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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agriculture Vol.28 No.2 pp.243-251
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2016.28.2.243

Comparison of the Efficiency of Different DNA Extraction Methods on Livestock Feeds and Those Raw Materials

Kong-Sik Shin†, Hee-Jong Woo, Myung-Ho Lim, Jin-Hyoung Lee, Yang Qin, Soon-Ki Park*, Taek-Ryoun Kwon, Hyun-Suk Cho
Biosafety Division, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Jeonju 54875, Korea
*School of Applied Biosciences, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea
Corresponding author +82-63-238-4707 (kongsiks@korea.kr)
June 1, 2015 May 24, 2016 May 25, 2016

Abstract

Recently, in Korea various kinds of genetically modified (GM) crops have been imported and used as a raw material to manufacture foods and livestock feeds, but the different social concerns about the benefits and the potential risks of GM crops are being shown with a different reaction from the public. Thus a persistent management is required for the safe utilization of genetically modified organism (GMO). PCR analysis of transgene into crop is generally performed for the efficient post management of GMOs. The most important prerequisite for the application of nucleic acid detections is to decide the effective DNA-extraction methods. Particularly, in the case of processed feeds, the nucleic acids of which may be damaged by heating, high pressure, pH treatments, fermentation, etc. in processing, DNA must be extracted with high sensitivity from the samples to perform the PCR successfully. In this study, seven of DNA-extraction methods used commercially and non-commercially were compared with respect to the yields and quality of DNA extracted from livestock feeds and those crop materials. Amounts of genomic DNA obtained from the extraction methods varies according to feed configurations and crop materials. The DNA yield and uniformity of samples extracted with PG, CTAB, and QF method is greater than that obtained from other extraction methods. In the DNA integrity of the selected extraction methods, PCR analysis showed distinct amplifications and similar patterns in detecting crop endogenous genes and GMO genes. These results would be applicable for the selection of an adequate DNA-extraction method in extracting processed feeds and/or crop materials.


가축사료 및 그 원료에 대한 DNA 추출방법의 효율 비교

신 공식†, 우 희종, 임 명호, 이 진형, 친 양, 박 순기*, 권 택윤, 조 현석
국립농업과학원 생물안전성과
*경북대학교 응용생명과학부

초록


    Rural Development Administration
    National Academy of Agricultural Sciences
    PJ00965202

    유전자재조합 기술은 목표하는 유용유전자를 다른 생물체 에 삽입하여 새로운 형질을 부여하는 기술로, 농산물에 있어서 는 제초제저항성, 해충저항성, 병저항성, 가뭄저항성 등 유전자 변형(Genetically Modified, GM) 작물이 이미 상업적으로 유통 되고 있고, 건강 기능성 또는 약용성분을 생산하는 작물의 개 발도 활발히 연구되고 있다.

    국제생명공학응용정보서비스(International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications, ISAAA)에 따르면, 2014년 전 세계의 GM 농산물은 1억 8,150만 ha가 재배되어, 최초 재배 시기인 1996년의 170만 ha보다 100배 이상 증가세 를 나타냈다고 보고하였다(James, 2014). 현재 우리나라는 식 품 및 사료 제조를 위해서 대부분이 수입 농산물에 의존하고 있는 실정으로, 이중 GM작물의 비율이 높아지고 수입량도 매 년 급증하는 추세이다. 국내 유통 중에 있는 GM작물은 주로 콩, 옥수수, 유채, 면화 등으로 2013년 12월 기준, 수입 승인 된 품목은 식품용은 콩 16건, 옥수수 54건, 면화 19건 및 캐 놀라 8건으로 총 104건이었고, 사료용은 콩 14건, 옥수수 49건, 면화 19건, 캐놀라 8건 및 알팔파 1건으로 총 91건이 승인되 었다. 또한, 옥수수가 918천톤, 대두 729천톤 및 캐놀라 33천 톤이 식용으로 수입되었고, 사료용은 면실 147천톤, 옥수수 7,049천톤 및 대두 0.001천톤 정도가 수입되었다(KBCH Database, http://www.biosafety.or.kr).

