基于蔗糖积累量(SAA)解析甘蔗高糖基因型的形成机制及遗传改良策略

为解决甘蔗高糖育种面临的瓶颈问题，研究人员围绕蔗糖积累量(SAA)开展系统性研究，揭示高糖基因型在未成熟期(A1)和成熟期(A6)的蔗糖积累特征，发现A1对高糖性状形成起主导作用，而A1与A6的负相关(r=-0.66)可能限制遗传增益。该研究为突破甘蔗高糖育种"天花板"提供了新视角。

　　

甘蔗作为全球最重要的糖料作物，贡献了70%以上的食糖产量。然而当前高糖育种面临严峻挑战：尽管遗传改良使蔗糖含量(SC)有所提升，但进展缓慢且难以突破理论极限值(30%)。更令人困惑的是，经过多轮选择后SC常出现平台期。这些现象暗示着甘蔗蔗糖积累可能存在尚未认知的深层调控机制。为此，研究人员开展了一项基于蔗糖积累量(Sucrose Accumulation Amount, SAA)的系统研究，试图揭示高糖基因型的形成规律及遗传改良的作用机制。

研究团队通过3年田间试验，对266个甘蔗基因型(含中国育成品系105个和国际品种161个)进行全生育期跟踪监测。采用随机区组设计，每月测定蔗糖含量(SC)，并创新性将总SAA(A7)分解为未成熟期积累量(A1)和成熟期积累量(A6)。通过方差分析、遗传参数估计和多环境数据验证，结合11年区域试验数据，系统解析了A1与A6的动态关系。

研究首先发现高糖基因型(H组)的A1显著高于低糖组(增加3.62%)，而A6反而降低1.55%，形成"一升一降"模式。遗传改良过程中，CP型和CH型品种的A1分别提升1.63%和2.49%，但均伴随A6的下降。关键的是，A1与A6存在显著负遗传相关(r_g=-0.66)，这种拮抗关系可能形成SC提升的"天花板"效应。

进一步分析揭示，成熟期SAA呈持续下降趋势(R2=0.72)，研究者据此提出"拐点"假说：在生育期尺度上，SAA曲线存在由升转降的关键转折点。高糖基因型因A1积累更快，可能更早触发"拐点"，导致A6贡献度降低。这种动态平衡可能源于：(1)叶片衰老导致光合能力下降；(2)茎秆蔗糖浓度通过负反馈抑制源器官活性；(3)液泡糖转运蛋白(TST)的容量限制。

在讨论部分，作者指出传统育种对A1的选择可能已接近极限，建议通过基因编辑等技术调控"拐点"出现时机，或引入野生种质(Saccharum spontaneum)拓宽遗传基础。该研究为理解甘蔗蔗糖积累的生物学限制提供了新视角，论文发表于《Industrial Crops and Products》。

这项研究的创新性在于：首次从全生育期SAA动态视角，揭示了高糖性状形成的时序规律；发现A1/A6的拮抗关系是限制SC提升的关键瓶颈；提出的"拐点"理论为突破育种瓶颈提供了潜在靶点。这些发现不仅对甘蔗育种具有指导价值，也为其他糖料作物的品质改良提供了借鉴范式。