Plant & Forest

Korean Journal of Agricultural Science. 1 June 2025. 201-211
https://doi.org/10.7744/kjoas.520212

ABSTRACT


MAIN

  • Introduction

  • Materials and Methods

  •   시료 제조

  •   Genomic DNA 추출 및 PCR 검정

  •   GM국화의 목적 단백질 발현 분석

  •   잉어(C. carpio) 배양 조건

  •   잉어에 대한 시료 처리조건

  •   급성 독성 평가를 위한 조사 항목

  •   통계 분석

  • Results and Discussion

  •   GM국화의 유전자 도입 유전자 검정

  •   시료처리용 시험용수의 수질변화 검정

  •   GM국화의 처리 농도별 잉어 치사 개체 분석

  •   GM국화의 급이에 의한 잉어에 대한 급성독성

  • Conclusion

Introduction

전 세계적으로 유전자변형(genetically modified, GM) 작물의 사용은 1996년 미국에서 상업화가 시작된 이후 빠르고 꾸준히 증가했다(Li et al., 2014). 2023년 전 세계 GM작물 재배 면적은 전년 대비 1.9% 증가하여 2억 630만 헥타르에 이르러 가장 높은 수치를 나타냈으며 총 27개국에서 11가지 다양한 GM작물이 재배되었다(Agbioinvestor, 2024). 또한 2023년 국내에 수입 승인된 유전자변형(GM) 생물체는 약 총 1,028.2만 톤의 34.2억 달러 규모로, 2018년부터 매년 1천만 톤 이상의 유전자변형 작물이 수입되고 있다(KBCH, 2024). 이러한 GM작물은 잠재적 이점이 크지만 인간의 건강과 환경에 대한 잠재적 위험성은 꾸준한 논쟁의 대상이 되고 있으며 GM작물의 안전성은 많은 국가가 직면한 주요 문제 중 하나이다(Li et al., 2014). 이와 같은 GM작물의 안전성 평가 및 실용화를 위해서는 GM작물이 잡초화 가능성을 포함한 생태계 교란 및 유전자 이동 가능성을 평가하는 환경위해성 평가를 비롯하여 영양 성분 분석과 알레르기 및 독성 평가 등의 식품 안전성 평가가 동반되어야 하며 그 중에서도 GM작물의 비표적 생물체에 대한 안전성 평가가 필수적으로 이루어져야 한다(Oh et al., 2014).

수생 환경은 탄소를 포함한 영양소의 순환과 생물다양성 유지에 중요한 역할을 하며 수생 및 육상 생물에 서식지와 식량 자원을 제공한다(Carstens et al., 2012). 수생 생태계는 주변 지형에서 유입되는 요소에 의해 다양한 방식으로 영향을 받으며 이에 따라 발생되는 수생 생태계의 교란은 생물 군집 구조와 기능에 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문에 수생 생태계의 보호가 매우 중요하다(Carstens et al., 2012).

기존에 보고된 GM작물의 수생생물종에 미치는 영향을 분석한 연구들은 물벼룩(Daphnia magna), 미꾸리(Misgurnus anguillicaudatus), 잉어(Cyprinus carpio) 등을 대상으로 이루어졌다(Oh et al., 2011; 2014; 2015). 수생환경생물종에 대한 급성 독성평가에서의 시험종은 생활사 등의 실험 방법적인 측면을 고려하여 환경위해성 물질에 대해 감수성이 높고 다양한 지역에 분포가 가능한 종을 사용하여야 한다(Oh et al., 2014). 그 중에서도 잉어(C. carpio)는 OECD가 제시한 기존의 독성 평가 자료와 비교가 가능한 생물종이며 국내 환경생물 독성 시험 기준과 방법(농촌진흥청 고시 제 2010-29호)에 명시된 환경생태독성 시험 생물종이다(Oh et al., 2014). 이에 따라 잉어(C. carpio)를 시험 생물종으로 선정하여 제초제 저항성 GM국화에 대한 급성 독성 시험을 실시하였다.