    오랫동안 많은 국가들에서 GM작물이 재배·생산되어 식품과 가축사료로 이용되어 왔고, 그 사용량 또한 급증하고 있음에 도 불구하고 GM작물의 안전성과 표시문제가 계속해서 세계 적으로 주요 정책의 이슈가 되고 있다. 우리나라는 2001년 3 월 1일부터 일부 GM 농산물(콩, 옥수수, 콩나물, 감자)에 대 한 표시제가 의무화 되어 비의도적인 혼입치를 3%로 설정하 였으며, 7월부터는 GM콩 및 옥수수를 원료로 사용한 가공식 품에 대해서도 유전자변형체(Genetically Modified Organism, GMO) 혼입여부를 표시하도록 하여 관리하고 있다(Kim 등, 2003; Lee 등, 2005; Yun 등, 2004).

    현재 GMO의 혼입여부를 확인하기 위해서는 도입유전자 유 래의 단백질을 검출하는 ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 방법과 도입된 유전자를 근거로 DNA 염기서 열을 탐지하는 PCR (Polymerase Chain Reaction) 방법이 대 표적이고, PCR 분석법이 민감도와 정확성 에서 보다 우수하 여 보편적으로 많이 이용되고 있다(Bertheau 등, 2002; Querci 등, 2007; Vijayakumar 등, 2009). PCR 분석에 있어 서는 우선적으로 DNA의 분리 및 정제가 잘 이루어졌을 때 시료내의 목표 DNA를 보다 정밀하고 재현성 있게 검출할 수 있기 때문에 DNA 추출은 분석에 핵심 요소라 할 수 있다 (Dover와 Lee, 2007; Kim 등, 2003; Pinto 등, 2007; Yoo 등, 2009). 한편, 가공식품의 경우 고온, 고압, 살균, 산처리, 발효 등 가공처리에 의해서 원료중의 DNA 및 단백질이 크게 손상되는 것으로 알려져 있으며(Moreano 등, 2005; Vijayakumar 등, 2009), 마찬가지로 가축사료도 이와 비슷한 처리공정을 거 치기 때문에 상당량의 원료 DNA에 손상이 있을 것으로 보여 진다. 가축사료는 또한 대부분 산업부산물인 맥주박, 유채박, 대두박 등이 이용되고 있고, 가축 생산성을 높이기 위해서 단 백질과 지방이 다량 함유된 면실, 캐놀라, 옥수수 등과 같은 곡물을 주로 혼합하여 제조하고 있어(Park 등, 2006), 균일한 DNA 추출이 매우 어렵고 효율성도 크게 떨어질 것으로 판단 된다.

    국내외적으로 가공식품에 대하여 PCR 검출을 위해 DNA 추출법을 검토한 여러 연구들은 있으나(Kim 등, 2003; Lee 등, 2005; Moreano 등, 2005; Peano 등, 2004; Yun 등, 2004), 각종 GMO 곡물을 함유하는 가축사료에 대해서는 DNA 추출 과 관련한 보고가 전무한 실정이다. 따라서 가축사료에 포함 된 GM작물의 체계적인 안전관리와 모니터링을 위해서는 최 적의 DNA 추출방법을 선발하여 적용하는 것이 다양한 원료 가 혼합된 배합사료의 GMO 분석을 보다 효과적으로 수행할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구에서는 유통중인 가축사료 및 그의 원료들에 대하여 식품의약품안전처에 고시된 CTAB 추출법과 현재 국내에서 상업적으로 유통 중에 있는 대표적인 식물 DNA 추출방법 6종에 대하여 각 방법 별로 시료에 대한 추출 수율과 추출 균일성을 분석하고 혼합가축사료에 적합한 최적의 추출방법을 도출하고자 하였으며, 또한 선발된 추출방 법에 대하여 사료 내 포함된 GMO 검출을 위한 추출 DNA 의 안정성을 확인하고자 하였다.

