Фізіологія рослин і генетика 2024, том 56, № 3, 213-229, doi: https://doi.org/10.15407/frg2024.03.213

Цитогенетичний аналіз індукованих мутацій у зоні відчуження Чорнобильської АЕС через 35 років після аварії

Якимчук Р.А., Моргун В.В., Скрипльов В.О.

  • Iнститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України 03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17

Вивчено мутагенну активність радіонуклідного забруднення ґрунту території зони відчуження Чорнобильської АЕС через 35 років після аварії. За допомогою ана-телофазного методу проведено цитогенетичний аналіз клітин коре­невої меристеми проростків Triticum aestivum L. сортів Смуглянка і Богдана, що зазнали пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень ґрунту в межах 10-км зони Чорнобильської АЕС (села Копачі, Чистогалівка та Янів). Питома активність 137Cs і 90Sr становила 4,5—28,2 кБк/кг. За контроль взято ґрунт території с-ща Глеваха Фастівського р-ну Київської обл., питома радіоактивність якого становить 0,29 кБк/кг. Частота аберантних клітин, індукованих радіонуклідним забрудненням ґрунту, перевищує контрольний рівень у 3,5—7,5 раза. Прямої залежності між частотою аберантних клітин і питомою радіоактивністю ґрунту не виявлено. Спектр хромосомних порушень включає типові для умов впливу іонізувального випромінювання парні фрагменти і мости, співвідношення яких варіює в межах 1,0—7,2. Мутагенна дія радіонуклідного забруднення ґрунту спричинює розширення спектра хромосомних аберацій та аномалій мітозу, які включають хромосмні ацентричні кільця, мікроядра, хромосоми, що відстають. Індукування в результаті пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень ґрунту хромосом, що відстають, свідчить про анеугенну дію мутагенного чинника. Мутаген­на дія радіонуклідів ґрунту зони відчуження Чорнобильської АЕС супроводжується появою клітин з множинними абераціями, частка яких виявляє обернену залежність від щільності радіонуклідного забруднення, що може ураховуватись під час проведення радіоекологічного моніторингу навколишнього природного середовища. Результати багаторічних досліджень генетичних наслідків Чорнобильської катастрофи та аварій на ядерних об’єктах інших країн свідчать про довготривалу радіаційну загрозу стабільності генома живих організмів і слугують підставою для включення до державної екологічної програми проведення систематичного генетичного моніторингу на територіях, що постраждали від радіонуклідного забруднення та поблизу радіаційно небезпечних об’єктів.

Ключові слова: Triticum aestivum L., радіонуклідне забруднення, питома радіоактивність, хромосомні аберації

Фізіологія рослин і генетика
2024, том 56, № 3, 213-229

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Duarte, G.T., Volkova, P.Y., Perez, F.F. & Horemans, N. (2023). Chronic ionizing radiation of plants: an evolutionary factor from direct damage to non-target effects. Plants, 12, No. 5, 1178. https://doi.org/10.3390/plants12051178

2. Mousseau, T.A. (2021). The biology of Chernobyl. Ann. Rev. Ecol. Evol. Systematics. No. 52, pp. 87-109. https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-110218-024827

3. Amiard, J.C. (2018). Military Nuclear Accidents: Environmental, Ecological, Health and Socio-economic Consequences. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781119572558

4. Beresford, N.A., Fesenko, S., Konoplev, A., Skuterud, L., Smith, J.T. & Voigt, G. (2016). Thirty years after the Chernobyl accident: What lessons have we learnt? J. Environ. Radioact., No. 157, pp. 77-89. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2016.02.003

5. Piguet, F.-P., Eckert, P., Deriaz, B., Knтsli, C. & Giuliani, G. (2019). Modeling of a major accident in five nuclear power plants from 365 meteorological situations in Western Europe and analysis of the potential impacts on populations, soils and affected countries. Geneva: Biosphere Institute.

