Un método de purificación de agua que comprende la eliminación de fósforo en exceso en la hidrosfera usando un organismo vegetal que se transforma introduciendo un vector de expresión recombinante que comprende un gen

que codifica el factor de transcripción PHR1 de tipo Myb derivado de Arabidopsis,

de manera que exprese dicho gen que codifica dicho factor de transcripción, en el que el factor de transcripción es:

(a) una proteína que consiste en la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 2 o

(b) una proteína, que consiste en una secuencia de aminoácidos en la que de uno o 20 aminoácidos están sustituidos, suprimidos, insertados y/o añadidos en la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 2 y que tiene la función de activar un gen de respuesta a la falta de fosfato

Método de purificación de agua mediante una planta capaz de acumular fosfato inorgánico

Campo técnico

La presente descripción se refiere a un organismo vegetal que acumula gran cantidad de fosfato inorgánico (por ejemplo, Petunia, Torenia) y al uso del mismo. En particular, la presente descripción se refiere a un método para producir un organismo vegetal que acumule gran cantidad de fosfato, en el que en el organismo vegetal se introduce un gen que codifica un factor de transcripción de un gen que está implicado en la reacción de falta de fosfato, a un organismo vegetal obtenido usando el método de producción y al uso del organismo vegetal para la purificación del agua.

Técnica anterior

Recientemente, junto con un aumento de sensibilización por el medio ambiente, la polución del agua se ha convertido en un gran problema. La necesidad de purificar el agua que se encuentra en la hidrosfera, tal como en ríos, lagos y estanques, ha aumentado. La polución del agua se produce principalmente por contaminación de sustancias tóxicas, tales como dioxina y metales pesados, por la afluencia excesiva de fósforo, nitrógeno, etc., y motivos similares.

Las cantidades excesivas de fósforo y de nitrógeno provienen del drenaje de campos de cultivo, de materiales de deshecho de ganado, alcantarillado, vertidos industriales y similares. Esto acelera la eutrofización de la hidrosfera, lo que conduce al crecimiento de productores primarios tales como algas y microorganismos que son causas directas de la generación de algas cianofíceas-clorofíceas, organismos de la marea roja, etc. Normalmente, un elemento que puede ser un factor limitante para los productores primarios es el nitrógeno o el fósforo. Sin embargo, en el agua, las algas fijadoras de nitrógeno están habitualmente presentes, y debido a las aguas residuales de la tierra, frecuentemente hay muchos iones de ácido nítrico en el agua. Por lo tanto, con respecto al crecimiento de productores primarios, un elemento generalmente limitante es el fósforo. El aire no suministra fósforo. Adicionalmente, dado que los iones fosfóricos multivalentes y cargados negativamente se unen fuertemente a partículas minerales en el suelo, el fósforo rara vez está contenido en el agua residual procedente de la tierra que no está fertilizada (véase T. G. Spiro et al., "Chikyu-kankyo no Kagaku (Chemistr y of Global Environment) ", Japan Scientific Societies Press, 2000) . Por otra parte, el crecimiento de productores primarios puede suprimirse eficazmente eliminando el fósforo del agua.

La eutrofización de lagos, estanques, ríos y océanos debido a la fabricación diaria realizada por el ser humano se ha cuestionado desde hace bastante tiempo. En las actuales circunstancias, los iones inorgánicos (por ejemplo, fósforo, nitrógeno o similar) apenas se eliminan por tratamiento de aguas residuales usando el método de lodo activado, que normalmente se emplea en plantas de tratamiento de aguas residuales y por lo tanto la eutrofización no puede reducirse.

La eliminación del fósforo y del nitrógeno de las zonas acuáticas es un medio eficaz para solucionar el problema de la polución del agua. Con el fin de eliminar el fósforo y el nitrógeno, la purificación del agua se realiza usando diversos métodos tales como métodos físicos, métodos químicos y métodos biológicos. Se desea un método que sea económico y muy eficaz (Keinosuke Motohashi, "Suishitsu-Joka Manyuaru (Manual for Water purification) ", Kaibundo Publishing Co., Ltd., 2001) .

Los métodos físicos y químicos (por ejemplo, método electrolítico, método por cristalización, método de agregación/separación, etc.) son superiores en cuanto a la eficacia en la eliminación, pero requieren equipos complicados, el uso continuado de productos químicos y similar, dando como resultado un alto coste. En lo que respecta a los métodos biológicos, el método de lodo activado, el método Phostrip, (una técnica en la que el método de lodo activado se combina con la adición de agentes agregantes) y métodos similares se usan ampliamente. Sin embargo, recientemente, con los avances de las técnicas de purificación, ha surgido el problema del aumento de costes.

