讓蔗糖來得更猛烈些

　　盡管國際育種工作、先進的農藝和有效的病蟲害管理都在進行著，但幾十年來甘蔗產量卻幾乎一直是靜止不前的，這是由于莖稈的發展被限制了。莖稈的儲糖能力在物理上是有限的，也就約束了蔗糖和生物質的大量涌現。

　　“通過傳統雜交育種來突破這一發展的門檻是很難的。”巴西坎皮納斯大學生物研究所（IB-UnPAMP）遺傳進化與生物制劑系教授Marcelo Menossi說道。最近，他與巴西國家生物乙醇科技實驗室（CTBE）、澳大利亞食糖研究以及德國馬丁·路德大學（MLU）的同行一起，發現了克服這種束縛關系的關鍵。

　　那就是，甘蔗產量的秘密可能存在于一個被稱為ScGAI的基因中。它是甘蔗莖稈發育的重要調節器。研究人員在《實驗植物學》雜志上報道了這一發現。

　　他們通過操作在澳大利亞開發的轉基因甘蔗中該基因的活性，成功地大幅增加了莖稈體積，并改變了其結構和存儲分子的碳分配。“改變ScGAI基因表達的甘蔗品種長得快多了。”Menossi說，這意味著應該可以培育出能更快生長的甘蔗，每單位時間具有更高的生物質產量。

　　在這項研究中，ScGAI被發現介導了甘蔗種植者所使用的發育激素的調節，如乙烯和赤霉素。其中赤霉素廣泛地用于提高許多作物的產量，它通過觸發DELLA蛋白的快速分解來加速甘蔗成熟，由此阻止了與刺激莖稈發育的其他蛋白的相互作用和分解。

　　而在成熟階段，乙烯經常應用到甘蔗種植園里。此時，蔗農希望植物繼續積累蔗糖，而不是生長更多的葉子。跟赤霉素不同，乙烯穩定了DELLAs，還讓它和其他生長促進蛋白進行了互相作用。

　　為了更好地了解DELLAs是如何調節甘蔗生長的，特別是在莖稈發育方面，研究人員進行了一項實驗。在這項實驗中，他們改變了澳大利亞一個甘蔗品種中的ScGAI表達。

　　在某些程度上，對于減少DELLAs產量，ScGAI基因“沉默以對”，還阻止了它們分解其他有助于植物生長的蛋白質。另外，研究人員采取措施確保該基因在增加DELLAs產量、穩定它們的目標上過度表達，這樣它們會繼續分解生長促進蛋白。

　　4個月后進行的比較分析中，ScGAI基因過度表達的轉基因甘蔗顯示出生長發育遲緩、節間較短、能量代謝受損的特點。相反，ScGAI基因沉默的植物長得更高，節間快速伸長，植物酶產量增加，更多的碳分配到莖上。

　　“這項研究清楚地表明，ScGAI基因是甘蔗發育的一個基本組成部分，它可以成為基因操作的目標，以調節DELLA蛋白來干預植物生長的速度。”一位研究人員說。

　　研究人員已經申請了通過他們發明的方法來控制ScGAI基因的ZL，從而使甘蔗生長得更快。“下一步是田間試驗，看看是否能夠產生和溫室培育轉基因甘蔗一樣的效果。”Menossi說道。