作者:小茜 来源:生物通 发布时间:2009-10-18 10:10:57
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《科学—信号传导》: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。
 
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