Fitorremediación de arseniato. Distintas aproximaciones para una solución biotecnológica.

Autor: Catarecha Zoido Pablo
Año: 2003
Universidad: AUTONOMA DE MADRID
Centro de realización: Centro Nacional de Biotecnología - CSIC
Centro de lectura: Centro Nacional de Biotecnología - CSIC
Director: Paz-Ares Rodríguez Francisco Javier
Tribunal: Ruiz Argüeso Tomás , Solano Tavira Roberto , Salcedo Durán Gabriel , Vera Vera Pablo , Sanz Alférez Soledad
Resumen de la tesis

La presencia de arsénico (As) en el suelo es uno de los más importantes problemas de contaminación del medio ambiente, y pone en peligro la salud de más de 40 millones de personas en todo el mundo. La elevada toxicidad del As se explica por la similitud química con el fósforo (P), ya que la principal forma biodisponible de As es el arseniato (AsV), que se incorpora a las células a través de los transportadores de fosfato (Pi). La fitorremediación se ha revelado como una de las estrategias más adecuadas para recuperar suelos contaminados con metales o metaloides. Las plantas adecuadas para las estrategias de fitorremediación deben ser capaces de tolerar y acumular grandes cantidades del tóxico, cualidad que se llama hiperacumulación. Hoy día sólo se conocen especies hiperacumuladoras de As entre los helechos, de los que su fisiología es prácticamente desconocida. Por otra parte, se sabe que la hiperacumulación de metales pesados en otras especies depende del control transcripcional de determinados mecanismos de homeostasis presentes en especies afines no hiperacumladoras. La mayoría de las hiperacumuladoras de metales pesados pertenecen a la familia de las brasicáceas, como la planta modelo Arabidopsis thaliana, por lo que se decidió utilizar este sistema para estudiar la respuesta genética molecular a la presencia de AsV. En este Trabajo de Tesis se han identificado varios genes inducidos en presencia de AsV, llamados genes ASI, que son nuevos marcadores de la respuesta genética a la presencia de AsV. Asimismo, la presencia de AsV en el medio rebaja la expresión de los genes PHT1 e IPS1, característicos de la respuesta a carencia de Pi. PHT1 codifica el principal transportador de Pi y de AsV de A. thaliana. Esta respuesta sugiere que existen rutas separadas de señalización a AsV y a Pi, de modo que A. thaliana responda a presencia de AsV rebajando la expresión de PHT1 para evitar absorber el AsV, como activando rutas de tolerancia, representadas en los genes ASI. Por otra parte, se identificó y caracterizó el mutante pht1-1, que presenta tolerancia a AsV de manera dominante. La mutación pht1-1 codifica un transportador PHT1 mutante con un cambio de Gly por Glu. El mutante pht1-1 presenta simultáneamente una carencia de Pi interno y una elevada tolerancia a AsV. La sobreexpresión de la proteína mutante proporciona tanto tolerancia a AsV, como una menor capacidad de aprovechar el Pi del medio. El residuo mutado en el transportador mutante está altamente conservado, por lo que se mutageneizó el gen del transportador de Pi de Saccharomyces cerevisiae, PHO84, para que codificara el mismo cambio aminoacídico que pht1-1. La sobreexpresión del alelo mutante de PHO84 en S. cerevisiae PAM-1 recrea los fenotipos observados en pht1-1: dominancia, incapacidad para aprovechar el Pi y tolerancia a AsV, demostrándose con ello la universalidad e importancia del residuo mutado. La incorporación de As en el mutante pht1-1 se produce a una velocidad menor que en la línea silvestre a tiempos cortos, pero sorprendentemente llega a acumular el triple de As tras una exposición prolongada al tóxico. Esta hiperacumulación de As no se correlaciona con una superexpresión de los genes ASI, sino que en el mutante pht1-1 esta expresión es menor que en la línea silvestre. Esto da a entender que la menor velocidad de incorporación de AsV en pht1-1 respecto a la línea silvestre permite a otros mecanismos constitutivos de desintoxicación funcionar mejor. El principal de estos mecanismos sería la producción de fitoquelatinas (PC), que atraparían el AsV y lo acumularían en la vacuola como complejos As-PC, proporcionando así tolerancia e hiperacumulación de As. De este modo, la mutación pht1-1 se revela como un mecanismo positivo y universal para conferir tolerancia e hiperacumulación de As, susceptible de ser aplicado directamente mediante técnicas biotecnológicas, para el desarrollo de sistemas destinados a fitorremediar suelos contaminados con AsV.
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