유전자변형쌀

Genetically modified rice
벼가 유전자변형용으로 사용되고 있다.

유전자변형 쌀은 유전자변형(유전자공학이라고도 한다)이 쌀 품종이다. 벼는 비타민 A와 같은 미세한 영양분을 증가시키고, 광합성을 촉진하고, 제초제를 견디고, 해충에 저항하고, 곡물 크기를 증가시키고, 영양분을 생산하고, 향미를 주거나, 인간의 단백질을 생산하도록 변형되었다.[1]

종을 가로지르는 유전자의 자연적 이동은 흔히 수평적 유전자 전이 또는 횡적 유전자 전이라고 불리는데, 자연 벡터에 의해 매개된 유전자 전이를 통한 쌀과도 함께 발생할 수 있다. 쌀과 세타리아 밀레 사이의 유전자 변형 사건이 확인되었다.[2] 유전자 변형 쌀 품종의 재배와 사용은 여전히 논란이 되고 있으며 일부 국가에서는 승인되지 않았다.

역사

2000년에, LLRice60과 LLRice62라고 불리는 제초제 저항성을 가진 최초의 GM 쌀 품종 두 개가 미국에서 승인되었다. 이후 캐나다, 호주, 멕시코, 콜롬비아에서 제초제 저항성 유전자(GM) 쌀 등 여러 종류가 승인됐다. 그러나 이 승인들 중 상용화를 촉발한 것은 없었다.[3] 로이터통신은 2009년 중국이 해충 저항성을 지닌 GM 쌀에 생물학적 안전성을 인정했지만 [4]균주가 상용화되지는 않았다고 보도했다. 2012년 12월 현재 GM 쌀은 생산이나 소비에 널리 이용되지 않았다.[5] 연구는 쌀이 전세계적으로 주요 작물이기 때문에, 개선은 배고픔, 영양실조, 가난을 완화할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 제시한다.[6]

2018년 캐나다와 미국은 재배용 유전자 변형 황금쌀을 승인했고, 캐나다 보건부와 미국 식품의약국은 소비용으로 안전한 쌀이라고 선언했다.[7]

특성들

제초제 저항성

2000-2001년 몬산토는 쌀에 글리포산염 내성을 첨가하는 연구를 했지만 시장에 다양성을 가져오려고 시도하지는 않았다.[8][9] 바이엘의 제초제 저항성 쌀 라인은 리버티링크라고 알려져 있다.[10] LibertyLink 쌀은 glufosinate (Liberty 제초제의 활성 화학 물질)에 내성이 있다.[9] Bayer CropScience는 그들의 최신 품종 (LL62)을 EU에서 사용하도록 승인받으려고 시도하고 있다. 이 변종은 미국에서 사용하도록 승인되었지만 대규모로 사용되지는 않는다. 클리어필드 쌀은 돌연변이의 가속화를 유발하는 것으로 알려진 환경에서 생성된 변형으로부터 선택되어 재배되었다.[11] 이 품종은 이미다졸 제초제를 견딜 수 있다.[12] 유전공학으로 여겨지지 않는 전통적인 사육기술에 의해 사육되었다.[11][12] 클리어필드는 또한 전반적으로 더 단단한 식물을 생산하기 위해 더 높은 수확 품종과 교차된다.[11]

영양가치

비타민 A의 농도가 높은 황금쌀은 원래 잉고 포트리쿠스와 그의 팀이 만들었다. 이 유전자 변형 쌀은 비타민 A의 전구체인 내복(회색)에서 베타 카로틴을 생산할 수 있다. 승엔타는 황금쌀의 초기 개발에 관여했고, 국제쌀연구소(IRRI) 등 비영리단체에 기부해 비영리적으로 개발하는[13] 일부 지적재산을 보유하고 있었다.[14] 쌀의 과학적 세부사항은 2000년 사이언스 매거진에 처음 실렸다.[15]