국화(Chrysanthemum × morifolium Ramat.)는 경제적으로 중요한 화훼 작물 중 하나로, 전체 절화 시장에서 장미에 이어 두 번째로 높은 규모를 차지하고 있다(Teixeira da Silva et al., 2013). 국화는 절화 생산뿐만 아니라 조경, 분화, 관상용으로 널리 재배되고 있으며 국화의 꽃은 영양 성분과 생리 활성 성분이 풍부하여 의료, 식품, 음료 등 다양한 산업에서 활용되고 있다(Lin and Harnly, 2010). 특히 관상용 화단국화는 최근 국내 문화 수준과 소득 수준의 향상, 그리고 지역자치단체의 경관 조성사업 및 지역 축제 등 공공 공간에서의 활용 확대로 인해 재배 면적과 활용 빈도가 높아지고 있다(Kim et al., 2023).

국화에 대한 시장 수요는 매년 증가하고 있으며 이는 새로운 외형을 비롯하여 스트레스에 대한 저항성 증진을 포함한 고품질 품종의 개발을 필요로 하는 이유이다(Su et al., 2019). 교배육종과 돌연변이 육종을 포함한 전통적인 육종 방법은 새로운 국화 품종을 개발하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법이지만 많은 시간이 소모되며 일부 형질은 전통 육종 방법만으로 생성할 수 없다(Su et al., 2019). 최근에는 아그로박테리움을 이용하여 새로운 유전자를 국화 식물체에 도입한 유전자 변형(GM) 국화가 꾸준히 개발되고 있다. GM작물의 형질은 제초제 저항성과 살충제 저항성의 두 가지 형질이 지배적이며 특히 phosphinothricin acetyltransferase (pat) 유전자를 포함한 제초제 저항성 작물이 널리 이용되고 있다(Miki and McHugh, 2004).

현재 국내에서는 관상용 작물 중 하나인 장미의 다양한 품종 개발을 위한 조직배양 등의 분자 육종 기술 연구가 진행되고 있으며 꽃잎 색과 꽃잎 모양이 변형된 관상용 GM페튜니아가 개발되기도 하였다(Oh et al., 2010; Lee et al., 2017). 그러나 국화를 비롯한 관상용 GM작물에 대한 환경 위해성 평가 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 non-GM국화와 pat 유전자가 도입된 제초제 저항성 GM국화를 이용하여 GM국화가 잉어에 미치는 급성 독성 영향을 분석하였다. 이를 통해 제초제 저항성 GM국화의 수서환경생물종에 대한 독성을 평가하고 GM국화가 수서환경에 미치는 잠재적 위해성에 대해 평가하고자 하였다. 본 연구는 이러한 잠재적 유입 시나리오에 대비한 사전 생태 독성 평가의 일환으로 수행되었으며 관상용 GM작물의 환경 위해성 평가에 대한 기초 자료로 활용될 수 있다.

Materials and Methods

시료 제조

본 실험에서는 국립농업과학원에서 개발한 제초제 저항성 GM국화를 이용하였으며, GM국화는 ammonium glufosinate에 대한 저항성 유전자인 phosphinothricin acetyltransferase (pat)가 도입된 국화이다. Non-GM국화는 국화(C. × morifolium Ramat.) 품종 중 ‘Peace Copper’을 사용하였다(Suh et al., 2020). 국립농업과학원 LMO (living modified organisms) 격리 포장(Jeonju, Korea, RDA-가AB-2013-041)에서 non-GM국화와 GM국화를 재배하여 개화가 시작한 후 국화의 잎과 꽃을 채취하였다. 채취한 시료는 동결건조기(HyperCool-HC8080, Gyrogen, Korea)를 이용하여 완전히 건조하였으며 건조 시료는 planetary ball mills (PM100, Retsch, Germany)를 이용하여 5분간 350 rpm의 조건으로 분말화하였다. 분말화된 시료는 250 µm 표준망체(Chunggye sang gong sa, Korea)를 이용하여 최종 선별하였고 시료를 사육용수에 현탁하여 처리하는 방법으로 잉어의 급성독성 시험을 실시하였다.

