2023年6月12日，苹果版bd 高等研究院李猛教授和刘杨教授等人在《Nature Microbiology》发表了题为“Alternative Z-genome biosynthesis pathway shows evolutionary progression from Archaea to phage”的研究论文，该研究发现并表征了Z碱基合成通路关键酶PurZ的变体PurZ0，揭示了PurZ0是古菌PurA到噬菌体PurZ的进化中间体。该发现拓展了Z碱基的生物合成途径，对Z基因组生命起源等的探索具有重要理论意义。这项研究是苹果版bd 李猛教授和刘杨教授团队与天津大学药学院张雁教授课题组、上海科技大学赵素文教授课题组合作的重大成果，论文的第一作者为天津大学药学院博士研究生仝杨、共同第一作者为上海科技大学的吴欣颖博士和苹果版bd 刘杨教授。

   核苷酸的平衡受到严格的调控以维持细胞正常的生命活动和DNA复制的保真度。核苷酸还原酶RNR通过变构作用调控4种dNTPs在细胞内的平衡是其中一种机制。此外，嘌呤核苷酸从头合成途径中由次黄嘌呤单核苷酸（IMP）合成AMP需要GTP作为能量供体，而合成GMP需要ATP作为能量供体，这种交叉调节有利于嘌呤核苷酸的平衡。之前研究发现，Z碱基（2,6-二氨基嘌呤）生物合成途径的研究涉及关键酶PurZ，属于腺苷琥珀酸合成酶PurA家族。PurA使用GTP作为能量供体，催化IMP和天冬氨酸缩合，参与嘌呤从头合成途径中AMP的合成。而PurZ用ATP作为能量供体，催化dGMP和天冬氨酸缩合，生成2-氨基脱氧腺苷酸琥珀酸，参与dZMP的合成。因此，PurZ利用ATP作为能量供体是维系胞内嘌呤平衡的重要机制，是进化的必然。从PurA到PurZ，两个底物都发生了变化，在进化过程中可能先后发生，从而产生进化的中间态。

   该研究通过序列相似性网络分析发现了PurZ的变体PurZ0，并根据其与PurZ和PurA底物结合位点的异同，提出PurZ0和PurA一样利用GTP作为能量供体。通过高分辨质谱、紫外光谱、显色法等体外酶活检测方法表征了五个不同物种来源的PurZ0，其利用GTP作为能量供体催化dGMP和Asp缩合生成2-氨基脱氧腺苷酸琥珀酸；解析了PurZ0与GTP复合物的晶体结构，发现PurZ0和PurA的GTP结合口袋高度相似；通过系统发育分析揭示了PurZ0是古菌PurA进化到PurZ的中间体（图1）。

该研究得到国家自然科学基金委、广东省教育厅等项目支持。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41564-023-01410-1