황금미곡(오른쪽)과 일반미곡(왼쪽) 비교
온실에서 재배되고 있는 황금 벼

세계보건기구는 철분 결핍이 세계 인구의 30%에 영향을 미친다고 밝혔다. 호주 식물 기능 유전체학 센터(ACPFG)와 IRRI의 연구 과학자들은 쌀에 함유된 철의 양을 증가시키기 위해 노력하고 있다.[16] 그들은 OsNAS1, OsNAS2 또는 OsNAS3 유전자를 과도하게 표현함으로써 세 종의 쌀을 변형시켰다. 연구팀은 니코티아나민, 철분, 아연 농도 수준이 대조군에 비해 세 모집단에서 모두 증가했다는 사실을 밝혀냈다.[17]

해충 저항성

BT 라이스

BT 쌀은 바실러스 튜링겐시스균의 크라이IA(b) 유전자를 표현하기 위해 변형되었다.[18]유전자엔도톡신 생산을 통해 쌀 보어를 포함한 다양한 해충에 대한 저항을 유발한다. 중국 정부는 내충성 경작지에 대한 현장 실험을 하고 있다. BT 쌀의 이점은 농부들이 곰팡이, 바이러스, 박테리아 병원균을 통제하기 위해 농작물에 살충제를 뿌릴 필요가 없다는 것이다. 재래식 쌀은 재배철마다 3~4회 살포해 해충 방제를 한다.[19] 다른 혜택으로는 수확량 증가와 작물 재배에 따른 수익이 있다. 중국은 2009년 현재 쌀의 대규모 사용을 승인했다.[20] 쌀에서 bt의 효능이 상실되는 것을 막기 위해 동남아시아에서 저항관리가 필요하다.[21][22]

알레르기 저항성

일본의 연구자들은 저농축 쌀 재배농가의 개발을 시도하고 있다. 연구진은 알레르기 유발물질인 AS-알부민 형성을 억제하기 위해 노력하고 있다.[19]

일본 연구진이 건초열을 일으키는 삼나무 꽃가루 알레르기를 예방할 수 있는 유전자 변형 쌀을 마카크 원숭이에 실험했다. 삼나무 알레르기 증상은 눈이 가려움, 재채기, 그리고 다른 심각한 알레르기 반응을 포함한다. 변형된 쌀에는 삼나무 꽃가루(7Crp)에서 추출한 7가지 단백질이 들어 있어 구강 내성을 유도해 이런 증상을 차단한다.[23] 타카이와는 이 7Crp 단백질을 경구백신으로 하여 인체 임상시험을 실시하고 있다.[24]

C4 광합성

2015년 8개국 12개 연구소로 구성된 컨소시엄이 이산화탄소를 포획해 성장을 촉진하기 위해 기초적인 형태의 C4 광합성(C4P)을 보이는 경작지를 개발해 특화된 잎세포에 농축했다. 옥수수와 사탕수수가 그렇게 빨리 자라는 것은 C4P 때문이다. 쌀로 광합성을 하는 C4는 헥타르당 수확량을 약 50%까지 증가시킬 수 있다. 현재의 경작지는 여전히 주로 C3 광합성에 의존하고 있다. 그들이 C4P를 완전히 채택하도록 하기 위해서, 그 식물들은 이산화탄소를 포획하고 그것을 농축하는 다른 세포들을 둘러싸기 위한 하나의 세포 세트인 정밀한 배열로 전문화된 세포를 생산해야 한다. 이 세포들을 생산하는 데 관련된 몇몇 (아마도 수십 개의) 유전자들은 아직 밝혀지지 않았다. 그러한 지식을 활용할 수 있는 다른 C3P 작물로는 밀, 감자, 토마토, 사과, 콩 등이 있다.[25]

재조합 단백질 생산

인간 혈청 알부민(HSA)은 인간의 혈장에 들어 있는 혈액 단백질이다. 심한 화상, 간경변, 출혈성 쇼크를 치료하는데 사용된다. 기증된 혈액에도 사용되며 전 세계적으로 공급이 부족하다. 중국에서 과학자들은 HSA 단백질을 생산하기 위한 비용 효과적인 방법으로 현미밥을 수정했다. 중국 과학자들은 아그로박테리움을 이용한 25개의 벼에 재조합 HSA 단백질 촉진제를 넣었다. 25개의 식물 중 9개는 HSA 단백질을 함유하고 있었다. 유전자 조작 현미밥은 HSA와 동일한 아미노산 염기서열을 만든다. 그들은 이 단백질을 Oryza sativa 재조합 HSA(OsrHSA)라고 불렀다. 변형된 쌀은 투명했다. OsrHSA는 곧 세포 성장을 위해 암소 알부민을 대체하기 위해 팔렸다.[26] 임상시험은 2017년 중국에서, 미국에서는 2019년 시작됐다.[27] 같은 Oryzogen 회사는 쌀로부터 인간 단백질을 재조합한다.

