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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)

Journal of the Korean Society of International Agriculture Vol.32 No.4 pp.339-347
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2020.32.4.339

Comparison of the Nutritional Compositions of hybrid Soybean between β–carotene Enhanced Transgenic Soybean and wild Soybean

Sung-Dug Oh^*,**

, Ye-Jin Jang^*, Gyeong Min Lee^*, Kijong Lee^*, Sang Jae Suh^**, Tae-Hoon Ryu^*, Soo-Yun Park^*†

^*Department of Agricultural Biotechnology, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration, Jeonju 54874, Korea
^**School of Applied Biosciences, Kyungpook National University, Daegu, 41566, Korea

‡

These authors equally contributed to this study as first author

^†Corresponding author (Phone) +82-63-238-4710 (E-mail) psy22@korea.kr

Received August 31, 2020 Review November 2, 2020 Accepted November 4, 2020

Abstract

This study was conducted to evaluate the nutritional safety and monitor hybrid soybean that can occur due to hybridization between wild soybean and genetically modified (GM) soybean when GM soybean is unintentionally released to environment. For this, β-carotene-enhanced GM soybean, wild soybean, artificially produced hybrid soybean between the two varieties, and ‘Gwangan’, the parent cultivar of GM, are cultivated in two areas in Korea and 38 nutrients were analyzed from the seeds of four varieties. The nutrients that showed significant differences in hybrid soybeans compared to GM and wild soybeans which were not affected by the cultivation environment were crude protein, crude fiber, alanine, glycine, leucine, serine, tryptophan, oleic acid, linolenic acid, and arachidonic acid. However, the levels of all nutrients obtained from samples analyzed were within the natural variation. As a result of PCA analysis, it was found that the variation of nutrient composition of the four varieties analyzed was more affected by genetic factors than by environmental factors such as growing conditions. Taken together, the nutritional safety of hybrid soybean is not different from cultivated soybean and wild soybean, and ten nutrients showing significant differences are possible as important components for identifying and monitoring hybridized soybeans. To our knowledge, this is the first study to assess the nutritional safety of hybrid soybean developed by hybridization between GM and wild soybeans, and the results of this study will be valuable as basic data for monitoring GM soybean when the soybean is unintentionally released to environment.

Key Words : Hybrid soybean , nutritional composition , safety , transgenic soybean , wild soybean

베타카로틴 강화 GM콩과 야생콩간 교잡콩의 주요 영양성분 비교분석

오성덕^*,**

, 장 예진^*, 이 경민^*, 이 기종^*, 서 상재^**, 류 태훈^*, 박 수윤^*†

^*농촌진흥청 국립농업과학원 농업생명자원부
^**경북대학교 농업생명과학대학 응용생명과학부

초록

키워드 :

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Cited-By

Funding:

Rural Development Administration(RDA)
PJ01368002
PJ01368003

서 언

콩(Glycine max MERR.)은 단백질, 지방 등과 함께 2차 대사산물을 제공하는 주요 작물 중 하나이다(Qin et al., 2016). 2019년 국내 콩 재배면적은 전년보다 15.6%가 증가하 여 5만 8,537ha 로 조사되었고, 이와 함께 전년 대비 17.8% 가 증가한 10만 5,340톤의 생산량을 보였다(KOSTAT, 2019). 한편, 노동력 및 생산비용 절감, 수확량 증대 등의 경제적인 이점으로 인해 콩을 포함한 유전자 변형 작물(GM crops, Genetically modified)의 생산 역시 지속적으로 증가하고 있다 (Kim et al., 2020). 2018년 기준 GM작물의 재배면적은 1996년 이후 113배가 증가하였고, 이 중 GM콩의 재배 면적 이 50%를 차지하고 있다(ISAAA, 2019). 2018년까지 국내 위해성심사가 승인된 식품용 GM콩은 총 29건이며 사료용과 농업가공용도 29건의 승인이 이루어졌고, 약 105만톤이 수입 승인 되었다(KBCH. 2019).