    재료 및 방법

    시험재료

    본 연구에서는 가축사료와 사료의 주원료 곡물을 시료로 사 용하였다. 사료는 닭, 돼지 및 소의 유통되고 있는 사료(어린 병아리용(DYC), 중병아리용(DMC), 육계용(DMH), 산란계용 (DBH), 성돈용(DMP), 비육우용(DBC), 큰송아지용(SBC) 및 중송아지용(SMC))를 시중에서 구입하여 사용하였다. 구입한 사료의 형태는 가루(powder), 펠렛(pellet) 및 후레이크(flake) 형으로, 닭사료의 경우는 대부분 가루였고, 소사료는 덩어리 형태인 후레이크 및 펠렛으로 가공되어 있었다(Fig. 1). 가축 사료의 주요 원료로 사용되는 옥수수, 밀, 콩, 캐놀라, 면실 및 쌀은 non-GMO 시료를 대조구로 실험에 사용하였다. 모든 사 료 및 곡물의 시료들은 동일한 미세입자 크기로 균질화 하기 위해서 초고속 미세분쇄기(Puverisette 6, Germany)를 이용하 여 20 μm 이하의 입자크기가 되도록 분쇄하여 실험에 사용하 였다.

    DNA의 추출

    혼합가축사료 및 각종 곡물 원료의 DNA 추출은 식품의약 품안전처 고시(2008-95호)에 제정된 유전자재조합식품의 DNA 추출방법인 cetyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB, CT) 법(Murray와 Thopson, 1980)과 국내 유통 중에 있는 상용화 추출 킷트인 Q사의 DNeasy plant mini kit (QP)와 DNeasy mericon food kit (QF), P사의 Wizard Genomic DNA purification kit (PG)와 Wizard magnetic DNA purification system for food (PF), K사의 Powerprep DNA Extraction GMO Extraction II (KG) 및 I사의 Genomic DNA prep kit (IG) 방법을 이용하였다. 사용된 각 추출방법으로, CT법 및 PG법은 시약으로 세포를 분해한 후 DNA를 분리·침전시켜 추 출하는 방식이고, PF법은 세포를 분해한 후 DNA를 magnetic 입자에 흡착시켜 분리하는 방식, QP, QF, KG 및 IG법은 DNA를 이온교환수지 지지체에 결합·분리시켜 추출하는 방식 을 취하고 있다. 각 시판 DNA 추출 킷트의 이용은 제조사의 추출 사용지침에 따라 수행하였다. 각각의 시료는 균일하게 분 쇄된 0.1 g을 모든 추출방법에 대하여 동일하게 적용하였고, 각 시료는 3회 반복하여 DNA를 추출하였다.

    DNA의 농도 및 순도 확인

    추출한 DNA 확인은 1% agarose gel (Lonza, USA)에 DNA 5 μl와 10×loading dye (TaKara, Japan) 2 μl을 혼합한 용액을 투여하였고, marker로는 1 kb DNA ladder (SolGent, Korea)를 사용하여 100 volt로 20-30분간 전기영동 한 후 Image Analyzer (Gel Doc XR, Bio-Rad, USA)로 확인하였 다. 추출 DNA의 정확한 농도 및 순도는 NanoDrop Spectrophotometer ND-1000 (NanoDrop Technologies, Inc. USA) 를 사용하여 각 시료에 대하여 측정하였다. PCR 분석을 위해 서 DNA는 20 ng/μl가 되도록 멸균증류수로 희석하고, −20°C 에 냉동 보관하여 실험에 사용하였다.

    Primer 제작

    사료 내 함유된 GMO 도입유전자를 확인하기 위하여 promoter 35S, terminator NOS, bar 및 EPSPS 유전자의 염 기서열을 바탕으로primer를 제작하였고, 원료 곡물 확인을 위 해서는 각 작물 내재유전자로 옥수수의 zSSIIb 유전자 (GenBank NO. AF019297), 벼의 SPS 유전자(GenBank NO. U33175), 케놀라의 ACCg8 유전자(GenBank NO. X77576), 면화의 sad1 유전자(GenBank NO. AJ132636), 콩의 Le1 유 전자 GenBank NO. K00821) 및 밀의 RALyase 유전자 (GenBank NO. AB032124)의 염기서열에 대하여 PCR 검출 primer를 제작하였다. 본 연구의 모든 primer쌍은 각 목적유전 자를 함유하는 GM작물 및 non-GM작물에 대하여 검출 특이 성을 확인하고, 비특이적인 검출 특성을 갖지 않은 primer를 예비실험을 통해 선발하여 사용하였다.

