2022年1月2日，团队在《Plant Biotechnology Journal》发表题为“Fine-tuning of SUMOylation modulates drought tolerance of apple”的研究论文。

在生物体中存在着多种转录后修饰，包括磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化和SUMO化。SUMO化修饰（Small ubiquitin-like modifier）是近年来被发现数种与泛素相类似的蛋白质之一。在二级三级结构上与泛素高度相似。SUMO化循环过程与泛素化循环过程相似，包括活化、结合、连接、修饰和解离等过程。与泛素化不同的是，SUMO化不会促进其目标蛋白质的降解。已知SUMO化修饰的功能包括：1.调节转录2.DNA损伤3.增强蛋白质的稳定性。

作者首先通过蛋白序比对找出苹果中三个与拟南芥同源的SUMO酶。命名为MdSUMO2A, MdSUMO2B,和MdSUMO2C。并对这三个基因在苹果干旱处理下的表达模式进行了分析，发现其都受干旱诱导。MdSUMO2A在各个组织中都有表达。对苹果中SUMO2A, SUMO2B, 和SUMO2C的亚细胞定位实验发现他们在核，质膜和细胞质中都有表达。因为MdSUMO2A在各个组织中都有表达，且受到干旱诱导，所以将MdSUMO2A作为后续研究的重点对象，并创建了超表达MdSUMO2A OE和干涉MdSUMO2 RNAi的材料(图1）。

图1.MdSUMO2s 的序列、对干旱胁迫的反应和定位

对转基因材料进行干旱处理后发现，与对照相比两个转基因株系到表现出抗旱的表型。为了探究MdSUMO2A的抗旱机理，作者对干旱处理后的转基因材料进行了分析发现，与对照相比超表达株系的根系更发达并有较高的导水率和光合能力。而干涉株系表现出叶片小而厚，表现出更高WUE（用水效率）同体内积累了更多的ABA。所以导致了超表达和干涉株系都表现出抗旱的表型(图2）。

图2.MdSUMO2A OE 植物对干旱胁迫的耐受性增加

为了进一步研究MdSUMO2A的分子功能机制。作者检测了GL-3 和MdSUMO2 转基因植物在长期干旱胁迫条件下的SUMO化修饰。与对照相比超表达株系SUMO修饰更高而干涉株系更低。同时利用质谱鉴定到MdSUMO2A的靶标MdDREB2A、MdAQP2 和MdALI。并找到了K192 是MdSUMO2A介导的MdDREB2A SUMO化的主要SUMO化位点。并进行了体内和体外的MdSUMO2A介导MdDREB2ASUMO化实验。

之前的研究表明使用SUMO 可以影响蛋白质稳定性，作者检测了在干旱条件下转基因植物中MdDREB2A 的蛋白质水平。与对照相比，MdDREB2AOE积累更多的MdDREB2A蛋白。作者还35S::MdDREB2A 和35S::MdDREB2AK192R 转苹果愈伤，发现转基因愈伤组织比野生型愈伤组织更能耐受干旱处理。这些结果表明MdDREB2A 的SUMO 化对其稳定性和活性很重要

泛素化和SUMO作用氨基酸位点相似，作者也探究了泛素化是否也参与到了MdSUMO2A对抗旱机制的响应过程中。并干旱胁迫条件下对MdDREB2A 进行了亲和纯化质谱(AP-MASS) 分析。鉴定到一个编码E3 泛素连接酶的基因MdRNF4，。哺乳动物细胞和酵母中MdRNF4 的同源物靶向SUMO 化蛋白，通过蛋白酶体途径降解。并通过了蛋白实验进行了验证，发现MdRNF4 可以与MdSUMO2A相互作用。并检测了转基因植株中的泛素化水平，添加MdRNF4 2 小时会增加MdDREB2A 的泛素化水平。然而，在超表达株系中MdDREB2A 泛素化积累更。表明MdRNF4 介导了MdDREB2A 泛素化。

同时作者检测了MdDREB2A 在对照和干旱条件下MdSUMO2 转基因植物中的泛素化。干旱胁迫后，超表达脂质具有较高水平的MdDREB2A 泛素化，而RNAi 植株具有较低水平。此外，干旱胁迫下RNAi 植株中积累的MdRNF4 较少，而OE 植株中积累的MdRNF4 较多，这意味着MdRNF4 介导的泛素化参与了MdDREB2A SUMO 化和稳定性(图3）

图3. MdRNF4 在脱水条件下介导SUMOylated MdDREB2A 的降解

本研究获得了国家重点研发计划（2019YFD1000100），陕西省科技重大专项（2020zdzx03-01-02）等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13772