La visión clásica de que el almacenamiento de carbono es un proceso pasivo, donde la acumulación solo ocurre cuando el suministro de la fotosíntesis excede la demanda metabólica de los órganos sumideros ha sido cuestionado varias veces. De hecho, el almacenamiento de carbono es un proceso dinámico y activo que compite con la demanda metabólica de carbohidratos en respuesta al estrés ambiental. Un nuevo artículo ilustra por qué los modeladores de plantas deberían incluir depósitos de carbón activado en sus simulaciones y propone un marco de modelado más preciso.

Las plantas están expuestas a un entorno en constante cambio que afecta su crecimiento. Por ejemplo, experimentan cambios repentinos de temperatura y luz a lo largo del día cuando una nube pasa por encima. Diferentes procesos tienen lugar durante el día y la noche. Durante un período de tiempo más prolongado, las plantas están expuestas a días largos y luminosos en verano y días cortos y oscuros en invierno.

Para hacer frente a estos cambios, las plantas gestionan activamente el almacenamiento de carbono para optimizar su crecimiento. A pesar del importante papel del almacenamiento de carbón activado en las plantas, la mayoría de los modelos de plantas aún incluyen el almacenamiento de carbono como un proceso pasivo que ocurre siempre que hay un exceso de carbono de la fotosíntesis en relación con los requisitos de carbono para el metabolismo.

Es probable que el almacenamiento de carbón activado esté subrepresentado en los modelos de plantas debido a la dificultad de simularlo. “Para simular la respuesta del almacenamiento de carbono a los cambios de luz y temperatura a nivel de toda la planta se requerirían modelos que involucran interacciones complejas entre señales circadianas, señales ambientales y señales metabólicas”, dijo la estudiante de doctorado Ana Cristina Zepeda y sus colegas de la Universidad e Investigación de Wageningen. Instan a los modeladores a incluir el almacenamiento de carbón activado en sus simulaciones en un nuevo artículo publicado por en silico Planta.

En la publicación, los autores revisaron la evidencia experimental de que la acumulación y removilización de carbono en las plantas cambia constantemente en respuesta al estado del carbono de la planta, que a su vez depende en gran medida de factores ambientales como la temperatura o la luz. Destacaron dos mecanismos fisiológicos importantes para el almacenamiento de carbón activado:

La partición de asimilados entre azúcares solubles y almidón.. En una escala de Diel, los asimilados se dividen en sacarosa para las necesidades inmediatas durante el día y almidón para las necesidades de carbono durante la noche siguiente.

La degradación y removilización del almidón.. A escala diaria, los almidones se descomponen en azúcares solubles durante la noche para mantener el metabolismo y el crecimiento. Las reservas de carbohidratos en los depósitos de almacenamiento (por ejemplo, las raíces) se movilizan estacionalmente para llenar el grano o en primavera para la formación de nuevos brotes o brotes.

Luego, los autores revisaron los mecanismos fisiológicos que permiten que las plantas acumulen y removilicen carbono y cómo el almacenamiento de carbono se incorpora actualmente en los modelos de crecimiento de las plantas. A partir de esto, identificaron las lagunas de conocimiento que deben llenarse para representar con precisión el almacenamiento de carbono en los modelos de simulación de cultivos. Los autores hicieron las siguientes recomendaciones:

• Para simular un depósito de almacenamiento dinámico de carbón activado, coloque la entrada de carbono de la fotosíntesis en un depósito de almacenamiento temporal (un estado adicional) que luego se divide entre diferentes órganos sumideros, como hojas, frutas o el almacenamiento mismo. Esto contrasta con la estructura clásica, donde el crecimiento es el resultado neto de la entrada diaria de carbono de la fotosíntesis bruta menos la pérdida de carbono en la respiración.
• Para dar cuenta con precisión de un depósito de carbono dinámico, combine modelos bioquímicos que describan azúcares solubles y el metabolismo del almidón con modelos de crecimiento de toda la planta.
• Para modelar con precisión el crecimiento, considere los efectos de las variaciones de temperatura y luz en la actividad del sumidero (no solo la fotosíntesis).

Finalmente, los autores demostraron cómo incluir un reservorio de carbono dinámico en los modelos de crecimiento proporciona una representación más realista de la asignación de carbono y los patrones de crecimiento en condiciones de estrés al comparar los resultados de tres modelos que difieren solo por la inclusión de un reservorio de carbono. Este ejercicio ha demostrado que incluir un reservorio de carbono dinámico en los modelos de crecimiento proporciona una representación más realista de la asignación de carbono en condiciones de estrés abiótico (p. ej., una mayor asignación de almacenamiento durante condiciones de sumidero limitado) y un impacto más realista en los patrones de crecimiento.

Zepeda concluye que “Incluir grupos separados de almidón y sacarosa para representar un grupo ‘activo’ en los modelos de crecimiento puede aumentar el nivel de detalle y la solidez de los modelos. Esto es particularmente importante ya que las simulaciones se pueden utilizar para guiar la mejora de cultivos en condiciones ambientales variables, como el cambio climático”.

LEER EL ARTÍCULO:

Ana Cristina Zepeda, Ep Heuvelink, Leo FM Marcelis, Almacenamiento de carbono en las plantas: un amortiguador para las variaciones temporales de luz y temperatura, plantas en silico2022, diac020, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac020

Relacionado