24(2)-16.pdf4.43MB

• 재료 및 방법
• 실험 재료 및 처리 내용
• 조사 내용
• 결 과
• 고 찰
• 조사 지역 범위 설정
• 모니터링 대상 식물과 조사 시기의 선정
• 모니터링 기간 설정
• 사 사

바이오안전성의정서의 국내이행법인 ‘유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률’(LMO법)이 2008년부터 시행됨에 따라, 유전자변형(Genetically Modified, GM) 작물의 개발·생산·수입·수출·유통 등 개발부터 유통까지의 모든 단계에서 규제가 진행되고 있다. GM 작물의 개발과정에서 형질전환 작물의 기능 검정 뿐 아니라 환경위해성평가를 위하여 GM 작물의 포장실험은 반드시 수행되어야 한다. 포장실험 등 환경방출 실험을 위한 GMO 연구시설은 LMO법 법률 제22조(연구시설의 설치·운영허가 등)에 의거하여 안전관리 등급별로 관계중앙행정기관의 장으로부터 승인을 받도록 규정하고 있으며, 환경방출과 관련된 실험을 위해서는 LMO법 통합고시 제4-19조(포장시험 등 환경방출 실험승인 등)에 의거하여 농촌진흥청장에게 신고하여야 한다.

LMO법 통합고시 별표 4-3 ‘농업용유전자변형생물체의 환방 출실험 심사자료’에서는 도입유전자의 이동가능성 및 방지대책등의 안전관리대책을 제출할 것을 요구하고 있으며, 별표 4-4‘농업용유전자변형생물체의 실험용 격리포장 구비요건’에서는 포장근처에 교잡 가능한 동종 또는 근연 야생종의 분포를 조사할 것을, 별표 4-5 ‘농업용유전자변형생물체의 관리방법과 조치사항’에서는 유전자변형식물을 재배하는 구역 및 그 근방에 해당 식물과 교배가 가능한 식물의 식생을 최소한으로 제한할 수 있는 조치를 할 것을 명시하고 있다. 이와 같이 실험실이나 온실 등 밀폐조건을 벗어난 포장실험에서 안전관리의 핵심은 격리포장 외부 식물체로의 도입유전자의 이동가능성을 최소한으로 제한하는데 있다.

GM 작물의 환경방출실험에서 도입유전자의 이동가능성을 평가하는 연구는 국내에서도 다수 보고되어 있지만(Lee et al., 2007; Bae et al., 2008; Kim et al., 2008; Kim et al., 2009a; 2009b; Chun et al., 2011), 환경방출실험의 안전관리를 목적으로 격리포장 외부로의 도입유전자 이동가능성을 모니터링하는 연구는 국내에서는 Bae 등(2008)이 격리포장을 중심으로 3 km 반경에서 제초제저항성 들잔디(Zoysia japonica) 도입유전자의 이동가능성을 모니터링한 연구가 유일하다.

유채(Brassica napus)는 타화수정율이 1% 미만인 콩이나 벼 등과 같은 작물과는 달리 곤충과 바람에 의해 꽃가루의 전달이 빈번히 일어나는 작물로, 특히 잡초로 간주되고 있는 야생갓(Brassica juncea)과 교잡되는 경우 잡초 방제가 어려워지고, 생태계가 교란될 가능성이 있는 것으로 알려져 있다(Huangfu et al., 2011). 본 연구에서는 GM 유채의 유전자이동 모니터링 방법 구축을 위해 내건성 유채를 이용하여 격리시험포장 외부로의 도입유전자 이동가능성 조사를 수행하였다. 

재료 및 방법

실험 재료 및 처리 내용

(주)에프앤피는 농촌진흥청으로부터 2008년 12월과 2010년 4월에 각각 환경방출실험 승인을 받아 (승인번호 제2008-26호와 제2010-18호) 자사 격리포장에서 GM 유채의 포장실험을 실시하였다. 이 GM 유채는 제초제 글루포시네이트 암모늄에 저항성을 갖도록 bar 유전자가 선발표지유전자로 도입되어 있다. 격리포장에는 GM 유채 뿐 아니라 모본을 포함하여 모두 160 m² 면적에 유채가 정식되었다.

