Ionisierende Strahlung von Nuklearkatastrophen ist bekanntermaßen schädlich für die natürliche Umwelt. Die Kernschmelze im Kernkraftwerk Fukushima Dai-ichi im Jahr 2011 ist ein prominentes Beispiel für eine solche Katastrophe in jüngster Zeit. Auch ein Jahrzehnt nach dem Vorfall bestehen Bedenken hinsichtlich der langfristigen Auswirkungen der Strahlung. Insbesondere ist nicht klar, wie sich die verbleibende niedrig dosierte Strahlung auf lebende Organismen auf genetischer Ebene auswirken könnte.
Die Hauptlast der Katastrophe tragen normalerweise die Pflanzen, die die kontaminierten Gebiete bewohnen, da sie sich nicht bewegen können. Dies macht sie jedoch ideal, um die Auswirkungen ionisierender Strahlung auf lebende Organismen zu untersuchen. Nadelpflanzen wie die japanische Rotkiefer und -tanne haben zum Beispiel nach der Katastrophe von Fukushima eine abnormale Verzweigung gezeigt. Es ist jedoch unklar, ob solche Anomalien genetische Veränderungen widerspiegeln, die durch die vorherrschende Strahlung mit niedriger Dosisleistung in dem Gebiet verursacht werden.
Um diese Bedenken auszuräumen, hat ein Forscherteam aus Japan eine schnelle und kostengünstige Methode entwickelt, um die Mutationsrisiken abzuschätzen, die durch Strahlung mit niedriger Dosisleistung (0,08 bis 6,86 μGy h-1) in zwei weit verbreiteten Baumarten des Anbaus in Japan verursacht werden im kontaminierten Bereich. Sie verwendeten eine neue Bioinformatik-Pipeline, um De-novo-Mutationen (DNMs) oder genetische Veränderungen/Mutationen, die früher nicht vorhanden waren oder vererbt wurden, in der Keimbahn der Gymnospermen-Japanischen Zeder und der Angiospermen-Blütenkirsche zu bewerten.
Die Studie unter der Leitung von Dr. Saneyoshi Ueno vom Forestry and Forest Products Research Institute wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Umwelt International und beteiligter Beitrag von Dr. Shingo Kaneko von der Universität Fukushima. „Die Menschen, die in den betroffenen Gebieten leben, sind besorgt und müssen sich in ihrem täglichen Leben sicher fühlen“, sagt Dr. Kaneko, als er nach der Motivation hinter ihrer Studie gefragt wird. „Wir wollten die Luft von Fehlinformationen über die biologischen Folgen des Atomkraftwerksunfalls reinigen.“
Für die Probenahme von japanischer Zeder maß das Team zunächst die Konzentrationen an radioaktivem Cäsium (137Cs) der kegeltragenden Äste. Die Zapfen wurden dann verwendet, um die gekeimten Samen zu sammeln, und die verbleibenden Megagametophyten wurden für die DNA-Extraktion verwendet.
Für die japanische Blütenkirsche wurde ein künstliches Kreuzungsexperiment durchgeführt, gefolgt von Samensammlung und DNA-Extraktion. Die Proben wurden einer Restriktionsstellen-assoziierten DNA-Sequenzierung unterzogen, bei der die im Samen der Nachkommen vorhandenen DNA-Sequenzen mit denen der Eltern verglichen wurden. Die DNMs wurden unter Verwendung einer von den Autoren entwickelten bioinformatischen Pipeline nachgewiesen.
Interessanterweise fand das Team keine DNMs für die japanische Blütenkirsche und durchschnittlich 0,67 DNMs pro Megagametophytenprobe für die japanische Zeder in der „schwierig zurückzubringenden“ Zone. Darüber hinaus hatten die 137Cs-Konzentration und die Umgebungsdosisrate keine Auswirkungen auf das Vorhandensein oder Fehlen von DNMs in japanischer Zeder und blühender Kirsche.
Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die Mutationsrate in Bäumen, die in kontaminierten Gebieten wachsen, aufgrund der Umgebungsstrahlung nicht signifikant anstieg. „Unsere Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Mutationsraten zwischen den Abstammungslinien variieren und stark von der Umwelt beeinflusst werden“, sagt Dr. Ueno.
Die Studie ist die erste, die die DNM-Frequenz zur Bewertung der Nachwirkungen einer nuklearen Katastrophe verwendet. Mit der weltweit steigenden Anzahl von Kernkraftwerken steigt das Risiko von Nuklearunfällen. Auf die Frage nach den zukünftigen Implikationen ihrer Studie sagt Dr. Ueno: „Die in unserer Studie entwickelte Methode kann uns nicht nur helfen, die Beziehung zwischen Genetik und Strahlung besser zu verstehen, sondern auch erbliche Risikobewertungen für nukleare Unfälle schnell durchführen.“
Mehr Informationen:
Saneyoshi Ueno et al., Schnelle Untersuchung von De-novo-Mutationen in natürlich wachsenden Baumarten nach der Katastrophe in Fukushima im März 2011: die Wirkung von Strahlung mit niedriger Dosisleistung, Umwelt International (2023). DOI: 10.1016/j.envint.2023.107893
Bereitgestellt vom Forschungsinstitut für Forstwirtschaft und Forstprodukte