大量蓄积无机磷酸盐的植物及其利用制造技术

本发明专利技术提供可使编码参与磷酸盐饥饿反应的基因的转录因子的基因表达的转基因磷酸盐高蓄积植物体、其生产方法、生产使用的重组表达载体以及利用方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及大量蓄积无机磷酸盐的植物体(例如矮牵牛、夏堇等)及其利 用。特别是，本专利技术涉及以将编码参与磷酸盐饥饿反应的基因的转录因子的基 因导入植物体内为特征的大量蓄积磷酸盐的植物体的生产方法、利用该生产方 法得到的植物体、以及水质净化中该植物体的利用。
技术介绍
近年来，环境意识在逐步提高，同时水质污染已成为很大的问题，对河川、 湖沼等水圈的水质净化的要求在不断提高。水质污染的主要原因是二恶英(dioxin)、重金属等毒性物质的混入以及磷、氮等的过剩流入等。过剩量的磷、氮是由农田排水、家畜粪尿、生活污水、工业废水等产生的， 其促使水圈富营养化，导致成为蓝藻、赤潮等发生的直接原因的藻类、微生物 等自养生物增殖。通常自养生物的限制因素是氮或磷元素，而水中普遍存在固 氮藻类，并且因为从陆地流出的水的原因，所以大多情况下硝酸离子含量丰富。 因此，限制自养生物生长的元素通常是磷。磷不可能从大气供给，并且带有多 价负电荷的磷酸盐离子牢固结合土壤中的矿物粒子，从未施肥的土地流出的水 中不可能含有磷(地球环境化学，T.G.Spiro等著、学会出版中心、2000年)。 反过来说，通过除去水中的磷，可有效地抑制自养生物的增殖。人类日常生产活动导致的湖沼、河川、海洋的富营养化问题由来己久，但 现实状况是，利用污水处理厂等通常采用的活性污泥法进行污水处理几乎不能 除去磷、氮等无机离子，不能改善富营养化问题。从水域中除去磷、氮是解决水质污染的有效方法，已采用物理方法、化学 方法、生物学方法等各种方法进行水质净化以除去磷、氮，但仍期待有低成本 高效率的方法(水质净化指南、本桥敬之助著、海文堂出版、2001年)(日语原 名「水質浄化7二二7A」、本橋敬之助著、海文堂出版、2001年)。物理和化学方法(电解法、晶析法、凝集分离法等)，从除去效率方面来看， 非常优异，但需要大型设备，并且因持续使用药品等，所以出现成本高的问题。此外，对于生物学方法来说，活性污泥法、生物-化学沉淀除磷法(Phostrip)(组合使用活性污泥法和添加凝集剂的方法)等虽然被广泛应用，但近年来在 净化能力提高的同时也出现了成本提高的问题。另一方面，被称为植物修复(Phytoremediation)的使用植物的环境净化 法已被普遍采用，在水质净化方面利用植物的试验也正在盛行。因为成为水质 污染的原因的磷、氮是植物必需的营养素，所以植物积极地从根部吸收这些物 质。因此，使用磷、氮等吸收能力比较强的生长旺盛的凤眼兰、苇子等水生植 物，试验植物修复的例子已有大量报道(水质净化指南、本桥敬之助著、海文 堂出版、2001年)(日语原名「水質浄化7二-7》」、本橋敬之助著、海文堂出版、2001年)。但是，有人认为回收凤眼兰等水生植物时存在花费成本、管理 困难、影响生态体系等问题(水质净化指南、本桥敬之助著、海文堂出版、2001 年)(日语原名「水質浄化7 二 - 7 A」、本橋敬之助著、海文堂出版、2001年)。 此外，回收的植物生物质几乎不能进行有效利用，为了废弃生物质还需要多余 的花费，这也是很大的问题。如果回收的生物质能够直接作为肥料利用，就可 成为低成本的处理方法，但现状是因为用于净化的现有植物的吸收能力有限， 磷、氮的含量低，所以不能作为肥料用途使用。为了实现美观和净化，又开发出了使用陆生花卉植物的水上栽培装置等(例 如日本特开平9-56278)，但是对于开花后植物生物质的处理方法，目前还没有 有效的方法。此外，已知还有使用食用蔬菜等进行水质净化，以有效利用回收的植物的 例子，但是使一般消费者容易地接受在水质污染的水圈栽培的蔬菜是难于想象 的。关于磷在植物内如何被吸收，蓄积、利用，到目前为止还在进行研究。