조사 내용

모니터링은 2010년에 GM 유채의 개화기와 등숙기에 총 5회 (5월 14, 20일, 6월 11, 18, 29일) 실시하였으며, (주)에프앤피 격리포장을 중심으로 반경 1 km 이내의 지역을 대상으로 하였다(Fig. 1). 2010년 5월 14일과 20일에 GM 유채와 교잡이 가능한 십자화과 식물 중 개화기가 겹치는 식물을 대상으로 분포 위치를 모니터링하였다(Table 1). 주로 도로를 따라 도로변과 주변 밭을 중심으로 조사하였으며, 식물이 발견되면 GPS (Garmin, GPSmap 60CS)를 이용하여 위치를 표시하고, 사진을 촬영한 뒤 식물체의 숫자를 세었다. 갓과 유채가 같은 장소에서 생육하는 경우 갓과 유채를 구분하지 않고 전체의 수를 세었다.

Fig. 1. One-km radius study site where the monitoring was conducted. The central square and numbered squares represent the isolated field site, and sites for surveying and sampling, respectively. The topographic map was obtained from the Korea Topo V7 (Garmin, Korea).

Table 1. Sampling sites and plant species reproductively compatible with transgenic oilseed rape.

격리포장 주변에서 발견된 식물체와 격리포장 내의 GM 유채가 교잡했는지의 여부를 확인하기 위하여 식물체의 종자를 채종하였다. 2010년 6월 11, 18 및 29일에 GPS를 이용하여 식물체를 발견한 위치를 다시 찾아가서 조사를 하였다. 5월에 조사한 11개 지점 중 6월까지 식물체가 유지된 지점은 5개 지점에 불과했으며 나머지 지점의 경우 인위적인 교란에 의해 식물체가 남아 있지 않았다. 식물체가 생존하는 5개 지점에서 일부 종자를 채취하여 실험실로 운반한 후, 종자계수기를 이용하여 종자의 숫자를 센 뒤 4˚C의 저온실에 보관하였다.

GM 유채와의 교잡 여부 확인 실험은 한국생명공학연구원의 LMO 격리온실에서 2010년 10월부터 2011년 1월까지 실시하였다. 사각트레이(53 × 27 cm)에 원예용상토를 담은 뒤 각식물체로부터 얻은 종자를 파종하였으며, 매일 1회 관수하였다. 발아한 식물체는 본엽이 3-5매가 되었을 때 제초제 바스타(바이엘, 유효성분: glufosinate ammonium)를 1 ml/L 농도로 처리하였다. 생존한 개체가 있는 경우 분자생물학적 검정을 실시하여 GM 유채와의 교잡 여부를 최종적으로 확인하기로 하였다.

결 과

2010년 5월 조사에서 격리포장 반경 1 km 이내에 모두 8개 지점에서 GM 유채와 교잡 가능한 식물이 관찰되었다. 이들 식물들은 주로 격리포장 동쪽 또는 북동쪽의 민가 주변에서 발견되었다. 이 중 5번 지점의 텃밭에서 케일이 발견되었는데, 수확을 하지 않고 남겨져 개화까지 진행되었던 것으로 생각된다. 나머지 7개 지점에서 유채 또는 갓이 발견되었는데 모두 경작지가 아닌 도로변 등 교란지에서 생육하고 있었다. 조사 중 도안역을 통과하는 철로와 36번 국도 사이에서 유채 또는 갓이 관찰되어 반경 1 km 이상에서도 3개 지점(9, 10 및 11번 지점)을 추가로 조사하였다. 이 중 11번 지점에서는 식용으로 사용하기 위해 갓이 재배되고 있었다(Fig. 2). 국도 옆경사면인 9번과 10번 지점에서는 유채와 갓이 생육하고 있었다. 개화한 B. rapa와 R. sativus는 발견되지 않았다.

Fig. 2. An example of a plant species reproductively compatible with transgenic oilseed rape observed within 1.3 km from the isolated field site. Left, flowering Brassica juncea plants at Site 11 (14 May 2010). Right, B. juncea with ripened pods on the bank around a rice field (18 June 2010).

