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中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水稻耐淹水的關(guān)鍵基因

來(lái)源:杭州碩聯(lián)儀器有限公司   2025年04月10日 12:26  
生物通報(bào)道,中國(guó)臺(tái)灣研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美實(shí)驗(yàn)室于10月6日發(fā)表國(guó)際重要論文Coordinated Responses to Oxygen and Sugar Deficiency Allow Rice Seedlings to Tolerate Flooding,發(fā)現(xiàn)水稻耐淹水的關(guān)鍵基因,揭開(kāi)數(shù)千年來(lái)所有谷類(lèi)作物中,只有水稻種子可在水中發(fā)芽及成長(zhǎng)的秘密。

  生物通報(bào)道,中國(guó)臺(tái)灣研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美實(shí)驗(yàn)室于10月6日發(fā)表國(guó)際重要論文Coordinated Responses to Oxygen and Sugar Deficiency Allow Rice Seedlings to Tolerate Flooding,發(fā)現(xiàn)水稻耐淹水的關(guān)鍵基因,揭開(kāi)數(shù)千年來(lái)所有谷類(lèi)作物中,只有水稻種子可在水中發(fā)芽及成長(zhǎng)的秘密。

  這篇研究的發(fā)現(xiàn),對(duì)于目前種植水稻以淹水方式防治雜草,以及促進(jìn)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(guó)際專(zhuān)業(yè)期刊「科學(xué)訊息傳遞」(Science Signaling),該期刊隸屬于國(guó)際期刊「科學(xué)」(Science)集團(tuán),專(zhuān)門(mén)以報(bào)導(dǎo)有關(guān)分子生物、神經(jīng)科學(xué)、微生物、生理學(xué)與醫(yī)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域的最前端創(chuàng)新性論文為主。論文作者李國(guó)維是余淑美研究員的博士生,目前就讀于國(guó)防醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)研究所博士班。

  研究團(tuán)隊(duì)指出,淹水是一個(gè)性的重大災(zāi)害,通常導(dǎo)致作物缺氧而停止生長(zhǎng)甚至死亡,因此造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)損失。水稻是耐淹水的主要作物,但是分子機(jī)制一直未被破解。

  本篇論文重要的貢獻(xiàn)是清楚呈現(xiàn)「蛋白激酶」(CIPK15)為調(diào)控水稻耐淹水的關(guān)鍵基因。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)水稻種子在淹水狀態(tài)下,將缺氧訊息傳遞到CIPK15,接著再調(diào)控細(xì)胞內(nèi)具有監(jiān)測(cè)能量多寡及感應(yīng)逆境的多功能蛋白激酶(SnRK1A),然后透過(guò)糖訊息傳遞途徑在水稻種子內(nèi)大量制造淀粉水解酶(amylase)將淀粉轉(zhuǎn)化成糖,同時(shí)大量制造酒精脫氫酶(alcohol dehydrogenase)將糖發(fā)酵產(chǎn)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(fā)芽。等小苗快速生長(zhǎng)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(zhǎng)。其他谷類(lèi)作物及雜草并無(wú)這些能力,因此無(wú)法在水中發(fā)芽及生長(zhǎng)。

  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(tǒng)稻農(nóng)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(lái)生產(chǎn)足以養(yǎng)活近半數(shù)人口的稻米。

  此篇論文發(fā)現(xiàn)CIPK15對(duì)水稻耕作乃至人類(lèi)生活的高度貢獻(xiàn),由此可見(jiàn)。由于臺(tái)風(fēng)等天然災(zāi)害,常造成農(nóng)作物淹水之重大損害,本研究也可以協(xié)助育出各種耐淹水作物,減少水損。

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