Generalmente se ha utilizado un método de purificación ambiental con plantas denominado fitorremediación La utilización de plantas se ha intentado de manera activa en el campo de la purificación del agua ya que el fósforo y el nitrógeno, que son causantes de la contaminación del agua, son sustancias nutritivas esenciales para las plantas. Por lo tanto, las plantas absorben activamente estas sustancias desde sus raíces. Existen muchas publicaciones en las que se intentó la fitorremeditación usando plantas acuáticas tales como el Jacinto y el Phragmites de agua, cuya capacidad para absorber el fósforo y el nitrógeno es relativamente alta y se desarrollan bien (Keinosuke Motohashi, "Suishitsu-Joka Manyuaru (Manual for Water purification) ", Kaibundo Publishing Co., Ltd., 2001) . Sin embargo, el alto coste de recolección de plantas acuáticas, tales como el Jacinto de agua, difícil de gestionar, incluye en el ecosistema y al igual se admiten como problemas. (Keinosuke Motohashi, "Suishitsu-Joka Manyuaru (Manual for Water purification) ", Kaibundo Publishing Co., Ltd., 2001) . Otro problema es que, dado que la mayoría de la biomasa vegetal recolectada no puede utilizarse eficazmente y por lo tanto requiere desecharse, se requiere un gasto

adicional. Si la biomasa recolectada pudiera usarse directamente como un fertilizante, sería un método de procesamiento asequible. Sin embargo, la capacidad de absorción de las plantas existentes que se utilizan en la purificación tiene limitaciones y por lo tanto el contenido de fósforo y nitrógeno en su interior es bajo. Por esta razón, tales plantas no pueden usarse como fertilizantes.

Se ha desarrollado un aparato de cultivo hidropónico que utiliza flores terrestres y plantas ornamentales para combinar fines estéticos con purificación (véase, por ejemplo, la Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº Hei 9-56278) . Sin embargo, hasta el momento, no hay ningún método eficaz para el tratamiento de biomasa vegetal después de la floración.

Existe un ejemplo conocido en el que se usaron vegetales para la purificación del agua y se intentó una utilización eficaz de las plantas recolectadas. Sin embargo, es poco probable que el público consumidor acepte gustosamente vegetales que crezcan en zonas acuáticas contaminadas.

Se han realizado estudios para aclarar cómo las plantas absorben, acumulan y utilizan el fósforo. El fósforo es una sustancia nutritiva esencial para las plantas. El fosfato se introduce inicialmente en una planta desde sus raíces, se transporta a un vaso y después se suministra a la parte aérea para utilizarse. El fosfato está implicado en muchos fenómenos vitales y se utiliza cambiando en forma de fosfolípidos, nucleótidos, proteínas fosforiladas o formas similares. En las células, el fosfato se acumula en las vacuolas y se suministra al citoplasma de acuerdo con las necesidades. En las semillas, el fosfato se acumula en forma de inositol hexafosfato (ácido fítico) más estable.

Las plantas solo pueden asimilar el fósforo en forma de fosfato inorgánico (en lo sucesivo en el presente documento denominado “fosfato”) . Otras formas de fósforo, tales como fosfato orgánico insoluble, no pueden ser asimiladas por las plantas. En general, la concentración de fosfato en el suelo es baja y es deficiente para las plantas. En tales circunstancias, las plantas han desarrollado sistemas para asimilar agresivamente el fosfato. Una proteína clave para asimilar el fosfato en las plantas desde sus raíces es el transportador de fosfato, que se encuentra en la membrana celular. En lo que respecta a Arabidopsis, se conocen 9 transportadores de alta afinidad y 1 transportador localizado en los cloroplastos. En una célula de Nicotiana cultivada se describió que la captación del fosfato se aceleró por la sobreexpresión del PHT1, un transportador de fosfato con alta afinidad localizado en la membrana celular, lo que condujo a un aumento en la tasa de crecimiento de la célula (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 70987102, 1997) . Sin embargo, también se describió que, cuando un transportador de fosfato se sobreexpresaba en un organismo vegetal de Hordeum vulgare, no se observaba aumento en la captación de fosfato. (Func. Plant Biol. 31, 141-148, 2004) . Se considera que solamente el aumento... [Seguir leyendo]

1. Un método de purificación de agua que comprende la eliminación de fósforo en exceso en la hidrosfera usando un organismo vegetal que se transforma introduciendo un vector de expresión recombinante que comprende un gen

que codifica el factor de transcripción PHR1 de tipo Myb derivado de Arabidopsis, de manera que exprese dicho gen que codifica dicho factor de transcripción, en el que el factor de transcripción es:

(a) una proteína que consiste en la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 2 o

(b) una proteína, que consiste en una secuencia de aminoácidos en la que de uno o 20 aminoácidos están sustituidos, suprimidos, insertados y/o añadidos en la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 2 y que tiene la función de activar un gen de respuesta a la falta de fosfato

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el gen que codifica el factor de transcripción PHR1 de tipo 15 Myb es:

(c) un gen que comprende una fase de lectura abierta de la secuencia de nucleótidos expuesta en la SEC ID Nº: 1; o

(d) un gen que, en condiciones rigurosas, se hibrida con un polinucleótido que consiste en una secuencia de nucleótidos complementaria a la secuencia de nucleótidos expuesta en la SEC ID Nº: 1 o la secuencia de nucleótidos de la fase de lectura abierta de la misma y que codifica una proteína que tiene la función de activar un gen de respuesta a la falta de fosfato.

3. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en la que el organismo vegetal es Petunia, Torenia, Verbena, Nicotiana, Rosa, Impatiens, Begonia o Nierembergia.

4. El uso de un organismo vegetal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 para eliminar el

fósforo en exceso en la hidrosfera. 30