Genomic DNA 추출 및 PCR 검정

Non-GM국화와 GM국화 시료를 채취하여 액체질소를 처리한 후 막자사발을 이용하여 분말화하였고 genomic DNA purification kit (Promega, USA)를 사용하여 해당 매뉴얼에 따라 국화의 genomic DNA를 추출하였다. GM국화에 도입된 T-DNA의 유전정보에 따라 pat 유전자를 특정적으로 증폭하는 프라이머를 제작하여 PCR (polymerase chain reaction)에 이용하였다(F: 5′-CACTACATCGAGACAAGCAC-3′, R: 5′-TGAAGTCCAGCTGCCAGAAA-3′). PCR 분석을 위하여 2X Hot Taq PCR Master Mix (Cellsafe, Korea)에 국화의 genomic DNA 50 ng과 프라이머를 첨가한 후 반응하였다. PCR 분석은 StepOne Real-Time PCR System (Thermo Fisher Scientific Inc., USA)를 이용하여 수행하였으며 95℃에서 5분간 초기 변성 후 94℃ 30초, 58℃ 30초, 72℃ 30초의 조건으로 30회 반복하여 증폭하고 72℃에서 5분간 최종 반응하였다. PCR 증폭 산물은 1% 아가로스겔을 이용하여 전기영동 하였으며 gel imaging system (GDS-200C, Korea Lab Tech, Korea)으로 결과를 분석하였다.

GM국화의 목적 단백질 발현 분석

GM국화의 phosphinothricin acetyl transferase (PAT) 단백질 발현 여부를 검정하기 위하여 immunostrip 검정을 실시하였다. 국화의 잎을 일부 채취하여 증류수와 섞은 후 Biomasher II (LMS Co., Ltd., Japan)를 이용하여 단백질을 용출하였다. GM국화의 PAT 단백질 발현 여부는 상온에서 단백질 용출용액을 SeedChek™ LL (Romer Labs, Austria) immunostrip과 반응하여 검정하였다.

잉어(C. carpio) 배양 조건

시험생물종인 잉어(C. carpio)는 오창양어장(Ochang, Korea)에서 구입한 후 한국화학융합시험연구원(Hwasun, Korea)에서 배양하였다. 잉어는 장방형의 전면 유리 수조에서 배양하였으며 사육 환경 조건은 약 20 - 24도의 온도, 6.0 - 8.5 수소이온농도와 80% 이상의 용존산소량을 유지하였다. 16 : 8 h (light : dark)의 광조건으로 배양하였으며 매일 일정시간마다 탑밀(Jeilfeed, Korea)을 먹이로 1일 1회 공급하였다. 잉어의 배양에 사용된 시험용수는 수돗물을 전처리필터(1.0 µm), 세균제거필터(0.2 µm), 카본블록필터(10 µm)와 중공사막필터(0.1 µm) 등 5 차에 걸쳐 통과시킨 후 저수조에서 48시간 이상 폭기하여 사용하였다.

잉어에 대한 시료 처리조건

국화에 대한 예비독성시험 결과 2,500 mg·L-1 이상의 시험농도에서 100%의 치사 개체가 관찰되었다. 따라서 본 시험에 사용된 국화 분말의 농도를 156, 313, 625, 1,250, 2,500 mg·L-1 (공비 2.0)로 설정하였으며 각 시험물질 처리군의 잉어 개체는 10마리씩 3 반복으로 총 30 마리에 대해 분석을 수행하였다. 대조군의 시험용액은 시험용수이며 양성대조구는 3,5-dichlorophenol (Sigma-Aldrich, USA)을 사용하였다. 국화 시료를 처리한 후 24시간 간격으로 총 96시간동안 시험 항목들을 분석하였다. 잉어의 급성 독성 시험은 원통형 유리수조(용량 20 L, 높이 38 cm × 직경 28 cm)에 시험용액 10 L씩을 제조하여 수행하였다. 국화의 잉어에 대한 급성독성평가 시험 10 일 전에 독성시험과 동일한 환경조건 하에서 순화를 실시하였으며 시험개시 24시간 전부터 절식을 실시하였다. 또한 국화 시료 처리 기간동안 24시간 간격으로 산소를 폭기하여 용존산소량 5.0 ppm (국내 하천생활환경기준) 이상으로 유지하였다.

