“Hoja virtual” revela realidades ocultas de la fisiología vegetal

En la búsqueda de una mejor comprensión de la vida vegetal, el trabajo reciente de Richard Harwood, publicado en AoB PLANTS, examina el concepto de una 'hoja virtual'. Aprovecha las técnicas de microscopía de vanguardia y el modelado computacional para estudiar la fisiología de la hoja en tres dimensiones (3D), un salto con respecto a 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 (CO₂) transporte. Estas simulaciones brindan información sobre cómo las estructuras 3D únicas de diferentes tejidos de hojas influyen en los intercambios de carbono y agua, lo que en última instancia afecta procesos como la fotosíntesis y la respiración.

Harwood también investiga la conductancia del mesófilo en 3D, que implica el paso de CO2 desde los diminutos espacios de aire de una hoja hasta las células fotosintéticas. Su investigación señala que el tamaño, la forma y la disposición de las células dentro de la hoja afectan significativamente este proceso. Los enfoques anteriores asumieron una distribución uniforme de dióxido de carbono dentro de la hoja, sin tener en cuenta la variabilidad de la estructura de la hoja en la vida real y las propiedades biofísicas complejas.

Una 'hoja virtual' podría ayudar a los investigadores a visualizar los sistemas de transporte de agua dentro de las hojas e incluso rastrear el movimiento de carbono y agua dentro de una hoja en tiempo real. Por ejemplo, Lenteja o las estructuras complejas de la hoja de garbanzo y las respuestas a la luz podrían capturarse con esta tecnología, creando una comprensión más detallada de la respuesta de la planta a los cambios ambientales.

Es importante destacar que Harwood enfatiza que una 'hoja virtual' también debe tener en cuenta los cambios temporales dinámicos, como las respuestas a la sequía. Elogia el trabajo de Xiao y su equipo por 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 sólida cuando se intenta capturar en una computadora portátil un proceso fisiológico que evolucionó durante milenios. Como tal, los esfuerzos de investigación que contribuyen al avance de una 'hoja virtual' deben evaluarse en términos de cómo mejoran nuestra comprensión limitada de la fisiología de las plantas, no cómo fallan en capturar la realidad compleja. Xiao et al. (2022) ejemplifican 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 agrupa y se usa para crear una estructura 3D que es representativa de la microscopía. Si bien todavía es un poco 'dibujo animado' como en la naturaleza, 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 sus supuestos de modelado con datos experimentales y llamaron al producto final 'eLeaf'.

Xiao et al. (2022) utilizó 'eLeaf' para descubrir que cambiar la porosidad de la hoja tenía poca influencia en el rendimiento fotosintético que se alinea con las observaciones de Théroux-Rancourt et al. (2021) que el tamaño de la celda es mucho más importante que la porosidad. Cabe resaltar que Théroux-Rancourt et al. (2021) tomó datos anatómicos en 3D para estimar el CO en 2D₂ difusión y Xiao et al. (2022) tomó datos anatómicos 2D para estimar la difusión 3D. A medida que evolucionen los enfoques de modelado 3D, comprenderemos mejor qué nivel de detalle se necesita para responder preguntas de investigación específicas. Avances en técnicas de imagen e inteligencia artificial como herramienta de segmentación (Théroux-Rancourt et al. 2020; Heinrich et al. 2021) dará como resultado modelos 3D más refinados y anatómicamente precisos. A medida que estos modelos 3D desentrañen las complejidades de la fisiología de la hoja, surgirá una "hoja virtual", que representa una poderosa herramienta que combina microscopía, modelado y datos experimentales.

Harwood 2023.

LEA EL ARTÍCULO:

Harwood, R. (2023) “Crear una hoja virtual, " AoB PLANTS, 15(3), pág. muchacho033. Disponible en: https://doi.org/10.1093/aobpla/plad033.