Sensitivity of plants exposed to gamma radiation : a physiological and molecular study

Abstract

Sessile organisms such as plants need to cope with a range of changing environmental conditions and stressors, including ionizing radiation like gamma, beta or alpha radiation and non-ionizing radiation (UV-A and UV-B radiation, visible light, infrared radiation). In the environment, gamma-, beta- or alpha emitting radionuclides originate from natural radioactive sources (NORM) such as uranium or thorium containing bedrocks, sediments and soils as well as anthropogenic sources due to releases from the nuclear weapons and fuel cycles. Ionizing radiation can trigger different physical, chemical and biochemical responses in an organism and potentially result in effects such as oxidative stress, DNA damage, reproduction failure and even transgenerational effects. The present PhD study aimed to investigate radiosensitivity in different plant species; the ecologically important coniferous woody species Norway spruce (Picea abies) and Scots pine (Pinus sylvestris) as well as the herbaceous model plant Arabidopsis thaliana, by investigating different molecular, physiological and morphological parameters. To do so, a set of studies have been performed, including a comparative study involving all three species and more detailed studies of the conifers. In these, interactive effects of UV-B and gamma radiation were investigated and early molecular events in response to gamma radiation were assessed using an RNA sequencing approach.

Ikke-mobile organismer som planter må håndtere en rekke endrede miljøforhold og stressorer, inkludert elektromagnetiske strålingstyper som ioniserende stråling (gamma-, alfa-, betastråling) og ikke-ioniserende stråling (UV-A og UV-B-stråling, synlig lys og infrarød stråling). I naturen kommer ioniserende stråling fra kosmisk stråling, radionuklider som uran og thorium i berggrunnen, sedimenter og jord og utslipp fra menneskeskapte kilder som kjernefysiske våpen og kjernekraftverk. Slik stråling kan utløse forskjellige fysiske, kjemiske og biokjemiske responser i en organisme og gi opphav til effekter som oksidativt stress, DNA-skade, reproduksjonssvikt og til og med transgenerasjonelle effekter. Dette doktorgradsarbeidet tok sikte på å undersøke radiosensitivitet i forskjellige plantearter; de økologisk viktige bartreartene gran (Picea abies) og furu (Pinus sylvestris) og den urteaktige modellplanten vårskrinneblom (Arabidopsis thaliana). For å forstå forskjell i radiosensitivitet ble ulike molekylære, fysiologiske og morfologiske parametere sammenlignet for alle de tre artene. I tillegg ble mer detaljerte studier av bartrærne gjort. I disse studiene ble interaktive effekter av UVB og gammastråling undersøkt og tidlige molekylære endringer i respons på gammastråling ble undersøkt ved hjelp av RNA-sekvensering.