磷 是植物所必需的营养素，磷酸盐首先被根部吸收，输送到导管后，供给地上部 利用。磷酸盐与许多生命现象有关，除转化为磷脂、核苷酸、磷酸盐化蛋白质 等形式利用外，还蓄积在细胞内的液胞中，根据需要供给细胞质内。此外，种 子中蓄积有更稳定形态的肌醇-6磷酸盐(植酸)。植物可吸收的磷的形态，只有无机磷酸盐(以下称"磷酸盐")，无法吸收 其他不溶性有机磷酸盐等。通常土壤中的磷酸盐浓度低，对于植物来说是磷酸 盐缺乏状态，因此使植物积极吸收磷酸盐的系统发达。将磷酸盐从根部吸收到 植物体内的重要蛋白质是细胞膜上存在的磷酸盐转运蛋白。巳知拟南芥中具有9 种高亲和性转运蛋白和1种定位于叶绿体的转运蛋白。已报道通过使高亲和性 的定位于细胞膜的磷酸盐转运蛋白PHT1在烟草培养细胞内过剩表达，磷酸盐的吸收性提高，细胞的生长速度增加(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94， 7098-7102， 1997)。但是，也有报道称使磷酸盐转运蛋白在大麦植物体内过 剩表达时，并没有增加磷酸盐吸收性(Func. Plant Biol. 31,141-148,2004)， 认为仅单纯增加了磷酸盐转运蛋白的数量，而与增加磷酸盐的吸收量无关。此 外，已确认9种高亲和性磷酸盐转运蛋白中，在根部进行强表达的有2种，其 他转运蛋白在花器官等部位表达，认为在植物内输送方面磷酸盐转运蛋白也发 挥作用(Plant Physiol. 130， 221-233， 2002)。在植物体内为了有效利用磷酸 盐，磷酸盐会从老叶转移到新叶上，认为这种现象也与转运蛋白有关。除转运蛋白之外，根据对使用拟南芥的突变体的分析，又鉴定出数个磷酸 盐关连基因(Trends Plant Sci. 9,548-555,2004)。从根部吸收的磷酸盐大多 经导管被输送到地上部利用，但PH01突变体则阻断了向地上部的输送。这表明 将吸收的磷酸盐从根部细胞输送到导管时PH01蛋白质在发挥作用。此外，认为 pho2突变体是磷酸盐在地上部过剩蓄积的突变体，PH02基因编码调控从根部 向地上部输送的蛋白质。这样虽然明确了数个涉及磷酸盐在植物内输送的基因， 但是，有关植物吸收磷酸盐的分子水平的详细机理还有许多不明之处。应对磷酸盐缺乏状态，植物采用各种方法力争从外界吸收更多的磷酸盐 (Annals Botany, 94 323-332,2004)。感知磷酸盐缺乏状态的植物，将枸橼酸 等有机酸、酸性磷酸盐酯酶从根部释放到土壤中，将不溶性有机磷酸盐转化为 可溶性无机磷酸盐吸收。磷酸盐缺乏时，根部形态也发生改变，侧根增加，根 毛伸展，尽可能地吸收更大范围的磷酸盐。此外，已知磷酸盐缺乏也影响植物 内的代谢系统，或抑制光合作用系统的基因表达，或增加花色素苷的蓄积。细 胞内的核酸酶、磷酸盐酯酶活性也会提高，再利用细胞内存在的磷。这种应对磷酸盐缺乏的植物反应，是植物感知磷酸盐缺乏状态后所产生的一连串的反应，期待能够阐明该反应的调控因子和调控机理，但目前还没有明确的解释。虽然已鉴定出很多磷酸盐关连基因(Trends Plant Sci. 9， 548-555， 2004 )，但还没有通过将其导入植物内使磷酸盐吸收能力提高的报 道。
技术实现思路
在上述情况下，期待有低成本高效率的水质净化方法。特别是期待有增大 净化使用的植物的磷蓄积能力的方法、以及蓄积能力增大的植物。本专利技术者对上述课题精心研究的结果，将来自拟南芥的Myb类转录因子PHRl 基因连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
植物体，其为可使编码参与磷酸盐饥饿反应的基因的转录因子的基因表达的转基因植物体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井启祐，户上纯一，
申请(专利权)人：三得利株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]