을 검정하기 위하여 항체를 이용한 Lateral Flow Strip Test (LFST)분석을 실시하였다. GMO 격리포장에서 재배한 해충저항성 Bt 벼와 낙동벼에 대하여, mCry1Ac1 및 PAT 단백질 확인용 항체가 표지되어있는 immunostrip을 이용하여 각 단백질 발현을 분석한 결과, 해충저항성 Bt 벼에서만 특이적으로 단백질이 발현되었으며 대조구인 낙동벼에서는 단백질이 발현되지 않았다(Fig. 2). 또한 해충저항성 Bt벼에서의 mCry1Ac1 단백질 발현량을 ELISA법을 이용하여 분석한 결과 해충저항성 Bt 벼는 특이적으로 47.07 ± 3.55 μg/g 수준의 mCry1Ac1 단백질이 발현되었으며 낙동벼에서는 발현되지 않음을 확인하였다(Fig. 3). 이는 2009년 GMO 격리포장(군위)에서 재배한 해충저항성 Bt 벼의 잎(출수기)에서 표적곤충에 대하여 유효 살충효과를 보인 mCry1Ac1 단백질 농도(50 μg/g)와 일치하여, 세대별로 안정적으로 단백질이 발현됨을 확인할 수 있었다(data 생략).

Fig. 1. Confirmation of the specific primer set on the Bt and Nakdong rices. (M: 100 bp DNA ladder, N: Nakdong, non-GM rice; Bt: Bt rice Cr7-1-9-1-1-1-4-1 lines).

Fig. 2. Confirmation of genes expression for Bt rice by using immunostrip. (A) immunostrip tests for the bar detection, (B) immunostrip tests for the mCry1Ac1 detection. N: Nakdong, non-GM rice; Bt: Bt rice Cr7-1-9-1-1-1-4-1 lines.

Fig. 3. mCry1Ac1 Protein Levels (μg/g Dry weight) in Nakdong and Bt rice. SC, none detected. Values are the Mean ± SD of triplicate measures.

해충저항성 Bt벼의 벼물바구미에 대한 살충제 감수성 변화와 반수 치사 농도

GM벼인 해충저항성 Bt벼의 환경 생물독성을 분석하는 일환으로 비표적 해충인 벼물바구미를 대상으로 살충제에 대한 감수성의 차이를 비교하였다.

해충저항성 Bt벼와 낙동벼의 벼물바구미 성충 전용 살충제인 Clothianidin 액상수화제에 대한 농도별 독성시험을 실시하였다. 시험은 각 농도에서 벼물바구미 30마리에 대한 생사수, 일반중독증상, 특이 증상 등을 72시간 동안 지수식으로 실시하여 조사하였다. 낙동벼 처리구에서 0.05~1.6 ml/L의 시험농도에서 벼물바구미 살충시험을 실시한 결과, 처리 후 72시간 경과시 0.05, 0.10, 0.20 ml/L 처리구에서는 50%이하의 살충율을 보였고, 0.40, 0.80 ml/L 처리구에서 72시간 경과시 각각의 농도에서 63.3%, 73.3%의 살충율이 관찰되었다. 1.60 ml/L 처리구에서는 24, 48, 72시간후 살충율이 93.3%이상 관찰되었다. 해충저항성 Bt 벼 처리구에서 0.05~1.60 ml/L의 시험농도에서 벼물바구미 살충시험을 실시한 결과 물질 처리 후, 72시간 경과시 0.05, 0.10, 0.20 ml/L 처리구에서는 50%이하의 살충율을 보였고, 0.40, 0.80 ml/L 처리구에서 72시간 경과시 각각의 농도에서 76.7%, 83.3%의 살충율이 관찰되었다. 1.60 ml/L 처리구에서 24, 48, 72시간후 사충율은 93.3%이상의 살충율이 관찰되었다. 따라서, 해충저항성 Bt벼와 낙동벼를 급이한 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)의 살충제 감수성 시험을 실시한 결과, 두 품종에서의 살충율과 중독중상은 유사하게 나타났다. 시험기간 중 대조군에서는 일반중독증상 및 특이증상은 관찰되지 않았다(Table 1).

Table 1. Cumulative immobility of Rice Water Weevil (Lissorhoptrus oryzophilus) on Clothianidin SC in Nakdong and Bt rices.

해충저항성 Bt벼와 낙동벼에서 벼물바구미 성충 전용살충제인 Clothianidin 액상수화제에 대한 벼물바구미 살충제 감수성 시험을 실시한 결과, 낙동벼는 72시간-LC50은 0.257 ml/L, 95% 신뢰한계는 0.199~0.331 mll/L, 해충저항성 Bt 벼는 72시간-LC50은 0.245 ml/L, 95% 신뢰한계는 0.195~0.307 ml/L으로 나타났다. 시험기간 중 100% 치사율을 나타낸 농도는 낙동벼와 해충저항성 Bt 벼에서 모두 1.6 ml/L이었다(Table 2).

Table 2. LC50 values on Clothianidin SC in Nakdong and Bt rices.