GM작물의 식품 안전성 평가 항목 중 영양 성분 함량 분석 은 1993년 경제협력개발기구(OECD, Organization for Economic Co-operation and Development) 에서 도입한 실질 적 동등성 개념에 기반하여 기존의 품종과 영양 성분 함량을 비교 평가하는 것으로, GM작물 안전성 평가의 주요 항목으로 여겨진다(Woo et al., 2014;Lee et al., 2015b). Harrigan et al. (2007) 과 Zhou et al. (2011) 등의 연구에서는 각각 glyphosate-tolerant GM콩의 성분 분석을 실시하여 재배종과의 성분 함량을 비교하여 GM콩의 안전성을 평가하였고, 결과적 으로 두 품종 간 성분 함량은 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 경제협력개발기구는 새로 개발된 식품 및 사료의 안전성에 관 한 간행물(Series on Safety of Novel Foods and Feeds)을 통 해 작물의 구성 성분 함량에 대한 가이드라인을 제시하고 있 다(OECD, 2015).

GM콩의 안전성 평가에 대한 연구는 GM콩으로부터 발생하 는 유전자 이동의 빈도와 원인을 밝히는데 집중되고 있다. 일 본에서 시행된 야생콩과 GM콩 사이의 교잡종 발생 빈도에 관 한 연구에서는 최대 6 m의 이격 거리에서 교잡종 개체가 발 생하였다(Mizuguti et al., 2010). 국내의 경우는, Lee et al. (2015a)의 연구 결과에 따르면 총채벌레에 의해 GM콩으로부 터 야생콩으로 도입유전자 이동이 발생하였고, 꿀벌을 매개충 으로 사용한 처리구에서는 3 m이격 거리에서 교잡종이 발견 되었다. Kim et al. (2019)의 보고에서는 GM콩에서 재배콩으 로의 유전자 이동 빈도에 관한 조사 결과 최대 0.049%의 교 잡종 발생률을 보였으며 8 m의 이격 거리에서도 교잡종이 발 생한 것으로 나타났다. Lee et al. (2018)는 화분 공급원의 개 체수가 증가함에 따라 콩의 교잡율도 함께 증가하며, 최대 0.32%의 교잡율이 관찰되었다고 보고하였다.

GM작물의 상업적인 이용이 증가함에 따라 GM작물과 야생 종 간의 교잡종 발생으로 인해 초래될 수 있는 부정적인 영향 에 대한 우려가 함께 높아지고 있다(Mizuguti et al., 2010). 최근, 국내외에서 유채, 밀 등에 대한GM 작물의 비의도적인 환경 방출 사례가 여러 차례 보고된 바 있다(Park et al., 2018). 동아시아 지역은 야생콩(Glycine soja)이 일반적인 잡초 중 하나로, 도로 주변이나 심지어 콩 재배지 근처에 존재할 수도 있다(Mizuguti et al., 2010). 하지만, 교잡종 발생 이후 에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있어(Guan et al., 2015), GM콩과 야생콩 사이에 발생하는 교잡종에 대한 안전 성 평가기술 개발의 필요성과 지속적인 모니터링이 요구되고 있다.

본 연구는 GM콩과 야생콩 사이에서 발생한 교잡종의 종자 를 대상으로 영양학적 측면에서 일반 재배콩과 비교해 안전한 지를 분석하고, 이와 함께 교잡콩을 모니터링하는데 활용할 수 있는 판별 성분을 발굴하기 위하여 수행하였다. 이를 위해, 베 타카로틴 함량이 증진되도록 제작된 GM콩과 야생콩, 이 두 품종을 이용해 인위적으로 생산한 교잡콩을 대상으로 주요 영 양 성분을 분석하고 품종간 그 함량을 비교 분석하였다. 국내 자연 변이와의 비교를 위해 베타카로틴 강화 GM콩의 모본이 자 재배종인 광안콩을 함께 분석하였으며, 국제 자연 변이 자 료는 2015년 경제협력개발기구에서 제시한 콩(Glycine max) 품종의 영양 성분 자료와 기 보고된 논문을 참고하였다.

