研究揭示了激素如何增加甘蔗中的蔗糖积累

化学成熟剂，也称为生长调节剂，广泛用于巴西甘蔗工业，相对于总质量增加早期蔗糖含量，抑制植物生长，以延长收获和碾磨，从而提高种植园主的产量和盈利能力。

位于圣保罗州坎皮纳斯大学生物学研究所(IB-UNICAMP)的一组研究人员与农学研究所(IAC)和圣保罗大学化学研究所(IQ-USP)的同事合作，现已发现这些与植物激素类似的物质如何作用于甘蔗的分子水平，以增加植物中的蔗糖储存量。

描述该研究的文章发表在Springer Nature旗下的在线期刊Scientific Reports上。

“我们确定了由最广泛使用的化学成熟剂之一激活的基因，这些基因可能成为未来基因工程操作的目标，以试图开发蔗糖含量更高的甘蔗品种，”IB教授Marcelo Menossi说。 -UNICAMP的遗传学，进化与生物学系以及该项目的首席研究员。

研究人员分析了乙烯利应用于温室种植的甘蔗品种的分子水平效应。

乙烯利是一种释放乙烯的化合物，是第一个用于农作物，园艺和林业物种的作物管理和收获后品质的生长调节剂。在甘蔗的情况下，它仍然是最广泛使用的物质之一，以刺激成熟，增加糖产量，抑制开花，并延长收获和碾磨季节。

乙烯利对甘蔗的影响归因于乙烯，乙烯是一种以参与果实成熟而闻名的植物激素。乙烯利在喷洒后渗透植物时释放乙烯。

根据Menossi的说法，乙烯因此被认为是更好地理解从植物生长到甘蔗成熟过渡的调节的关键。

“虽然已知乙烯有助于蔗糖积累，但尚不清楚这种激素的合成和作用如何影响甘蔗成熟，”他说。

为了研究甘蔗在成熟开始前的作用，研究人员将IAC开发的甘蔗品种与乙烯利和氨基乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)一起喷洒，AVG是一种抑制乙烯生物合成的生长调节剂。

在用两种化合物中的一种喷洒植物后五天，并且在32天后(即，在收获时)再次，他们测量叶和茎组织样品中的蔗糖含量。

分析表明，化学催熟剂ethephon刺激未成熟节间的蔗糖积累。用乙烯利处理的植物在收获时在上部和中部节间显示出更高的蔗糖水平。

相比之下，用AVG处理的植物中蔗糖含量下降了42%。

“这些发现证实了乙烯存在和作用诱导甘蔗成熟的重要性，”Menossi说。

为了评估乙烯在分子水平上的作用，研究人员分析了植物转录组，以确定哪些基因在成熟过程中响应乙烯释放而差异表达。转录组是表达的全部信使RNA分子。转录组分析使研究人员能够通过分析整个RNA序列集合来确定每个基因在生物体的细胞和组织中何时何地开启或关闭。

他们对参与蔗糖代谢调节的主要酶的转录本的分析，结合用乙烯利和AVG喷洒的植物的激素谱，使他们能够鉴定乙烯靶基因和乙烯在蔗糖积累位点中的作用。此外，他们提出了乙烯与其他激素相互作用的分子模型。

乙烯仅在秆中激活了大量的激素途径基因。Menossi解释说，关键的激素途径是精确地与乙烯和脱落酸(甘蔗成熟的另一个因素)以及赤霉素和生长素，影响秆伸长，开花和侧芽生长的激素。

“如果你知道成熟剂调节哪些基因以便植物增加蔗糖积累，你可以通过基因改良甘蔗并开发出能够表达更多这些基因的品种，而不需要施用乙烯，”他说。

“此外，有可能鉴定出最高表达这些基因的甘蔗品种，并促进成熟剂的作用，因为有些品种对激素应用反应不佳。”

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