    PCR 분석

    각 추출 DNA에 대한 PCR 분석은 AccuPower® Multiplex PCR PreMix (containing Hotstart Top DNA polymerase, Reaction buffer and dNTPs; Bioneer, Korea)를 사용하였으며, 시료 당 반응액을 총 20 μL로 하고, 각 10 μM의 forward 및 reverse primer와 20 ng/μl의 template DNA를 첨가하여 수행 하였다. PCR 조건은 T-Professional Thermocycler (Biometra, Germany) PCR 기기를 사용하여 초기 95°C에서 10분간 최초 변성을 시킨 후, 95°C에서 30초, 60°C에서 30초, 72°C에서 1 분을 1회로 총 35회를 반복하였고, 마지막으로 72°C에서 5분 간을 신장하였다. PCR 후 증폭결과는 2% agarose gel에서 marker로는 1 kb DNA ladder (SolGent, Korea)를 사용하여 전기영동 한 후 Image Analyzer (Gel Doc XR, Bio-Rad, USA)로 확인하였다.

    결과 및 고찰

    시료특성 및 primer 선발

    본 실험을 위해서 시중에 판매되고 있는 배합가축사료로 닭 사료 4종(어린병아리용, 중병아리용, 육계용 및 산란계용), 돼 지사료 1종(성돈용) 및 소사료 3종(비육우용, 큰송아지용 및 중송아지용)을 구입하여 DNA 추출 실험에 사용하였다. 각 사 료는 여러 곡물원료를 단순 분쇄하여 가루로 하여 혼합되었거 나, 분쇄 후 가열 및 압출하여 펠렛으로 가공한 것, 펠렛과 원곡 또는 곡물의 거친 파쇄분을 혼합한 후레이크 등의 형태 로 제조되어 있었다(Fig. 1). 사료는 각 가축의 기호에 따라 가루 또는 덩어리 형태로 가공되고 있으며, 가공과정에서 가 축의 소화, 영양적 가치 증가 및 사료의 성상을 위해서 가열, 가압, 발효 등 처리를 수행한다. 이러한 물리·화학적인 처리는 사료내 함유된 DNA의 손상 및 분해를 초래할 수 있는데, 가 공식품의 경우에는 제조과정 중의 고온, 압출, 산처리, 발효 등 의 처리가 식품 중 DNA를 손상시켜 DNA를 효과적으로 분 리·정제할 수 없게 하여, 결국 정밀한 PCR 분석에 대한 방해 요인으로 작용하는 것으로 알려져 있다(Kim 등, 2003; Pinto 등, 2007; Vijayakumar 등, 2009).

    다른 한편으로, DNA 추출방법에 따른 사료 내 유전자의 검출 비교 및 추출 DNA의 안정성을 확인하기 위해서 PCR 분석을 수행하고자 하였다. 이를 위해서 사료의 주원료인 옥 수수, 콩, 면화, 유채, 밀 및 쌀에 대한 각각의 내재유전자 검 출용 primer를 제작하였고, 사료 내 함유된 GMO의 확인으로 35S, NOS, bar 및 EPSPS에 대한 검출 특이 primer를 제작 하였다. 각 primer쌍은 작물 6종의 내재유전자 및 4종의 도입 유전자에 대하여 150 bp 내외의 PCR 증폭산물이 생성될 수 있도록 제작하였으며, 예비실험을 통해서 각 목적유전자에 대 한 primer 검출 특이성을 확인하고 비특이적인 검출 특성을 나타내지 않는 최적 primer쌍을 선발하였다(Table 1).

