본 발명은 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 제조 방법에 관한 것이다.

지구의 온난화, 농지의 황폐화, 급속한 산업화 등으로 인해 전세계 농경지 면적이 감소하고 있고, 화학 비료, 화학 농약 등의 사용이 환경 보존의 필요성으로 인하여 제약을 받으면서 식량 생산은 둔화되고 있지만, 전 세계 인구는 이를 상회하여 증가하고 있다.

이러한 시대 현상으로 인류 식량 문제 해결이 여전히 요구되고 있는데, 그 대안으로 인식되고 있는 것이 생명공학 기술의 발달에 힘입어 개발된 유전자 변형 작물(GMO)이다.

유전자 변형 작물이란 유전자 재조합 등의 생명공학 기술을 이용하여 인위적으로 유전자를 변형시켜 인간에게 유용한 특성을 갖게 한 작물로 정의될 수 있다.

1994년 칼젠사의 숙성 지연 토마토가 개발된 이래, 몬산토사의 제초제 저항성 콩, 노바티스사의 해충 저항성 옥수수 등이 개발되면서 유전자 변형 작물의 상업화가 본격화되기 시작하였고, 해충 저항성 벼(Tu et al., 2000), 비타민 A가 강화된 벼(Ye et al., 2000), 철분 함량이 강화된 벼(Vasconcelos et al., 2003) 등이 상업화 준비 단계에 있다.

최근까지 개발된 유전자 변형 작물은 콩, 옥수수, 밀, 토마토, 감자, 면화, 벼 등을 포함하여 100여 종에 달하며(Mohan Babu et al., 2003), 그 재배 면적도 1996년 170만 ha에서 2003년 6,770만 ha에 달한다는 보고가 있다(James, 2004).

유전자 변형 작물은 제초제 저항성, 병충해 저항성, 품질 향상 등 인간에게 유용성을 줄 목적으로 개발되지만, 변형된 유전자의 이동에 의한 인간 및 환경에 대한 위해성이 항상 논란이 되어 오고 있다.

유전자 변형 작물의 유전자 이동은 유전자 변형 작물 자체 및 그 종자에 의한 유전자 이동과 화분 비산(飛散)에 의한 유전자 이동으로 나눌 수 있다.

현재까지 알려진 대부분의 유전자 이동은 화분 비산에 의한 것으로, 화분 비산에 의한 유전자 이동은 동종 및 근연종의 형질을 변화시켜 환경 생태계를 교란·파괴시킬 위험성을 갖고 있다(Karevar et al., 1994).

제초제 저항성 캐놀라( Brassica napus )의 경우 3km 떨어진 곳에서 화분 비산에 의한 유전자 이동이 관찰되었다는 보고가 있으며(Rieger et al., 2002), 제초제 저항성 벤트그라스(Creeping bantgrass)의 경우는 21km 떨어진 곳에서도 유전자 이동이 관찰되었다는 보고가 있다(Watrud et al., 2004).

본 발명은 유전자 변형 잔디의 화분 비산에 의한 유전자 이동을 방지하고자 하는 차원에서 완성된 것이다.

본 발명의 목적은 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적이나 구체적인 양태 등은 이하에서 제시될 것이다.

본 발명은 유전자 변형 잔디에 있어서 화분 비산에 의한 유전자 이동을 차단할 수 있는 기술을 개시한다.

본 발명자들은 아래의 실시예에서 확인되는 바와 같이, 유전자 변형 잔디로서 바스타 제초제 저항성 들잔디를 사용하고 그 들잔디의 개화 시기에 감마선을 조사한 다음, 종자를 채종하고 그 종자를 발아시켜 성숙한 식물체로 성장시켰을 때, 감마선 처리구에서 4%(223개체 중 9개체)의 비율로 불임성이 유도됨을 확인할 수 있었다.

본 발명은 이러한 실험 결과에 기초하여 제공되는 것이다.

