Sucrose Utilization for Improved Crop Yields: A Review Article

Abstract

Photosynthetic carbon converted to sucrose is vital for plant growth. Sucrose acts as a signaling molecule and a primary energy source that coordinates the source and sink development. Alteration in source–sink balance halts the physiological and developmental processes of plants, since plant growth is mostly triggered when the primary assimilates in the source leaf balance with the metabolic needs of the heterotrophic sinks. To measure up with the sink organ’s metabolic needs, the improvement of photosynthetic carbon to synthesis sucrose, its remobilization, and utilization at the sink level becomes imperative. However, environmental cues that influence sucrose balance within these plant organs, limiting positive yield prospects, have also been a rising issue over the past few decades. Thus, this review discusses strategies to improve photosynthetic carbon assimilation, the pathways actively involved in the transport of sucrose from source to sink organs, and their utilization at the sink organ. We further emphasize the impact of various environmental cues on sucrose transport and utilization, and the strategic yield improvement approaches under such conditions.

Waterlogged Conditions Influence the Nitrogen, Phosphorus, Potassium, and Sugar Distribution in Sago Palm (Metroxylon sagu Rottb.) at Seedling Stages

“…As the primary product of photosynthesis, sucrose is used as a transport and storage molecule. When the photosynthetic rate was reduced due to waterlogging [ 13 ], the sucrose level decreased as the plants satisfied their needs using the stored sugar [ 14 ]. Sago palm accumulated higher glucose and NSC concentration in the roots under waterlogging than under normal conditions.…”

Distribución de fotoasimilados en los órganos vertederos de plantas Solanaceas, caso tomate y papa. Una revisión

“…Después de movilizarse al citosol, el 3-PGA dependiendo de la necesidad de la planta es sintetizado en otros azúcares como hexosas y son asignados para el mantenimiento de procesos esenciales en la planta como síntesis de pared celular, respiración, crecimiento y desarrollo o ser translocado hacia los órganos vertederos en forma de sacarosa por medio de la actividad de enzimas vinculadas en el metabolismo de azucares (invertasa-Inv, sacarosa sintasa-SuSy, sacarosa fosfato sintasa-SPS, UDP glucosa, entre otras.) encargadas de la translocación hacia los órganos vertederos (Aluko et al, 2021;Luo et al, 2021;López-Delacalle et al, 2021). Para el cultivo de tomate en condiciones adecuadas, se ha estimado que dentro del 60% hasta el 80% de los fotoasimilados producidos en las hojas fuentes son distribuidos hacia los frutos (Yoshioka, 1986).…”

“…El proceso de distribución de fotoasimilados en las plantas requiere la formación y translocación continua de compuestos carbonados desde los órganos fuente; definidos como tejidos o órganos autótrofos fotosintéticos, generalmente hojas maduras o bien desarrolladas (Chang et al, 2017;Rodrigues et al, 2019), los cuales, producen carbohidratos para asignarlos a diferentes procesos esenciales en la planta como el crecimiento y desarrollo o translocar estos compuestos hacia los órganos vertederos como hojas en formación, tallos, raíces, flores y frutos (Castellanos et al, 2010;Bihmidine et al, 2013;Osorio et al, 2014;Aluko et al, 2021). Se ha estimado que alrededor del 80% de los fotoasimilados de las hojas son transportados hacia los órganos vertederos en forma de azúcares solubles, los cuales, proceden de la asimilación de CO 2 en las hojas (fotosíntesis) y de procesos de óxidoreducción (metabolismo de azúcar), para que finalmente se movilicen a través del floema hacia los órganos vertederos (Wang et al, 2020;Aluko et al, 2021;López-Delacalle et al, 2021). Sin embargo, este transporte puede ser afectado por condiciones de estrés abiótico y biótico o por el desbalance en la relación de órganos fuente/vertedero.…”

Grain Quality Affected by Introducing Photorespiratory Bypasses into Rice

“…Excessive use of nitrogen fertilizers also contributes to poor eating and cooking quality of the rice grain, such as hard texture and dull color [13,21]. Crop yields depend on carbohydrate synthesized through photosynthesis and their utilization at the sink organs [22]. It has been shown that source-sink balance impacted rice quality due to significant reduction in N and nonstructural carbohydrate (NSC) translocation [23,24].…”