"Hoja virtual" revela realidades ocultas de la fisiología vegetal
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La 'hoja virtual', que simula la fisiología de la hoja en 3D, promete avances en la comprensión de cómo las plantas responden a los cambios ambientales y el avance de nuestras estrategias agrícolas.
En busca de una mejor comprensión de la vida vegetal, el trabajo reciente de Richard Harwood se publicó en PLANTAS AoBexamina el concepto de una "hoja virtual". Utiliza técnicas de microscopía de última generación y modelado por computadora para estudiar la fisiología de la hoja en tres dimensiones (3D), un salto sobre los enfoques 2D tradicionales.
El concepto de una "hoja virtual" tiene como objetivo replicar la fisiología compleja de una hoja en un entorno digital, lo que permite simulaciones computacionales de procesos como la evaporación del agua y el dióxido de carbono (CO).2) transporte. Estas simulaciones brindan información sobre cómo las estructuras 3D únicas de diferentes tejidos de hojas afectan el intercambio de carbono y agua, lo que en última instancia influye en procesos como la fotosíntesis y la respiración.
Harwood también está estudiando la conducción del mesófilo en 3D, donde el CO2 viaja desde los diminutos espacios de aire de una hoja hasta las células fotosintéticas. Su investigación indica que el tamaño, la forma y la disposición de las células en la hoja influyen significativamente en este proceso. Los enfoques anteriores suponían una distribución uniforme de dióxido de carbono dentro de la hoja y no tenían en cuenta la variabilidad real de la estructura de la hoja y las propiedades biofísicas complejas.
Una 'hoja virtual' podría ayudar a los investigadores a visualizar los sistemas de transporte de agua en las hojas e incluso rastrear el movimiento del carbono y el agua en una hoja en tiempo real. Por ejemplo, Cicer arietinum Las estructuras complejas y las respuestas de las hojas de garbanzo a la luz podrían capturarse con esta tecnología, proporcionando una comprensión más detallada de cómo responden las plantas a los cambios ambientales.
Es importante destacar que Harwood enfatiza que una "hoja virtual" también debe tener en cuenta los cambios dinámicos a lo largo del tiempo, como las respuestas a la sequía. Elogia el trabajo de Xiao y su equipo en su modelo "eLeaf", que él ve como un paso valioso hacia la creación de una "hoja virtual" completa. El escribe:
Es importante mantener una perspectiva informada al tratar de capturar procesos fisiológicos que han evolucionado durante miles de años en una computadora portátil. Por lo tanto, los esfuerzos de investigación que contribuyan al avance de una "hoja virtual" deben evaluarse en términos de cómo mejoran nuestra comprensión limitada de la fisiología de las plantas, y no en términos de cómo fallan en comprender la compleja realidad. xiao et al. (2022) ilustran un excelente enfoque para crear una "hoja virtual". Los autores utilizan diferentes modalidades de microscopía (micro-CT, confocal y microscopía electrónica de transmisión) para capturar la anatomía de la hoja en diferentes escalas espaciales. Esta información anatómica luego se agrega y se usa para crear una estructura 3D representativa para la microscopía. Aunque todavía tiene una naturaleza algo "caricaturesca", es una excelente concesión entre las mallas 3D, que se pueden usar en el software de modelado, y la anatomía 3D auténtica. Los autores validaron las suposiciones de su modelo con datos experimentales y llamaron al producto final eLeaf.
xiao et al. (2022) usaron eLeaf para encontrar que la porosidad alterada de la hoja tenía poco efecto en el rendimiento fotosintético, de acuerdo con las observaciones de Theroux-Rancourt et al. (2021) que el tamaño de la celda es mucho más importante que la porosidad. Cabe señalar que Theroux-Rancourt et al. (2021) utilizaron datos anatómicos 3D para estimar el CO 2D2 Propagación y Xiao et al. (2022) utilizaron datos anatómicos 2D para estimar la difusión 3D. A medida que evolucionen los enfoques de modelado 3D, comprenderemos mejor qué nivel de detalle se requiere para responder preguntas de investigación específicas. Avances en técnicas de imagen e inteligencia artificial como herramienta para la segmentación (Théroux-Rancourt et al. 2020; Heinrich et al. 2021) conducirá a modelos 3D más refinados y anatómicamente más precisos. A medida que estos modelos 3D decodifican las complejidades de la fisiología de la hoja, emerge una "hoja virtual", una poderosa herramienta que reúne datos microscópicos, de modelado y experimentales.
Harwood 2023.
LEER EL ARTÍCULO
Harwood, R. (2023) "Creación de una hoja virtual", PLANTAS AoB, 15(3), p.lad033. Disponible en: https://doi.org/10.1093/aobpla/plad033.
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