2024年4月15日，斯洛文尼亚Kristina Gruden团队在Plant Communications上发表题为“Stress Knowledge Map: A knowledge graph resource for systems biology analysis of plant stress responses”的文章，该研究构建了植物胁迫响应的知识图谱SKM（Stress Knowledge Map），并建立了知识图谱检索和分析的数据库（https://skm.nib.si）。
https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100920
在内容上，SKM包含四个层级：刺激信号，信号感知，信号转导和执行（图1）。在第一层级的刺激信号中，不仅包含干旱，温度和水淹等非生物胁迫，也包括了病原菌和昆虫等生物胁迫。在第二层级的感知层面，主要由信号感知受体和离子通道负责。在第三层级的信号转导层面，则相对复杂，内容丰富。它包含了ROS和Ca2+介导的信号转导，也有多种植物激素和蛋白激酶介导的信号传递。最后，在执行层面，则是一些胁迫响应代谢物的合成和气孔关闭等下游生物学过程。与之前已有的植物蛋白互作数据库相比，SKM的数据内容更系统，更丰富。
图1 SKM知识图谱的4个层级
作为一个开放可用的资源，SKM包含两个互补的知识图谱，描述了当前有关植物中生化、信号和调控分子相互作用的知识（图2）。其中一个是高度编辑的植物胁迫信号模型（PSS，plant stress signalling），包含了543 个反应。另一个是大型综合知识网络（CKN，comprehensive knowledge network），包含了488,390 个相互作用。CKN的互作数据不仅包括蛋白-蛋白的互作，也包括转录因子-DNA的互作，以及非编码RNA和mRNA的互作等多种大分子互作类型。这两个模型都是由领域专家通过系统整理各种文献和数据库资源而构建的。其中，PSS还能作为系统生物学的定性和定量模型。因此，SKM 为植物胁迫反应和相关生长过程的研究，以及当前知识的交互式探索提供了很好的切入点。
图2 SKM知识图谱的特征
最后，作者举例说明了该知识图谱的应用方法。根据该知识图谱的数据，作者用胁迫响应基因RD29的启动子驱动荧光素酶作为报告系统，分别在拟南芥和马铃薯中分析了ABA（脱落酸）响应基因的RD29的响应模式（图3）。实验结果发现，ABA激素的处理会诱导RD29的表达，而同时施加ABA和MeJA（茉莉酸甲酯）或者同时施加ABA和SA（水杨酸）后，则抑制了RD29的表达。根据SKM的知识图谱可知，这可能是由于这三者激素受体之前的抑制作用导致。基于此假设，作者将ABA，MeJA和SA三者一起处理，发现对RD29的抑制作用最强，验证了这一个假设。
图3 RD29的案例分析
综上，该研究构建了植物胁迫知识图谱SKM，并通过案例研究说明如何将其用于复杂的生物学分析，包括假设的提出和验证实验的设计。最终，该知识图谱将有助于获得对植物生物学实验观察的新见解。
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