급성 독성 평가를 위한 조사 항목

Non-GM국화와 GM국화의 잉어에 대한 급성 독성을 평가하기 위하여 모든 시험수조에 대해 시험시작 후 0, 24, 48, 72 및 96시간 경과 시에 이상증상 및 치사 관찰을 실시하였다. 치사의 판정은 시험계를 유리막대로 건드렸을 때 움직임이 없거나 아가미 호흡이 중단된 경우 치사로 간주하였다. 잉어의 체중 및 전장은 실험종료 후 대조군과 처리군에서 각각 10 마리씩을 취해 측정하였다. 각 처리구의 반수치사농도(lethal concentration 50, LC50)는 본시험 결과를 바탕으로 CETIS (Tidepool Scientific, 2016) 프로그램을 이용하여 계산하였다. 48시간 LC50은 Spearman-Karber method 및 96시간 LC50은 Probit method을 적용하여 산출하였다. 본 연구에서 수행한 잉어에 대한 급성 독성 시험은 농촌진흥청 고시 제2019-5호(2019-03-21) [별표 13]의 담수어류급성독성시험 기준에 따라 진행하였다.

통계 분석

모든 분석 결과는 3반복으로 수행된 결과이며 모든 통계 분석은 SPSS 소프트웨어(IBM, 2020)를 사용하여 수행하였다. 유전자 도입 여부를 기준으로 일원분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였으며, Duncan’s multiple range test를 통해 그룹 간 차이를 추가로 분석하였다. 통계적 유의성은 p < 0.05 수준에서 판단하였다.

Results and Discussion

GM국화의 유전자 도입 유전자 검정

잉어 급성 독성 평가에 사용된 GM국화의 제초제 저항성 유전자 pat의 도입을 확인하기 위하여 PCR 분석을 실시하였으며 그 결과 non-GM국화의 genomic DNA에서는 특정한 유전자가 검출되지 않았으나 GM국화의 genomic DNA로부터 450 bp의 pat 유전자가 증폭됨을 확인하였다(Fig. 1A). 또한 본 연구에 사용된 GM국화에서 PAT 단백질 정상적으로 발현되고 있음을 확인하기 위하여 PAT 항체를 이용하여 제작된 immunostrip 분석을 실시하였다. Non-GM국화의 단백질 용출액에서는 PAT 단백질 활성 밴드가 검출되지 않았으며 GM국화에서는 PAT 단백질의 발현을 확인하였다(Fig. 1B).

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Fig. 1.

Confirmation of the pat genes on the herbicide-resistant genetically modified (GM) chrysanthemum. The results of polymerase chain reaction (PCR) analysis (A) and immunostrip (B). Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum; pat, phosphinothricin acetyltransferase gene; PAT, phosphinothricin acetyltransferase protein.

시료처리용 시험용수의 수질변화 검정

GM국화의 잉어 급성 독성 평가를 위한 처리 기간 동안 모든 처리구의 수조에 대하여 pH와 수온 및 용존산소량(dissolved oxygen) 등을 1일 1회씩 측정하여 확인하였다. 시험용수의 pH는 non-GM국화 처리구에서 시간별 6.88 ± 0.5 ~ 7.38 ± 0.3 수준으로 유지되었으며 GM국화 처리구에서는 7.21 ± 0.4 ~ 7.41 ± 0.2 수준으로 유지되었다(Table 1). 시험용수의 수온은 non-GM국화 처리구와 GM국화 처리구에서 각각 23.13 ± 0.1 ~ 23.41 ± 0.1℃, 23.07 ± 0.1 ~ 23.34 ± 0.1℃로 측정되었으며 담수어류독성평가의 적정 수온으로 제시된 20 - 25℃ (농촌진흥청 고시 제2019-5호 기준)내로 유지됨을 확인하였다(Table 2). 시험수조내 용존산소량은 non-GM국화 처리구에서 6.93 ± 0.3 ~ 8.40 ± 0.2 mg·L-1으로 측정되었고 GM국화 처리구에서는 7.22 ± 0.4 ~ 8.36 ± 0.1 mg·L-1로 측정되어 두 처리구 모두에서 시료의 처리농도가 증가할수록 용존산소량이 감소함을 확인하였다(Table 3). 그러나 이는 non-GM국화와 GM국화 처리구 간의 유의차가 없었으며 이러한 측정결과를 바탕으로 본 실험에서 사용된 시험 용수의 pH와 수온 및 용존산소량 등의 외부요인은 잉어 급성 독성 실험에 크게 영향을 미치지 않았음을 확인하였다. 추가로 시험 용수의 오염 여부를 확인하기 위하여 질산염, 암모니아, 잔류염소 등에 대해 검출 시험을 실시하였다. 질산염과 암모니아는 검출한계 미만으로 측정되었으며 TOC (total organic carbon) 함량은 2 mg·L-1 이내, 잔류염소량은 0.01 mg·L-1 이내로 검출되어 시험에 영향을 미치는 요인은 발견되지 않았다.

