发现水稻耐淹水的关键基因

台湾“中央”研究院分子生物研究所特聘研究员余淑美实验室于10月6日发表重要论文“Coordinated Responses to Oxygen and Sugar Deficiency Allow Rice Seedlings to Tolerate Flooding”，发现水稻耐淹水的关键基因，揭开数千年来所有谷类作物中，只有水稻种子可在水中发芽及成长的秘密。这篇研究的发现，对于目前全球种植水稻以淹水方式防治杂草，以及促进其他作物耐淹水的育种等范畴，都有重大影响。论文刊登在国际专业期刊《科学—信号传导》(Science Signaling)，该期刊隶属于国际顶尖期刊《科学》(Science)集团，专门以报道有关分子生物、神经科学、微生物、生理学与医学、细胞生物学等领域的最前端创新性论文为主。论文第一作者李国维是余淑美研究员的博士生，目前就读于国防医学院生命科学研究所博士班。研究团队指出，淹水是一个全球性的重大灾害，通常导致作物缺氧而停止生长甚至死亡，因此造成严重的农业损失。水稻是唯一耐淹水的主要作物，但是分子机制一直未被破解。本篇论文重要的贡献是清楚呈现“蛋白激酶”(CIPK15)为调控水稻耐淹水的关键基因。研究团队发现，当水稻种子在淹水状态下，将缺氧讯息传递到CIPK15，接着再调控细胞内具有监测能量多寡及感应逆境的多功能蛋白激酶(SnRK1A)，然后透过糖讯息传递途径在水稻种子内大量制造淀粉水解酶(amylase)将淀粉转化成糖，同时大量制造酒精脱氢酶(alcohol dehydrogenase)将糖发酵产生能量(ATP)，使种子有足够碳水化合物及能量而能够在水中发芽。等小苗快速生长至水面可以呼吸更多空气后，根部以同样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长。其他谷类作物及杂草并无这些能力，因此无法在水中发芽及生长。余淑美研究员指出，水稻不怎么喜欢淹水，但是可以忍耐淹水。因此，传统稻农的智慧是利用淹水方式去除杂草，可以大量减少人工及除草剂。因而目前全球80%的水稻田，藉此耕种方式来生产足以养活全球近半数人口的稻米。此篇论文发现CIPK15对水稻耕作乃至人类生活的高度贡献，由此可见。由于台风等天然灾害，常造成农作物淹水之重大损害，本研究也可以协助育出各种耐淹水作物，减少水损。（来源：生物通小茜）