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2021年4月30日，天津大学张雁教授团队在Science上在线发表了题为“A widespread pathway for substitution of adenine by diaminopurine in phage genomes”的研究论文，阐述了噬菌体基因组中二氨基嘌呤取代腺嘌呤的广泛途径。

文章概述

DNA修饰在形式和功能上有所不同，但一般不会改变沃森-克里克的碱基互补配对原则。蓝细菌噬菌体S-2L基因组DNA中的2,6-二氨基嘌呤(Z)是个例外，它完全取代了腺嘌呤，并与胸腺嘧啶配对形成三个氢键进而改变了沃森-克里克碱基配对。Z-基因组DNA也影响了双链DNA的物理、化学和机械性质，然而44年以来，Z基因组的生物合成、广泛程度和重要性仍未被探索。

噬菌体编码的PurZ是嘌呤生物合成途径中腺苷酸琥珀酸合成酶(PurA)的同源蛋白。在多种生物体中，PurA和腺苷琥珀酸裂解酶(PurB)催化肌苷5’-单磷酸(IMP)转化为腺苷5’-单磷酸(AMP)。作者利用生物信息学分析验证了PurZ参与类似反应来产生Z核苷酸。通过酶学方法作者验证了多个噬菌体PurZ的酶活性，PurZ和PurB通过两步酶促反应生成dZMP。随后dZMP经过两步磷酸化形成二氨基-2’-脱氧腺苷5’-三磷酸(dZTP)，最后通过聚合酶并入噬菌体基因组中；同时作者也表征了噬菌体基因组编码的HD结构域类水解酶（dATPase）和DUF550结构域蛋白的功能。dATPase可以特异性地从宿主的核苷酸库中去除dATP及其前体dADP，阻止A碱基掺入噬菌体基因组，从而促进Z基因组的合成。含有DUF550结构域的酶可以提高dZTP水平，消耗dATP来促进Z掺入。

作者发现了上百个噬菌体中都含有保守的PurZ基因，并选择其中一株噬菌体-鲍曼不动杆菌噬菌体SH-Ab 15497进行了Z-基因组的验证。实验结果表明，在SH-Ab 15497的基因组中，Z几乎完全取代了A与T配对，含有Z的基因组并不局限于已知的蓝细菌噬菌体S-2L，它的存在可能比之前所认为的更广泛。

本文报道的Z-基因组生物合成系统，可以促进Z- DNA的生产，用于各种新兴应用。显然，大自然已经想出了一种实现增加碱基多样性这一目标的方法。作者的研究结果可能会激发人们对生命起源和天体生物学的跨学科研究的兴趣。