聯合國政府間氣候變化專門委員會最新報告預計，2030 年全球氣溫將上升超過攝氏 1.5 度。全球暖化帶來的極端天氣令世界各地乾旱情況加劇，導致農作物失收，嚴重威脅人類的生活和糧食安全。因此，了解植物在逆境下的天然生存策略對提高植物產量至關重要。
「人面對逆境有不同的反應，植物都有不同的抗逆方法。我們的研究針對如何透過激素調控形成細胞囊泡及相關蛋白作用，從而有效啟動植物的抗逆機制。」香港中文大學（中大）卓敏生命科學教授兼細胞器生物合成和功能研究中心主任姜里文教授說。
姜教授當年被華南農業大學課程簡介上的一張森林照片吸引而修讀森林學，自此與植物結下不解之緣。其後他負笈加拿大及美國深造，從森林、植物、種子學起，再深入到植物細胞。2000年加入中大後，姜教授一直專注於植物細胞生物學的基礎研究。
由姜教授統籌的中大細胞器生物合成和功能研究中心，在香港研究資助局的卓越學科領域計劃支持下，展開了多個植物細胞研究項目。早在2010年，姜教授便安排學生前往美國加州大學柏克萊分校，跟隨2013年諾貝爾生理學或醫學獎得主、COPII囊泡研究先鋒蘭迪‧謝克曼教授（Professor Randy W. SCHEKMAN）學習囊泡體外重建技術。學成歸來後，學生更主動向姜教授提議探索植物細胞內的COPII囊泡及其獨特功能。
囊泡是植物細胞中最細的細胞器，用途包括存放、消化或傳送物質。以COPII囊泡為例，它猶如「郵差」，負責將特定的蛋白質從內質網（製造膜蛋白和分泌蛋白的蛋白工廠 ），經高爾基體運送到最終目的地。
一種植物對抗逆境的新分子機制
姜教授和團隊近日發現植物在逆境環境下，如乾旱、炎熱等惡劣情況，細胞內的小G蛋白「AtSar1a」會出現高表達，令COPII 囊泡的體積變大，形成巨型囊泡，其大小約是普通COPII囊泡兩倍或以上。它可以裝載大量可應對逆境脅迫的多通道膜蛋白，並將它們運輸至細胞內的特定部位，從而啟動植物自身的抗旱機制，例如控制葉片氣孔的大小及開合，減少水分流失。
姜教授解釋：「COPII 囊泡在植物中的蛋白質傳輸過程擔任重要角色，它會因應植物的乾旱程度作出反應和揀選特定的蛋白質運送。如非常乾旱時，便會安排比平日數量更多、體積更大的車輛裝滿大量有助抗旱的蛋白，將它們運送到目標地點。如乾旱程度較低，便運送較少的抗旱蛋白。」
助開發提升植物抗旱抗逆能力的方法
基於這個新發現，姜教授和團隊憑藉在細胞分子學及蛋白組學的經驗及技術，配合世界領先的三維電子顯微鏡，首次成功利用植物細胞提取的材料在體外重組COPII囊泡，並發現細胞受到植物激素「脫落酸」的誘導下，植物會形成巨型COPII囊泡。「這意味著我們將可以透過人工調控的方法啟動這個分子機制，如為植物噴灑脫落酸，從而提高植物的抗旱表現。」姜教授說。
姜教授表示﹕「氣候變化為全球糧食供應帶來危機，我們的研究從基礎科學的角度為抗逆農作物的培育和篩選提供了嶄新方向。將來，我們或可以透過轉基因方法，將這個新發現的植物抗旱機制放大，長遠有助增加植物在乾旱地區的產量。」
結合科技 擴闊學習視野
隨著生物科學發展迅速，姜教授認為學生不能單靠書本吸收知識，更要從多媒體、多角度持續學習。早前，姜教授便與中大資訊科技服務處合作製作一個流動應用程式，結合虛擬實景技術，讓學生近距離觀察植物細胞的三維世界。姜教授期望可擴大程式的數據庫，例如製作COPII囊泡的模型，作教學之用。