SUMO化修饰是一种重要的翻译后修饰，SUMO分子通过在E1活化酶、E2结合酶和E3连接酶的参与下共价结合到底物蛋白赖氨酸残基上，在控制植物生长、营养信号传导和胁迫反应中起着重要作用。SUMO化蛋白和SUMO修饰过程中相关酶的缺失都会导致植物生长异常甚至死亡，这表明SUMO化修饰在调节植物生长发育过程中起着核心作用。由于目前在植物中被鉴定出的SUMO化蛋白数量较少，并且SUMO 化在植物中的丰度较低且动态性较高，因此鉴定SUMO化蛋白和 SUMO化位点是十分具有挑战性的。

2024年9月18日，南方科技大学的王鹏程教授（拜谱生物合作科学家）及其研究团队在Nature Plants上发表了题为“Highly sensitive site-specific SUMOylation proteomics in Arabidopsis”的研究论文。该论文通过向拟南芥sumo1 sumo2突变体中插入赖氨酸缺失的SUMO1基因（K0-SUMO1），以建立了一种两步赖氨酸缺失SUMO富集方法，构建了全新的植物SUMO化蛋白质组数据库，为进一步探索SUMO化如何调节蛋白质功能提供了宝贵资源。

英文题目：Highly sensitive site-specific SUMOylation proteomics in Arabidopsis

中文题目：拟南芥中高度敏感的位点特异性SUMO化蛋白质组学

发表期刊：Nature Plants

影响因子：15.8

研究思路

图1研究思路图

研究结果

01、拟南芥K0-SUMO1蛋白质组分析

先前的研究表明sumo1-1、sumo2-1双突变体是没有办法正常发育的，因此作者先将K0-SUMO1基因片段导入sumo1-1、sumo2-1双突变体中，发现植物生长基本正常，并且通过Western Blot实验观察到K0-SUMO1植物中的蛋白可能具有功能性。因此，作者进一步通过优化的两步亲和富集方法进行质谱分析，共鉴定到2000+个独特的SUMO化位点、1300个SUMO化蛋白，其中拟南芥SUMO化位点的位置更加多样化，会发生在不同的基序上，与其他真核生物不同。SUMO化蛋白质组的GO功能分析发现检测到的蛋白质主要在不同的核过程发挥作用，包括基因沉默、基因调控以及DNA修饰和修复。

图2 SUMO化修饰蛋白质组（图源：Sang T et al., Nat Plants, 2024）

02、SUMO化修饰蛋白和位点的验证

为了验证潜在的SUMO1蛋白，本研究通过原核表达系统获得重组SUMO化蛋白，并进行了体外实验。作者随机选择了九个候选蛋白，通过免疫印迹法发现在SUMO1蛋白存在的情况下，这些候选蛋白都可以发生SUMO化。随后使用野生型和位点突变的重组SUMO1蛋白进行了体外SUMO化实验，以验证SUMO化修饰位点，实验结果表明多个鉴定到的底物位点在体外仍可以发生SUMO化修饰。综上所述，SUMO化位点的定点突变和体外SUMO化实验进一步验证了组学方法鉴定结果的准确性。

图3 SUMO化蛋白和位点的体外验证（图源：Sang T et al., Nat Plants, 2024）

03、热触发蛋白质组的定量比较

前面的实验结果发现在高温胁迫的拟南芥幼苗中鉴定出了1300个SUMO化蛋白。为了进一步评估SUMO化修饰如何调节蛋白质功能，本研究通过TMT蛋白质组学比较了热应激前后潜在SUMO化蛋白丰度变化。结果发现在30分钟热应激后，有1,666个和429个蛋白质分别显示出明显上调和下调。在SUMO化的底物中，共鉴定出435个蛋白质，其中有128个蛋白质上调，16个蛋白质下调。因此，这些结果表明SUMO化修饰可能与目标蛋白质的稳定性增加相关。

图4 基于TMT的定量蛋白质组学（图源：Sang T et al., Nat Plants, 2024）

拜谱小结

本研究从蛋白质组的分析角度提供了关于SUMO化作用的生物学功能和位点特异性的信息。通过将赖氨酸缺失突变体SOMO1（K0-SUMO1）引入转基因拟南芥，以建立一种灵敏度更高的SUMO化蛋白纯化和质谱检测方法。这种方法从热处理的KO-SUMO1幼苗的1300个SUMO1蛋白中鉴定出超过2200个SUMO1化位点，并通过体外实验验证了方法的准确性，显著地加深了我们对植物SUMO1的理解。热触发蛋白定量比较表明SUMO化修饰增强了SUMO1受体的稳定性。总之，本研究为SUMO化修饰的检测提供了新的方法，为探索SUMO化蛋白功能奠定了重要基础。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，可提供蛋白组、修饰组、代谢组、转录组、时空组等组学产品，SUMO化修饰蛋白质组作为我司特色修饰产品，采用高效的富集技术、尖端的Astral仪器可实现SUMO化蛋白和位点的高质量检出。此外，王鹏程教授作为拜谱专家团成员，在产品研发过程中为我司提供专业建议和指导，以更好的产品回馈大家，欢迎大家咨询！

参考文献：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.