中國科學家發現水稻耐淹水的關鍵基因

生物通報道，中國臺灣研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美實驗室于10月6日發表國際重要論文Coordinated Responses to Oxygen and Sugar Deficiency Allow Rice Seedlings to Tolerate Flooding，發現水稻耐淹水的關鍵基因，揭開數千年來所有谷類作物中，只有水稻種子可在水中發芽及成長的秘密。

　　生物通報道，中國臺灣研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美實驗室于10月6日發表國際重要論文Coordinated Responses to Oxygen and Sugar Deficiency Allow Rice Seedlings to Tolerate Flooding，發現水稻耐淹水的關鍵基因，揭開數千年來所有谷類作物中，只有水稻種子可在水中發芽及成長的秘密。

　　這篇研究的發現，對于目前種植水稻以淹水方式防治雜草，以及促進其他作物耐淹水的育種等范疇，都有重大影響。

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　　論文刊登在國際專業期刊「科學訊息傳遞」(Science Signaling)，該期刊隸屬于國際期刊「科學」(Science)集團，專門以報導有關分子生物、神經科學、微生物、生理學與醫學、細胞生物學等領域的最前端創新性論文為主。論文作者李國維是余淑美研究員的博士生，目前就讀于國防醫學院生命科學研究所博士班。

　　研究團隊指出，淹水是一個性的重大災害，通常導致作物缺氧而停止生長甚至死亡，因此造成嚴重的農業損失。水稻是耐淹水的主要作物，但是分子機制一直未被破解。

　　本篇論文重要的貢獻是清楚呈現「蛋白激酶」(CIPK15)為調控水稻耐淹水的關鍵基因。研究團隊發現，當水稻種子在淹水狀態下，將缺氧訊息傳遞到CIPK15，接著再調控細胞內具有監測能量多寡及感應逆境的多功能蛋白激酶(SnRK1A)，然后透過糖訊息傳遞途徑在水稻種子內大量制造淀粉水解酶(amylase)將淀粉轉化成糖，同時大量制造酒精脫氫酶(alcohol dehydrogenase)將糖發酵產生能量(ATP)，使種子有足夠碳水化合物及能量而能夠在水中發芽。等小苗快速生長至水面可以呼吸更多空氣后，根部以同樣原理制造碳水化合物及能量，而使植株可在半淹水稻田中生長。其他谷類作物及雜草并無這些能力，因此無法在水中發芽及生長。

　　余淑美研究員指出，水稻不怎么喜歡淹水，但是可以忍耐淹水。因此，傳統稻農的智慧是利用淹水方式去除雜草，可以大量減少人工及除草劑。因而目前80％的水稻田，藉此耕種方式來生產足以養活近半數人口的稻米。

　　此篇論文發現CIPK15對水稻耕作乃至人類生活的高度貢獻，由此可見。由于臺風等天然災害，常造成農作物淹水之重大損害，本研究也可以協助育出各種耐淹水作物，減少水損。