Table 1.

Monitoring of pH variation during cumulative mortality testing in Cyprinus carpio.

Chrysanthemum concentration
(mg·L-1)
pH
0 h 24 h 48 h 72 h 96 h
Non-GM
    0 7.71 ± 0.1 7.61 ± 0.1 7.53 ± 0.1 7.45 ± 0.2 7.40 ± 0.1
    156 7.62 ± 0.1 7.56 ± 0.1 7.42 ± 0.1 7.16 ± 0.1 7.10 ± 0.1
    313 7.49 ± 0.1 7.41 ± 0.1 7.23 ± 0.1 7.16 ± 0.1 7.11 ± 0.0
    625 7.34 ± 0.1 7.20 ± 0.1 7.00 ± 0.1 6.81 ± 0.0 6.53 ± 0.1
    1,250 7.15 ± 0.0 7.08 ± 0.0 6.82 ± 0.1 6.56 ± 0.1 6.24 ± 0.1
    2,500 6.96 ± 0.1 6.45 ± 0.1 6.24 ± 0.0 NA NA
GM
    0 7.63 ± 0.1 7.57 ± 0.1 7.49 ± 0.1 7.40 ± 0.1 7.30 ± 0.1
    156 7.52 ± 0.1 7.46 ± 0.1 7.40 ± 0.1 7.33 ± 0.1 7.29 ± 0.1
    313 7.51 ± 0.1 7.42 ± 0.1 7.37 ± 0.1 7.29 ± 0.1 7.23 ± 0.1
    625 7.31 ± 0.0 7.27 ± 0.0 7.18 ± 0.0 7.12 ± 0.0 7.08 ± 0.0
    1,250 7.28 ± 0.1 7.11 ± 0.0 7.05 ± 0.0 NA NA
    2,500 7.17 ± 0.0 6.41 ± 0.1 NA NA NA

Values indicate the mean ± standard deviation measures (n = 3).

The significance between means was tested using Duncan’s multiple range test at p < 0.05 level. There was no significant difference.

Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum; NA, not applicable.

Table 2.

Changes in water temperature during cumulative mortality tests of Cyprinus carpio.

Chrysanthemum concentration
(mg·L-1)
Temperature (℃)
0 h 24 h 48 h 72 h 96 h
Non-GM
    0 23.23 ± 0.1 23.47 ± 0.1 23.23 ± 0.2 23.23 ± 0.1 23.37 ± 0.1
    156 23.27 ± 0.1 23.50 ± 0.0 23.20 ± 0.1 23.07 ± 0.1 23.33 ± 0.1
    313 23.33 ± 0.1 23.40 ± 0.0 23.13 ± 0.1 23.07 ± 0.1 23.30 ± 0.1
    625 23.2 ± 0.0 23.30 ± 0.1 23.10 ± 0.1 23.07 ± 0.1 23.20 ± 0.2
    1,250 23.33 ± 0.1 23.37 ± 0.1 23.03 ± 0.1 23.17 ± 0.2 23.20 ± 0.0
    2,500 23.00 ± 0.1 23.44 ± 0.1 23.13 ± 0.1 NA NA
GM
    0 23.27 ± 0.1 23.37 ± 0.1 23.30 ± 0.1 23.07 ± 0.1 23.43 ± 0.1
    156 23.00 ± 0.1 23.43 ± 0.1 23.20 ± 0.0 23.13 ± 0.1 23.40 ± 0.1
    313 23.27 ± 0.1 23.40 ± 0.1 23.20 ± 0.1 23.03 ± 0.1 23.27 ± 0.1
    625 23.27 ± 0.1 23.27 ± 0.1 23.17 ± 0.1 23.03 ± 0.1 23.13 ± 0.1
    1,250 23.20 ± 0.0 23.37 ± 0.1 23.07 ± 0.1 NA NA
    2,500 23.30 ± 0.1 23.23 ± 0.1 NA NA NA

Values indicate the mean ± standard deviation measures (n = 3).

