GM 파파야 개발 및 생물안전성 평가 연구 동향

Research status of the development of genetically modified papaya (Carica papaya L.) and its biosafety assessment

파파야는 열대와 아열대 지역에서 광범위하게 재배되고 있는 주요 작물 중의 하나이다. 파파야 열매는 칼로리가 낮고 비타민 A와 C, 미네랄이 풍부하며, 미숙과에는 단백질 분해 효소인 파파인이 풍부하여 의약품, 화장품, 식품 가공 산업 등에 널리 활용되고 있다. 전세계 파파야 산업에서 가장 중요한 제한 요인 중의 하나가 potyvirus에 속하는 papaya ringspot virus (PRSV)에 의해 야기되는 식물병이다. 1992년에 미국 연구자들에 의해 PRSV의 coat protein (cp) 유전자를 발현하는 최초의 PRSV-저항성 GM 파파야 이벤트($R_0$ '55-1')가 만들어졌으며, 1997년에는 이로부터 유래한 GM 품종('SunUp', 'Rainbow')에 대해 미국 정부가 상업적 재배를 승인하였다. 현재까지 GM 파파야 개발은 해충 저항성, 병 저항성(곰팡이, 바이러스), 수확 후 저장성 증대, 알루미늄과 제초제 저항성 등의 형질에 초점을 맞추어 왔다. 아울러 파파야를 동물단백질(백신 등) 생산을 위한 식물공장으로 활용하기 위한 시도도 이루어졌다. 현재, 미국과 중국을 비롯한 약 17개 국가에서 GM 파파야 개발과 포장 실험 또는 상업적 재배가 이루어지고 있다. GM 파파야의 개발과 더불어 생물안전성 평가 및 GM 판별 기술 개발에 관한 연구도 이루어지고 있다. 생물안전성 평가와 관련하여 주로 인체 위해성과 환경 위해성에 관한 분석이 수행되고 있다. 인체 위해성의 경우, 동물 모델을 대상으로 장기간 식이섭취를 통해 일반 및 유전 독성, 알레르기항원성, 면역 반응, GM 유래 단백질의 안정성에 관한 연구가 수행되었다. 환경 위해성의 경우, GM 재배가 토양 미생물 다양성에 미치는 영향, GM 유래 유전물질의 토양 잔류 및 토양 미생물로의 전이 여부에 관한 연구가 이루어졌다. 우리나라, 유럽 및 일본을 비롯한 많은 나라에서는 상업적 재배를 위한 GM 품종 도입이나, 파파야 가공 식품 제조에 비승인 GM 파파야의 사용을 규제하고 있다. 도입 유전자 특이적 또는 이벤트 특이적인 분자표지를 개발하고, PCR(일반, real-time) 또는 loop-mediated isothermal amplification 방법을 통해 GM 여부를 판별하고 있다. 파파야에 대한 초안 수준의 유전체 정보가 2008년에 해독되었으며, 최근에는 차세대 유전체 분석 기술로 확보된 유전체와 전사체 정보를 활용하여 GM 여부를 판별하는 기술도 확립되었다.

Papaya (Carica papaya L.) is one of the crops widely planted in tropical and subtropical areas. The papaya fruit has low calories and are plentiful in vitamins A and C and in minerals. A major problem in papaya production is a plant disease caused by the papaya ringspot virus (PRSV). The first PRSV-resistant GM papaya expressing a PRSV coat protein gene was developed by USA scientists in 1992. The first commercial GM papaya cultivars derived from the event was approved by the US government in 1997. Development of transgenic papayas has been focused on vaccine production and limited agricultural traits, including insect and pathogen resistance, long shelf life, and aluminum and herbicide tolerance. Approximately 17 countries, including the USA and China, produced transgenic papayas and/or commercialized them, which provoked studies on biosafety assessment and development of GM-detection technologies. For the biosafety assessment of potential effects on human health, effects of long-term feeding to model animals have been studied in terms of toxicity and allergenicity. Studies on environmental safety assessment include influence on soil-microbial biodiversity and transfer to soil bacteria of GM selection markers. Many countries, such as Korea, the European Union, and Japan, that have strict regulations for GM crops have serious concerns about unintended introduction of GM cultivars and food commodities using unauthorized GM crops. Transgene- and/or GM event-specific molecular markers and technologies for genomics-based detection of unauthorized GM papaya have been developed and have resulted in the robust detection of GM papayas.