Onderzoeksovereenkomst in het kader van het doctoraat van Jorden Van de Walle : "De bijdrage van epigenetische processen tot de inductie van lange termijn effecten en adaptieve responsen in planten blootgesteld aan lage dosis straling." (R-4688)

In het leefmilieu is er steeds een kleine hoeveelheid ioniserende straling aanwezig, aangeduid als 'achtergrondstraling'. Deze straling is afkomstig van kosmische bronnen of natuurlijk voorkomende radioactieve materialen. Echter, het gebruik van verschillende radionucliden voor de productie van energie, geneesmiddelen of onderzoek heeft geleid tot een potentiële lokale verhoging van radioactieve materialen in het milieu. Hierdoor lopen organismen groter risico op blootstelling aan ioniserende straling. Hoewel er in de recente jaren een aanzienlijke vooruitgang is geboekt in de ontwikkeling van een kader te scheppen waarin risicobepaling van blootstelling aan radioactieve stoffen kan gebeuren, staan er nog grote uitdagingen te wachten (Copplestone et al. 2004; Garnier-Laplace et al. 2006). Het is vooral nodig om onderzoek te voeren naar lange termijn, transgenerationele effecten en de achterliggende mechanismen in organismen blootgesteld aan relevante dosissen, dit zijn dosissen die in het milieu ook voorkomen. (Hinton et al. 2013). Het doel van dit PhD project is het bestuderen van de lange termijn impact van lage dosis gamma straling in planten (binnen en tussen generaties) en om de onderliggende cellulaire processen bloot te leggen. Ioniserende straling kan genotoxische effecten veroorzaken door direct of indirect te interageren met DNA. Daarenboven kan het ook oxidatieve stress veroorzaken (door een verhoogde ROS productie) en op deze manier leiden tot veranderingen in eiwitten en vetten of DNA. Schade aan het DNA kan zich manifesteren als enkel- of dubbelstrengige breuken, oxidatieve veranderingen en DNA lesies. Organismen kunnen op hun beurt reageren op deze blootstelling aan ioniserende straling door het induceren van verscheidene stress genen en DNA herstelmechanismen. Hierdoor worden adaptieve responsen geïnduceerd en nadelige effecten geminimaliseerd (Esnault et al. 2010). Modificaties van DNA die leiden tot een veranderde genexpressie zonder een veranderde DNA code worden 'epigenetische modificaties' genoemd. De genexpressie in een bepaalde cel is afhankelijk van de chromosomale structuur, deze structuur kan worden aangepast door middel van epigenetische processen zoals post-translationele modificaties van histonen en van repressie- of inductiemechanismen zoals DNA methylatie, miRNA's en siRNA's. Een aantal studies hebben aangetoond dat deze epigenetische DNA veranderingen en histon modificaties een essentiële rol spelen in de genexpressie en ontwikkeling van planten die stress ervaren (Chinnusamy and Zhu 2009; Bruce et al. 2007). De meeste van deze stress-geïnduceerde veranderingen worden terug omgekeerd wanneer de stressvolle situatie ophoudt, maar sommigen zijn echter stabiel en kunnen leiden tot lange termijn acclimatisatie of tot adaptieve responsen die aan de volgende generatie kunnen worden doorgegeven. Indicaties voor de bijdrage van epigenetische veranderingen in de stress respons van planten blootgesteld aan straling komen tot nu toe vooral van veldstudies in Chernobyl. Hier werd over het algemeen een dosis-afhankelijke verhoging van de methylatiegraad gevonden in zowel Pinus als Arabidopsis (Kovalchuk et al. 2003; Kovalchuk et al. 2004). In deze studies bleken de geobserveerde epigenetische veranderingen in verband te staan met een verbeterde tolerantie van de planten ten aanzien van chronische blootstelling aan straling. Deze adaptieve responsen kunnen wel een negatieve impact hebben op de opbrengst van planten omdat ze verhinderd worden in hun optimale groei. Het is de hypothese van deze studie dat gamma straling lange termijn effecten in planten kan veroorzaken die de radiosensitiviteit van de plant veranderen en dat epigenetische verandering kan leiden tot adaptieve responsen over verschillende generaties.

Trefwoorden:epigenetische processen

Disciplines:Plantenbiologie