Invloed van cadmiumstress bij Arabidopsis thaliana: transcriptionele veranderingen in regulatiemechanismen.

Abstract

Als gevolg van antropogene bronnen werden sinds de 19e eeuw lucht, water en bodem vervuild met cadmium. Dit niet-essentieel toxische metaal is reeds toxisch bij lage concentraties voor zowel plant, dier als mens. Blootstelling van een organisme aan cadmium zal leiden tot de verstoring van verschillende fysiologische processen, zoals schade aan lever, nieren, bot en longen bij mens en dier. Bij planten wordt onder andere de fotosynthese verstoort. Een mogelijke oorzaak van deze fysiologische verstoringen is het ontstaan van oxidatieve stress op cellulair niveau. Oxidatieve stress wordt gedefinieerd als een onevenwicht in het voorkomen van pro-oxidanten en anti-oxidanten. Hierbij zullen prooxidanten, zoals reactieve zuurstofvormen, zorgen voor de beschadiging aan allerlei biomoleculen: DNA, eiwitten en membraanlipiden. Zo worden verschillende functies verstoord. De antioxidatieve verdediging zal in deze stress-situatie geactiveerd worden en zorgen voor bescherming. De manier waarop deze antioxidatieve verdediging geactiveerd wordt, is tot op heden nog onvoldoende gekend. In deze studie werd de rol van MAPK cascades en calcium-signalisatie pathways op genexpressieniveau bestudeerd bij de regulatie van cadmiumgeïnduceerde effecten. Verder werd er ook gezocht naar specifieke miRNAs die belangrijk zijn onder cadmiumstress. Er werd getracht om deze genexpressiepatronen in verband te stellen met deze van ROSproducerende en antioxidatieve enzymen. Als modelorganisme werd gebruik gemaakt van Arabidopsis thaliana, omwille van een grote beschikbaarheid aan moleculaire informatie en technieken. Uit de resultaten van deze studie kan besloten worden dat calcium een belangrijke factor lijkt te zijn in de regulatie van cadmiumgeïnduceerde stresseffecten. Componenten die belangrijk zijn in calcium-signalisatie, en waarvan tot nu toe enkel van geweten was dat ze belangrijk zijn bij zoutstress, werden op genexpressieniveau gewijzigd onder invloed van cadmiumstress. Verder toonde deze studie een stijging in genexpressie van componenten betrokken bij MAPK cascades als gevolg van cadmiumblootstelling. Ook een stijging in genexpressie van antioxidatieve genen werd aangetoond in dit onderzoek. Enkel de genexpressie van Cu/ZnSOD bleek te dalen onder cadmiumstress. Een specifiek miRNA dat hiervoor verantwoordelijk zou kunnen zijn, kwam in deze studie verhoogd tot expressie.