분산가능성이많은유전자변형작물에대한문제공식화 Syngenta 제품안전부 Alan Raybould
분산과유전자흐름 분산과유전자흐름은서로다른개념임 분산은화분과종자의이동을말함 유전자흐름은 " 유전적물질이 ( 이종교배에의해 ) 한생물종에서다른생물종으로전이되어, 이를수용하는개체군의유전자풀의구성이달라지는것 " 을말함 ( 브리태니커백과사전 ) 2
분산과유전자흐름 유전자흐름은식물의분산의 ' 목적 ' 인것으로추정됨 - 화분이수정을일으킴 - 종자는생식식물을발아시키고생산함 분산 = 잠재적유전자흐름 생식력이있는식물의수정및생산 = 실제적유전자흐름 유전자변형작물의환경위험평가 (ERA) 를위해서는이둘을다고려해야할수도있으나이둘을혼동하지않는것이중요함 3
화분에의한분산 식물은화분을분산시키는메커니즘이있음 몇몇종은바람을이용함 - 작고평범한꽃 - 대량의화분생산 침엽수활엽수풀 4
화분에의한분산 몇몇식물은매개동물을이용함 - 곤충 ( 새, 박쥐, 기타포유동물, 민달팽이등 ) - 색깔, 향기, 보상물 ( 화분및화밀 ) 등으로동물을유인 벌난초 : 의태 개장미 : 화밀 5
많은작물이화분분산메커니즘을보유하고있음 옥수수 - 바람분산면화 - 곤충분산 ( 화밀 ) 6
종자에의한분산 종자분산을촉진하는여러가지메커니즘 바람 동물 - 종자가공중에떠다닐수있는구조 - 동물의털이걸릴수있는구조 - 열매 + 종자가소화되지않도록보호해주는단단한종피 인간 - 작물을모방하는잡초 대기형분산 - 휴면 7
종자에의한분산 민들레 - 바람 토마토 - 열매및단단한종자 가짜귀리 - 의태 갈퀴덩굴 - 동물의털 8
많은작물이종자분산메커니즘을상실함 테오신테 옥수수 식물에서방출된종자종자가소화기관을통과하면서존속함 식물에붙어있는종자종자가소화기관을통과하면서존속하지못함 9
분산과유전자흐름을예상하는방법 방법 예상매개변수 종자트랩 1 종자에의한잠재적유전자흐름 화분트랩 1 화분에의한잠재적유전자흐름 웅성불임미끼식물 1 화분에의한잠재적유전자흐름 계통분석 1 화분에의한실제적유전자흐름 유전자표지가있는식물 1 유전자구조 2 종자및화분에의한실제적유전자흐름 종자및화분에의한실제적유전자흐름 1 직접적방법 : 동시적분산의예상, 가정의제한, 희귀한장거리분산은알아내기어려움 2 간접적방법 : 여러세대에걸친유전자흐름의예상, 희귀한장거리분산의영향을알아낼수있음, 인구통계학및유전자표지에대한가정에의존 ( 일반적으로비현실적임 ) 10
분산, 유전자흐름및위험 분산과유전자흐름은자연현상임 이식유전자의분산, 유전자이식제품또는유전자이식식물은그자체가해로운것은아님 - 법규위반이될수는있음 위험은이식유전자, 유전자이식제품또는유전자이식식물의위험한특성에서비롯되는것임 - 위험 = 이식유전자가피해를야기할수있는가능성 - 노출 = 피해를입을수있는유전자의존재 분산및유전자흐름예상은노출평가의일부임 - 피해자체가아니라피해가발생할수있는경로 11
환경위험과유전자흐름 유전자변형작물이야기할수있는해로운영향의정의 (P 1 ) 유전자변형작물이해롭지않다는가설의수립 (TS 1 ) 가설의시험 ( 착오제거 (EE) 위험에대한지식의증진 (P 2 ) 새로운위험가설 (TS 2 ) 12
피해의정의 - 예 법률및법규의보호목표 ( 관리목표 ) 미국 - 식물보호법 (Plant Protection Act) 에의해식물해충규제 미국농무부 (Department of Agriculture) 는식물보호법에의거하여유전자변형작물을잠재적식물해충으로취급함 미국농무부는 " 동식물해충및유해잡초의반입, 정착또는파급으로인한각종위험으로부터농업및천연자원을보호하며, 그럼으로써풍부하고질높고다양한식량공급을확보하고... 지구환경보존에이바지한다." 13
