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中國科學家發現水稻耐淹水的關鍵基因

時間:2010-02-05 16:13 點擊:

生物通報道,台灣中央研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美實驗室於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,揭開數千年來所有穀類作物中,只有水稻種子可在水中發芽及成長的秘密。

  生物通報道,台灣中央研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美實驗室於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,揭開數千年來所有穀類作物中,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,對於目前全球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範疇,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),該期刊隸屬於國際頂尖期刊「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。論文第一作者李國維是余淑美研究員的博士生,目前就讀於國防醫學院生命科學研究所博士班。

  研究團隊指出,淹水是一個全球性的重大災害,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。水稻是唯一耐淹水的主要作物,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),然後透過糖訊息傳遞途徑在水稻種子內大量製造澱粉水解酶(amylase)將澱粉轉化成糖,同時大量製造酒精脫氫酶(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,根部以同樣原理製造碳水化合物及能量,而使植株可在半淹水稻田中生長。其他穀類作物及雜草並無這些能力,因此無法在水中發芽及生長。

  余淑美研究員指出,水稻不怎麼喜歡淹水,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。因而目前全球80%的水稻田,藉此耕種方式來生產足以養活全球近半數人口的稻米。

  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。由於颱風等天然災害,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。

 

(責任編輯:admin)
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