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为探究 DCL2 在 sRNA 合成及转运中的作用，研究人员以大豆 dcl2 突变体和野生型为材料进行嫁接实验并测序分析。结果发现 14105 个受 DCL2 显著影响的 sRNA 及 375 个移动 sRNA，还提出调控地上基因表达新策略，为基因调控研究提供新思路。
在植物的生长发育进程中，小 RNA（sRNA，一类长度在 18 - 30 核苷酸的非编码 RNA，主要包括短干扰 RNA（siRNA）和微小 RNA（miRNA））宛如隐藏在幕后的 “神秘指挥官”，发挥着至关重要的作用。它们不仅参与调控植物的生长、发育，在植物与微生物的相互作用、抗病以及应对非生物胁迫等方面也有着突出表现。
在 sRNA 的生成过程中，Dicer 样蛋白（DCL）家族承担着关键角色，不同成员各司其职。然而，尽管对 DCL 家族其他成员的研究已取得一定进展，但 DCL2 在植物生长、发育和抗性方面的具体作用机制，尤其是其对 sRNA 运动的调控，在很大程度上仍是未知领域。这一知识空白犹如迷雾，阻碍着科研人员对植物基因调控网络的深入理解，也限制了相关农业生物技术的发展。为了拨开这层迷雾，探索植物基因调控的奥秘，中国的研究人员针对 DCL2 展开了深入研究。
研究人员巧妙地选用大豆 dcl2a/2b（dcl2）双突变体与野生型进行嫁接实验，精心构建了四种不同的接穗 - 砧木组合（WT|WT、dcl2|dcl2、WT|dcl2 和 dcl2|WT ）。在接种根瘤菌 USDA110 一段时间后，采集嫁接植株地上（叶片）和地下（根和根瘤）组织样本。随后，运用 sRNA 测序技术，对样本中的 sRNA 进行全面分析。同时，结合降解组分析，深入探究 sRNA 对靶基因的调控机制。此外，研究人员还通过构建发根转化载体、进行发根转化实验等，验证 sRNA 的移动性及对基因表达的调控效果。
研究结果显示，DCL2 在 sRNA 的生物合成过程中扮演着不可或缺的角色。通过对不同嫁接组合的 sRNA 测序数据进行细致分析，研究人员发现了 14105 个受 DCL2 显著影响的 sRNA。进一步研究表明，DCL2 主要参与 22 - nt sRNA 的生成，当 DCL2 缺失时，其他 DICER 蛋白会进行补偿，转而主要合成 21 - nt sRNA。而且，多数 sRNA（包括 DCL2 依赖型和 dcl2 特异性 sRNA）富集于基因间区域，源于编码基因的 sRNA 所对应的基因，显著富集于防御反应和转录调控相关功能。
在 sRNA 的转运研究方面，研究人员成功鉴定出 375 个受 DCL2 调控的移动 sRNA。这些移动 sRNA 从地上到地下的运输效率更高，且在受体组织中的丰度显著高于供体组织。值得注意的是，移动 sRNA 主要来源于基因间区域，源于编码区域的移动 sRNA 则显著富集于防御反应和转录调控相关的基因位点。
为了深入了解 DCL2 调控的 sRNA 的功能，研究人员对其潜在靶基因进行了全面分析。降解组测序结果令人惊喜，共检测到 6369 个与 DCL2 调控的 sRNA 相关的切割位点，这些切割位点来自 2901 个基因。GO 分析表明，预测的靶基因功能显著富集于防御反应和转录调控通路。研究还证实，DCL2 调控的 sRNA 参与调控大豆的多个重要生物学过程，如种子颜色、免疫反应和共生结瘤等。
基于上述发现，研究人员充分利用某些 DCL2 依赖型 sRNA 从根到地上组织的移动特性，开发出一种调控地上基因表达的新策略。通过修饰移动 sRNA 的前体序列，使其与目标基因互补，再利用农杆菌介导系统在根中过表达修饰后的前体，成功实现了对地上组织中目标基因表达的有效调控。
综合来看，该研究成果意义重大。它不仅加深了科研人员对 DCL2 依赖型 sRNA 介导的基因调控复杂网络的理解，还为基因调控研究提供了全新的策略和方法，有望在农业生物技术领域得到广泛应用，为作物遗传改良和品种选育开辟新的途径。论文发表在《The Crop Journal》，为该领域的研究提供了重要的参考依据。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是嫁接实验，通过构建不同的大豆嫁接组合，为后续研究提供实验材料；其次是 sRNA 测序技术，对样本中的 sRNA 进行高通量测序，获取大量数据；再者是降解组分析，用于鉴定 sRNA 靶基因的切割位点；最后利用发根转化实验，验证 sRNA 的移动性及其对基因表达的调控作用。
研究结果
- DCL2 对 sRNA 生物合成的影响：通过嫁接实验和 sRNA 测序，发现 DCL2 在次生 siRNA 的生物合成及延伸 sRNA 簇的形成中发挥关键作用。DCL2 依赖型 sRNA 主要为 22 - nt，dcl2 特异性 sRNA 主要为 21 - nt。多数 sRNA 富集于基因间区域，源于编码基因的 sRNA 与防御反应和转录调控相关。
- 鉴定受 DCL2 调控的移动 sRNA：对比不同嫁接组合的 sRNA 谱，识别出 375 个受 DCL2 调控的移动 sRNA。这些 sRNA 从地上到地下运输效率更高，且在受体组织中丰度更高，主要源于基因间区域，与防御反应和转录调控相关。
- DCL2 调控的 sRNA 靶基因的鉴定与功能分析：利用降解组测序，检测到与 DCL2 调控的 sRNA 相关的 6369 个切割位点，来自 2901 个基因。靶基因功能富集于防御反应和转录调控通路，参与调控大豆种子颜色、免疫反应和共生结瘤等过程。
- 通过 sRNA 移动调控地上基因表达的新策略：验证了某些 DCL2 依赖型 sRNA 从根到地上组织的移动性，通过修饰移动 sRNA 前体序列，成功实现对地上组织目标基因表达的调控。
研究结论与讨论
研究表明，DCL2 在 sRNA 生物合成中主要参与 22 - nt sRNA 的生成，当 DCL2 缺失时其他 Dicer 蛋白会补偿。研究还鉴定出受 DCL2 调控的移动 sRNA，明确了其靶基因功能。此外，开发的调控地上基因表达的新策略具有重要应用价值。这些发现揭示了 DCL2 在植物生长发育中的多重作用，为植物基因调控研究和农业生物技术发展提供了新的思路和方法。
