综述：对受到严重干旱影响的Haberlea rhodopensis叶片中microRNA表达谱及蛋白质-蛋白质相互作用的生物信息学分析

《Ecological Genetics and Genomics》：Bioinformatic analyses of microRNA profiles and protein-protein interactions within leaves from Haberlea rhodopensis subjected to severe drought

【字体：大中小】 时间：2026年06月12日 来源：Ecological Genetics and Genomics CS1.8

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　　Catherine Fundikwa | Kudzai B. Nyazema | Ryman Shoko 津巴布韦钦霍伊技术大学生物系，钦霍伊摘要干旱是农作物生产的主要威胁，而复苏植物为理解极端脱水耐受性提供了独特的模型。虽然Apostolova等人（2020年）发现了对

Catherine Fundikwa | Kudzai B. Nyazema | Ryman Shoko

津巴布韦钦霍伊技术大学生物系，钦霍伊

摘要

干旱是农作物生产的主要威胁，而复苏植物为理解极端脱水耐受性提供了独特的模型。虽然Apostolova等人（2020年）发现了对脱水有反应的microRNAs（miRNAs）在Haberlea rhodopensis中的存在，但其下游蛋白质靶标和调控相互作用网络仍大部分未知。本研究通过整合miRNA谱与蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络来预测靶基因，识别枢纽调节因子，并揭示调控脱水耐受性的途径。利用PsRNATarget预测mRNA靶标（转换为拟南芥的同源物）和基于Cytoscape的网络分析，我们确定了三个枢纽基因（SPL7、AT5G43270.3和AT1G76580）作为干旱反应的核心调节因子。功能富集分析显示，代谢途径和次级代谢产物生物合成显著富集，这突显了在水分不足条件下生存的关键过程。这种综合方法不仅限于miRNA的鉴定，还首次展示了miRNA介导的调控如何与蛋白质网络相互作用，以协调H. rhodopensis的脱水耐受性。所识别的枢纽基因（SPL7、AT5G43270.3和AT1G76580）可用于未来耐旱作物的遗传工程。

引言

干旱是全球性的主要问题，导致高达67%的农作物产量损失[1]。虽然大多数高等植物在失去41-70%的总水分后会失去生存能力，但复苏植物进化出了在极端脱水条件下生存的能力，即使失去高达95%的水分也能在重新补水后迅速恢复[2]。原产于巴尔干半岛的Haberlea rhodopensis已成为理解脱水耐受性分子基础的重要模型[25]、[27]。

MicroRNAs（miRNAs）是小型非编码RNA，在基因表达的转录后调控中起着关键作用，调节植物发育、应激信号传导和适应恶劣环境[3]。Apostolova等人（2020年）的一项开创性研究首次提供了H. rhodopensis在严重干旱条件下的全基因组miRNA谱，发现miR156/157和miR399家族在脱水反应中起核心作用[2]。尽管这项研究建立了重要的调控机制，但主要停留在描述性阶段，没有明确这些miRNAs控制的下游蛋白质网络或功能途径，而这些问题在本研究中得到了解决。

最近关于复苏植物的基因组和转录组研究揭示了在脱水过程中光合作用、代谢和应激反应途径的广泛重编程[1]、[11[15]。此外，网络生物学方法已成为识别关键调节因子的强大工具。例如，Shoko等人（2023年）应用蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析研究了Xerophyta schlechteri的核蛋白组，发现热休克蛋白和核糖体蛋白是核心枢纽。虽然我们的研究和他们的研究采用了类似的生物信息学方法，但存在重要区别：Shoko之前的研究是基于蛋白质组数据的，而本研究则是首次从miRNA数据开始构建H. rhodopensis的PPI网络[2]。这一独特的起点使我们能够将miRNAs的调控机制与枢纽基因的功能蛋白组分析和相互作用网络联系起来，从而提供了更全面的脱水耐受性系统级理解。

因此，本研究的主要目标是通过预测miRNAs的蛋白质靶标、构建和分析PPI网络、识别枢纽基因和功能模块以及进行富集分析来超越miRNA谱分析，揭示参与脱水耐受性的关键生物途径。由于H. rhodopensis没有完整的基因组，预测的miRNA靶标被映射到拟南芥的同源物上，这是一个必要的但策略性的选择，因为拟南芥的基因组注释完善且进化关系密切[25]、[27]。虽然这种依赖性存在局限性，但在H. rhodopensis的全面基因组资源可用之前，它确保了生物学解释的有效性。

这项研究代表了复苏植物系统生物学的合理且新颖的进展。通过整合miRNA调节因子及其下游蛋白质相互作用网络，我们能够识别出对H. rhodopensis>脱水耐受性有贡献的枢纽基因和功能途径。这些发现为该物种提供了首个miRNA-蛋白质网络框架，补充了其他复苏植物的以蛋白组为中心的研究。本研究的优势在于它能够超越表达谱分析，揭示功能模块和调控机制，从而不仅提供了更深入的机制见解，还为培育耐旱作物提供了具体的候选靶标。

章节片段

方法

由于Haberlea rhodopensis没有完全测序和注释的基因组，因此预测了miRNA靶标，并将其映射到拟南芥的同源物上，以便进行后续的网络和富集分析。选择拟南芥作为参考物种，是因为其基因组整理完善、功能注释丰富且具有进化相关性，为跨物种比较研究提供了可靠的框架[6]、[19]。尽管这种跨物种

干旱胁迫下的miRNA调控

共鉴定出28个miRNAs，其中14个在严重干旱条件下上调，14个下调。关键的miRNAs包括miR156/157和miR399，它们在调控脱水响应基因中起重要作用。miRNA介导的基因表达调控影响多种生物过程，包括转录调控、激素信号传导和养分吸收，从而增强脱水耐受性[14]。

DEPs的PPI网络

构建了PPI网络以

结论

本研究揭示了H. rhodopensis脱水耐受性的分子机制，这些机制可能有助于耐旱作物的遗传工程和育种技术，促进缺水环境下的可持续农业。根据研究结果，miRNAs调控H. rhodopensis的脱水耐受性机制。关键miRNAs包括miR156/157和miR399，它们在调控脱水响应基因中起关键作用。

CRediT作者贡献声明

CATHERINE FUNDIKWA：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。Kudzai Bridgette Nyazema：撰写——审阅与编辑、可视化、监督

未引用的参考文献

[4]。

利益冲突声明

作者未报告任何潜在的利益冲突

资助

本研究未获得任何资助或拨款。

利益冲突声明

我，Catherine Fundikwa，声明我没有已知的可能会影响本手稿所报告工作的财务利益或个人关系。

本研究未从公共、商业或非营利部门获得任何特定资助。

致谢

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干旱胁迫下的miRNA调控

DEPs的PPI网络

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