피해의정의 - 예 풍부하고질높고다양한식량공급을보호한다는목표에서명확한평가종료점을도출할수있음 - 풍부성 - 작물의산출량 - 고품질 - 작물의양분함량 ( 또는기타가치있는특성 ) - 다양성 - 작물의다양성 이와같은속성에서의저하는해로운영향으로간주될수있음 14
피해의정의 - 예 지구환경의보존에대한평가종료점은그다지명확하지않음 - 유용한기능 ( 생물학적통제, 꽃가루수분등 ) 을제공하거나멸종위기에처한생물종을비롯한비해충생물종의풍부성 - 토양기능지표 이와같은속성에서의저하는해로운영향으로간주될수있음 ( 환경영향평가는온실가스배출, 농촌경제의지속가능성등의다른요소들을고려할수도있음 ) 15
개념적모델 - 분산이어떻게피해를야기할수있나? 화분에의한작물간유전자흐름 - 예 : 작물의질에미치는역영향각범주에대 종자에의한작물간유전자흐름 - 예 : 작물의질에미치는역영향 - 예 : 작물의산출량에미치는역영향 화분에의한작물-친족야생종간유전자흐름 - 예 : 비해충생물종에미치는역영향 종자에의한비농업서식지로의작물유전자흐름 - 예 : 비해충생물종에미치는역영향 화분에의한작물분산 - 예 : 비해충생물종에미치는역영향 종자에의한작물분산 - 예 : 토양기능에미치는역영향 한일반적개념모델수립 16
화분에의한작물간유전자흐름 개념모델 유전자변형작물이화분을생산화분이주변작물로분산됨 위험가설 유전자변형작물이화분을생산하지않음화분이주변작물로분산되지않음 화분이주변작물을수정시킴 화분이주변작물을수정시키지않음 종자에서이식유전자단백질이생산됨 종자에서이식유전자단백질이생산되지않음 이식유전자단백질이작물의질을저하시킴 이식유전자단백질이작물의질을저하시키지않음 가설의시험 1. 유전자변형작물이꽃을피우고화분을생산하나? 2. 화분이주변작물로분산되나? 3. 주변작물이성적호환성이있나? 유전자이식작물과동시에꽃을피우나? 4. 발달적발현연구 5. 독성학연구 / 가공처리연구 17
종자에의한작물간유전자흐름 - 자생식물 18
종자에의한작물간유전자흐름 - 품질종료점 개념모델위험가설 유전자변형작물이종자를생산유전자변형작물이종자를생산하지않음 종자가주변작물로분산됨 / 종자가후속작물로분산됨 종자가주변작물에서발아됨 / 종자가후속작물에서발아됨 유전자변형작물이정착함 유전자변형작물이이식유전자단백질을생산 이식유전자단백질이작물의질을저하시킴 종자가주변작물로분산되지않음 / 종자가후속작물로분산되지않음 종자가주변작물에서발아되지않음 / 종자가후속작물에서발아되지않음 유전자변형작물이정착하지않음 유전자변형작물이이식유전자단백질을생산하지않음 이식유전자단백질이작물의질을저하시키지않음 가설의시험 1. 작물이종자를생산하나? 2. 종자가주변작물 / 후속작물로분산되나? 3. 발아요건 / 휴면 4. 동절기의생존 / 재배법 5. 발달적발현연구 6. 독성학연구 / 가공처리연구 19
종자에의한작물간유전자흐름 - 산출량종료점 개념모델위험가설 유전자변형작물이종자를생산유전자변형작물이종자를생산하지않음 종자가주변작물로분산됨 / 종자가후속작물로분산됨 종자가주변작물에서발아됨 / 종자가후속작물에서발아됨 유전자변형작물이정착함 유전자변형작물이작물의성장에영향을끼침 유전자변형작물이비유전자변형작물의영향에비례하여작물산출량을감소시킴 종자가주변작물로분산되지않음 / 종자가후속작물로분산되지않음 종자가주변작물에서발아되지않음 / 종자가후속작물에서발아되지않음 유전자변형작물이정착하지않음 유전자변형작물이작물의성장에영향을끼치지않음 유전자변형작물이비유전자변형작물의영향에비례하여작물산출량을감소시키지않음 가설의시험 1. 작물이종자를생산하나? 2. 종자가주변작물 / 후속작물로분산되나? 3. 발아요건 / 휴면 4. 동절기의생존 / 재배법 5. 유전자변형작물을그와거의동일한비유전자변형작물과비교하기위한농경학적 연구 20