재료 및 방법

1. 실험 재료

GM콩과 야생콩간 교잡종의 주요 영양성분을 분석하기 위 하여 베타카로틴 강화 GM콩(7-1-1-1-1-1, T6, Glycine max) 과 야생콩(PI483463, Glycine soja)을 인위적으로 교잡하여 생 산한 교잡콩(베타카로틴 강화 GM콩×야생콩 Hybrid F3)을 실 험재료로 사용하였다(Oh et al., 2020). 본 실험에 사용된 교 잡종(Hybrid F3)은 개화기 일치 등의 인위적인 교잡으로 베타 카로틴 강화 GM콩과 야생콩의 교잡 유도를 통해 교잡종 (Hybrid F1)을 만들었으며, 베타카로틴 강화 GM콩에 도입된 제초제 저항성 유전자인 bar의 특성을 이용하여 종자 파종 2 주 후 0.5% 글루포시네이트 암모늄(바스타)을 7일 간격으로 2 회 처리하여 제초제 저항성 개체를 선발하였다. 2차 제초제 처 리 후 생존한 개체에 대하여 베타카로틴 강화 GM콩의 도입 단백질인 PAT (Phosphinothricin Acetyltransferase)단백질의 검정이 가능한 LL Immunostrip kit (Romerlabs Inc., Union, USA)을 사용하여 검정을 수행하였고, Immunostrip 검정 결과, 양성인 개체에 대해서는 genomic DNA를 추출하여 PCR 검 정을 실시하였다. 분석에 사용된 genomic DNA의 추출은 DNeasy Plant Mini Kit (Qiagen, Valencia, USA)를 이용하 여 매뉴얼에 따라 추출하였고, 교잡종 검정을 위해 bar 유전 자 특이적 프라이머(F:5‘-TCTGCACCATCGTCAACCACTA CAT-3’, R:5‘-CTGAAGTCCAGCTGCCAGAAACCCA-3’) 및 베타카로틴 강화 GM콩의 도입유전자인 Psy/CrtI 유전자를 목 적으로 한 프라이머(F:5‘-ACGTTGCTGGTACGGTTGGG TTC-3’, R:5‘-GCCCGACCGCCGGGTTTATC-3’)를 사용하였 다. 또한 야생콩(G. soja)과 재배콩(G. max)의 품종 판별에 이 용하는 SSR (simple sequence repeat) 마커(F:5‘-CACTGC TTTTTCCCCTCTCT-3’, R:5’-AAGATACCCCCAACATTA TTTGTAA-3’)를 이용하여 교잡종의 특성 분석을 확인하였다. 교잡종(Hybrid F1)의 종자 수확 및 파종한 후 제초제 처리 및 분자생물학적 분석으로 통해 교잡종(Hybrid F2, Hybrid F3)을 선별 및 확인하였다. 이에 추가적으로 베타카로틴 강화 GM콩의 모본인 광안콩(G. max (L.) Merrill) 도 분석에 이용 하였다. 콩 4품종을 LMO(Living modified organisms) 격리 포장 2곳(농업과학원 RDA-가AB-2013-041, 전주시; 경북대학 교 RDA-가A-2015-049, 군위군)에 파종하였다. 파종 시 포장 의 구획을 3곳으로 나누어 구획별 100주를 파종하였고, 생육 후 각 구획 내 종자를 무작위로 수확하여 품종당 3반복으로 분석하였다.