The significance between means was tested using Duncan’s multiple range test at p < 0.05 level. There was no significant difference.

Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum; NA, not applicable.

Table 3.

Monitoring of dissolved oxygen during the cumulative mortality assay in Cyprinus carpio.

Chrysanthemum concentration
(mg·L-1)
Dissolved oxygen (ppm)
0 h 24 h 48 h 72 h 96 h
Non-GM
    0 8.37 ± 0.0 8.37 ± 0.3 7.72 ± 0.2 7.47 ± 0.2 7.37 ± 0.2
    156 8.36 ± 0.1 8.30 ± 0.2 7.78 ± 0.2 7.65 ± 0.1 7.10 ± 0.1
    313 8.33 ± 0.2 8.23 ± 0.1 7.77 ± 0.2 7.57 ± 0.1 7.01 ± 0.1
    625 8.59 ± 0.3 8.35 ± 0.1 7.69 ± 0.1 7.61 ± 0.0 6.60 ± 0.2
    1,250 8.44 ± 0.2 8.36 ± 0.2 7.70 ± 0.1 7.35 ± 0.2 6.56 ± 0.1
    2,500 8.32 ± 0.3 8.28 ± 0.2 7.66 ± 0.2 NA NA
GM
    0 8.37 ± 0.2 8.38 ± 0.3 7.86 ± 0.1 7.61 ± 0.3 7.55 ± 0.0
    156 8.39 ± 0.1 8.27 ± 0.2 7.61 ± 0.1 7.60 ± 0.1 7.34 ± 0.2
    313 8.21 ± 0.1 8.34 ± 0.1 7.54 ± 0.2 7.53 ± 0.3 7.39 ± 0.2
    625 8.45 ± 0.1 8.30 ± 0.0 7.57 ± 0.2 7.56 ± 0.1 6.61 ± 0.2
    1,250 8.38 ± 0.2 8.37 ± 0.2 7.59 ± 0.1 NA NA
    2,500 8.37 ± 0.1 8.26 ± 0.1 NA NA NA

Values indicate the mean ± standard deviation measures (n = 3).

The significance between means was tested using Duncan’s multiple range test at p < 0.05 level. There was no significant difference.

Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum; NA, not applicable.

GM국화의 처리 농도별 잉어 치사 개체 분석

본 연구에서는 non-GM국화와 GM국화의 각 처리 농도(0, 156, 313, 625, 1,250, 2,500 mg·L-1) 따라 24시간 간격으로 최대 96시간동안 치사 잉어의 개체수를 조사하였다. Non-GM국화와 GM국화 처리구 모두에서 313 mg·L-1의 농도 이하에서는 96시간까지 특이 증상을 보이거나 치사한 개체가 관찰되지 않았다. Non-GM국화 처리구의 경우 625 mg·L-1의 농도에서 48시간부터 치사 개체가 관찰되기 시작하였으며 같은 농도에서 GM국화 처리구는 72시간이 경과한 이후부터 치사 개체가 관찰되었다(Table 4). Non-GM국화를 625 mg·L-1농도로 처리한 처리구에서는 48시간 경과시 치사율이 10%로 관찰된 이후 96시간 경과시에는 약 26.7%까지 증가하였으며, GM국화의 경우 같은 농도에서 96시간 이후 최대 약 23.3%의 치사율을 나타냈다(Table 4). 또한 1,250 mg·L-1농도의 non-GM국화 처리구에서는 24시간 이내에 60%의 치사율을 나타내기 시작하여 96시간이 경과한 후에는 90% 이상의 치사율을 보였으며 GM국화의 1,250 mg·L-1농도 처리시에도 마찬가지로 24시간 이내에 약 73% 이상의 개체가 치사하였고 48시간 이후 100%의 치사율을 보였다(Table 4). Non-GM국화와 GM국화 처리구에서 나타난 치사율은 각 처리 시간별 통계적인 유의차를 나타내지 않았다. 추가적으로 non-GM국화와 GM국화의 2,500 mg·L-1 농도의 처리구에서는 24시간 이내에 모든 잉어 개체가 치사하였다. 급성독성평가시험이 종료된 후 살아남은 잉어 개체들의 체중과 전장을 분석한 결과, non-GM국화 처리구에서는 각각 0.5473 ± 0.070 g 및 3.3 ± 0.2 cm, GM국화 처리구에서는 각각 0.5466 ± 0.074 g 및 3.3 ± 0.2 cm로 측정되었으며 처리구 간의 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 5).