    Genomic DNA 추출방법 비교

    본 실험에서는 현재 식품 또는 작물의 DNA를 추출하기 위 해 이용되고 있는 추출방법 중 식품의약품안전처 고시(2008- 95호)로 제정되어 있는 CTAB법(CT)을 비롯하여 국내 식물 DNA 추출에 주로 이용되고 있는 QP법, QF법, PG법, PF법, KG법 및 IG법의 총 7가지 방법을 선정하고, 혼합가축사료 및 원곡물에 대하여 추출법 별로 DNA를 추출하여 그 결과를 통 해서 다양한 성분이 함유된 사료에 적합한 효율적인 최적의 DNA 추출법을 선발하고자 하였다.

    먼저, 각각의 추출방법으로 추출한 DNA 시료를 1% agarose gel에서 100 volt로 20-30분간 전기영동 한 결과, 모 든 추출법에서 가축사료의 추출 DNA는 본래의 genomic DNA가 파괴, 분해되어 다양한 크기의 분자량을 가진 단편 DNA가 포함되어 있는 것으로 나타났다. 반면, 원곡물의 경우 에는 대부분 genomic DNA의 손상이 없는 수 kb 이상의 거 대분자로 존재하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 2). 전기영동 의 결과로부터 모든 추출법에서 가축사료의 추출 DNA가 분 해되어 존재하는 것은 사료의 제조 시 가열, 가압, 산처리, 발 효 등 각종 물리·화학적인 처리에 따른 손상으로 판단되었다. 콩과 옥수수의 경우 식품가공 처리과정에서 가열과 발효의 진 행이 핵산에 손실을 초래하여 시료 중의 DNA 검출을 어렵게 하는 것으로 알려져 있고(Kim 등, 2003; Moreanm 등, 2005), 옥수수 가공처리에 따른 DNA 분해와 관련된 실험에서 는 가공온도가 높고 가공 시간이 긴 볶음처리(baking) 시 DNA가 더 많이 분해되는 것으로 보고되었다(Lee 등, 2003). 한편, 가축사료는 대부분 옥수수, 콩, 유채, 밀, 면화 등이 주 원료로 사용되고 있고, 이러한 곡물은 다량의 전분, 당, 지방 등을 다량 함유하고 있어서 식물 DNA 추출의 주요 방해물질 로 작용할 뿐만 아니라 가공과정 중 핵산분해를 촉진시켜 시 료 중의 DNA 추출량에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.

    NanoDrop Spectrophotometer를 이용한 추출 DNA의 함량 분석에서는 각 시료를 동일한 양으로 추출하였음에도 추출법 및 가축사료에 따라 DNA의 추출함량이 상이하게 나타나, 전 기영동에서 각 추출법 간 비슷한 DNA 밴드 양상과는 다른 결과를 보여 전기영동으로 확인되지 않은 함량의 차이를 파악 할 수 있었다(Table 2). 가축사료 중에서는 산란계(DBH) 및 비육우(DBC) 시료가 대부분의 DNA 추출방법에서 낮은 추출 함량을 나타냈으며, 원료 곡물에서는 옥수수, 쌀 및 캐놀라가 비교적 낮게 추출되었다. 이들 곡물의 결과에서 나타난 바와 같이 전분질, 지방 등과 같은 성분이 다량 함유된 시료는 대 부분의 추출법에서 DNA를 원활하게 추출하지 못하고 있음을 보여주고 있다. 또한, DBH 및 DBC 사료의 결과는 일반적으 로 산란계와 비육우의 경우에 알의 생산 및 고기의 육질과 같 은 가축 생산성을 높이기 위해 고열량 사료를 급여하게 되는 데, 이는 옥수수와 같은 전분질이 다량 함유된 곡물과 유채, 면화 등의 고지방 원료를 배합하여 사료를 조제하기 때문에 DNA 추출의 저해물질에 의한 영향이 컸을 것으로 본다. 일반 적으로 식품에 포함되어 있는 당, 페놀, 지방산 또는 유지 등 이 DNA 추출 및 정제에 영향을 미치고 PCR 분석 시 방해 물질인 것으로 보고되고 있다(Doveri와 Lee, 2007; Pinto 등, 2007).