2. 일반 성분 분석

시료에 함유된 수분 함량은 105°C의 상압가열건조법으로 분 석하였고, 회분은 600°C의 직접회화법을 이용하여 분석하였다 (AOAC, 2005a). 조지방은 Soxhlet 추출기(Soxtec System HT 1043 extraction unit, Foss Tecator, Eden Prairei, MN, USA)를 사용하여 Diethyl ether로 추출하였으며(AOAC. 2000a) 조단백질은 Semimicro-Kjeldahl 법으로 분석하였다 (AOAC, 2005b). 조섬유의 함량은 1.25% sulfuric acid와 1.25% sodium hydroxide용액을 이용하여 Henneberg-Stohmann 분석법으로 측정하였고(MFDS, 2019a), 총 식이섬유의 함량은 효소 중량법에 따라 분석하였다(MFDS, 2019b) 탄수화물의 함 량은 다음과 같은 계산식을 이용하여 정량하였다.

탄수화물(%) = 100 – (수분% + 조단백질% + 조지방% + 조회분%)

3. 아미노산 분석

콩 시료를 일정량 유성형볼밀(Pulverisette 6, Fritsch, Idar- Oberstein, Germany)로 분쇄한 후 6N hydrogen chloride (HCl) 용액을 처리하였고, 질소가스를 주입하여 110°C에서 24 시간 가수분해하였다. 이 후에 HCl을 증발시켜 제거한 뒤 증 류수로 반복 세척하여 감압 농축 하였다. 농축된 시료를 sodium citrate buffer (pH 2.2)로 용해하여 아미노산 자동분석 기(Amino acid analyser L-8500A, Hitachi, Tokyo, Japan)를 사용하여 분석하였다(AOAC, 2005c).

4. 무기질 분석

질산을 이용한 습식 분해 방법으로 시료를 분해하여 칼슘, 구 리, 철, 칼륨, 마그네슘, 나트륨, 인, 아연의 함량을 ICP-OEX (Integra XL Inductively coupled plasma optical emission spectrometer, GBC Co., Melbourne, Australia)로 분석하였다 (AOAC, 2000b).

5. 지방산 분석

분쇄된 시료에 내부 표준물질로 사용된 pentadecanoic acid 와 CHCl₃ :MeOH (2:1 v:v)를 첨가하여 초음파를 처리한 후 원심분리하여 하층액을 분리하였다. 분리된 하층액을 질소가 스로 농축한 후 toluene과 5N NaOH, MeOH를 처리하고 85°C에서 반응하였다. 이 후 14% boron trifluoride를 첨가하 여 다시 85°C에서 반응한 후 냉각하였고, 이를 증류수와 pentane을 이용하여 용해한 후 gas chromatography(GC; GC 2010, Shimadzu, Kyoto, Japan)로 지방산 함량을 측정하였다 (AOCS. 1997). 유도체화한 추출액 1 μL는 0.25-mm CP-SIL 8 CB low bleed 으로 된 30 m×0.25 mm I.D. fused-silica capillary column (Varian Inc., Palo Alto, CA)으로 분리하였 다. GC의 주입구 온도는 290°C, 질소를 운반체로 하여 유량 은 1.0 mL/min로 하였고, 분석 온도는 250°C에서 290°C 까 지 10°C/min 으로 높였고, 290°C에서20 분간 유지하였으며 검출기 온도는 300°C로 고정하였다.

6. 통계 분석

결과에 대한 통계 분석은 SAS 9.2 software (SAS Institute, Cary, NC, USA)를 사용하여 t-test로 p<0.05 수준에서 유의성 여부 검정을 통해 이루어졌다. 또한 확보한 데이터의 변이성 을 통계적으로 분석하기 위하여 대표적인 다변량분석 중 하나 인 주성분분석(Principal component analysis, PCA)을 수행하 고 그 결과를 score plot 및 loading plot으로 나타내었다 (SIMCA-P version 12.0; Umetrics, Umeå, Sweden).

