Sucrose biosynthesis-related to gene expression in Beta vulgaris L. across different growth period | Expresión genética relacionada con la biosíntesis de sacarosa en Beta vulgaris L en diferentes periodos de crecimiento

Inglés.  Understanding the molecular mechanisms of sugar accumulation in the taproot of sugar beet (Beta vulgaris L.) is essential for enhancing sugar production. In this study, we analysed growth parameters and gene expression profiles of taproots collected at 50 (S1), 90 (S2), 160 (S3), and 330 (S4) days after sowing (DAS). Growth analysis revealed that the length, width, and weight of the taproots increased over time, with a particularly rapid weight gain observed between 50 and 160 DAS. Sugar content increased sharply from 50 to 90 DAS, gradually rose until 160 DAS, and then tended to decrease up to 330 DAS. Differential expression analysis identified 4,560, 4,764, and 4,781 differentially expressed genes (DEGs) in comparisons between S1:S2, S1:S3 and S1:S4, respectively. Among these, 3,255 DEGs were common across all comparisons, with 1,345 genes upregulated and 1,909 genes downregulated. Focusing on sugar metabolism, we identified 48 DEGs related to sucrose metabolism enzymes and sugar transport proteins. Cluster analysis divided these DEGs into two groups based on their expression patterns: Class I genes including those encoding sucrose synthase, sucrose transporter proteins, fructokinase, and hexokinase were downregulated compared to S1, while Class II genes including sucrose transporter proteins, sucrose-phosphate synthase, fructokinase, and hexokinase were upregulated. These findings contribute to understanding of the gene expression associated with sugar accumulation during sugar beet taproot development and provide valuable insights for future genetic improvement aimed at increasing sugar content in sugar beet crops.

Español; castellano. Comprender los mecanismos moleculares de la acumulación de azúcar en la raíz pivotante de la remolacha azucarera (Beta vulgaris L.) es esencial para mejorar la producción de azúcar. En este estudio se analizaron los parámetros de crecimiento y perfiles de expresión génica de las raíces recolectadas a los 50 (S1), 90 (S2), 160 (S3) y 330 (S4) días después de la siembra (DDS). La longitud, ancho y peso de las raíces pivotantes aumentaron con el tiempo, con una ganancia de peso rápida entre los 50 y 160 DDS. El contenido de azúcar aumentó notoriamente desde los 50 a 90 DDS, y gradualmente hasta 160 DDS, para luego tender a disminuir hasta 330 DDS. El análisis de expresión diferencial identificó 4560, 4764 y 4781 genes expresados diferencialmente (GED) en comparaciones entre S1:S2, S1:S3 y S1:S4, respectivamente. Entre estos, 3255 GED fueron comunes en todas las comparaciones, con 1345 genes sobreexpresados y 1909 subexpresados. Referente al metabolismo del azúcar, se identificaron 48 GED relacionados con las enzimas del metabolismo de la sacarosa y las proteínas transportadoras de azúcar. El análisis de conglomerados dividió estos GED en dos grupos según sus patrones de expresión: los genes de clase I, que incluyen los que codifican la sacarosa sintasa, las proteínas transportadoras de sacarosa, la fructoquinasa y la hexoquinasa, mostraron una subexpresión en comparación con S1; mientras que los genes de clase II, que incluyen las proteínas transportadoras de sacarosa, la sacarosa-fosfato sintasa, la fructoquinasa y la hexoquinasa, mostraron una sobreexpresión. Estos hallazgos contribuyen a la comprensión de la expresión génica asociada con la acumulación de azúcar durante el desarrollo de la raíz pivotante de la remolacha azucarera y proporcionan información valiosa para futuras mejoras genéticas destinadas a aumentar el contenido de azúcar en los cultivos de remolacha azucarera.