尽管不断变化的气候威胁着世界植被，但一种泥炭藓的恢复能力却让科学家们感到惊讶：泥炭藓正在积极进化以应对炎热、干燥的环境。
美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了资源，包括包含所有S.divinum蛋白质的数据库以及确定其功能的方法，以阐明S.divinum如何适应快速变化的气候条件。他们的工作已发表在《生物信息学》上。
泥炭地以泥炭藓为主，储存了世界上约三分之一的陆地碳。随着环境压力减少这些储备，泥炭将碳作为温室气体释放到大气中，进一步加速变暖的速度。了解在不断变化的条件下实现恢复能力的遗传机制对于制定维持或增强泥炭沼泽碳储存的策略至关重要。
橡树岭国家实验室的计算生物学家艾达·塞多娃(AdaSedova)表示：“将有机体想象成一台发动机，它的工作原理是其组件在三个维度上组合在一起的方式。”“蛋白质就像各个部件。它们的结构决定了它们的功能，因此了解它们的形状有助于我们预测它们对整个机器的作用。”
为了揭示蛋白质的作用，可以对遗传密码进行结构建模。橡树岭国家实验室的研究人员此前利用高性能计算资源简化了这一过程。他们修改了DeepMind的AlphaFold(一种人工智能驱动的工具，可以根据基因序列预测蛋白质的3D形状)，使其在位于ORNL橡树岭领导计算设施的超级计算机Summit上运行。该项目以前所未有的速度预测了S.divinum的25,134种蛋白质的结构。
该团队还开发了一种通过将蛋白质相互比对来比较蛋白质的技术。通过这个过程，他们发现了两种相似的泥炭藓蛋白之间的差异。一种可能是一种有助于生物过程的酶，而另一种则可以发挥调节功能，例如管理生物体的热应激反应。
“这种高通量方法可以扩展到大型计算集群，”Sedova说，“它解决了使用AlphaFold进行蛋白质组规模结构预测成为现实时出现的数据挑战。”
这项工作补充了橡树岭国家实验室正在进行的关于泥炭藓的研究，包括SPRUCE全生态系统操纵实验和之前对两个物种基因组进行测序的项目。
“在实验室环境中确定蛋白质的功能是一项耗时且经常不成功的工作。先进的计算方法提供可靠的功能预测将显着加快发现有助于气候适应能力的分子遗传过程，”分子生物学家戴夫·韦斯顿(DaveWeston)说。ORNL植物生理学家。
尽管大多数蛋白质具有固定的形式和功能，但有些蛋白质缺乏这种刚性。无序蛋白质赋予生物体灵活性，使其能够对动态环境做出反应。“在我们的研究中，AlphaFold表明，大约30%的S.divinum蛋白质缺乏明确的结构，”Sedova说。“这表明无序蛋白质可能对热、压力和干旱反应至关重要。”
展望未来，橡树岭国家实验室开发的数据库和分析方法将支持生物学家了解构成泥炭藓的基本化合物。这些信息将有助于揭示植物如何应对不断变化的世界。