따라서, 해충저항성 Bt벼와 낙동벼의 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)의 살충제 감수성시험을 실시한 결과 72시간-LC50은 낙동벼에서 다소 높았지만, 해충저항성 Bt벼 72시간-LC50이 낙동벼의 95% 신뢰한계 내에 포함되어, 두 품종의 LC50값에 유의성이 없는 것으로 판단된다. 

해충저항성 Bt 벼에서 발현된 mCry1Ac1은 기존의 B. thuringiensis 유래 CryIAc 단백질과 아미노산 서열은 동일하나 식물체에서 발현이 적합하도록 염기서열을 변형한 것이다. 이 단백질은 알칼리성 pH와 특정 인시류 애벌레 중장의 단백질 분해효소에 의해 절단되어 살충작용을 보이나, 포유류나 대부분의 곤충을 포함한 비표적 곤충들은 Cry1Ac1을 분해할 수 없으므로 비독성 형태로 배설되게 된다(Aronson and shai, 2001). Thomas 등은 Cry1Ab 유전자를 형질전환한 Bt 옥수수(MON810)의 독성 실험을 물벼룩을 대상으로 42일간 장기영향 평가한 결과, 해충저항성 Bt 옥수수가 비형질전환 옥수수에 비해 생존률이 떨어지지 않았으며(Thomas et al., 2010), Lee 등은 중금속 및 농약에 대한 물벼룩의 EC50과 IC50값이 상당히 광범위하게 형성되어 독성 실험 시 실험방법, 장소 및 조건의 차이를 보여 이에 대한 설정이 중요함을 보였다(Lee et al., 2007).

Cry 단백질은 자연환경에 비의도적으로 노출되더라도 일반적인 기온의 육상 및 수상 환경에서 일정기간 경과되면 분해되어 표적해충에 대한 생물활성이 감소되고, 결국 표적해충 뿐만 아니라 환경위해성 평가용 비표적생물체에 대한 영향도 감소되는 것으로 밝혀졌다. Bt 옥수수(MON810)를 경작지 주변(육상 환경)과 하천(수상 환경)에 노출시켜 표적 해충에 대한 생물검정을 실시한 결과, 두 경우 모두 2주 이상 노출된 Bt 옥수수가 표적해충에 대한 생물활성이 없었으며 비형질전환 옥수수와 비교하여 생물검증을 실시한 결과 비슷한 성장률을 보였다(Jensen et al., 2010). 또한 Cry1Ab 단백질을 보관 온도와 기간에 따른 표적곤충의 LC50을 측정한 결과, 1주후 77(ng Cry1Ab/cm2 diet)이었으나, 6주 후에는 1,700으로 22배 증가되어 Cry1Ab 단백질이 분해로 인한 독성이 급감되는 것으로 보고되었다(Nguyen and Jehle, 2009). 또한, 해충저항성 Bt 벼에 대한 비표적 생물체인 곤충인 물벼룩에서 급성독성시험결과, 해충저항성 Bt벼의 48시간-EC50은 4,429.13mg/L (95% 신뢰한계는 3908.130~5020.363 mg/L), 무영향 농도(NOEC)는 1,800 mg/L 이었고, 낙동벼는 48시간-EC50은 2,889.56 mg/L(95% 신뢰한계는 1,073.407~6,854.321 mg/L), 무영향농도는 1,000mg/L로 보고되었다(Oh et al., 2011a). 어류에서는 잉어(Cyprinus carpio)와 미꾸리(Misgurnus anguillicaudatus)에 대한 급성독성평가 수행한 결과에서도 일반벼인 낙동벼와 해충저항성 Bt에서 48시간 및 96시간-LC50은 1,000mg/L 이상으로 나타났으며, 무영향농도(NOEC)도 1,000 mg/L 으로 비표적 생물체인 잉어와 미꾸리에 대해서 동등함을 확인하였다(Oh et al., 2011b).

본 연구를 통해서 mCry1Ac1 유전자가 형질 전환된 해충저항성 Bt벼가 표적하는 해충들인 혹명나방(Cnaphalocrocis medinalis), 두줄꼬마밤나방(Naranga aenescens), 벼줄점팔랑나비(Parnara guttata)와 조밤나방(Mythimna separata)이 아닌 벼를 가해하는 해충이지만 비표적 생물체인 벼물바구미의 살충제에 미치는 영향을 분석한 결과, 72시간-LC50은 0.245ml/L로 측정되었고, 이는 낙동벼의 72시간-LC50 0.257 ml/L에 통계적으로 유의적 차이가 없는 나타났다. 본 연구에서는 해충저항성 Bt벼와 낙동벼의 급이에 따른 단일세대 벼물바구미의 살충제에 대한 감수성을 간접적 방법으로 확인하였으나, 이는 향후에 직접적인 영향 평가를 위하여 해충저항성 Bt벼 급이에 따른 벼물바구미의 세대진전에 따른 산란수, 부화율, 성숙도등의 비형질전환체인 낙동벼와 비교 분석하는 실험도 추가적으로 실시하여 후대 안전성 실험을 보완하여야 할 것이다. GM작물 환경위해성 평가를 위해서는 생태영향 평가와 생식, 유전독성 분석을 통한 안전성평가 표준 가이드라인을 구축하여야 하며 본 실험 결과는 이를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

사 사

본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원의 농업과학기술 연구개발사업 지원(과제번호: PJ008484)에 의해 수행되었음.

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