Un sistema de raíces eficiente tiene una arquitectura que efectivamente absorbe agua y nutrientes del suelo y los transporta al brote. La arquitectura de las raíces está controlada por aspectos externos como los gradientes de agua del suelo y aspectos internos como la cantidad de carbohidratos suministrados a cada punta de la raíz individual.
Varios factores clave influyen en la cantidad de carbohidratos que llegan a las raíces. Estos incluyen la cantidad de carbohidratos que se crean y utilizan, y la facilidad con la que los carbohidratos pueden moverse a través de la planta. La facilidad de movimiento de los carbohidratos, que se mide como resistencia, está regulada por el diámetro de los tubos cribosos del floema.
Determinar experimentalmente los impactos independientes de estos factores en el crecimiento de las raíces plantea un desafío. Sin embargo, un publicación reciente en in silico Las plantas demostraron cómo se puede utilizar el modelado computacional para cuantificar el impacto de la resistencia del floema en el crecimiento de las raíces..
El investigador asociado Xiao-Ran Zhou, del Instituto de Biociencias y Geociencias del Forschungszentrum Jülich y sus colegas utilizaron una combinación de modelos computacionales de plantas (CPlantBox y PiafMunch) para ayudar a comprender los hallazgos experimentales sobre cómo las características anatómicas del floema local influyen en la arquitectura del sistema radicular.
En su estudio, los autores realizaron simulaciones manipulando la resistencia del floema en las raíces y examinaron cómo afectaba la distribución local de carbohidratos dentro de las raíces. Investigaron específicamente el impacto tanto en la raíz principal primaria como en las raíces laterales más pequeñas, que se extienden horizontal o diagonalmente desde la raíz principal, analizándolas por separado.
En una simulación, los investigadores manipularon el diámetro del tubo del tamiz de la raíz pivotante en tres plantas, fijándolo en 50%, 100% o 200%. En otra simulación, establecieron uniformemente el diámetro del tubo criboso de las raíces laterales en tres plantas en 50%, 100% o 150%. Sus hallazgos indicaron que a medida que aumentaba la resistividad del floema de una raíz, tanto las raíces primarias como las laterales experimentaban una reducción en la disponibilidad de carbohidratos, lo que llevaba a una disminución en el crecimiento de las raíces.
Para investigar el impacto de los cambios en el radio del floema en el crecimiento de las raíces dentro de todo el sistema radicular o localmente, los investigadores realizaron una simulación de tres plantas que tenían raíces laterales con diámetros heterogéneos del tubo criboso de la raíz pivotante del 50%, 100% y 150%. Sus hallazgos revelaron que las alteraciones en la resistividad del tubo criboso de la raíz pivotante afectaban localmente a cada raíz individual, sin influir en las raíces vecinas.
Estos experimentos ilustran la correlación directa entre la anatomía del floema y la limitación del flujo de carbono como factor limitante del sumidero dentro de la planta. Cuando la resistividad a lo largo de la vía del flujo de carbohidratos se vuelve excesivamente alta, se produce una disminución en el flujo de carbohidratos, lo que afecta el crecimiento de las raíces individuales.
Zhou concluye: “Estos resultados proporcionan un primer ejemplo en el que las características de las raíces individuales dentro del sistema radicular, como su tasa de crecimiento y longitud final, no están predeterminadas sino que surgen como propiedades emergentes del sistema. Este descubrimiento subraya la importancia de integrar representaciones más flexibles del sistema raíz en modelos computacionales”.
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Xiao-Ran Zhou, Andrea Schnepf, Jan Vanderborght, Daniel Leitner, Harry Vereecken, Guillaume Lobet, La anatomía del floema restringe el desarrollo de la arquitectura del sistema radicular: pistas teóricas de in silico experimentos, in silico Plants, Volumen 5, Número 2, 2023, diad012, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad012