Table 4.

Cumulative immobility and mortality of Cyprinus carpio exposed to different concentrations of chrysanthemum-based treatments.

Chrysanthemum concentration
(mg·L-1)
Number of dead fish Mortality (%)
24 h 48 h 72 h 96 h 48 h 96 h
Non-GM
    0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0
    156 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0
    313 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0
    625 0.00 ± 0.0 1.00 ± 0.0 2.00 ± 0.0 2.67 ± 0.6 10.00 ± 0.0 26.67 ± 5.8
    1,250 6.00 ± 0.1 7.33 ± 1.2 8.33 ± 0.6 9.00 ± 1.0 73.33 ± 11.5 90.00 ± 10.0
    2,500 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 100.00 ± 0.0 100.00 ± 0.0
GM
    0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0
    156 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0
    313 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0
    625 0.00 ± 0.0 0.00 ± 0.0 2.33 ± 0.6 2.33 ± 0.6 0.00 ± 0.0 23.33 ± 5.8
    1,250 7.67 ± 0.6 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 100.00 ± 0.0 100.00 ± 0.0
    2,500 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 10.00 ± 0.0 100.00 ± 0.0 100.00 ± 0.0

Values indicate the mean ± standard deviation measures (n = 3).

The significance between means was tested using Duncan’s multiple range test at p < 0.05 level. There was no significant difference.

Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum.

Table 5.

Body weight and total length of Cyprinus carpio following 96-hour exposure to chrysanthemum treatments.

Test item Body weight (g) Total length (cm)
3,5-dichlorophenol 0.3534 ± 0.02a 2.7 ± 0.1a
Control 0.5369 ± 0.08b 3.3 ± 0.2b
Non-GM 0.5473 ± 0.07b 3.3 ± 0.2b
GM 0.5466 ± 0.07b 3.3 ± 0.2b

Values indicate the mean ± standard deviation measures (n = 3).

Control, test water; Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum.

a, b: The significance between means was tested using Duncan’s multiple range test at p < 0.05 level.

GM국화의 급이에 의한 잉어에 대한 급성독성

GM국화의 잉어 급성 독성시험을 수행한 결과 GM국화의 48h-LC50은 883.9 mg·L-1 (625.0 - 1,250.0, 95% 신뢰구간), 96-LC50은 752.0 mg·L-1 (675.8 - 836.9)으로 분석되었다(Table 6). 반면 non-GM국화의 48h-LC50은 990.9 mg·L-1 (862.6 - 1,138.0), 96-LC50은 788.5 mg·L-1 (686.4 - 905.8)으로 분석되었으며 non-GM국화와 GM국화 처리구 간의 반수치사량(LC50)은 경과 시간에 관계없이 통계적 유의차가 없는 것으로 나타났다(Table 6). 또한 두 처리구의 무영향농도(no observed effect concentration, NOEC)는 313 mg·L-1으로 같았으며 이는 pat유전자가 도입된 GM국화가 non-GM국화와 비교하여 잉어에 미치는 영향에는 차이가 없음을 시사한다.

Table 6.

Lethal concentration 50 (LC50) estimates for Cyprinus carpio following 48- and 96-hour exposure to chrysanthemum-based treatments.