6. Cannon, G. & Kiang, J.G. (2022). A review of the impact on the ecosystem after ionizing irradiation: wildlife population. Int. J. Radiat. Biol., 98, No. 6 pp. 1054-1062. https://doi.org/10.1080/09553002.2020.1793021

7. Ludovici, G.M., Chierici, A., de Souza, S.O., d'Errico, F., Iannotti, A. & Malizia, A. (2022). Effects of Ionizing Radiation on Flora Ten Years after the Fukushima Dai-ichi Disaster. Plants, 11, No. 2, p. 222. https://doi.org/10.3390/plants11020222

8. Skalozubov, V., Kozlov, I., Hayo, H., Kozlov, O., Dudarev, I. & Yarotskaya, G. (2022). Issues of predictingthe impact of nuclear power facilities accidents' radiation consequences. Proc. Odessa Polytech. Univ., 66, No. 2, pp. 64-73. https://doi.org/10.15276/opu.2.66.2022.08

9. Baker, R.J., Dickins, B., Wickliffe, J.K., Khan, F.A., Gaschak, S., Makova, K.D. & Phillips, C.D. (2017). Elevated mitochondrial genome variation after 50 generations of radiation exposure in a wild rodent. Evol. Appl., 10, No. 8, pp. 784-791. https://doi.org/10.1111/eva.12475

10. Fuller, N., Ford, A.T., Lerebours, A., Gudkov, D.I., Nagorskaya, L.L. & Smith, J.T. (2019). Chronic radiation exposure at Chernobyl shows no effect on genetic diversity in the freshwater crustacean, Asellus aquaticus thirty years on. Ecol. Evol., No. 9, pp. 10135-10144. https://doi.org/10.1002/ece3.5478

11. Morgun, V.V. & Yakymchuk, R.A. (2021). Henetychni naslidky Chornobylskoi katastrofy: 35 rokiv doslidzhen [Genetic consequences of chornobyl disaster: 35 years of study]. Fiziol. rast. genet., 53, No. 3, pp. 216-239 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2021.03.216

12. Dillon, M.N., Thomas, R., Mousseau, T.A., Betz, J.A., Kleiman, N.J., Reiskind, M.O.B. & Breen, M. (2023). Population dynamics and genome-wide selection scan for dogs in Chernobyl. Can. Med. Genet., 10, No. 1. pp. 1-14. https://doi.org/10.1186/s40575-023-00124-1

13. Jernfors, T, Kes¬niemi, J., Lavrinienko, A., Mappes, T., Milinevsky, G., MЭlleret, A.P., Mousseau, T.A., Tukalenko, E. & Watts, P.C. (2018). Transcriptional upregulation of DNA damage response genes in bank voles (Myodes glareolus) inhabiting the Chernobyl Exclusion Zone. Front. Environ. Sci., No. 5. pp. 1-8. https://doi.org/10.3389/fenvs.2017.00095

14. Kes¬niemi, J., Lavrinienko, A., Tukalenko, E,, Boratynski, Z., Kivisaari, K., Mappes, T., Milinevsky, G., MЭller, A.P., Mousseau, T.A. & Watts, P.C. (2019). Exposure to environmental radionuclides associates with tissue-specific impacts on telomerase expression and telomere length. Sci. Rep. 9, No. 1, pp. 1-9. https://doi.org/10.1038/s41598-018-37164-8

15. Kes¬niemi, J., Lavrinienko, A., Tukalenko, E., Moutinho, A.F., Mappes, T., MЭller, A.P., Mousseau, T.A. & Watts, P.C. (2020). Exposure to environmental radionuclides alters mitochondrial DNA maintenance in a wild rodent. Evol. Ecol., 34, No. 2, pp. 163-174. https://doi.org/10.1007/s10682-019-10028-x