벤트리아 바이오사이언스는 쌀 알갱이에서 인간 재조합 단백질을 생산하기 위해 익스프레스 테크라고 알려진 독점 시스템을 사용한다.[28] 그들의 가장 주목할 만한 다양성은 인간 락토페린리소자임을 생산한다.[28] 이 두 단백질은 인간의 모유에서 자연적으로 생성되며 유아용 분유수유 제품에 전세계적으로 사용된다.[28][29]

잠수 저항

쌀이 물에서 자라는 동안, 2010년 인도와 방글라데시에서만 400만 톤의 쌀이 손실된 홍수를 견뎌낼 수 없다. Sub1A[30] 유전자 하나를 추가하면 쌀이 물속에서 최대 2주 동안 생존할 수 있을 정도로 충분했다. 그 유전자는 공공 영역에 있다.[31]

실험적인

제초제에 의한 산화 응력고멜라토닌 유전체 모델에서 생체내에서 실험적으로 완화되었다.[32][33] 옥살산염 산화효소의 과다 압착은 리옥토니아 솔라니에 대한 체내 저항력을 증가시켰다.[34]

법적 문제

미국

2006년 여름, USDA는 수출을 위해 준비된 쌀 출하에서 LibertyLink 품종 601의 미량량을 감지했다. LL601은 식품 목적으로 승인되지 않았다.[35] 바이엘은 7월 말 LL601 규제완화를 신청했고 USDA는 2006년 11월 규제완화 지위를 부여했다.[36] 이 오염으로 쌀 선물 시장은 수출용 쌀을 재배하는 농부들에게 손실을 입히며 극적인 하락세를 보였다.[35] 쌀 생산의 약 30퍼센트와 아칸소, 루이지애나, 미시시피, 미주리, 텍사스의 11,000명의 농부들이 영향을 받았다.[35] 2011년 6월 바이엘은 피해액 7억5000만 달러를 지급하기로 합의하고 수확을 잃었다.[35] 일본과 러시아는 미국으로부터 쌀 수입을 중단했고, 멕시코와 유럽연합은 엄격한 테스트를 거부했다. 오염은 1998년과 2001년 사이에 발생했다.[37] 정확한 오염 원인은 밝혀지지 않았다.

중국

중국 정부는 유전자 조작 쌀에 대한 상업용 사용허가를 발급하지 않는다. 모든 GM 쌀은 연구용으로만 승인된다. Pu 외 연구진은 인간의 혈액 단백질(HSA)을 생산하기 위해 만들어진 쌀은 많은 변형된 쌀이 재배되어야 한다고 말했다. 이로 인해 유전자 흐름에 대한 환경안전에 대한 우려가 높아졌다. 이들은 쌀이 자가수분작물인 데다 실험 결과 수분에서 변형된 유전자가 1%도 채 안 되는 것으로 나타나 문제가 되지 않는다고 주장했다.[26] 또 다른 연구는 곤충 매개 유전자 흐름이 이전에 추정되었던 것보다 더 높을 수 있다고 제안했다.[38]

원천

  • Boyle, Rebecca (1 November 2011). "Rice Is Genetically Modified to Produce Human Blood Protein". POPSCI.com. Popular Science. Retrieved 8 April 2012.
  • Weller, Keith (23 May 2006). "Rice Collection Identifies Valuable Traits". USDA.gov. United States Department of Agriculture. Retrieved 28 April 2012.
  • Grusak, Michael A (28 April 2010). "ARS Photo Library". USDA.gov. United States Department of Agriculture. Retrieved 29 April 2012.
  • 샤르마 아룬 K;샤르마, Manoj K.(2009년).Bioreactors로 "식물은:최근 개발과 이머징 Opportunities".생명 공학 발전. 27(6):811–832. doi:10.1016/j.biotechadv.2009.06.004.PMC 7125752.PMID 19576278.* 디아오, X, Freeling, M;Lisch, D(2006년)."식물 Transposon의 수평으로 옮겨라".PLOS 생물학. 4(1):e5.doi:10.1371/journal.pbio.0040005.PMC 1310652.PMID 16336045.
  • Gray, Nathan (2011). "GM Rice Research May Give Hope to Micronutrient Deficient (September/October, 2011)". NutraIngredients.com. Retrieved 8 April 2012.

