随着全球变暖伴随更多干旱和热浪，一些主粮作物的收成正在下降。但不太显眼的是这些植物内部发生的变化：高温会破坏维持它们生存的分子机制。

这一机制的核心是一种由阳光驱动、支撑地球上几乎所有生命的过程：光合作用。植物通过光合作用产生为其生长提供能量的葡萄糖，这一过程依赖植物细胞内多种酶的精密协同。随着全球气温上升，这种协同可能会失调。

Michigan State University 副教授 Berkley Walker 日常思考的，正是如何让这种协同保持稳定。“自然界已经拥有许多能够耐受高温的酶的蓝图，”他说，“我们的工作就是从这些例子中学习，并把同样的韧性构建到我们赖以依存的作物中。”

Walker 的实验室聚焦于光合作用中的一种关键酶——甘油酸激酶（GLYK），它帮助植物在光合作用中回收碳。一种假设认为，如果温度过高，GLYK 会停止工作，光合作用也会失效。

Walker 团队着手探究其中原因。由于 GLYK 的结构从未通过实验确定，他们转而使用 AlphaFold 来预测其三维形状，不仅预测植物中的 GLYK，也预测一种在火山温泉中繁盛的喜热藻类中的 GLYK。研究人员将 AlphaFold 预测的形状输入复杂的分子模拟中，从而观察这些酶在温度升高时如何弯曲和扭转。

这时问题变得清晰起来：植物版 GLYK 中的三个柔性环在高温下会摇摆变形。

Walker 表示，仅靠实验绝不可能获得这样的洞见：“AlphaFold 让我们能够获取实验上无法获得的酶结构，并帮助我们识别出需要改造的关键区段。”

掌握这些知识后，Walker 实验室的研究人员制作了一系列杂合酶，用来自藻类 GLYK 的更刚性环替换植物 GLYK 中不稳定的环。其中一种表现极为出色，在最高 65 °C 的温度下仍能保持稳定。

Walker 的下一步是培育经工程化改造、能够产生这些杂合酶的植物，并测试它们在高温条件下是否能保持表现。如果成功，这种方法可扩展到光合作用中其他对温度敏感的酶。其思路是强化支撑植物生长的关键过程。随着时间推移，这一策略可能发展成一套分子工具箱，帮助农业让多种作物适应变暖的世界，保护收成，并保障未来世代的粮食生产。