身處於這個美麗的藍色星球，我們經常欣賞各種優美的植物。然而，隨著氣候變遷加劇，我們的地球正面臨前所未有的挑戰。乾旱和降雨減少的問題對我們的農作物和植物生態系統構成威脅，凸顯了植物抗旱的重要性。
那麼，植物是如何因應乾旱等極端條件，並調節其生長的機制呢？透過這些研究，我們或許能夠找到應對未來乾旱所帶來的挑戰，以確保植物的持續生長和產量。在本文中，我們將介紹兩個植物中重要的蛋白質：分別是「生長調控E分枝2（Clade E Growth-Regulating 2，下稱EGR2）」及「微管相關逆境蛋白1（Microtubule-Associated Stress Protein 1，下稱MASP1）」。
EGR2和MASP1是兩種重要的蛋白質，協助植物應對乾旱逆境。
中央研究院植物暨微生物學研究所韋保羅博士實驗室發現這些蛋白質與植物抗旱的關聯性，並進行實驗以了解這些蛋白質的功能。這項研究的最終目的不僅能更清楚地了解植物的生長運作方式，更在於研究改變這些蛋白質的活性是否可以成為提高重要經濟作物抗旱性的方法。
當植物面臨乾旱或水資源匱乏時，EGR2的表現將會受到調節並增加。EGR2增加的功用之一是調控植物生長的速度，它會抑制植物的生長。植物選擇減少生長可能聽起來令人費解，但這其實對植物是有益的，因為可以阻止植物的根在乾燥土壤中生長，同時讓同一株植物位於較潮濕土壤中的其他根系有更多的生長空間。此外，減少葉子的生長能減少因水分自葉子蒸發至空氣中（在植物中稱為「蒸散」）所導致的水分損失。然而，EGR2不能單獨控制植物的生長，而必須透過控制其他蛋白質的活性來發揮作用。
因此，科學家接下來要解決的重要問題（並仍在持續研究的）是：EGR2控制哪些蛋白質？
MASP1是另一個近期研究的蛋白質，它與EGR2相互合作。MASP1經過磷酸化作用活化後能促進生長。磷酸化作用是一種生物體（不僅僅是植物！）用來開啟或關閉蛋白質活性的過程，而無需製造全新的蛋白質。EGR2是一種磷酸酶（用於去除磷酸化），可以關閉MASP1的活性。因此，控制MASP1的開關是EGR2抑制植物生長的一種方式。將植物內的MASP1改造成一種永遠處於啟動狀態且無法被EGR2關閉的MASP1升級版，可以在面臨輕度水分減少時維持更好地生長。這對於某些植物在特定乾旱情況下維持正常產量非常有用。
植物可以透過增加細胞數量或使細胞變大來促進生長。
韋保羅實驗室進一步探究究竟是哪一個過程（或兩者皆有）能讓EGR與MASP1對植物在乾旱逆境下生長的情形產生影響。乾旱時，缺乏EGR2活性的植物（EGR2突變株）細胞分裂（產生更多細胞）和細胞擴張（使細胞變大）都增加了。將EGR2突變株與MASP1突變株進行遺傳學實驗後發現，當缺乏MASP1時，EGR2突變株在乾旱逆境下不再增加細胞分裂，但仍然會增加細胞擴張。進一步的研究顯示，經磷酸化的MASP1會增加根分生組織（位於根尖，細胞分裂發生的地方）的大小。EGR2抑制生長的一種方式是使MASP1失去活性，防止使其根分生組織變大。與此相符，EGR2和MASP1在根分生組織上的表現呈相反梯度，它們相互交會的位置決定了根分生組織的大小。
這些結果揭示了植物調控細胞生成的新機制，然而也提出了一個新的問題：
如果EGR2對細胞擴張的調控不需要透過MASP1來完成，那麼是透過哪些其他的蛋白質與EGR2一起作用呢？
韋保羅實驗室目前正在鑒定哪些蛋白質是EGR2用以控制植物細胞的大小，並研究與EGR-MASP1一起作用以控制細胞分裂的其他蛋白質。這項研究結果將能在不同環境下，提出更多調控植物生長以提高產量的方法，讓植物學為應對氣候變化帶來挑戰時提供解決的途徑。
圖說：左圖顯示EGR2和MASP1蛋白（綠色）在根分生組織（洋紅色為細胞壁）中累積的相反梯度。
右圖為示意圖，說明相反的EGR-MASP1梯度和MASP1磷酸化在乾旱逆境下如何控制根分生組織的大小。
參考資料：
Toshisangba Longkumer, Chih-Yun Chen, Marco Biancucci, Govinal Badiger Bhaskara, Paul E Verslues*
Plant Cell, 34(2):742-758, https://doi.org/10.1093/plcell/koab290
Govinal Badiger Bhaskara, Tuan-Nan Wen, Thao Thi Nguyen, Paul E. Verslues*
Plant Cell, 29(1): 169–191, https://doi.org/10.1105/tpc.16.00847