참조

  1. ^ 샤르마 & 샤르마 2009.
  2. ^ Diao, Freeling & Lisch 2006.
  3. ^ Fraiture, M.-A.; Roosens, N.; Taverniers, I.; De Loose, M.; Deforce, D.; Herman, P. (June 2016). "Biotech rice: Current developments and future detection challenges in food and feed chain". Trends in Food Science & Technology. 52: 66–79. doi:10.1016/j.tifs.2016.03.011. Retrieved 9 January 2021.
  4. ^ "China gives safety approval to GMO rice". Reuters. 27 November 2009.
  5. ^ 놀이의 상태: 유전자 조작 쌀, 라이스 투데이, 2012년 1월 3일.
  6. ^ Demont, M.; Stein, A. J. (2013). "Global value of GM rice: A review of expected agronomic and consumer benefits". New Biotechnology. 30 (5): 426–436. doi:10.1016/j.nbt.2013.04.004. PMID 23628812.
  7. ^ Coghlan, Andy (30 May 2018). "GM golden rice gets approval from food regulators in the US". New Scientist. Retrieved 7 June 2018.
  8. ^ Baldwin, Ford (2 February 2009). "Rice Weed Control Technology". Delta Farm Press.
  9. ^ a b Williams, Bill J.; Strahan, Ron; Webster, Eric P. (June–July 2002). "Weed Management Systems for Clearfield Rice". Louisiana Agriculture.
  10. ^ Gunther, Marc (27 June 2007). "Genetically Engineered Rice Gets into the U.S. Food Supply". CNNMoney. Retrieved 11 November 2011.
  11. ^ a b c Croughan, Tim (2003). "Clearfield Rice: It's Not a GMO". LSU AgCenter. Retrieved 25 November 2020.
  12. ^ a b "E0019 Clearfield® Rice" (PDF). Mississippi State University Extension. Archived from the original (PDF) on 25 November 2020.
  13. ^ Christensen, Jon (21 November 2000). "SCIENTIST AT WORK: Ingo Potrykus; Golden Rice in a Grenade-Proof Greenhouse". New York Times.
  14. ^ 골든 라이스와 지식재산: 민관협력인도주의 이용, 골든 라이스 인도주의 이사회 홈페이지.
  15. ^ Ye, X; Al-Babili, S; Klöti, A; et al. (January 2000). "Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm". Science. 287 (5451): 303–5. Bibcode:2000Sci...287..303Y. doi:10.1126/science.287.5451.303. PMID 10634784.
  16. ^ ACPFG 웹사이트의 철 생물학적 안전.
  17. ^ 그레이 2011.
  18. ^ Fujimoto, H.; Itoh, K.; Yamamoto, M.; Kyozuka, J.; Shimamoto, K. (1993). "Insect Resistant Rice Generated by Introduction of a Modified δ-endotoxin Gene of Bacillus thuringiensis". Bio/Technology. 11 (10): 1151–1155. doi:10.1038/nbt1093-1151. PMID 7764096. S2CID 21129991.
  19. ^ a b "GMO Compass: Rice". Archived from the original on 9 March 2012. Retrieved 5 March 2012.
  20. ^ James, C. "China approves biotech rice and maize in landmark decision".
  21. ^ Cohen MB, Romena AM, Aguda, RM, Dirie A, Gould FL (4–8 November 1996). Evaluation of resistance management strategies for Bt rice. Pacific Rim Conference on the Biotechnology of Bacillus thuringiensis and its Impact on the Environment, Chiang Mai, Thailand (2nd ed.). Bangkok: Entomological and Zoological Association of Thailand, Kasetsart University, Mahidol University, National Center for Genetic Engineering and Biotechnology, National Research Council of Thailand, Department of Agriculture of Thailand (published 1998). pp. 496–505.{{cite conference}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  22. ^ Matteson, P. C. (2000). "Insect Pest Management in Tropical Asian Irrigated Rice". Annual Review of Entomology. Annual Reviews. 45 (1): 549–574. doi:10.1146/annurev.ento.45.1.549. ISSN 0066-4170. PMID 10761589.