격리포장 주변에서 발견된, 유채와 교잡 가능한 식물체와 격리포장 내의 GM 유채가 교잡했는지 확인하기 위한 실내 실험 결과, 격리포장 주변의 식물체에서 채취한 유채 종자 50,279립, 갓 종자 28,150립에서 발아한 유식물 중 제초제에 저항성을 갖는 식물체는 없었다(Table 2). 제초제처리 후 생존한 샘플에 대해 분자생물학적 검정을 실시하여 교잡여부를 확인할 예정이었으나 생존한 개체가 없었으므로 조사한 식물체에서 GM 유채와 교잡이 일어난 개체는 없는 것으로 결론지었으며, 분자생물학적 검정은 필요하지 않은 것으로 판단되어 생략하였다. 또한 조사 반경 1.3 km 이내에서 유전자 이동이 관찰되지 않았으므로 조사 지역의 범위를 더 확장하여 교잡가능성을 조사할 필요는 없는 것으로 결론지었다. 

Table 2. Screening for the transgene movement from transgenic oilseed rapes to non-transgenic Brassica napus and B. juncea.

고 찰

조사 지역 범위 설정

본 연구에서는, 격리포장을 중심으로 반경 1 km 내에서 조사한 결과, 유전자 변형 유채에서 교잡 가능한 식물체로의 도입유전자의 이동은 발견되지 않았다.

GM 유채로부터 도입유전자의 거리에 따른 이동 가능성에 관한 연구들은 다소 상반된 결과들을 보여주고 있다. 영국에서 Scheffler 등(1993)이 격리포장에서 수행한 실험에 의하면 GM 유채로부터 47 m 떨어진 거리에서 교잡율이 0.00033%에 불과하였으나, 중국에서 연구된 격리포장실험에서는 225 m²의 면적에 GM 유채를 정식하고 유전자이동성을 조사하였을 때 최대 2 km에서도 0.0061%의 빈도로 교잡이 가능함이 관찰되었다(Cai et al., 2008). 호주에서는 대규모 면적(25 - 100ha)의 유채 재배지에서 도입유전자 이동가능 거리를 조사하였을 때 그 거리가 3 km에 이를 수 있음이 보고된 바 있다(Rieger et al., 2002). 유채의 유전자이동성에 대한 대부분의 연구에서 GM 유채로부터 10 m 이내 거리에서 대부분의 교잡이 이루어지만 낮은 수준의 비율일지라도 먼 거리까지 교잡이 가능함을 보여주고 있다(Hüsken & Dietz-Pfeilstetter, 2007).

먼 거리까지 GM 유채의 유전자이동이 관찰된 중국의 실험결과와 달리 본 연구에서는 검출되지 않은 이유는 실험장소의 지형적인 영향이 큰 것으로 사료된다. Cai 등(2008)은 2 km까지 유전자이동이 가능했던 이유를 개화시기 동안의 강한 풍속으로 설명하였다. 본 연구에서 유채와 근연종은 대부분 격리포장의 동쪽에서 발견되었는데, 포장이 산지에 둘러싸여 있으므로(Fig. 1), 포장으로부터 모니터링 지점까지 바람에 의한 화분 이동은 상당히 차단되었을 것으로 판단된다. 또한 호주의 연구결과와는 달리 본 연구에서는 좁은 면적에 적은 수의 유채를 가지고 포장실험을 하였으므로 먼 거리까지 유전자이동이 일어날 수 있는 확률 역시 매우 낮았을 것이다.

본 연구의 경우, 연구의 목적이 격리포장 내에서 유전자변형 유채의 도입유전자의 이동 가능성을 조사하는 것이 아니라, 유전자변형 유채의 환경방출실험시 격리포장 외부로 비의도적으로 도입유전자가 유출되는지를 모니터링하는 것이다. 본 연구에서는 모니터링의 범위를 결정하기 위하여종자관리요강(농림수산식품부고시 제2008-100호)의 작물별 포장격리거리를 적용하였다. 고시에서 제시된 작물별 포장격리거리는 국내에서 재배되는 품종의 순도 유지를 위한 오랜 경험과 연구의 결과로 결정된 것이므로 현실적인 가이드라인이 될 수 있다고 사료되었다. 유채의 경우 원원종은 망실재배를 원칙으로 하며, 원종, 보급종은 이품종으로부터 1 km 이상 격리되어야 하므로, 본 연구의 모니터링 범위를 1 km로 정하였다. 