    이상에서 당, 전분질 및 지용성 성분을 다량 포함하는 경우 DNA 추출에 저해를 받는 것을 알 수 있었으며, 각 시료에 따라 추출에 영향을 크게 받지 않고 균일한 함량과 높은 DNA 추출 효율로 PG법이 우수하였고, 이어서 CT법, QF법 및 IG법이 양호한 추출효율을 보였다(Table 2). 식물 DNA 추출에 주로 사용되고 있는 시판 추출방법으로, 이온교환수지 지지체가 장착된 컬럼을 이용하여 추출하는 방법이 대부분을 차지하고 있고, 그 외 CTAB법과 같이 세포분해 후 분리된 DNA를 완충용액으로 용해·침전시켜 추출하는 방법이 주로 이 용되고 있다. 컬럼에 의한 방법은 DNA 만을 특이적으로 지 지체에 결합하여 분리하기 때문에 순수한 DNA 분리에 유리 할 것이고, 용해·침전에 의한 추출방법은 전자의 방법보다 DNA를 많이 추출할 순 있으나 침전의 추출 특성 상 세포 분 해액 중에 용해되어 있는 불순물이 최종 산물에 포함될 가능 성이 높을 것이다. 본 실험에서도 추출 형태에 따른 특성을 일부 확인할 수 있었으나, 전체적으로 곡물 및 가공처리 된 시료의 특성에 의해 각 추출법의 DNA 추출 효율성이 차이를 보이는 것으로 나타났다. 따라서, 시료의 성분 또는 특성을 고 려하여 DNA 추출법을 선택하는 것이 매우 중요할 것으로 판 단된다. Kiddle 등(2012)의 보고에 따르면, PG 추출법은 등온 증폭(LAMP)법을 이용한 GM 옥수수의 도입유전자 분석 실험 에서 CTAB법을 포함한 몇 가지 시판 식물 genomic DNA 추출법들 중에서 각 DNA 추출 민감도에서 가장 좋은 검출 감도를 나타내었고, 증폭 효율성도 높아 분석에 대한 재현성 이 우수한 것으로 나타났다. 본 실험도 곡물이 다량 함유된 사료에 대하여 PG법이 추출 효율성과 균일성에서 비교 방법 들 중에서 보다 우수한 결과를 나타냈다. PG법은 CT법과 달 리 불순물 제거과정을 별도로 수행하지 않고 추출과정에 포함 되어 있어 DNA 손실이 적었을 것이고, 또한 컬럼 방법처럼 지지체에 결합되는 DNA 양의 제한과 같은 영향이 적기 때문 에 보다 많은 DNA를 추출할 수 있어서 시료 성분과 특성에 따른 영향이 상대적으로 낮았을 것으로 판단된다.

    다양한 성분을 갖는 원료가 혼합되어 있고 또는 여러 가공 처리에 의해 핵산의 분해 및 손실이 있을 수 있는 가축사료의 경우에서 볼 수 있듯이 DNA 추출은 시료의 성분 또는 특성 에 따라 추출효율이 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라 서, 어떤 추출방법을 선택하는가에 따라서 시료의 종류 및 상 태 또는 포함 성분에 영향을 비교적 적게 받아 최적의 DNA 를 추출할 수 있는 결과를 얻을 것이다. 본 실험에서는 가축 사료 및 그 원료곡물에 대하여 추출 효율성이 우수하게 나타 난 PG, CT 및 QF 방법을 선발하였고, 이후 DNA의 안정성 확인을 위한 PCR 분석을 수행하였다.