  23. ^ Coghlan, Andy (3 July 2009). "GM Rice Makes Allergies Easy to Stomach". NEWSCIENTIST.com. Reed Business Information Ltd. Retrieved 29 April 2012.
  24. ^ Takaishi, S; Saito, S; Kamada, M; Otori, N; Kojima, H; Ozawa, K; Takaiwa, F (2019). "Evaluation of basophil activation caused by transgenic rice seeds expressing whole T cell epitopes of the major Japanese cedar pollen allergens". Clinical and Translational Allergy. 9: 11. doi:10.1186/s13601-019-0249-8. PMC 6381677. PMID 30828418.
  25. ^ Bullis, Kevin (December 2015). "Speeding Plant Growth to Feed the World MIT Technology Review". MIT Technology Review. Retrieved 30 December 2015.
  26. ^ a b 보일 2011.
  27. ^ Liu, Kun; Zhou, Lihua (13 August 2019). "FDA approves new biotechnology". China Daily. Wuhan. Retrieved 2 February 2020.
  28. ^ a b c "Ventria Bioscience: improving global accessibility of life-saving recombinant medicines and other biotechnology products". Ventria.com. Retrieved 12 November 2012.
  29. ^ "Kansas Welcomes Altered Rice Crops from Ventria". Sacramento Business Journal. 27 November 2011.
  30. ^ "Sub1A". funricegenes.github.io. Retrieved 16 March 2020.
  31. ^ Brand, Stewart (2010). Whole Earth Discipline. Penguin Books. ISBN 9780143118282.
  32. ^ Park, Sangkyu; Lee, Da-Eun; Jang, Hyunki; Byeon, Yeong; Kim, Young-Soon; Back, Kyoungwhan (1 August 2012). "Melatonin-rich transgenic rice plants exhibit resistance to herbicide-induced oxidative stress". Journal of Pineal Research. Wiley. 54 (3): 258–263. doi:10.1111/j.1600-079x.2012.01029.x. ISSN 0742-3098. PMID 22856683. S2CID 6291664.
  33. ^ Arnao, Marino B.; Hernández-Ruiz, Josefa (2014). "Melatonin: plant growth regulator and/or biostimulator during stress?". Trends in Plant Science. Elsevier. 19 (12): 789–797. doi:10.1016/j.tplants.2014.07.006. ISSN 1360-1385. PMID 25156541. S2CID 38637203.
  34. ^ Molla, Kutubuddin A.; Karmakar, Subhasis; Chanda, Palas K.; Ghosh, Satabdi; Sarkar, Sailendra N.; Datta, Swapan K.; Datta, Karabi (1 July 2013). "Rice oxalate oxidase gene driven by green tissue-specific promoter increases tolerance to sheath blight pathogen (Rhizoctonia solani) in transgenic rice". Molecular Plant Pathology. Wiley. 14 (9): 910–922. doi:10.1111/mpp.12055. ISSN 1464-6722. PMC 6638683. PMID 23809026. S2CID 38358538.
  35. ^ a b c d Bloomberg News (1 July 2011). "Bayer Settles With Farmers Over Modified Rice Seeds". New York Times.
  36. ^ "USDA DEREGULATES LINE OF GENETICALLY ENGINEERED RICE". USDA.gov. USDA. 24 November 2006. Archived from the original on 5 October 2011. Retrieved 11 November 2011.
  37. ^ Berry, Ian (1 July 2011). "Bayer to Pay Rice Farmers for Gene Contamination". WSJ.com. The Wall Street Journal. Retrieved 8 March 2012.
  38. ^ Pu; Shi; Wu; Gao; Liu; Ren; Yang; Tang; Ye; Shen; He; Yang; Bu; Zhang; Song; Xu; Strand; Chen (2014). "Flower-visiting insects and their potential impact on transgene flow in rice". Journal of Applied Ecology. 51 (5): 1357–1365. doi:10.1111/1365-2664.12299.