16. Tronko, M.D., Zamotaieva, H.A., Paster, I.P. & Masiuk, S.V. (2019). Ukrainsko-Amerykanskyi proekt doslidzhennia naslidkiv oprominennia in utero vnaslidok avarii na Chornobylskii AES: ohliad naukovykh publikatsii [The Ukrainian-American project for studying the consequences of in utero exposure to ionizing radiation as a result of the accident at the Chornobyl NPP: a review of scientific publications]. Endokrynologia, 24, No. 4, pp. 346-359 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31793/1680-1466.2019.24-4.346

17. Reste, J., Zvagule, T., Kurjane, N., Diesters, A., Silova, A., Eglite, M., Cirule, J., Gabruseva, N., Ziverts, A. & Eurbakova, E. (2016). Investigations on health conditions of chernobyl nuclear power plant accident recovery workers from latvia in late period after disaster. Proc. Latvian Acad. Sci., 70, No. 5, pp. 257-265. https://doi.org/10.1515/prolas-2016-0040

18. Einor, D., Bonisoli-Alquati, A., Costantini, D., Mousseau, T.A. & MЭller, A.P. (2016). Ionizing radiation, antioxidant response and oxidative damage: a meta-analysis. Sci. Total Environ., 48, No. 5, pp. 463-471. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.01.027

19. Car, C., Gilles, A., Goujon, E., Muller, M.L.D., Camoin, L., Frelon, S., Burraco, P., Granjeaud, S., Baudelet, E., Audebert, S., Orizaola, G., Armengaud, J., Tenenhaus, A., Garali, I., Bonzom, J.M. & Armant, O. (2023). Population transcriptogenomics highlights impaired metabolism and small population sizes in tree frogs living in the Chernobyl Exclusion Zone. Evol. Appl. 15, No. 2, pp. 203-2019. https://doi.org/10.1111/eva.13282

20. Ivanuta, S.P. (2021). 35 rokiv Chornobylskoi katastrofy: naslidky ta priorytety podolannia [35 years of the Chernobyl disaster: consequences and priorities of overcoming]. National Institute of Strategic Studies. Center for Security Studies. pp. 1-5 [in Ukrainian].

21. Caplin, N. & Willey, N. (2018). Ionizing radiation, higher plants, and radioprotection: from acute high doses to chronic low doses. Front. Plant Sci., No. 9, 847. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00847

22. Shore, R.E., Beck, H.L., Boice, J.D., Caffrey, E.A., Davis, S., Grogan, H.A., Mettler, F.A., Preston, R.J., Till, J.E., Wakeford, R., Walsh, L. & Dauer, L.T. (2018). Implications of recent epidemiologic studies for the linear nonthreshold model and radiation protection. J. Radiol. Protect., 38, No. 3, pp. 1217-1233. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00847

23. Mousseau, T.A. & MЭller, A.P. (2020). Plants in the light of ionizing radiation: what have we learned from Chernobyl, Fukushima, and other «hot» places? Front. Plant Sci., No. 11, pp. 1-9. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00552

24. Maluszynska, J. & Juchimiuk, J. (2005). Plant genotoxicity: a molecular cytogenetic approach in plant bioassays. Arch. Indust. Hygiene Toxicol., No. 56, pp. 177-184.

25. Ramzaev, V., BЭtter-Jensen, L. & Thomsen, K.J. (2008). An assessment of cumulative external doses from Chernobyl fallout for a forested area using the optically stimulated luminescence from quartz inclusions in bricks. J. Environ. Radioact., 99, No. 7, pp. 1154-1164. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2008.01.014

26. Singh, R.J. (2018). Practical manual on plant cytogenetics. Boca Raton: CRC Press. https://doi.org/10.4324/9781351228268

27. Atramentova, L.O., & Utievska, O.M. (2007). Biometriia [Biometrics]. Kharkiv: Ranok [in Ukrainian].

28. Bolsunovsky, A., Dementyev, D., Trofimova, E., Iniatkina, E., Kladko, Y. & Petrichenkov, M. (2019). Chromosomal aberrations and micronuclei induced in onion (Allium cepa) by gamma-radiation. J. Environ. Radioact., No. 20, pp. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2019.05.014

