Asbest Kirliliğinin Kavak ve Söğüt Türleri İle Biyoarıtımı ve Bitki-Metal İlişkisinin Moleküler Düzenlenmesinin İncelemesi

Abstract

Asbest, birçok sektörde yaygın olarak kullanılan, doğal olarak oluşan lifli bir silikat mineralidir. Asbest maruziyeti ve akciğer kanseri arasındaki kesin bağlantı nedeniyle üretimi ve kullanımı birçok ülkede yasaklanmıştır. Bu yasak, insanların mesleki olarak asbeste maruz kalma olasılığını azaltmasına rağmen, Türkiye de dahil olmak üzere dünyanın bazı bölgelerinde doğal kaynaklardan asbest maruziyetinin çok yüksek düzeyde olduğu bildirilmektedir. Bu nedenle asbest madenlerinin ve doğal kaynakların ağaçlandırılması insan sağlığı açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada, bir Türk köyünde asbestle kirlenmiş bölgede yetişen kavak ve söğüt türleri asbest toksisitesine karşı toleranslarını test etmek için incelenmiştir. SEM, XRD ve element analizleri, bitkilerin asbest toksisitesinin ana nedeninin asbestle kirlenmiş topraklardaki yüksek metal içeriği (Mg, Fe, Al, Cr, Ni, Co) ve düşük bitki besin mineralleri (K, B, Na) olduğunu ortaya koymuştur. Asbestle muamele edilmiş söğüt yaprakları ve kökleri üç kat daha az asbest metali biriktirmiş ve kavaklara kıyasla asbest toksisitesine karşı daha fazla tolerans göstermiştir. Mikroarray tabanlı transkriptomik analiz, kavak ve söğüt dokularında farklı şekilde ifade edilen birçok transkripti ortaya çıkarmıştır. ROS süpürme, enzimler/protein koruma ve metal şelatlamada işlevsel olan transkriptler, hem kavak hem de söğüt dokularında asbest toksisitesine yanıt olarak en güçlü şekilde yukarı düzenlenen genlerdir. ABC taşıyıcıları, Ağır metalle ilişkili izoprenillenmiş bitki proteini, Glutatyon S transferazlar ve Glukoziltransferazlar asbestle muamele edilmiş kavaklarda söğütlere kıyasla çok daha yüksek gen ifadesini temsil etmiştir. Bu genlerin ifadeleri fazla asbest metallerinin alımı, yapraklara translokasyonu ve kavakta hücresel detoksifikasyon ile ilişkilendirilmiştir. Öte yandan, asbestle muamele edilmiş söğüt yaprakları ve kökleri, salisilik asit (SA) biyosentezinde işlevsel olan genlerin ve SA asidiyle düzenlenen genlerin (Kunitz tipi proteaz inhibitörleri, patogenezle ilgili genler ve kitinazlar vb) ifadesini farklı şekilde indüklemiştir. Söğüt dokularındaki bu SA aracılı gen düzenlemesi, ilk kez ağaçlarda asbestle ilişkili metallerin daha düşük birikimi ve asbest toksisitesine karşı daha yüksek tolerans ile bağlantılıdır.

Asbestos is a naturally occurring fibrous silicate mineral that was commonly used in many industries. Due to the definite link between asbestos exposure and lung carcinoma its production and utilization have been banned in many countries. Although this ban reduces the possibility of occupational exposure of humans to asbestos, it is reported that asbestos exposure from natural sources is at a very high level in some parts of the world, including Turkey. Therefore, afforestation of asbestos mines and natural sources are highly important for human health. In the current study, poplar and willow species grow in asbestos contaminated region in a Turkish village was investigated to test their tolerance to asbestos toxicity. The SEM,XRD and elemental analysis revealed that the main reason for the plant asbestos toxicity is the high level of metal content (Mg, Fe, Al, Cr, Ni, Co) and low level of plant nutrimental minerals (K, B, Na) in asbestos contaminated soils. Asbestos treated willow leaves and roots accumulated three fold less asbestos metals and represented more tolerance to asbestos toxicity compared to poplars. Microarray based transcriptomic analysis revealed many transcripts differentially expressed in poplar and willow tissues. Transcripts functional in ROS scavenging, enzymes/protein protection and metal chelating are the most strongly upregulated genes in response to asbestos toxicity both in poplar and willow tissues. ABC transporters, Heavy metal-associated isoprenylated plant protein, Glutathione S transferases and Glucosyltransferases represented much higher gene expression in asbestos treated poplars compared to willow. Expressions of these genes were associated to uptake of excess asbestos metals, their translocation to the leave and cellular detoxification in poplar. On the other hand, asbestos treated willow leaves and roots differentially induced the expression of the genes functional in salicylic acid (SA) biosynthesis and SA acid-regulated genes (Kunitz type protease inhibitors, pathogenesis related genes and chitinases etc). This SA-mediated gene regulation in willow tissues linked to lower accumulation asbestos-related metals and higher tolerance to asbestos toxicity in trees for the first time.