基于网络建模解析水稻在不同非生物逆境下miRNA 的串扰调控关系

Abiotic stress (e.g., low temperature, drought etc.) seriously affect the yield and quality of rice. It has been demonstrated that miRNA behaves network regulatory role in rice against a certain abiotic stress, however, miRNA regulatory crosstalk relation for rice under different abiotic stress conditions remains not clear. In this project，we will construct the non-linear relationship profile of stress-miRNA-target gene in rice from PubMed and Scopus literature databases, using literature mining method. On this basis, we will 1)establish stress-specific miRNA-gene regulatory network for rice to detect crosstalk relation of miRNA-gene network regulation mode; 2) mining the crosstalk interaction among miRNA-mediated responsible pathways under different abiotic stress conditions, by using TAIR rice pathway database, and 3) choose representative abiotic stress combination, to verify the above computational prediction with fluorogenic quantitative PCR. The implementation of the present project will have important theoretical guiding significance in exploring the regulatory crosstalk relation of the interaction of miRNA and downstream genes (pathways) under different abiotic stress conditions, digging key stress-resistant genes, and the application in improved variety breeding with genetic engineering for rice.

低温、干旱等非生物逆境严重影响水稻产量和品质。现有研究表明，miRNA在水稻对单一非生物逆境的应答中起着网络化的调控作用，但不同逆境下miRNA调控网络之间的串扰关系尚不明确。本研究拟采用文献挖掘方法，从PubMed和Scopus文献数据库中构建水稻逆境-miRNA-靶基因之间的非线性关联图谱，据此建立水稻非生物逆境下特异的miRNA-gene调控网络，以挖掘不同逆境下miRNA调控基因网络化作用模式上的串扰关系；结合TAIR水稻通路数据库，对不同逆境下miRNA所介导的应答通路之间的串扰互作进行识别；对所获预测结果，选取代表性的非生物逆境组合，利用荧光定量PCR进行验证。本项目的顺利实施将对揭示水稻不同非生物逆境下miRNA对下游基因或通路的串扰调控关系，挖掘抗逆关键基因及利用基因工程进行良种选育具有重要理论指导意义。

本项目在水稻不同逆境下miRNA调控网络之间的串扰关系尚不明确的背景下，采用文献挖掘和系统生物学相结合的方法，构建了水稻非生物逆境下特异的miRNA-gene 调控网络，此生物分子网络节点不仅包括以不同非生物逆境标注的miRNAs，同时还包含受miRNA调控的靶基因。在此基础上，我们对网络的拓扑和功能进行了多层面的整合分析，这为进一步解析水稻不同逆境下miRNA转录后调控网络化的作用模式打下了较好的基础。 . 一、任务完成情况 . （1）对有实验证实的水稻逆境条件下miRNA的调控数据，利用自然语言处理技术进行了收集和整理，并对miRNA靶基因进行了计算预测。在此基础上建立了水稻物种特异的非生物逆境、miRNAs、靶基因之间的非线性关联图谱。. （2）构建了水稻物种的基因互作网络，在系统层面上分析和证实了逆境miRNA靶基因特有的拓扑特征，揭示了基因在对逆境的响应过程中基因的拓扑属性与其功能上生物学上的联系，解析了水稻逆境下miRNA的串扰调控特征。. （3）发现和证实了水稻不同逆境下特有的miRNA-gene调控串扰关系，例如挖掘了冷胁迫相关的osa-miR166m和其作用的特异的基因LOC_Os07g40930.1，探究了其调控作用关系在功能和结构上的生物学关系。. （4）建立了以水稻逆境转录后调控为核心的网络资源库，开发和建立了诸如网络可视化、拓扑测度统计计算、调控关系互作识别等方面集成分析系统。. 二、科学意义. 本项目的实施在技术方法创新和生物学问题的探索上建立了初步可行的方法体系。在现阶段测序组学数据和生物计算高通量挖掘的大背景下，项目负责人相信基于生物大规模数据的计算分析，在水稻（或其他农作物）的逆境生理学领域研究的不断探索和付出会给我国的农作物生产做出应有的贡献。