화분에의한작물 - 친족야생종간유전자흐름 개념모델 유전자변형작물이화분을생산 화분이친족야생종으로분산됨 화분이친족야생종을수정시킴 이식유전자가안정적으로이입됨 친족야생종이이식유전자단백질을생산 시나리오 1 시나리오 1 친족야생종은가치있는비해충생물종의먹이식물임 이식유전자단백질은해당생물종에유해함 해당생물종이해로운단백질을흡수함 해당생물종의풍부성이저하됨 시나리오 2 시나리오 2 이식유전자단백질이자극물질에대한저항력을증진시킴 증진된저항력이종자생산증가로이어짐 종자생산증가는친족야생종의풍부성을증진시킴 증진된풍부성이가치있는품종의풍부성을저하시킴 위험가설 유전자변형작물이화분을생산하지않음 화분이친족야생종으로분산되지않음 화분이친족야생종을수정시키지않음 이식유전자가안정적으로이입되지않음 친족야생종이이식유전자단백질을생산하지않음 친족야생종은가치있는비해충생물종의먹이식물이아님 이식유전자단백질은해당생물종에유해하지않음 해당생물종이해로운단백질을흡수하지않음 해당품종의풍부성이저하되지않음 이식유전자단백질이자극물질에대한저항력을증진시키지않음 증진된저항력이종자생산증가로이어지지않음 종자생산증가는친족야생종의풍부성을증진시키지않음 증진된풍부성이가치있는품종의풍부성을저하시키지않음 21
화분에의한작물 - 친족야생종간유전자흐름 시나리오 1 - 시나리오 2와같은유전자흐름 - 영향시험은 Joerg가제시한작물에대한영향시험과유사함 시나리오 2 - 영국의순무모자이크바이러스 (TuMV) 내성이있는지방종자 (Brassica napus) 의예를들어예시 - 위험가설의시험이가능함을보여줌 - 규제적위험평가를위해무엇을어떻게해야하는지보여주기위한것이아님 22
Brassicas 의 TuMV TuMV 는지방종자와채소에서산출량의손실을야기함 저항이식유전자가친족야생종으로파급되어그침해성이증진되고가치있는품종이손실될경우에는피해가발생함 23
평가된품종 24
위험가설 개념모델 ( 시나리오 ) 작물과야생종사이의이종교배유전자변형형질은야생종의바이러스저항력을증진시킨다야생종은들판에서바이러스에감염된다감염된유전자변형식물은감염된비유전자변형식물보다오래살거나더많은종자를생산한다야생종의개체수가증가하면가치있는품종의개체수가감소한다 위험가설 작물과야생종사이의이종교배비실시야생종은바이러스에대한면역력이있다들판의야생종에는바이러스가없다감염은종의생존또는종자생산을감소시키지않는다개체군의크기는종자생산에의해제한되지않는다 25
이종교배비실시가설 평가된모든품종에대한풍부한자료 그러나단계적시험을활용하여평가할수도있음 I단계 : 실험실방법을사용한이종교배시험 - 교배종이없으면시험을중단하고, 있으면 II단계로진행 인공수분 미숙배배양 26
이종교배비실시가설 II단계 : ' 자연발생적 ' 이종교배에대한시험 ( 실험실또는실지 ) - 교배종이없으면시험을중단하고, 있으면 III단계로진행 27
이종교배비실시가설 III단계 : 들에서자연적으로생산된교배종을찾는다 - 교배종이없으면시험중단 - 교배종이있으면위험을평가해야함 28
친족야생종은 TuMV 에대한면역력이있다는가설 29
친족야생종은들판에서감염되지않는다는가설 400 cm2 면적에서의 Brassica nigra 식물 Nombre de plantes 4000 3500 3000 2500 2000 1500 TuMV Other viruses Uninfected 1000 500 0 S 99 S 99 O 99O 99N 99N 99D 99D 99 J 00 J 00 J 00 F 00 F 00 M 00M 00A 00 A 00M 00M 00 J 00 J 00 J 00 J 00 A 00 A 00 S 00 S 00 O 00O 00N 00N 00N 00D 00 J 01 J 01 F 01 F 01 30