29. Garnier-Laplace, J., Geras'kin, S., Della-Vedova, C., Beaugelin-Seiller, K., Hinton, T.G., Real, A. & Oudalovaet, A. (2013). Are radiosensitivity data derived from natural field conditions consistent with data from controlled exposures? A case study of Chernobyl wildlife chronically exposed to low dose rates. J. Environ. Radioact., No. 121, pp. 12-21. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2012.01.013

30. Yakymchuk, R.A. (2018). Cytogenetic disorders in Triticum aestivum L. cells affected by radionuclide contamination of water reservoirs in the alienation zone of Chornobyl NPP. Biopolym. Cell., 34, No. 2, pp. 97-106. https://doi.org/10.7124/bc.000974

31. Yin, X., Mason, J., Lobachevsky, P.N., Munforte, L., Selbie, L., Ball, D.L., Martin, R.F., Leong, T., Siva, S. & Martin, O.A. (2019). Radiation therapy modulates dna repair efficiency in peripheral blood mononuclear cells of patients with non-small cell lung cancer. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 103, No. 2, pp. 521-531. https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2018.10.001

32. Ocolotobiche, E.E., Dauder, R.M. & Gтerci, A.M. (2021). Radiosensitivity of radiotherapy patients: the effect of individual DNA repair capacity. Mutat. Res., No. 867, pp. 1-5. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2021.503371

33. Cherednichenko, O., Pilyugina, A., Nuraliev, S. & Azizbekova, D. (2024). Persons chronically exposed to low doses of ionizing radiation: a cytogenetic dosimetry study. Mutat. Res., No. 894, pp. 1-10. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2024.503728

34. Shkarupa, V.M., Neumerzhytska, L.V., Klymenko, S.V. & Semihlazova, T.V. (2011). Dynamika zmin spektra aberatsii khromosom, indukovanykh mitomitsynom C u Allium cepa L. [Dynamics of changes in chromosome aberration spectrum induced by mytomicin C in Allium cepa L.]. Bull Ukrain. Soc. Genet. Breed., 9, No. 1, pp. 112-117 [in Ukrainian].

35. Anderson, R.M. (2019). Cytogenetic Biomarkers of Radiation Exposure. Clinic. Oncol., 31, pp. 311-318. https://doi.org/10.1016/j.clon.2019.02.009

36. Nugis, V.Y., Kozlova, M.G., Nadejina, N.M., Galstyan, I.A., Nikitina, V.A., Khvostunov, K.I. & Golub, E.V. (2019). Cytogenetic biodosimetry of accidental exposures in the long terms after irradiation. Radiat. Protect. Dos., 186, No. 1, pp. 31-36. https://doi.org/10.1093/rpd/ncz040

37. Krupina, K., Goginashvili, A. & Cleveland, D.W. (2021). Causes and consequences of micronuclei. Curr. Opin. Cell Biol., No. 70, pp. 91-99. https://doi.org/10.1016/j.ceb.2021.01.004

38. Burssed, B., Zamariolli, M., Bellucco, F.T. & Melaragno, M.I. (2022). Mechanisms of structural chromosomal rearrangement formation. Mol. Cytogen., No. 15, pp. 1-19. https://doi.org/10.1186/s13039-022-00600-6

39. Siri, S.O., Martino, J. & Gottifredi, V. (2021). Structural chromosome instability: types, origins, consequences, and therapeutic opportunities. Cancers, No. 13, pp. 1-22. https://doi.org/10.3390/cancers13123056

40. Kutsokon, N.K., Bezrukov, V.F., Lazarenko, L.M., Rashydov, N.M. & Hrodzynskyi, D.M. (2003). Kilkist aberatsii na aberantnu klitynu yak parametr khromosomnoi nestabilnosti. 1. Kharakterystyka dozovykh zalezhnostei [The number of aberrations per aberrant cell as a parameter of chromosomal instability. 1. Characteristics of dose dependence]. Cytol. Genet., 37, No. 4, pp. 20-25 [in Ukrainian].