본 발명의 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 제조 방법은 (a) 유전자 변형 잔디의 꽃에 물리적 돌연변이원을 처리하는 단계, (b) 물리적 돌연변이원이 처리된 유전자 변형 잔디를 재배하여 그 종자를 채종하는 단계, 및 (c) 그 종자를 재배하여 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디를 선별하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 명세서에서, 상기 "잔디"는 파스팔럼 속 그라스( Paspalum sp. ,), 아그로스티스 속 그라스( Agrostis sp. ), 시노돈 속 그라스( Cynodon sp. ), 페스투카 속 그라스( Festuca sp. ), 포아 속 그라스( Poa sp. ), 로리엄 속 그라스( Lolium sp. ), 스테노타프럼 속 그라스( Stenotaphrum sp. ), 및 조이시아 속 그라스( Zoysia spp. )를 의미하며, 바람직하게는 보히아 그라스(Bahia Grass, Paspalum notatum ), 벤트그라스(Bentgrass, Agrostis stolonifera , Agrostis capillaris ), 버뮤다 그라스(Bermuda Grass, Cynodon dactylon ), 페스큐(Fescue, Festuca arundinacea ), 켄터기 블루 그라스(Kentucky Blue Glass, Poa pratensis ), 리에 그라스(Rye Grass, Lolium perenne ), 에스티. 오거스틴 그라스(St. Augustine Grass, Stenotaphrum secundatum ), 들잔디( Zoysia japonica ), 금잔디( Zoysia matella ), 비단잔디( Zoysia tenuifolia ), 왕잔디( Zoysia macrotachya ) 및 갯잔디( Zoysia sinica )를 의미한다.

또한 본 명세서에서, 상기 "유전자 변형 잔디"는 유전자 재조합, 화학적·물리적 돌연변이원의 처리 등의 유전자 조작 기술을 사용하여 인위적으로 의도한 특성이 유도된 잔디를 의미한다. 여기서 인위적으로 의도한 특성으로는 제초제 저항성, 왜성(矮性), 병충해 저항성 등이 예시될 수 있다. 바람직하게는 제초제 저항성 잔디, 특히 바스타 제초제 저항성 잔디를 의미한다.

또 본 명세서에서, 상기 "잔디의 꽃"이란 꽃의 각 기관인 암술, 수술, 꽃잎과 꽃받침이 분화된 상태에 있는 것을 의미한다. 일반적으로 개화는 꽃눈이 형성된 후에 꽃대가 형성되고 이로부터 꽃의 각 기관인 암술, 수술, 꽃잎과 꽃받침이 분화하고 그 분화한 꽃의 각 기관이 성숙하는 과정을 거치면서 이루어진다. 따라서 "잔디의 꽃"이란 꽃눈이 형성된 후 꽃의 각 기관이 분화된 시점부터 폐화되기까지의 상태에 있는 꽃을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명자들이 잔디의 꽃에 돌연변이원을 처리하였던 이유는, 개화 시기는 수분·수정이 이루어지는 시기여서 이 시기에 돌연변이원을 처리할 경우 돌연변이 효율이 높을 수 있다는 점에 착안한 것이다. 참고로 본 발명자들이 잔디의 종자에 돌연변이원을 처리하였을 때, 특히 화학적 돌연변이원(EMS, EES(ethyl ethane sulfonate), EO(Ethylene oxide), NMC 등)을 처리하였을 때는 불임성이 유도되지 않았음을 밝힌다.

또 본 명세서에서, 상기 "불임성"이란 유성생식이 불가능한 형질을 의미하며, 추대(bolting)되지 않거나(즉 꽃눈·꽃대가 형성되지 않거나), 추대되지 않음으로써 종자가 생성되지 않는 형질의 의미로서도 이해할 수 있다.

또 본 명세서에서, 상기 "불임성이 유도된"의 의미는 그 돌연변이된 형질 즉 불임성이 다음 세대에서도 발현될 수 있도록 유전적 변이가 일어난 경우를 의미한다. 조이시아속 잔디를 포함하여 잔디류는 지하경과 지상포복경을 통한 영양번식 능력을 가지고 있다. 따라서 상기 '불임성이 다음 세대에서도 발현된다'는 것의 의미는 지하경과 지상포복경을 통하여 영양번식한 경우에도 그 영양번식한 개체에서 불임성의 형질이 나타난다는 것의 의미로 이해할 수 있다.

본 발명에 있어서, 물리적 돌연변이원으로서는 당업계에서 사용되는 X선, γ선( ⁶⁰ Co), β선( ³² P, ³⁵ S 등), 중성자 빔(Hasegawa et al. 1995; Ling et al. 1991; Wang et al. 1988; Honda et al. 2006; Naito et al. 2005) 등이 모두 사용될 수 있으며, 특히 바람직하게는 ⁶⁰ Co를 사용하는 경우이다.

상기 물리적 돌연변이원을 어느 정도의 시간 동안 조사하느냐는 사용하고자하는 돌연변이원의 종류에 따라서 당업자의 통상의 능력 범위 내에서 결정될 수 있다. 일반적으로 어떠한 물리적 돌연변이원의 강도가 높으면 상대적으로 강도가 낮은 다른 물리적 돌연변이원에 비해 조사량을 짧게 하더라도 목적하는 돌연변이를 유발할 수 있을 것이다.

