En los últimos años, la sequía ha provocado reducciones significativas en el rendimiento de los cultivos, y las proyecciones indican que la sequía será más frecuente y grave en muchas regiones en el futuro.

A Estudio Liming Xiong y sus colegas enfatizaron que el progreso en la mejora de la tolerancia a la sequía de las plantas de cultivo a través de métodos de mejoramiento tradicionales y enfoques genéticos modernos se ha visto obstaculizado por el lento ritmo para descubrir los complejos procesos subyacentes a la tolerancia a la sequía. Esto se debe a que la tolerancia a la sequía es un rasgo muy complejo y las plantas tienen muchas formas de responder a la sequía.

Además, el impacto de la sequía en las plantas está influenciado por varios factores, incluida su intensidad, frecuencia, duración y momento. Por ejemplo, la sequía puede causar el mayor daño cuando ocurre durante etapas críticas del desarrollo de los cultivos, como después de la siembra o durante floración.

Al emplear modelos computacionales, los científicos pueden desentrañar las interacciones entre estos procesos y obtener información sobre las causas de la reducción del rendimiento. Esta valiosa información se puede utilizar para mitigar los efectos perjudiciales de la sequía guiando las prácticas de gestión o facilitando el desarrollo de plantas tolerantes a la sequía.

Mona Giraud, estudiante de doctorado en Forschungszentrum Jülich y colegas presentar la última implementación de CPlantBox, un modelo fácil de usar que puede simular los efectos de la sequía en las plantas en in silico Plantas. CPlantBox, es un modelo estructural funcional tridimensional de planta (3D FSPM) presentado por primera vez en 2020 por Xiao-Ran Zhou y colegas. Es capaz de simular el crecimiento y desarrollo de las plantas y el movimiento dinámico del agua y el carbono entre el suelo, una planta en crecimiento y la atmósfera.

La nueva versión de CPlantBox amplía estas capacidades. La incorporación de módulos adicionales le permite representar mejor los procesos fisiológicos y físicos. Por ejemplo,

• una expansión del módulo analítico de flujo de agua de toda la planta en lugar de solo la raíz;
• inclusión del flujo de agua del suelo en lugar de ignorar esta variable; y
• inclusión de módulos acoplados de fotosíntesis-transpiración-regulación estomática en lugar de ignorar la influencia de sus valores dinámicos en el flujo de carbono y agua.

Al cambiar las interdependencias entre los módulos, tiene una mayor velocidad de cálculo y captura mejor los procesos dinámicos de una planta en crecimiento. Anteriormente, existía un acoplamiento suave entre el modelo mecanicista de flujo de agua y carbono y el modelo que simula el crecimiento y desarrollo de una planta. Esto significa que el resultado del modelo de flujo de agua y carbono se utilizó como insumo para el modelo de crecimiento y desarrollo al final de su simulación. La actualización presenta un mecanismo de acoplamiento estrecho que permite que el modelo de flujo de agua y carbono proporcione datos de producción como entrada al modelo de crecimiento y desarrollo para cada paso de tiempo.

Para probar el modelo, los autores simularon el crecimiento de plantas que experimentaban condiciones de sequía en varias etapas de desarrollo. El modelo calculó con éxito las respuestas de variables como el potencial hídrico del xilema, la concentración de sacarosa en el floema y la partición de carbono en pequeños intervalos de tiempo para una planta con arquitectura compleja. Sin embargo, el nivel de acuerdo entre los resultados simulados y la literatura existente varió.

No obstante, los autores siguen decididos: creen que cualquier discrepancia entre su modelo y otros resultados observados o simulados es valiosa porque proporcionan información valiosa sobre los procesos fundamentales involucrados en cómo las plantas responden a la sequía.

En trabajos futuros, a los autores les gustaría integrar datos de parámetros y calibración adicionales en el modelo para mejorar las predicciones de CPlantBox.

LEE EL ARTÍCULO:

Mona Giraud y otros, CPlantBox: una plataforma de modelado totalmente acoplada para los flujos de agua y carbono en el continuo suelo-planta-atmósfera, in silico Plants, 2023;, diad009, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad009

Este artículo es parte de la Edición especial del Modelo Estructural Funcional de la Planta.

El código CPlantBox utilizado para ejecutar las simulaciones está disponible en https://github.com/Plant-Root-Soil-Interactions-CPlantBox/releases/tag/v2.0. Todos los archivos utilizados para ejecutar las simulaciones y trazar los resultados también están disponibles en Zenodo.