确定了加速甘蔗生长的关键基因

尽管国际育种工作，先进的农学和有效的病虫害管理，由于对茎秆发育的限制，甘蔗产量已经持续数十年。根据该地区的专家称，秆的糖储存能力受到限制，限制了从作物中获取的糖和第二代(2G)乙醇生产的蔗糖和生物量。

“通过常规育种[品种杂交]突破这一发展门槛正在证明是困难的，”巴西坎皮纳斯大学生物学研究所(IB-UNICAMP)遗传学，进化与生物学系教授Marcelo Menossi教授说。

Menossi与他和在巴西国家生物乙醇科学与技术实验室(CTBE)，澳大利亚糖业研究所和德国马丁路德大学Halle-Wittenberg(MLU)的同事监督的研究生合作，发现克服甘蔗这一限制的关键产量可能在于一种名为ScGAI的基因。

在与BIOEN相关的项目期间进行的一项研究中，来自FAPESP-SãoPaulo研究基金会的生物能源研究计划，Menossi及其合作者发现，ScGAI是甘蔗茎秆发育的重要调节因子。

通过操纵该基因在澳大利亚开发的转基因甘蔗品系中的活性，研究人员成功地大幅增加了秆体积并改变了碳分配到结构和储存分子。他们现在在Journal of Experimental Botany发表的一篇文章中报道了他们的发现。

“我们改变ScGAI表达的甘蔗种类发展得更快。这意味着应该有可能培育出能够更快成熟并且每单位时间生产更高生物量的各种能量甘蔗，”Menossi说。

这一发现源自博士学位。Rafael Garcia Tavares的研究，在Menossi的监督下在IB-UNICAMP进行，并获得FAPESP的奖学金。

在研究期间，发现ScGAI介导甘蔗种植者使用的发育激素的调节，例如乙烯和赤霉素。

赤霉素广泛用于提高许多作物的产量，并通过触发DELLA蛋白的快速降解来加速甘蔗成熟，从而防止DELLA蛋白与刺激茎秆发育的其他蛋白质相互作用并降解。

“乙烯通常在成熟阶段应用于甘蔗种植园，当时农民希望植物继续积累蔗糖而不是生长并产生更多的叶子。与赤霉素不同，它可以稳定DELLA并让它们与其他生长促进蛋白相互作用并降解。然而，DELLA作为甘蔗生长调节剂的作用却知之甚少，“Menossi说。

专利操纵方法

为了更好地了解DELLA如何调节甘蔗生长，特别是在茎秆发育方面，研究人员进行了一项实验，他们改变了澳大利亚甘蔗品种中的ScGAI表达。

在某些方面，ScGAI被沉默以减少DELLA的产生并阻止它们降解有助于植物发育的其他蛋白质。

在其他方面，研究人员采取措施确保基因过度表达，目的是增加DELLA的产量并稳定它们，使它们继续降解促生长蛋白质。

在四个月后进行的比较分析中，ScGAI过表达的转基因甘蔗品系显示出生长发育迟缓，节间短，能量代谢受损。

相反，ScGAI沉默的植物更高并且表现出快速的节间伸长，增加的植物体产生和更多的碳分配到茎。该植物体定义为包含节点和节间，其腋芽和附着叶的单元。

“该研究清楚地表明，ScGAI基因是甘蔗发育的基本组成部分，可以成为遗传操作的目标，通过调节DELLA蛋白来干预植物生长速度，”FAPESP研究项目的协调员说。

研究人员申请了他们为控制ScGAI而发明的方法专利，以减少甘蔗中DELLAs的含量，从而使植物发育更快。两家公司表示对该技术感兴趣。

“下一步是进行田间试验，看看我们是否可以通过在温室中种植带有操纵基因的转基因株系获得相同的结果，”Menossi说。

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