「鋤禾日當午，汗滴禾下土；誰知盤中飧，粒粒皆辛苦。」這首你我都熟悉的《憫農詩》不只道出了農人頂著烈日耕種的辛苦，也常被父母親拿來告誡孩子不可隨意浪費碗裡得來不易的白米飯。

不過，很多人可能不曉得，水稻可是眾多穀類作物中，唯一能在水裡發芽與生長的農作物，換句話說，水稻具有「抗淹水」的特質。

但，水稻為何能抗淹水呢？多年來，大家只知道水稻的特質，卻不了解其原因。為了揭開個中奧妙，中央研究院分子生物研究所特聘研究員余淑美與國防醫學院生命科學研究所博士班研究生李國維特別組成研究團隊一探究竟，獲得了重大發現，找到了「蛋白激←」（CIPK15）就是用來調控水稻可以耐淹水的「關鍵基因」，解開水稻不為人知的「植物密碼」。

中研院表示，研究成果不只引起國際科學界矚目，其研究更刊登在國際專業期刊《科學訊息傳遞》（Science Signaling）上，該期刊屬於國際頂尖期刊《科學》（Science）集團的一環，主要報導有關分子生物、神經科學、微生物、生理學與醫學、細胞生物學等領域的創新性論文。

李國維表示，事實上研究團隊長期以來都在投入有關Amylase（澱粉水解酶）的糖調控訊息領域研究，之前就曾發現SnRK1A（蛋白激酶）對於澱粉水解酶的基因調控相當重要，而且還會影響水稻種子發芽與小苗的生長過程。為了進一步了解為何水稻種子可以在水中發芽的生長機制，因而開始進行相關研究，透過突變株的功能分析，研究團隊發現了原來CIPK15（蛋白激酶）可能是SnRK1A的上游調控因子，逐漸釐清水稻耐淹水的生長機制輪廓。

研究團隊發現，當水稻種子處於淹水狀態時，水稻會自動將種子的「缺氧訊息」傳達給CIPK15知道，接收到訊息的CIPK15就會開始調控細胞內具有能量監測與感應環境變化功能的多功能蛋白激酶（SnRK1A）來進行「糖與能量的轉換」，接著再透過糖訊息傳遞途徑，於水稻種子裡製造大量的澱粉水解酶（amylase），順利將澱粉轉化成糖，同一時間並製造大量的酒精脫氫酶（alcohol dehydrogenase），透過糖醱酵來產生出能量（ATP），使水稻的種子即使處在淹水狀態，也能具備足夠能量與碳水化合物來發芽。

李國維解釋，「澱粉水解酶」存在於所有的穀類作物中，主要功能是將澱粉變成糖，而「酒精脫氫酶」則是讓水稻可以在缺氧狀態時，繼續產生能量，讓水稻的生長不中斷。

研究團隊表示，就是透過這種糖與能量的轉換方式，讓小苗可以快速生長，等到稻苗已經成長到水面上之後就可以自由呼吸空氣，此時水稻的根部就會以同樣的原理再繼續製造碳水化合物與能量，讓水稻的植株可在稻田中繼續生長。然而，像是小麥、玉米等穀類作物，以及雜草等植物則因為缺乏這樣的轉換能力，因此它們無法像水稻一樣可以在水中發芽生長。

李國維說，水稻的耐淹水機制相當複雜，也是許多國內外科學家一直想解開的謎團。過去曾有菲律賓科學家發現 Sub1A基因在水稻成株葉片中，對水稻處於淹水環境的存活率扮演重要角色；而日本科學家則發現 SK1/SK2基因對於深水水稻在水中生長扮演關鍵因子；而中研院則是進一步發現CIPK15基因掌控水稻種子發芽與根部的耐淹水機制，顯示出水稻在不同的生長階段，至少具備了三種不同分子的調控機制來加以因應，以協助水稻適應各種的淹水環境。