Sucrose is the main photosynthetic product in plants, and acts as a major energy substrate and signaling regulator of plant growth. Furthermore, sucrose is involved in the responses to various abiotic stresses. However, the role of sucrose in soybean (Glycine max L.) growth and development under drought stress remains largely unknown. In this study, the two soybean cultivars, Shennong8 (CV.SN8) and Shennong12 (CV.SN12), were grown in pot culture and subjected to three water treatments for 15 days: soil moisture contents of 75 ± 5% (CK), 45 ± 5% (MD), and 30 ± 5% (SD) of field capacity. Under drought stress, the reduction in shoot biomass was more pronounced than the reduction of biomass in the root of both soybean cultivars, resulting in higher root/shoot (R/S) ratio. Drought stress increased the contents of soluble sugar and sucrose in the leaves, but decreased starch content; in the roots, all of these parameters were increased. This may be related to the enhanced carbohydrate metabolism activity under drought stress, including notable changes in the activities of sugar metabolism enzymes and expression levels of GmSPS, GmSuSy, GmC-INV, GmA-INV, GmAMY3, and GmBAM1. Furthermore, the expression levels of sucrose transporter genes (GmSUC2, GmSWEET6, and GmSWEET15) in leaves and roots of soybean seedlings were up-regulated under drought stress. In conclusion, our results highlight that the increase in R/S ratio caused by the changes of sugar allocation, metabolism, and transport under drought stress contributes towards drought resistance of soybean.

Premature leaf failure is one of the major factors contributing to crop yield reduction. High-yielding soybean cultivars exhibit a longer leaf lifespan during the reproductive period, promoting higher yields. In this experiment, physiological indexes and transcriptomics analysis were carried out on leaves of different canopy parts of two soybean cultivars with different senescence sensitivities of LD32 and SND28 as test materials. The results showed that the leaf senescence rates of the two soybean cultivars, tested at the grain-filling stage, were significantly different, and the senescence rates of the upper and middle canopy leaves of LD32 were significantly lower than those of SND28. In comparison to SND28, LD32 exhibited slower decreases in chlorophyll, net photosynthetic rate, and SPAD values in the upper and middle canopy leaves. The differentially expressed genes for senescence of upper and middle canopy leaves of both cultivars were enriched in four pathways: the photosynthesis pathway, the photosynthesis–antenna protein pathway, the MAPK signaling pathway–plant hormone signal transduction pathway, and the plant hormone signal transduction pathway. The differential expression of 20 genes (Ribose-5-phosphate isomerase, fructose-1,6-bisphosphatase, etc.) in the “carbon fixation in photosynthetic organisms” pathway of LD32 may be involved in the regulation of reducing the rate of leaf senescence in the middle of the canopy at the grain-filling stage of LD32. Ribose-5-phosphate isomerase and fructose-1,6-bisphosphatase in LD32 may reduce the rate of leaf senescence in the middle of the canopy during seed filling.