Un nuevo modelo de computadora incorpora cómo los poros microscópicos en las hojas pueden abrirse en respuesta a la luz, un avance que podría ayudar a los científicos a crear plantas virtuales para predecir cómo las temperaturas más altas y los niveles crecientes de dióxido de carbono afectarán los cultivos alimentarios, según un estudio publicadoen un número especial de julio de 2019 de la revista Investigación de fotosíntesis .
"Este es un nuevo modelo de computadora emocionante que podría ayudarnos a hacer predicciones mucho más precisas en una amplia gama de condiciones", dijo Johannes Kromdijk, quien dirigió el trabajo como parte de un proyecto de investigación internacional llamado Realizando una mayor eficiencia fotosintética RIPE.
RIPE, liderado por la Universidad de Illinois, está diseñando cultivos para que sean más productivos sin usar más agua al mejorar la fotosíntesis, el proceso natural que utilizan todas las plantas para convertir la luz solar en energía para impulsar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. RIPE es respaldado porla Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación de los Estados Unidos para la Investigación de la Alimentación y la Agricultura FFAR y el Departamento de Desarrollo Internacional del Gobierno del Reino Unido DFID.
El trabajo actual se centró en simular el comportamiento de lo que se conoce como estomas: poros microscópicos en las hojas que, en respuesta a la luz, se abren para permitir que el agua, el dióxido de carbono y el oxígeno entren y salgan de la planta. En 2018, elEl equipo de RIPE publicó un artículo en Comunicaciones de la naturaleza que mostró que el aumento de una proteína específica podría hacer que las plantas cierren sus estomas parcialmente, hasta un punto donde la fotosíntesis no se vio afectada, pero la pérdida de agua disminuyó significativamente. Los datos experimentales de este estudio se usaron para crear el modelo de estomas recientemente mejorado que se presentó hoy.
"Hemos sabido durante décadas que la fotosíntesis y la apertura estomática están estrechamente coordinadas, pero la forma en que funciona sigue siendo incierta", dijo Stephen Long, presidente de la Universidad de Ciencias de Cultivos y Biología Vegetal de Ikenberry Endowed en la Universidad de Illinois ".En este nuevo modelo de computadora, tenemos una herramienta mucho mejor para calcular los movimientos del estoma en respuesta a la luz ".
El objetivo final, dijo Long, es identificar oportunidades para controlar a estos guardianes del estoma para hacer cultivos tolerantes a la sequía. "Ahora nos estamos acercando al eslabón perdido: cómo la fotosíntesis le dice a los estomas cuándo abrir".
El modelado por computadora ha sido un gran avance en el mejoramiento de cultivos. El padre de la genética moderna, Gregor Mendel, hizo su descubrimiento revolucionario de que las plantas de guisantes heredan los rasgos de sus padres al cultivar y reproducir más de 10,000 plantas de guisantes en ocho años. Hoy, plantaLos científicos pueden cultivar virtualmente miles de cultivos en cuestión de segundos utilizando estos complejos modelos de computadora que simulan el crecimiento de las plantas.
Los modelos estomáticos se usan junto con los modelos de fotosíntesis para hacer predicciones de gran alcance desde los rendimientos futuros de los cultivos hasta el manejo de los cultivos, como la respuesta de los cultivos cuando hay un déficit de agua. Además, estos modelos pueden brindar a los científicos una vista previa de cómo los cultivoscomo el trigo, el maíz o el arroz podrían verse afectados por el aumento de los niveles de dióxido de carbono y las temperaturas más altas.
"La versión anterior del modelo estomático usaba una relación que no era consistente con nuestra comprensión actual de los movimientos estomáticos", dijo Kromdijk, ahora profesor universitario de la Universidad de Cambridge. "Encontramos que nuestra nueva versión necesita mucho menosajuste para hacer predicciones muy precisas "
Aún así, hay mucho trabajo por hacer para demostrar que este modelo modificado funciona en una amplia variedad de aplicaciones y para respaldar aún más la relación entre los estomas y la fotosíntesis.
"Tenemos que demostrar que este modelo funciona para una amplia gama de especies y ubicaciones", dijo la ex miembro de RIPE Katarzyna Glowacka, ahora profesora asistente en la Universidad de Nebraska-Lincoln. "Los modelos de simulación a gran escala unen modelos paraturbulencia atmosférica, intercepción de luz, disponibilidad de agua en el suelo y otros, por lo que tenemos que convencer a varias comunidades de investigación de que esta es una mejora que vale la pena hacer ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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