From dosimetry to damage: Unravelling the biological effects of environmental radioactivity in Arabidopsis thaliana.

Abstract

Increased human activity has led to a rise in the amount of radioactive elements in the environment. In addition to radionuclides from controlled and accidental releases by nuclear power facilities and medical activity, a significant amount of radionuclides is annually released from the earth‘s crust by the so-called NORM industries (Naturally Occurring Radioactive Material; e.g. phosphate industry, mining,…). The presence of these radionuclides and their decay products in the biosphere pose an increased risk of exposure to external as well as internal ionising radiation for biota. Though significant scientific efforts have been made in the past to understand the effects of ionising radiation in non-human biota, there is still a considerable knowledge gap as to how organisms respond on the molecular and physiological level and how this response ties in to effects on morphology and growth. For plants in particular, the dose-dependent effects of radiation are poorly understood. Studies on acute γ-irradiation suggest DNA repair and the anti-oxidative response play an important role at the cellular level, though very little is know about the long-term response to chronic radiation by radionuclides in the environment. Nor are there clear indications on how the response differs or overlaps between the different types of radiation. The aim of this study was to unravel the biological effects of chronic α, β, and γ- radiation on seedlings of the widely used model plant Arabidopsis thaliana (Columbia ecotype) at the morphological, physiological and molecular level.

Een gestage toename in menselijke activiteit zorgt voor steeds groeiende concentraties aan radioactive elementen in het leefmilieu. Naast de gecontroleerde en accidentele lozingen door medische en nucleaire installaties wordt jaarlijks een aanzienlijke hoeveelheid radionucliden vanuit de aardkorst vrijgesteld in het leefmilieu door zogenaamde NORM-industrieën. De aanwezigheid van deze radionucliden en hun dochters in het leefmilieu zorgt voor een verhoogd risico op blootstelling van biota aan zowel externe als interne ioniserende straling. Ondanks de belangrijke wetenschappelijke inspanningen in de voorbije jaren zijn er nog steeds belangrijke hiaten in onze kennis over de fysiologische en moleculaire effecten van ioniserende straling in non-human biota, en hoe deze verband houden met de effecten op groei en morfologie. Voor planten in het bijzonder zijn de dosisafhankelijke effecten van straling slecht begrepen. Studies met acute gammastraling lijken aan te tonen dat DNA-herstel en de anti-oxidatieve respons een rol spelen op het cellulair niveau, maar er is weinig gekend over de effecten van chronische straling afkomstig van radionucliden in het leefmilieu. Bovendien zijn er geen duidelijke aanwijzingen wat de overlap of verschillen in respons zijn tussen de verschillende types straling. Het doel van deze studie was het ophelderen van de morfologische, fysiologische en moleculaire biologische effecten van chronische α-, β- en γ- straling op zaailingen van de modelplant Arabidopsis thaliana (Columbia ecotype).