TuMV 가종자생산을감소시키지않는다는가설 식물당종자수 +/- 2 표준편차 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 TuMV/TYMV control TYMV challenged CaMV challenged 31
종자생산증가가풍부성을증진시키지않는다는가설 개체군동태론상의밀도의영향 80000 60000 Hi s m -2 40000 Plants 20000 0 Mid Lo 3/2/2000 3/16/2000 3/30/2000 4/13/2000 4/27/2000 5/11/2000 5/25/2000 6/8/2000 6/22/2000 7/6/2000 7/20/2000 Date 32
종자에의한비농업서식지로의작물유전자흐름 개념모델유전자변형작물이종자를생산종자가비농업서식지로분산됨유전자변형작물이비농업서식지에정착함유전자변형작물이자립적개체군을형성함개체군의풍부성이증진됨증진된풍부성이가치있는품종에해를끼침 위험가설 유전자변형작물이종자를생산하지않음 종자가비농업서식지로분산되지않음 유전자변형작물이비농업서식지에정착하지않음 유전자변형작물이자립적개체군을형성하지않음 개체군의풍부성이증진되지않음 증진된풍부성이가치있는품종에해를끼치지않음 가설의시험 1. 작물이종자를생산하나? 2. 종자가비농업서식지로분산되나? 3. 발아요건 / 휴면 4. 동절기의생존 / 야생식물과의경쟁 5. 유전자변형작물을그와거의동일한비유전자변형작물과비교하기위한농경학적연구 ( 비농업서식지의환경 / 이식유전자가유리할수있는환경의시뮬레이션 ) 33
화분에의한작물분산 개념모델유전자변형작물이화분을생산화분에서이식유전자단백질이생산됨화분이밭밖으로분산됨이식유전자단백질은가치있는생물종에유해함해당생물종이해로운단백질을흡수함해당생물종의풍부성이저하됨 위험가설유전자변형작물이화분을생산하지않음화분에서이식유전자단백질이생산되지않음화분이밭밖으로분산되지않음이식유전자단백질은가치있는생물종에유해하지않음해당생물종이해로운단백질을흡수하지않음가치있는생물종의풍부성이저하되지않음 34
종자에의한작물분산 개념모델유전자변형작물이종자를생산종자에이식유전자효소가함유되어있음효소는토양기능에영향을끼치는것으로알려진종류에속함수확기동안종자가흩뜨려짐 위험가설유전자변형작물이종자를생산하지않음종자에이식유전자효소가함유되어있지않음효소는토양기능에영향을끼치는것으로알려진종류에속하지않음수확기동안종자가흩뜨려지지않음 효소농도가기본값이상으로현저하게상승함효소농도가기본값이상으로현저하게상승하지않음 상승한효소농도가토양화작용속도를변화시킴 속도의변화가토양기능에해를끼침 상승한효소농도가토양화작용속도를변화시키지않음 속도의변화가토양기능에해를끼치지않음 가설의시험 식물퇴화의원인이되는효소를대량생산하는옥수수 종자의유출이즉시기본값의 10배에달하는증가를일으킬수있음 토양에식물물질이첨가되면효소가유도됨 효소는퇴화속도를조절하지않음 퇴화속도의변화가예상되지않음 - 토양기능에무해 35
결론 분산, 유전자흐름, 잡초성질및침해성에의한유전자변형작물의위험평가는복잡하면안됨 해로운영향을명확하게정의 피해가실현되려면모두발생해야하는일련의단계로이루어진개념모델을수립 36
결론 하나또는그이상의단계로이루어진간단하고시험가능한가설들을공식화 - 그런현상은발생하지않는다 - 그런현상은피해가성립되는데필요한수준이하의빈도로발생한다 - 그런현상은피해가성립되는데필요한수준이하의규모로발생한다 - 현재의비유전자변형작물보다더하지도덜하지도않은수준이종종유용한가설이됨 이식유전자의빈도, 이식유전자교배종의수, 또는유전자이식잡초의개체군성장률에대한정확한예측은불필요함 37
결론 전후관계에위험을삽입할것 경작이가능한작물과그교배종은대체로위험한잡초또는침입종이아님 통제된연구에서나타난고도의잠재적잡초성질또는침해성은실지에서중대한피해를일으킬가능성이희박함 - 잡초위험평가모델에서추가적평가를요하지않음 자이언트호그위드 야생지방종자 38