SUMO化修飾是一種重要的翻譯后修飾，SUMO分子通過(guò)在E1活化酶、E2結(jié)合酶和E3連接酶的參與下共價(jià)結(jié)合到底物蛋白賴(lài)氨酸殘基上，在控制植物生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)信號(hào)傳導(dǎo)和脅迫反應(yīng)中起著重要作用。SUMO化蛋白和SUMO修飾過(guò)程中相關(guān)酶的缺失都會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)異常甚至死亡，這表明SUMO化修飾在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著核心作用。由于目前在植物中被鑒定出的SUMO化蛋白數(shù)量較少，并且SUMO 化在植物中的豐度較低且動(dòng)態(tài)性較高，因此鑒定SUMO化蛋白和 SUMO化位點(diǎn)是十分具有挑戰(zhàn)性的。

2024年9月18日，南方科技大學(xué)的王鵬程教授（拜譜生物合作科學(xué)家）及其研究團(tuán)隊(duì)在Nature Plants上發(fā)表了題為“Highly sensitive site-specific SUMOylation proteomics in Arabidopsis”的研究論文。該論文通過(guò)向擬南芥sumo1 sumo2突變體中插入賴(lài)氨酸缺失的SUMO1基因（K0-SUMO1），以建立了一種兩步賴(lài)氨酸缺失SUMO富集方法，構(gòu)建了全新的植物SUMO化蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步探索SUMO化如何調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能提供了寶貴資源。

英文題目：Highly sensitive site-specific SUMOylation proteomics in Arabidopsis

中文題目：擬南芥中高度敏感的位點(diǎn)特異性SUMO化蛋白質(zhì)組學(xué)

發(fā)表期刊：Nature Plants

影響因子：15.8

研究思路

圖1研究思路圖

研究結(jié)果

01、擬南芥K0-SUMO1蛋白質(zhì)組分析

先前的研究表明sumo1-1、sumo2-1雙突變體是沒(méi)有辦法正常發(fā)育的，因此作者先將K0-SUMO1基因片段導(dǎo)入sumo1-1、sumo2-1雙突變體中，發(fā)現(xiàn)植物生長(zhǎng)基本正常，并且通過(guò)Western Blot實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到K0-SUMO1植物中的蛋白可能具有功能性。因此，作者進(jìn)一步通過(guò)優(yōu)化的兩步親和富集方法進(jìn)行質(zhì)譜分析，共鑒定到2000+個(gè)獨(dú)特的SUMO化位點(diǎn)、1300個(gè)SUMO化蛋白，其中擬南芥SUMO化位點(diǎn)的位置更加多樣化，會(huì)發(fā)生在不同的基序上，與其他真核生物不同。SUMO化蛋白質(zhì)組的GO功能分析發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的蛋白質(zhì)主要在不同的核過(guò)程發(fā)揮作用，包括基因沉默、基因調(diào)控以及DNA修飾和修復(fù)。

圖2 SUMO化修飾蛋白質(zhì)組（圖源：Sang T et al., Nat Plants, 2024）

02、SUMO化修飾蛋白和位點(diǎn)的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證潛在的SUMO1蛋白，本研究通過(guò)原核表達(dá)系統(tǒng)獲得重組SUMO化蛋白，并進(jìn)行了體外實(shí)驗(yàn)。作者隨機(jī)選擇了九個(gè)候選蛋白，通過(guò)免疫印跡法發(fā)現(xiàn)在SUMO1蛋白存在的情況下，這些候選蛋白都可以發(fā)生SUMO化。隨后使用野生型和位點(diǎn)突變的重組SUMO1蛋白進(jìn)行了體外SUMO化實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證SUMO化修飾位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多個(gè)鑒定到的底物位點(diǎn)在體外仍可以發(fā)生SUMO化修飾。綜上所述，SUMO化位點(diǎn)的定點(diǎn)突變和體外SUMO化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了組學(xué)方法鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖3 SUMO化蛋白和位點(diǎn)的體外驗(yàn)證（圖源：Sang T et al., Nat Plants, 2024）

03、熱觸發(fā)蛋白質(zhì)組的定量比較

前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在高溫脅迫的擬南芥幼苗中鑒定出了1300個(gè)SUMO化蛋白。為了進(jìn)一步評(píng)估SUMO化修飾如何調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能，本研究通過(guò)TMT蛋白質(zhì)組學(xué)比較了熱應(yīng)激前后潛在SUMO化蛋白豐度變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在30分鐘熱應(yīng)激后，有1,666個(gè)和429個(gè)蛋白質(zhì)分別顯示出明顯上調(diào)和下調(diào)。在SUMO化的底物中，共鑒定出435個(gè)蛋白質(zhì)，其中有128個(gè)蛋白質(zhì)上調(diào)，16個(gè)蛋白質(zhì)下調(diào)。因此，這些結(jié)果表明SUMO化修飾可能與目標(biāo)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性增加相關(guān)。

圖4 基于TMT的定量蛋白質(zhì)組學(xué)（圖源：Sang T et al., Nat Plants, 2024）

拜譜小結(jié)

本研究從蛋白質(zhì)組的分析角度提供了關(guān)于SUMO化作用的生物學(xué)功能和位點(diǎn)特異性的信息。通過(guò)將賴(lài)氨酸缺失突變體SOMO1（K0-SUMO1）引入轉(zhuǎn)基因擬南芥，以建立一種靈敏度更高的SUMO化蛋白純化和質(zhì)譜檢測(cè)方法。這種方法從熱處理的KO-SUMO1幼苗的1300個(gè)SUMO1蛋白中鑒定出超過(guò)2200個(gè)SUMO1化位點(diǎn)，并通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性，顯著地加深了我們對(duì)植物SUMO1的理解。熱觸發(fā)蛋白定量比較表明SUMO化修飾增強(qiáng)了SUMO1受體的穩(wěn)定性。總之，本研究為SUMO化修飾的檢測(cè)提供了新的方法，為探索SUMO化蛋白功能奠定了重要基礎(chǔ)。拜譜生物作為一家國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，可提供蛋白組、修飾組、代謝組、轉(zhuǎn)錄組、時(shí)空組等組學(xué)產(chǎn)品，SUMO化修飾蛋白質(zhì)組作為我司特色修飾產(chǎn)品，采用高效的富集技術(shù)、尖端的Astral儀器可實(shí)現(xiàn)SUMO化蛋白和位點(diǎn)的高質(zhì)量檢出。此外，王鵬程教授作為拜譜專(zhuān)家團(tuán)成員，在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中為我司提供專(zhuān)業(yè)建議和指導(dǎo)，以更好的產(chǎn)品回饋大家，歡迎大家咨詢(xún)！

參考文獻(xiàn)：Sang T, Xu Y, Qin G, et al. Highly sensitive site-specific SUMOylation proteomics in Arabidopsis. Nat Plants. 2024;10(9):1330-1342. doi: 10.1038/s41477-024-01783-z.