Cuando se trata de reunirse el aumento proyectado del 70% en la demanda de alimentos en 2050, el Dr. Xinguang Zhu considera la eficiencia fotosintética como una oportunidad inexplorada para generar aumentos significativos en el rendimiento. Respaldando esto hay dos estudios recientes que informan 15% y 40% mayor biomasa de cultivo lograda mediante la manipulación de la eficiencia fotosintética.

Los objetivos de ambos estudios se guiaron por modelado por computadora. Los modelos de sistemas de cultivo, al considerar simultáneamente muchos componentes que interactúan en un sistema complejo, se pueden usar para definir las combinaciones óptimas de parámetros para obtener mayores rendimientos a través del análisis de optimización o identificar el objetivo más efectivo para diseñar para aumentar el rendimiento de un cultivo en particular a través del análisis de sensibilidad. .

Según su artículo de perspectiva publicado recientemente en in silico Plantas, Zhu y sus coautores proponen que el desarrollo de cultivos de alto rendimiento puede acelerarse utilizando modelos de fenómica, genómica y sistemas combinados debido a los avances recientes en las tres áreas.

El fenotipado de alto rendimiento (HTP) produce datos de una cantidad y calidad sin precedentes para la parametrización y aplicación de modelos. HTP proporciona los datos requeridos por un modelo de sistemas completo que incluye (a) rasgos morfológicos que son difíciles de rastrear visualmente y de forma no destructiva, como la morfología de la raíz, (b) cambios en la dinámica funcional y estructural a lo largo del tiempo, como durante un crecimiento completo estación, y (c) interacciones planta-ambiente.

En la era posterior a la genómica, la selección basada en marcadores moleculares, la selección genómica y la edición genómica se han vuelto progresivamente más rápidas y eficientes. Esta información mejorará la capacidad de los modelos de sistemas de cultivo para predecir el fenotipo a partir del genotipo. La información genómica se puede incorporar a modelos de sistemas (a) construyendo funciones de mapeo entre marcadores moleculares y parámetros de modelos macroscópicos, o (b) construyendo una red reguladora genética para predecir directamente el fenotipo a partir del genotipo.

Para desarrollar modelos que puedan guiar de manera más efectiva el mejoramiento de cultivos, los autores piden una integración efectiva de HTP, genómica y modelado de sistemas, extendiendo los esfuerzos en curso para desarrollar una interfaz universal que pueda permitir el desarrollo de un exhaustivo, escala múltiple y mecánico modelo que describe la biogénesis, función, crecimiento y senescencia de cada órgano.