    선발 DNA 추출방법에 대한 PCR 분석

    각 가축사료 및 원료곡물에 대하여 성분 및 가공처리에 영 향을 받지 않고 DNA 추출함량과 추출효율이 우수하게 나타 난 PG법, CT법 및 QF 법의 DNA 추출법을 선발하였고, 이 들 방법에 대한 추출 DNA의 안정성과 검출효율을 확인하고 자 하였다. 실험은 각 시료의 추출된 DNA를 일정농도(20 ng/ μl)로 희석한 후 각종 곡물에 대한 내재유전자(zSSIIb, SPS, ACCg8, sad1, Le1RALyase) 및 GMO 유전자(35S, NOS, bar 및 EPSPS)의 검출 primer를 이용하여 PCR을 수 행하였다. 그 결과 Fig. 3과 같이 각 곡물의 내재유전자에 대 해 선발된 3가지 추출방법(CT, PG 및 QF)들 사이에 PCR 증폭산물의 감도 차는 크게 없는 것으로 확인되었다. 다만, PG를 제외한 두 추출법에서 콩 내재유전자에 대한 PCR 검출 이 다른 곡물의 내재유전자들보다 다소 낮게 검출되었다. 이 는 가축사료에 포함되어 있는 콩 원료가 대부분 유지성분을 추출하고 남은 부산물인 대두박을 사용하고 있으며, 유지 추 출과정 중 고열, 압착 처리로 DNA 손실이 있었기 때문으로 사료된다. 일반적으로 PCR 분석은 DNA의 특정 염기서열에 대하여 상보적인 염기를 갖는 primer를 결합시켜 증폭하는 반 응이기 때문에 시료가 물리·화학적인 처리에 의해서 DNA 염 기서열 내 임의의 위치가 손상되어서 작은 단편으로 분해되거 나 DNA 추출물에 오염이 발생하였을 경우 PCR 증폭과정이 저해되어 결과적으로 증폭산물의 양적 차이를 나타내거나 분 석의 재현성에 영향을 줄 수 있다(Doveri와 Lee 등, 2007; Moreano 등, 2005; Yoo 등, 2009). 특히, 고온과 산처리가 동시에 이루지는 경우에는 DNA의 안정성에 보다 큰 영향을 주게 되어서 PCR 분석 시 제약요인으로 작용한다(Vijayakumar 등, 2009). 한편, 각 곡물 내재유전자에 대한 선발 primer의 PCR 분석으로 사료 중 함유된 곡물원의 동정이 가 능하여 본 실험의 primer쌍을 사료의 GMO 안전관리 시 GM 농작물의 추적에 적용할 수 있을 것으로 파악되었다. GMO 도입유전자인 35S, NOS, bar 및 EPSPS의 염기서열 부위에 대한 탐지를 위해서 각각의 추출 DNA 시료를 분석한 결과, 전체적으로 선발된 추출법 사이에 비교적 동일한 PCR 검출양 상을 나타냈으며, PG 추출법이 35S와 NOS 유전자의 검출에 서 시료에 따른 균일성이 보다 양호한 것으로 나타났다. 다른 한편, Bar 유전자의 경우에는 추출법 사이에 비슷한 PCR 검 출양상을 나타냈으나 전체적으로 감도가 다소 낮은 경향을 보 였다(Fig. 4).

    이상과 같이 다양한 처리과정으로 가공된 혼합가축사료의 경우에 DNA의 분해 및 손실이 확인되었으며, 가축사료와 같 이 복합적인 곡물원료를 포함하는 경우 여러 성분들이 함유되 어 있기 때문에 각기 다른 시료들에 대하여 균일성 있는 DNA 추출은 상당히 어려운 것으로 나타났다. 따라서 사료에 대한 효율적인 DNA 추출을 위해서는 시료의 특성에 맞는 최 적의 추출방법을 선택하는 것이 매우 중요할 것으로 본다. 또 한 많은 추출 저해물질에 크게 영향을 받지 않고 안정적으로 DNA를 추출할 수 있는 방법의 선택이 PCR과 같은 DNA 분 석에 있어서 정확성과 재현성에 오차를 최소화할 수 있을 것 이다.