결과 및 고찰

1. 일반 성분 함량 분석

콩 종자를 수확한 후 자연 건조하였을 때 수분함량은 전주 시료가 6.55~8.03%, 군위 시료가 6.25~10.24%를 보였으며, 모든 성분 분석 결과는 건조중으로 나타내었다. 일반 성분 6 종(조단백질, 조지방, 회분, 탄수화물, 총식이섬유, 조섬유) 중 전주에서 수확한 교잡콩의 경우 조단백질과 조섬유의 함량이 베타카로틴 강화 GM콩과 야생콩의 것과 차이를 보인 반면, 군위 시료는 조단백질 및 탄수화물, 총식이섬유, 조섬유 등 4 종에서 차이를 보였다(Table 1). 두 재배 지역 모두에서 함량 차이를 보인 성분은 조단백질과 조섬유인데 함량 변이가 동일 한 양상을 보였다. 즉, 조단백질은 교잡콩이 GM콩과 야생콩 보다 함량이 높았고 조섬유는 교잡콩의 함량이 GM콩보다는 높고 야생콩보다는 낮았다. 하지만 교잡콩에서 차이를 보인 일 반 성분 4종의 함량은 모두 문헌에 제시된 콩(Glycine max)의 성분 함량 범위에 포함이 되었다. Harrigan et al. (2007)은 콩(Glycine max)의 조섬유 함량을 4.12~13.87%로 보고하였으 며, Yun et al. (2005)은 국내 야생콩(G.soja Sieb. & Zucc.) 132점을 분석하고 조단백질의 함량을 37.4~50.2%로 보고하였 다. 즉, 교잡콩의 일반 성분 6종의 함량은 일반 재배종의 범위 를 벗어나지 않아 영양학적인 안전성 측면에서는 일반 재배종 과 차이가 없을 것으로 판단된다.

2. 아미노산 함량 분석

전주와 군위에서 재배하여 수확한 콩 종자 4종에서 18종의 아미노산을 분석한 결과, 재배 지역 및 품종에 따라 그 함량 의 변이가 다양하게 나타났다(Table 2). 베타카로틴 강화 GM 콩 및 야생콩과 비교해 교잡콩에서 함량 차이를 보인 아미노 산은 전주 시료에서 6종, 군위 시료에서 12종이었으며 두 지 역 모두에서 동일하게 차이를 보인 아미노산은 alanine, glycine, leucine, serine, tryptophan 등 5종이었다. 특히, 교잡 콩의serine과 tryptophan의 함량은 동일한 환경에서 재배한 광 안콩 및 GM콩, 야생콩의 것보다 유의적으로 높게 나타났다. 하지만, 교잡콩에서 차이를 보인 5종의 아미노산 함량은 OECD (2015)에서 제시한 일반 재배콩의 범위에 포함이 되기 때문에 교잡콩의 아미노산 함량의 변이는 영양학적인 위해성 이 없을 것으로 사료된다. 아미노산의 조성을 구체적으로 살 펴보면, 두 재배 지역의 4 품종에서 glutamic acid이 5.72~ 7.18 g/100 g, aspartic acid가 3.81~4.79 g/100g로 산성 아미노 산의 함량이 높게 검출되었는데, 이는 OECD (2015)가 제시한 일반 재배콩의 아미노산 조성과 동일하였다. 반면, isoleucine 과 leucine의 함량은 각각 1.24±0.05~1.49±0.08 g/100 g과 2.13±0.09~2.66±0.14 g/100 g으로, OECD (2015)의 함량보다 낮은 수치를 보였다. 이는 Moon et al. (2011)이 수행한 국내 유통 콩의 아미노산 함량 연구와 유사한 결과로, 해당 연구에 서 백태(G. max. (L.) Merrill)와 서리태(G. max (L.) Merr.)에 함유된 isoleucine은 각각 1.31 g/100 g과 1.46 g/100 g, leucine은 2.26 g/100 g과 2.58 g/100g으로 OECD (2015) 대비 낮은 함량 을 나타냈다. 결과적으로, GM콩 및 야생콩, 교잡콩의 아미노 산 함량은 국내 자연변이 범위 내에 있음을 확인하였다.

