Resistance of Arabidopsis thaliana seeds exposed to monochromatic and simulated solar polychromatic UV radiation: Preparation for the EXPOSE space missions to the International Space Station (ISS)
Creators: name: Zalar, Andreja
Publisher: name: Zenodo
Year: 2010
Subjects: UV resistance, UV screens, VUV-UV absorption spectroscopy, plant seeds, flavonoids, sinapate esters, space, origins of life, International Space Station (ISS)

description: Ultraviolet (UV) radiation has a strong impact on all known biological systems and it is considered as one of the main limitation factors for dispersal of life on Earth and beyond. In space, the full solar spectrum can be encountered, including the UV-A (315-365 nm), the UV-B (280-315 nm), and highly energetic UV-C (200-280 nm) and the VUV (&lt;200 nm). Neither VUV nor UV-C reaches the surface of the present-day Earth, thanks to filtration by the stratospheric ozone layer. However, life on the early Earth had probably to cope with damaging short-wavelength solar UV. In an effort to better understand the UV viability of DNA, we studied VUV-UV absorption properties of DNA and its components (nucleotides). One of the strategies for resisting UV radiation is a biosynthesis of UV screens. By measuring VUV-UV absorption spectra, we estimated the protection capacities for some ubiquitous potential UV screens (proteins, amino acids, polyamines, tyramine and nucleotides, including ATP), as well as specialized UV screens, isolated from phylogenetically distinct groups of organisms (mycosporine-like amino acids (MAA), scytonemin, carotenoids, melanins and flavonoids). Flavonoids, the phenolic compounds in plants, seemed the best suited to provide efficient UV screening protection to DNA. Flavonoids accumulate in high concentration in plant seeds. The UV protective role of flavonoids was demonstrated in experiments<em> in vivo</em>, using <em>Arabidopsis thaliana </em>seeds, which exhibited exceptionally high resistance to monochromatic UV-C<sub>254</sub> (up to 6 x 10<sup>5</sup> kJm<sup>-2</sup>), and simulated solar polychromatic UV<sub>200-400</sub> (1.5 x 10<sup>5</sup> kJm<sup>-2</sup>) under simulated space vacuum and simulated Mars CO<sub>2</sub> atmosphere. In order to further evaluate the resistance of seeds to the full spectrum of solar light and to test the plausibility of panspermia theory, we prepared the experiments for space missions EXPOSE carried out on the exterior of the International Space Station (ISS). Les rayonnements UV ont une grande influence sur tous les systèmes biologiques connus et sont considérés comme un des obstacles majeurs à la dispersion de la vie. Dans l’espace, le spectre solaire complet comprend les rayonnements UV-A (315-365 nm), UV-B (280-315 nm), ainsi que les très énergétiques UV-C (200-280 nm) et VUV (&lt;200 nm). Contrairement à aujourd’hui où la Terre est protégée des VUV et UV-C par la couche d’ozone situé dans la stratosphère, la vie sur Terre à ses débuts a probablement du faire face à ce rayonnement solaire nuisible hautement énergétique. Afin de comprendre la résistance de l’ADN face aux UV, nous avons étudié les propriétés d’absorption de l’ADN et de ses composants (nucléotides). Pour les organismes, un des moyens pour résister au rayonnement est la biosynthèse d’écrans UV. En mesurant, le spectre d’absorption VUV-UV, nous avons estimé les capacités de protection d’omniprésents écrans UV supposés (protéines, acides aminés, polyamines, tyramine et nucléotides dont ATP) et d’autres spécialisés issus d’organismes provenant de différents groupes phylogénétiques (acides aminés de type mycosporine (MAA), scytonemin, caroténoïdes, mélanines et flavonoïdes). Les flavonoïdes, composés phénoliques des plantes, apparaissent comme les protecteurs anti-UV les plus efficaces pour l’ADN. Ces flavonoïdes sont présents en grande concentration dans les graines de plantes. Ce rôle protecteur des flavonoïdes contre les UV a été confirmé par des expériences <em>in vivo</em> utilisant des graines d’<em>Arabidopsis thaliana. </em>Ces expériences ont permis de quantifier l’exceptionnelle résistance de ces graines au rayonnement monochromatique UV-C<sub>254</sub> (jusqu’à 6 x 10<sup>5</sup> kJm<sup>-2</sup>), et au rayonnement solaire simulé polychromatique UV<sub>200-400</sub> (1.5 x 10<sup>5</sup> kJm<sup>-2</sup>) dans des conditions reproduisant le vide spatial et l’atmosphère de Mars simulée. Afin d’évaluer plus avant la résistance des graines au spectre solaire complet et de vérifier la plausibilité de la théorie de la panspermie, nous avons préparé des échantillons pour les deux missions spatiales EXPOSE menées à l’extérieur de la Station Spatiale Internationale (ISS).