科学家利用AlphaFold设计耐热作物酶，应对气候变化

科学家正在利用AlphaFold研究强化光合作用中的关键酶，为培育更耐热的作物铺平道路。随着全球变暖导致干旱和热浪增多，一些主要作物的收成正在减少。高温会破坏植物内部的分子机制，影响光合作用过程。密歇根州立大学的副教授Berkley Walker专注于研究如何保持这一过程的稳定。他的实验室聚焦于光合作用中的关键酶甘油酸激酶（GLYK），该酶帮助植物在光合作用中回收碳。一个假设是，如果温度过高，GLYK会停止工作，导致光合作用失败。由于GLYK的结构从未通过实验确定，Walker的团队使用AlphaFold预测其三维形状，包括植物和一种在火山温泉中繁盛的耐热藻类中的版本。通过将AlphaFold预测的形状输入复杂的分子模拟，研究人员观察到这些酶在温度升高时的弯曲和扭曲。问题变得清晰：植物GLYK中的三个柔性环在高温下会变形。Walker表示，仅靠实验无法获得这样的见解，AlphaFold提供了实验上无法获得的酶结构，并帮助识别了关键修改部分。基于这些知识，研究人员制造了一系列杂交酶，用藻类GLYK中更刚性的环替换了植物GLYK中的不稳定环。其中一个杂交酶表现优异，在高达65°C的温度下保持稳定。Walker的下一步是培育能产生这些杂交酶的工程植物，并测试它们在高温下的表现。如果成功，这种方法可扩展到光合作用中的其他温度敏感酶，旨在强化支撑植物生长的关键过程。随着时间的推移，这一策略可能发展成一个分子工具包，帮助农业使多种作物适应变暖的世界，保障收成和未来粮食生产。