3. 무기질 함량 분석

본 연구에서 분석한 8종의 무기질 중 두 재배 지역 모두에 서 교잡콩이 GM콩 및 야생콩의 함량과 차이를 보인 무기질 은 없었다(Table 3). 다만, 군위에서 재배한 교잡콩의 아연 함 량이 광안콩 및 GM콩, 야생콩 보다 높게 나타났지만, OECD (2015)에 제시된 일반 콩의 아연 함량 범위에 포함되었다. 이 를 통해, 교잡콩의 무기질 8종의 함량은 영양학적 안전성 측 면에서 일반 재배콩과 차이가 없을 것으로 예측된다. 눈에 띄 는 점은 전주에서 재배한 교잡콩의 경우 칼슘 및 칼륨, 나트 륨을 제외한 나머지 5종의 무기질 함량이 GM콩보다는 야생 콩의 것과 유사한 반면, 군위의 경우는 철과 인의 함량이 교 잡콩과 야생콩이 유사하게 나타난 것이다. 무기질의 함량은 재 배지의 토양과 재배 중 비료 및 살충제, 제초제 등의 사용에 의해 영향을 많이 받는 것으로 보고되고 있는데(Parengam et al., 2010), 전주와 군위 시료의 이러한 무기질 함량의 변이 차이는 지역별 재배 관리의 차이에 의해 기인된 것으로 사료 된다. 때문에 재현성 연구를 통해 교잡콩의 무기질 함량이 GM콩과 비교해 야생콩과 더 유사하게 나타나는지 확인해 볼 필요가 있다. 칼륨의 함량은 전주와 군위 시료 모두에서 OECD (2015) 범위 보다 낮은 수치를 보였다. 광안콩을 포함 한 국내 콩 장려품종 113종을 대상으로 무기질을 분석한 Kim et al. (2009)의 결과에서 칼륨 함량이 2.969~16.744 mg/g로, 본 연구와 동일하게 OECD (2015) 보다 낮은 함량을 보였다. 이를 바탕으로 국내 재배되는 콩의 경우 전반적으로 칼륨의 함유량이 OECD (2015) 가 제시한 것에 비해 낮은 것으로 유추해 볼 수 있다.

4. 지방산 조성 분석

지방산 6종의 조성은 지방산 6종의 총량 대비 각 지방산이 차지하는 비율(% Total fatty acid)로 나타내었다(Table 4). 두 재배 지역 모두에서 베타카로틴 강화 GM콩 및 야생콩과 비 교해 교잡콩에서 조성 차이를 보이는 지방산은 3종(oleic acid, linolenic acid, arachidonic acid)이었으며, stearic acid는 전주 에서 재배한 교잡콩에서만 차이가 나타났다. OECD (2015)의 지방산 함량은 퍼센트(%) 단위로 제시되어 있어 정확한 조성 비교가 어려워 기존에 발표된 문헌의 결과와 비교 분석한 결 과, 대부분의 지방산 조성은 참고 문헌에서 제시된 조성 범위 에 포함되었다. 그러나, 교잡콩과 야생콩의 oleic acid와 linolenic acid의 조성은 일반 재배콩(G. max)에 비해 낮거나 높은 수치를 보였다. 2005년 발표된 Kim & Park의 연구 결 과, 국내에서 수집한 야생콩(G. soja Sieb. & Zucc.) 70계통 의 지방산 조성 중 oleic acid는 11.1~30.6% Total FA, linolenic acid는 1.1~17.3% Total FA로 일반 재배콩(G. max) 에 비해 넓은 범위를 나타냈다. 이러한 지방산 조성은 야생콩 의 특징으로 보여지며 교잡콩은 야생콩과 GM콩의 중간 형질 을 나타내는 것으로 보여진다. 교잡콩에서 유의적 차이를 보 이지 않은 palmitic acid와 linoleic acid의 조성은 GM콩보다 는 야생콩과 유사하였으며, 이는 두 재배 지역 모두에서 동일 하게 나타났다. 종합해보면, 교잡콩의 지방산 조성은 일반 재 배콩과 국내 야생콩의 자연 변이 범위에 포함되고 있어 영양 학적 안전성에 있어 일반 재배콩과 차이가 없을 것으로 사료 된다.

