Comprender cómo los factores de transcripción regulan la acumulación de biomasa y el almacenamiento de sacarosa es esencial para mejorar la productividad de la caña de azúcar. En este estudio, cuantificamos la abundancia de proteínas de factores de transcripción (TFP) en entrenudos de caña de azúcar a lo largo de las etapas de desarrollo y tasas de crecimiento. Estos perfiles se correlacionaron con rasgos bioquímicos clave, incluyendo lignina, glucano, hemicelulosa y contenido de sacarosa. De los 7333 proteínas identificadas, 205 fueron anotadas como factores de transcripción que abarcan 22 familias. Al aplicar la correlación de Pearson seguida por la Correlación Parcial con Teoría de la Información (PCIT), identificamos 46 asociaciones de alta confianza entre TFP y rasgos. Reguladores clave, como ScMYB113, ScMADS15 y ScbZIP85, exhibieron roles específicos en los rasgos, influenciando el almacenamiento de sacarosa y la biosíntesis de la pared celular. La topología de la red reveló módulos de transcripción distintos vinculados a la producción de biomasa, la deposición de polisacáridos y el metabolismo intermediario. Notablemente, la acumulación de sacarosa y lignina se intensificó después de que cesó la elongación del entrenudo, destacando cambios en el control transcripcional durante la maduración. Este estudio proporciona el primer mapa regulatorio a nivel de proteínas que vincula factores de transcripción con rasgos metabólicos en la caña de azúcar y ofrece un marco para apuntar a reguladores candidatos para mejorar la calidad de la biomasa y el rendimiento en cultivos bioenergéticos como la caña de azúcar.