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農民不哭 中研院發現稻米抗淹水機制

中研院團隊找到稻米抗淹水蛋白質的啟動機制,並推測SUB1A-1蛋白質會啟動水稻自我保護對抗逆境。(中研院提供)

中研院團隊找到稻米抗淹水蛋白質的啟動機制,並推測SUB1A-1蛋白質會啟動水稻自我保護對抗逆境。(中研院提供)

2019/03/07 17:18

〔記者簡惠茹/台北報導〕水稻雖然長在半水半土的水田環境,但是如果秧苗被「滅頂」太久,仍會因缺氧而死,中研院研究團隊找到稻米對抗淹水的蛋白序列啟動機制,研究論文今年二月登上國際期刊。

過去研究雖然已經發現關鍵蛋白質「SUB1A-1」可以有效幫助水稻抗淹水,但對其機制卻不了解,中央研究院農業生物科技研究中心特聘研究員施明哲,與生物化學研究所助研究員何孟樵,結合植物生理學及生物物理學,找到水稻偵測、啟動對抗淹水逆境的機制,並發現SUB1A-1如何不被氧化分解,進而保護水稻挺過淹水逆境。

研究團隊進一步發現,SUB1A-1獨特的抗淹水方式,將有助於了解水稻是如何應對淹水逆境而存活,甚至可以用來找尋其他經濟作物是否有同樣的抗淹水機制,並對其生長、抗逆境有更精準的掌控,此研究成果有助進一步掌握水稻的抗淹水機制,並已於今年2月初刊載於《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

研究團隊指出,為了對抗淹水逆境,部分在來米品種會仰賴SUB1A-1的重要蛋白質求生,遇到淹水時稍稍暫停生長、保存能量,等待大水退去,即便淹水的時間長達2個星期,只要大水退去,秧苗依然能繼續生長。

但是SUB1A-1究竟如何啟動水稻細胞中的抗淹水功能卻仍是謎團,何孟樵表示,本研究首要發現,當水稻遭遇淹水逆境時,其細胞內的SUB1A-1是其實只是一系列「抗淹水機制」的開始,因為SUB1A-1會啟動另外兩個重要的蛋白質,名為ERF66與ERF67,透過這2個基因作用,還會再進一步啟動更多相關基因,進入抗淹水的「緊急狀態」,幫助水稻度過水患。

更重要的是,研究團隊證實,在ERF66與ERF67這兩個轉錄的蛋白質序列中,有一段特殊的「降解決定區域(N-degron)」,就像內建一台淹水警報器,可以偵測水稻是否已遭遇淹水,並決定要不要啟動對抗淹水的應變機制。

研究團隊指出,在一般情況下,降解決定區域會與細胞內的氧氣發生氧化作用,進而讓ERF66與ERF67都被分解消滅;但是一旦秧苗被大水滅頂,細胞內形成了「缺氧」的環境,便因為該區域不再發生氧化作用,ERF66與ERF67得以繼續運作,啟動後續的抗淹水基因群,幫助水稻挺過淹水逆境,研究團隊推測,水稻即是仰賴此「SUB1A-1/ERF66/ERF67系統」,感測淹水所造成的缺氧環境,進而啟動體內相關的抗淹水機制。

研究團隊也推測,SUB1A-1蛋白質,是藉由其自身特殊的3D立體結構,將其降解決定區域遮蔽起來,使其不會被氧化、分解,除了在淹水時啟動稻米的保護機制,而在非淹水的時候,SUB1A-1也同樣利用這個特殊的結構,讓自己持續運作,幫助稻米對抗乾旱、活性自由基、缺光等其他的環境逆境。

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