5. 주요 영양성분 함량의 PCA 분석

야생콩과 베타카로틴 강화 GM콩 간 인위적 교잡으로 생성 된 교잡콩의 주요 영양성분의 함량 변이를 시각적 통계 분석 을 통해 품종별 및 재배 지역별로 비교 분석하기 위하여, 확 보한 38종의 영양성분(일반 성분 6종 및 아미노산 18종, 무기 질 8종, 지방산 6종) 데이터를 이용하여 주성분분석을 수행하 였다. 이 분석을 위해 모든 변수는 단위 분산 방식으로 표준 화하였다. 분석 결과는 제1주성분과 제2주성분으로 구성된 score plot과 loading plot으로 나타내었다(Fig. 1). 총 변이의 72.1%를 포함하고 있는 상위 2개 주성분의 분석 결과를 보면 주요 영양성분의 함량 변이는 재배 지역보다는 품종에 따라 더 뚜렷하게 나타났는데, 특히 제2주성분에 의해 광안콩과 베 타카로틴 강화 GM콩이 야생콩 및 교잡콩과 확연하게 분리되 었다(Fig. 1A). 제1주성분에 의해서는 GM콩과 그 모본인 광 안콩이 재배 지역에 의해 구분이 된 반면, 야생콩과 교잡콩은 재배 지역이 아닌 품종별로 구분이 되었다. 즉, 야생콩과 교잡 콩의 주요 영양성분 함량은 재배 환경보다는 유전적 특성에 의해 더 크게 결정되며 교잡콩의 주요 영양성분 함량은 GM 콩에 비해 야생콩과 더 유사함을 확인할 수 있었다. 또한, GM콩과 모본의 주요 영양성분은 동일한 재배 환경 내에서는 그 함량 변이가 유사함을 확인할 수 있었다. 이러한 변이성에 영향을 준 성분을 확인하기 위하여 loading plot을 성분별로 구분해본 결과, 지방산이 제2주성분에 의해 가장 크게 차이가 나고 아미노산이 가장 작게 영향을 미쳤음을 알 수 있었다 (Fig. 1B). 영양성분별 함량 변이성을 좀 더 구체적으로 분석 하기 위하여, 일반성분 및 아미노산, 무기질, 지방산 각각에 대 한 주성분분석을 수행하고 그 결과를 상위 2개 주성분으로 구 성된 score plot으로 확인한 결과(Fig. 2), 예상대로 아미노산 의 함량은 재배 지역 및 품종에 따른 특이적 변이성이 없었고, 지방산의 함량 변이는 광안콩 및 GM콩과 야생콩 및 교잡콩 간 차이를 가장 크게 보였다(상위 2개 주성분이 97.1%의 변 이를 포함함). 무기질의 함량 변이는 지방산과 같은 결과를 보 였고, 일반 성분의 함량 변이 또한 지방산과 무기질과 유사하 게 제1주성분에 의해 교잡콩이 GM콩과 차이가 있음을 나타 냈다. GM콩과 야생콩, 교잡콩 간의 주요 영양성분의 차이를 더 분석해 보기 위해 광안콩을 제외하고 주성분분석을 수행하 였다(Fig. 3). 그 결과, 교잡콩의 주요 영양성분은 GM콩과 야 생콩 모두와 차이를 보였고 GM콩보다는 야생콩과 유사함을 보여 광안콩의 제외 여부에 영향을 받지 않았다. 즉, loading plot에서 확인할 수 있듯이 Fig. 1B의 결과와 매우 유사한 결 과가 Fig. 3B로 분석되었다. 종합해보면, 주요 영양성분에 대 한 주성분분석을 통해, 야생콩과 베타카로틴 강화 GM콩, 교 잡콩의 일반성분 및 무기질, 지방산의 함량은 유전적 특성에 의해 그 변이성이 나타나며 재배환경의 영향은 상대적으로 적 게 받음을 알 수 있었으며 이때 아미노산의 함량은 재배 환경 과 유전적 특성 모두에 가장 영향을 덜 받음을 확인할 수 있 었다. 또한, 교잡콩의 주요 영양성분의 함량 변이는 GM콩보 다는 야생콩과 유사하게 나타남을 확인하였다.