그러므로 잔디의 꽃에 물리적 돌연변이원을 처리하여 불임성이 유도된 잔디를 얻을 수 있는 한, 그 물리적 돌연변이원의 종류, 그 물리적 돌연변이원의 처리 시간 등이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

다만, 하기 실시예를 참조할 때 물리적 돌연변이원의 경우 그 돌연변이원의 종류를 불문하고 선량이 10(Gy) 내지 100(Gy) 범위 내에서 처리되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 선량이 10(Gy) 내지 50(Gy) 범위 내에서 처리되는 경우이다. 특히 물리적 돌연변이원으로서는 ⁶⁰ Co을 사용하는 것이 바람직하다.

또 본 발명에 있어서, 불임성이 유도된 잔디를 왜성의 형질이 함께 유도된 잔디인 것이 바람직하다.

본 명세서에서 "왜성(矮性)"은 잔디의 크기(size)(또는 생체량(biomass))이 야생형의 그것에 비하여 작은 형질을 의미하며, 구체적으로는 잔디의 높이(height), 절간(internode) 및/또는 잎의 길이(length)와 넓이(width)가 야생형의 그것에 비하여 작은 형질을 의미한다.

또 본 명세서에서, "왜성이 유도된"의 의미는 그 돌연변이된 형질 즉, 왜성이 다음 세대에서도 발현될 수 있도록 유전자 변이가 일어난 경우를 의미한다. 여기서 상기 "왜성이 다음 세대에서도 발현된다"는 것의 의미는 지하경과 지상포복경을 통하여 영양번식한 경우에도 그 번식한 개체에서 왜성의 형질이 나타난다는 의미이다.

이러한 왜성의 형질은 잔디의 예초(刈草) 작업을 생략할 수 있어 노동력의 절감과 직결되는 형질이다.

한편, 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 선별은 하기 실시예에서처럼 꽃눈·꽃대의 형성 여부로 판단할 수 있으며, 추가적으로 엽절위 수를 비교하여 판단할 수 있다.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디 지하경의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디 지하경의 제조 방법은 (a) 유전자 변형 잔디의 꽃에 물리적 돌연변이원을 처리하는 단계, (b) 돌연변이원이 처리된 유전자 변형 잔디를 재배하여 그 종자를 채종하는 단계, (c) 그 종자를 재배하여 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디를 선별하는 단계, 및 (d) 그 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디로부터 지하경을 채취하는 단계를 포함하여 구성된다.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 지상포복경의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디 지상포복경의 제조 방법은 (a) 유전자 변형 잔디의 꽃에 물리적 돌연변이원을 처리하는 단계, (b) 돌연변이원이 처리된 유전자 변형 잔디를 재배하여 그 종자를 채종하는 단계, (c) 그 종자를 재배하여 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디를 선별하는 단계, 및 (d) 그 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디로부터 지상포복경을 채취하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 방법들에 의하여 얻어진 지하경이나 지상포복경은 불임성을 갖는 유전자 변형 잔디를 증식시킬 수 있는 재료로서 유용하다.

상기 방법들에 있어서, 상기 지하경 또는 지상 포복경은 왜성이 함께 유도된 잔디로부터 얻어진 것이 바람직하다.

상기의 지하경 또는 지상포복경의 제조 방법에 있어서, "잔디", "유전자 변형 잔디", "불임성", "왜성" 등의 의미와 관련하여서는 전술한 바가 그대로 유효하다.

또 다른 측면에 있어서, 상기 방법들에 의하여 얻어진 지하경 또는 지상포복경을 토양에 이식하는 단계 및 이를 번식시키는 단계를 포함하는 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 증식 방법에 관한 것이다.

상기에서 지하경이나 지상포복경을 토양에 이식할 때 그 토양은 노지의 토양이거나 화분의 토양일 수 있다.

또 상기에서 번식 단계에는 일광 조건, 온도 조건 등 통상적인 잔디의 재배 조건을 적용할 수 있으며, 번식 효율을 높이기 위하여 일광 조건, 온도 조건 등을 변화시켜 적용하여도 무방하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디의 제조 방법을 제공할 수 있다. 이러한 방법에 따라 얻어지는 불임성이 유도된 유전자 변형 잔디는 생태계를 교란·파과의 원인이 되는 화분 비산에 의한 유전자 이동이 원천적으로 차단된 유전자 변형 잔디이다.