모니터링 대상 식물과 조사 시기의 선정

도입유전자는 식물의 꽃가루, 종자 또는 영양체의 이동을 통해서만 격리포장 외부로 빠져나갈 수 있으므로 도입유전자의 격리포장 외부로의 유출여부를 조사하고자 할 때 격리포장 주변의 조사 지역 내에 관찰되는 모든 식물의 분포를 조사할 필요 없이 교잡 가능한 식물의 분포만을 조사하면 된다. 동종작물은 교잡이 가능하므로 조사 범위 내에서 생육하고 있다면 모니터링의 대상이 된다.

유채의 경우 Scheffler와 Dale (1994)은 Brassica rapa, B. juncea, B. adpressa, Raphanus raphanistrum이 유채와 방임수분이 가능하다고 판단하고 있으며, Ford 등(2006)은 교잡율은 매우 낮지만 유채와 야생 Brassica oleracea와의 방임수분도 가능함을 밝힌 바 있다. FitzJohn 등 (2007)에 의하면 전세계적으로 총 23종이 유채와 교잡이 가능함이 보고되어 있는데, 유채를 웅성배우체로 하여 교잡을 하였을 때에는 동속으로 B. carinata, B. juncea, B. maurorum, B. nigra, B. oleracea, B. rapa 등 6개 종이, 이속으로는 Diplotaxis erucoides, D. muralis, Hirschfeldia incana, Raphanus sativus, Sinapis arvensis 등 5종이 있다. 본 연구에서는 국내에 생육하고 있는 야생근연종인 갓(B. juncea)과 B. rapa와 B. olearacea, R. sativus 등 교잡 가능한 이종 작물 3종, 그리고 동종인 유채를 포함하여 모두 5종의 식물을 조사 대상으로 일차적으로 선정하였다.

교잡이 가능한 야생근연종 또는 재배종이 있다고 하더라도 개화기가 일치하지 않는다면 자연환경에서 실제 교잡은 이루어지지 않을 것이므로, 환경방출실험을 하고 있는 작물의 개화기에 맞추어 모니터링을 실시하여야 하며, 개화기가 부분적으로라도 일치하는 식물을 대상으로 조사를 하여야 한다. 또한 실제 교잡이 이루어졌는지 확인을 하려면 포장 외부의 식물체로부터 성숙한 종자를 수확하여 분석을 해야 하므로, 적어도 개화기와 등숙기에 각각 모니터링을 실시하여야 한다. 본 연구에서는 조사 대상으로 선정한 5종의 식물 중 동종인 유채, 근연종인 갓의 개화기가 유전자변형 유채와 겹치기 때문에 최종적으로 유채와 갓을 모니터링의 대상으로 하였다.

모니터링 기간 설정

GM 작물의 환경방출실험 안전관리를 위한 모니터링의 전체적인 기간을 어떻게 결정할 것인가는 작물의 특성, 특히 종자의 휴면 특성에 달려 있다. 유채는 특성상 콩이나 옥수수와 같은 작물들과 달리 종자가 휴면상태로 생존할 수 있는 기간이 길어 토양에서 종자은행(seed bank)으로 오랜 기간 축적될 수 있다(Chadoeuf et al., 1998, Pivard et al., 2008). 스웨덴에서는 GM 유채의 포장실험이 종료되고 10년이 지난 뒤에도 포장 내에 GM 유채가 출현하고(D'Hertefeldt et al., 2008), 경작지를 벗어난 자연환경에서도 생존과 정착이 가능함이(Pessel et al., 2001) 보고되고 있다. 본 연구는 현실적인 이유로 단기간 동안 모니터링이 수행되었으나, GM 유채의 환경방출실험 과정에서 포장 내에 떨어진 GM 유채 종자가 휴면에서 벗어나 생육하게 된다면 환경방출실험 종료 후에도 주변식물과 교잡이 가능하므로, 휴면 기간이 짧은 작물의 환경방출실험에 비해 더 긴 시간을 두고 격리포장 내외부를 지속적으로 모니터링할 필요가 있을 것으로 사료된다. 

사 사

본 연구는 농림수산식품부 생명산업기술개발사업의 연구비지원에 의하여 이루어졌으며 이에 감사드립니다.