적 요

1. 본 연구는 GM콩이 비의도적으로 자연에 방출되었을 시 야생콩과의 교잡에 의해 발생 가능한 교잡콩을 모니터링하고 영양학적 측면에서 안전성을 평가하기 위하여 수행하였다. 이 를 위해, 베타카로틴 강화 GM콩과 야생콩, 두 품종간 인위적 으로 생산한 교잡콩, GM콩의 모본이자 일반 재배 품종인 광 안콩 등 4품종을 국내 2개 지역에서 재배하고 콩 종자를 대상 으로 주요 영양성분 38종을 분석하였다.
2. 재배 환경에 영향을 받지 않고, GM콩 및 야생콩과 비교 해 교잡콩에서 유의적 차이를 보이는 성분은 조단백질, 조섬 유, alanine, glycine, leucine, serine, tryptophan, oleic acid, linolenic acid, arachidonic acid 등 10종이었다. 하지만, 분석 한 모든 시료의 성분은 국내외 자연 범위에 포함되는 수준이 었다.
3. PCA분석 결과, 주요 영양성분 함량 변이는 GM콩은 모 본과 유사하였고, 교잡콩은 GM콩 보다는 야생콩과 유사하였 다. 즉, 분석한 4품종의 영양성분의 변이는 재배 환경보다는 유 전적 요인에 의해 더 크게 영향을 받음을 알았다.
4. 본 연구의 결과는 GM콩과 야생콩간 교잡콩의 영양학적 안전성을 분석한 최초의 보고이며, 이는 향후 GM콩의 비의도 적 자연 방출을 모니터링하는데 있어 유용한 기초 자료로써 활용 가치가 있을 것이다.

ACKNOWLEDGMENTS

본 연구는 농촌진흥청 차세대 바이오그린21사업(과제번호: PJ01368002, PJ01368003)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.

Figure

Fig. 1.

Score (A) and loading (B) plots of the PCA results obtained from data on 38 nutrients collected at fields planted with four different genotypes (Gwangan: yellow; β-carotene enhanced GM soybean: orange; wild soybean: black; hybrid soybean: blue) of soybean at two different regions (Gunwi, circle and Jeonju, triangle). Proximates: green; amino acids: red; minerals: purple; fatty acids: sky.

Fig. 2.

Score plots of the PCA results obtained from data on 6 proximates (A), 18 amino acids (B), 8 minerals (C), and 6 fatty acids (D) collected at fields planted with four different genotypes (Gwangan: yellow; β-carotene enhanced GM soybean: orange; wild soybean: black; hybrid soybean: blue) of soybean at two different regions (Gunwi: circle and Jeonju: triangle).

Fig. 3.

Score (A) and loading (B) plots of the PCA results obtained from data on 38 nutrients collected at fields planted with four different genotypes (β-carotene enhanced GM soybean: orange; wild soybean: black; hybrid soybean: blue) of soybean at two different regions (Gunwi, circle and Jeonju, triangle). Proximates: green; amino acids: red; minerals: purple; fatty acids: sky.

Table

Table 1.

Analysis of the proximate compositions measured in soybean seeds.

Table 2.

Analysis of the amino acid levels measured in soybean seeds.

Table 3.

Analysis of the mineral levels measured in soybean seeds.

Table 4.

Analysis of the fatty acid (FA) levels measured in soybean seeds.

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