곤충병원성 세균인 Bacillus thuringiensis에 대한 곤충의 저항성은 해충관리에 있어서 유전공학작물과 전통적인 살포를 통하여 Bt 독소에 대한 의존성이 증가하고 있기 때문에 즉각적이며 광범위한 중요성을 갖는다. Bt 저항성에 대한 대부분의 연구들은 Bt 제제나 Cry1A 독소에 대한 저항성을 강조하고 있다. Bt에 대해 가장 잘 입증되어있는 저항성 방식은 Cry1A 독소에 대한 500배 이상의 저항성, 열성유전, Cry1C에 대한 무교차저항성 등에 의해 특성화된다.
Cry1C 저항성에 대해서는 소수의 사례가 보고되었다. 파밤나방 Spodoptera exigua와 Spodoptera littoralis를 실험실에서 선발하여 높은 수준의 Cry1C 저항성(500배이상)을 발달시켰다. 또한 Cry1C에 저항성인 파밤나방은 Cry1Ab, Cry2A, Cry9C에도 저항성이었다. S. littoralis에서는 부분적인 교차저항성이 Cry1D와 Cry1E에 대하여 나타났으나 Cry1G에 대해서는 나타나지 않았다.
배추좀나방 Plutella xylostella는 개방된 포장(圃場)의 개체군이 Bt 독소에 저항성을 발달시킨 유일한 곤충종이다. 배추좀나방 상염색체상의 열성유전자는 4가지 Bt 독소인 Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1F에 대하여 높은 수준의 저항성을 제공하는 것으로 나타났다. 또한 Cry1A 저항성 배추좀나방의 실내개체군은 높은 수준의 Cry1Ac를 발현시키는 형질전환 십자화과식물에서 생존할 수 있었다. 포장(23배)이나 실내(62배)에서 발달된, Cry1C에 대한 저-중 수준의 저항성이 보고되었다. Cry1C에 대한 저항성과 Cry1Ab에 대한 저항성은 독립적으로 유전되었다.
미국 코넬대학교 곤충학과의 Jian-Zhou Zhao 연구팀은 연구초기에 Cry1C에 31배의 저항성을 보이는 포장채집 배추좀나방 개체군을 이용하여 Cry1C 전독소(protoxin)와 Cry1C 독소를 발현시키는 형질전환 브로콜리로 계속 선발하였다. 저항성계통의 갓부화유충이 높은 수준의 Cry1C를 발현시키는 형질전환 브로콜리에서 전체 생활환을 완료하기에 충분할 정도로 저항성을 발달시켰다. 이 계통에서 Cry1C 저항성은 상염색체유전되었으며 엽침지검정을 이용하여 평가하였을 때는 불완전열성이었으며 Cry1C 형질전환 브로콜리를 이용하였을 때는 열성이었다. 추가적인 생물검정을 통해 이 Cry1C 저항성 계통이 Cry1Ac에 대하여 고도의 저항성임도 입증되었다.
본 연구에서는 두 계통의 배추좀나방이 B. thuringiensis의 Cry1C 전독소와 Cry1C 독소를 발현시키는 형질전환 브로콜리 식물을 이용하여 선발되었다. 두 계통은 Cry1C에 저항성이었으나 상이한 교차저항성 패턴을 보였다. 연구팀은 교차저항성시험을 위하여 Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1Bb, Cry1C, Cry1D, Cry1E, Cry1F, Cry1J, Cry2Ab, Cry9Aa, Cry9C등 12개의 Bt 전독소를 이용하였다. 선발하지 않은 자매계통(BCS)과 비교하여 한 가지 계통(BCS-Cry1C-1)의 Cry1C 전독소에 대한 저항성비는 1,090배였으며 Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1F, Cry1J에 대하여 높은 수준의 교차저항성(저항성비가 390배이상)을 보였다. BCS-Cry1C-1 계통의 Cry1A, Cry1F, Cry1J에 대한 교차저항성은 아마도 최초의 포장개체군에서 유래한 Cry1A 저항성유전자(s)와 관련이 있으며 Cry1A 전독소를 포함하는 Bt 제품의 집중적인 살포가 원인일 것이다. 이 계통의 갓부화유충은 Cry1Ac나 Cry1C 독소를 발현시키는 형질전환 브로콜리에서 생존할 수 있었다. 다른 계통(BCS-Cry1C-2)은 Cry1C에 고도의 저항성이었으나 다른 Bt 전독소에 교차저항성을 보이지 않았다. BCS-Cry1C-2 계통의 갓부화유충은 Cry1C 독소를 발현시키는 형질전환 브로콜리에서 생존할 수 있었으나 Cry1Ac를 발현시키는 브로콜리에서는 생존할 수 없었다. 이 계통들에서 Cry1C에 저항성을 제공하는 유전자(s)는 Cry1Ac 저항성과 독립적으로 분리하였다. 3가지 계통 모두에 대하여 Cry1E와 Cry2Ab 전독소의 독성은 낮았다. 모든 연구의 전체적인 과정은 Bt 형질전환작물의 저항성관리를 위한 유전자전략을 시험할 수 있는 독특한 모형체계가 되었다.
* Anthony M. Shelton
* Department of Enotmology, Cornell University, New York State Agricultural Experiment Station, Geneva, NY 14456, USA
* E-mail : ams5@cornell.edu
(소스: Journal of Economic Entomology 94: 1547-1552, 2001년 12월호)
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