    적 요

    다양한 품목의 GM 농산물이 사료 및 식품의 원료로 사용 되고 있고 최근에는 수입량도 증가하고 있으나, GMO에 대한 이득적인 면과 불신적인 면으로 사회적인 반응이 분분하다. 따 라서 GM 농산물의 안전한 사용을 위해서는 지속적인 사후 안 전관리가 요구되고 있다. 현재 GMO의 사후 안전관리를 위해 서는 일반적으로 도입유전자에 대한 PCR 분석이 검출 및 이 력추적에 효과적으로 이용되고 있으며, PCR을 이용한 유전자 분석을 위해서는 선행되어야 할 중요 사항으로 시료 중 DNA 를 효율적으로 추출하는 것이라 하겠다. 특히, 가열, 가압, 발 효 등의 처리에 의해 DNA가 손상된 시료로부터 높은 수율로 DNA를 추출하는 것이 PCR 분석의 핵심이라 본다. 본 연구에 서는 가축사료 및 그의 원료곡물에 대하여 7가지의 비상업적 인 및 상업적인 추출방법을 이용하여 각 시료의 DNA 추출량 과 순도를 비교하였다. 그 결과 PG법, CTAB법 및 QF법이 그 외 추출방법들 보다 우수한 DNA 추출 효율성과 시료별 추출 균일성을 나타냈다. 따라서 이의 추출방법을 가축사료에 대한 효과적인 추출법으로 선발하고, 시료의 DNA 안정성을 동정하고자 하였다. 이들 추출물에 대한 PCR 분석을 수행한 결과 각 작물의 내재유전자 및 GMO 도입유전자에 대하여 뚜 렷한 검출을 확인할 수 있었으며, 선발 추출법 사이의 증폭산 물의 감도에는 두드러진 차이는 나타내지 않았다. 이상과 같 이 본 연구에서 선발된 DNA 추출법은 가축사료와 같이 다양 한 곡물원료 및 성분이 함유된 시료에 대해서 높은 DNA 추 출함량과 시료간 균일한 추출에 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 본다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 연구비(과제번호: PJ00965202)에 의해 지원되었습니다.

    Figure

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    Livestock feed configurations and sample pulverization. Powder: DYC (a), DMC (b), DBH (c) and DMP (g); pellet: SBC (d), DMH (e) and SMC (h); flake: DBC (f); i, pulverizer (Puverisette 6, Germany); j, sample before grinding; k, sample after being grinded. Feed names were described in the materials and methods.

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    Agarose gel electrophoresis of genomic DNAs extracted from livestock feeds and crops with CT, QP, QF, PG, PF, KG and IG. Lane M, 1Kb DNA ladder; lane 1-14, DYC, DMC, DMH, DBH, DMP, DBC, SBC, SMC, maize, rice, canola, cotton, soybean and wheat, respectively. Genomic DNAs were loaded on 1% agarose gel. DNA extraction methods and feed names were described in the materials and methods.

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    Agarose gel electrophoresis of PCR products amplified from genomic DNAs of livestock feeds and crops by using primers for the crop detection. DNA extracted from CT, PG and QF was used for PCR analysis. Lane M, 1Kb DNA ladder; lane 1-14, DYC, DMC, DMH, DBH, DMP, DBC, SBC, SMC, maize, rice, canola, cotton, soybean and wheat, respectively. PCR products were loaded on 2% agarose gel. Feed names were described in the materials and methods.

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    Agarose gel electrophoresis of PCR products amplified from genomic DNAs of livestock feeds and crops by using primers for the GMO detection. DNA extracted from CT, PG and QF was used for PCR analysis. Lane M, 1Kb DNA ladder; lane 1-14, DYC, DMC, DMH, DBH, DMP, DBC, SBC, SMC, maize, rice, canola, cotton, soybean and wheat, respectively. PCR products were loaded on 2% agarose gel. Feed names were described in the materials and methods.

    Table

    List of primer sets used for PCR in this study

    *All of primers used in this study were confirmed and selected through the previous experiment.

    DNA quantity extracted from livestock feeds and those raw materials with different extraction methods

    CT, QP, QF, PG, PF, KG and IG DNA extraction methods were described in the materials and methods. Sample 1-14: DYC, DMC, DMH, DBH, DMP, DBC, SBC, SMC, maize, rice, canola, cotton, soybean and wheat, respectively. SD: standard deviation.

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