Test item LC50 (mg·L-1)
48 h 96 h
3,5-dichlorophenol 1.986
(1.793 - 2.200)z
1.798
(1.599 - 2.023)
Non-GM 990.9
(862.6 - 1,138.0)
788.5
(686.4 - 905.8)
GM 883.9
(625.0 - 1,250.0)
752
(675.8 - 836.9)

Non-GM, Peace Copper; GM, herbicide-resistant transgenic chrysanthemum.

z 95% confidence limits.

모든 수생 생태계에 존재하는 종은 비의도적으로 방출된 GM작물의 잔존물을 직접 흡수하거나 GM작물이 분해되면서 지속적으로 용출되는 단백질을 섭취할 가능성을 가지고 있다(Hilbeck et al., 2017). 일반 잉어(C. carpio)는 전 세계적으로 상업적 측면에서 가장 중요한 담수 어종 중 하나이며 육식 및 초식 어종과는 기능과 형태학적으로 다른 소화 시스템을 가지고 있어 시험생물종으로 널리 사용되고 있다(Suharman et al., 2010). 잉어를 대상으로 한 GM작물의 급성 독성 평가 연구는 주로 콩과 벼를 대상으로 이루어졌다. 병 저항성 GM벼를 이용하여 잉어에 대한 급성 독성 시험 결과, non-GM벼와 유의적인 차이가 없음이 확인되었다(Oh et al., 2013). 2020년에는 non-GM콩과 GM콩이 잉어에게 미치는 영향을 분석하였고 역시 두 처리구 간의 유의적인 차이가 발견되지 않았다(Oh et al., 2020). 또한 GM콩이 포함된 실험 사료를 약 12주간 급이한 연구 결과에서도 GM콩이 non-GM콩과 비교하여 잉어 개체에 미치는 영향이 없음을 확인하였다(Suharman et al., 2010). 반면 해당 연구에서는 잉어의 근육 및 혈액 샘플에 대한 분석을 함께 진행하였으며 이처럼 어류를 이용한 독성 위해성 평가 항목은 생체 조직 또는 혈액학을 기반으로 한 요소들에 대한 평가 등이 함께 이루어지기도 한다(Jeong et al., 2022). 따라서 본 연구에서 이루어진 급성 독성 평가 결과를 바탕으로 하여 중장기적 독성 영향 평가 및 기타 요소들에 대한 비교 연구가 필요할 것으로 보인다. 또한 GM작물의 환경위해성 평가를 위해서는 수서환경생물종인 잉어 이외에도 물벼룩, 미꾸리 등 다양한 비표적 생물종에 대한 독성 영향 분석이 이루어지고 있다. 그러나 현재까지 수행된 환경위해성 평가는 주로 식용작물에 국한되어 있으며 국화와 같은 화훼작물에 대한 평가 연구는 매우 미비한 실정이다. 따라서 본 연구의 결과는 다양한 작물이 농업 생태계에 미치는 영향에 대한 연구 기준을 구축하기 위한 기초 자료로써 활용 가치가 있을 것으로 판단되며 추후 GM국화를 대상으로 추가적인 농업환경생물종에 대한 영향 평가가 수행되어야 할 것이다.

Conclusion

본 연구에서는 GM국화에 도입된 제초제 저항성 유전자의 발현을 확인하고, 도입된 유전자에 의해 GM국화가 잉어에 미치는 영향을 분석하였다. 잉어의 급성 독성 시험 중 non-GM국화와 GM국화 처리구 간에 체중 및 전장에서 유의적인 차이가 없었으며 잉어에 영향을 미칠 수 있는 외부적인 요인은 발견되지 않았다. 또한 잉어의 치사율과 반수치사량 등에서 통계적인 유의차를 보이지 않았으며 무영향농도 역시 non-GM국화와 GM국화가 동일한 것으로 분석되었다. 이러한 결과를 바탕으로 제초제 저항성 유전자인 pat가 도입된 GM국화는 비표적 생물체인 잉어에 미치는 영향이 non-GM국화와 차이가 없음을 확인하였다.

Conflict of Interests

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 연구개발사업(과제번호: PJ0167202)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.

본 연구는 2025년도 농촌진흥청 국립농업과학원 전문연구원 과정 지원사업(과제번호: PJ0167202)에 의해 이루어진 것입니다.

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