Muchas preguntas sobre el desarrollo de las plantas pueden responderse a través de la observación directa. Otros, como los que involucran el efecto de las interacciones a nivel molecular en el desarrollo y la forma, también requieren modelado computacional.
El Dr. David Holloway y la Dra. Carol Wenzel, ambos del Instituto de Tecnología de la Columbia Británica, usar modelos de plantas para investigar la formación de la red secundaria de múltiples venas en hojas de dicotiledóneas en sus recientes in silico Artículo de plantas.
Los autores desarrollaron un modelo a nivel de hoja que simula la cinética intracelular y de membrana y el transporte intercelular. Con él, pudieron analizar la dependencia del patrón de venas en la eficacia del flujo de auxina a través de las células.
La fitohormona auxina participa en la regulación del crecimiento de las plantas e impulsa el desarrollo vascular, formando venas a medida que fluye a través de la hoja. La dirección del flujo de auxina está regulada por transportadores de salida de células en FORMA DE PIN. Estos transportadores están localizados en lados específicos de las células y promueven el bombeo de moléculas de auxina fuera de las células, dirigiendo el flujo. Parece haber dos tendencias generales en la interacción transportador-auxina: una gradiente arriba asignación de transportadores donde la auxina se mueve hacia las células vecinas con altas concentraciones de auxina, y una con-el-flujo la asignación depende del flujo de auxina a través de las paredes y lejos de las altas concentraciones de auxina.
Los autores combinaron gradiente arriba y con-el-flujo asignación para crear un modelo de transporte de auxina de polarización dual. Este mecanismo simula con éxito el desarrollo normal de venas primarias y secundarias. Esto incluye las distribuciones de transportadores-auxinas correspondientes a la iniciación, extensión y canalización de una sola vena, así como la iniciación sincronizada y secuencial de las venas secundarias, el control de su dirección de extensión y la conexión de las secundarias a la vena media (ver figura 1). .
“Después de que se descubrió que la plantilla estática tenía éxito, integramos el crecimiento y la división celular. A partir de esto, pudimos mostrar cómo el crecimiento puede expandir los patrones de nervadura temprana desde la resolución celular (donde la dinámica molecular juega un papel) hasta la hoja entera”, dice Holloway.
El papel de los transportadores de auxina en la extensión de la vena se investigó más a fondo modelando la inhibición química del transporte de auxina. Los niveles moderados y altos de inhibición simulados se correspondían bien con lo que se observa experimentalmente:
La inhibición moderada resultó en un cambio de varios sitios distintos de iniciación de la vena a muchos sitios menos distintos; un retraso en la canalización de las venas; conexión inhibida de venas nuevas a viejas; y finalmente pérdida de patrón en el margen, pérdida de extensión de la vena y confinamiento de auxina al margen (ver figura 2A vs 2B). La inhibición alta dio como resultado que se formaran más puntos de convergencia de niveles altos de auxina en el margen de lo normal, pero sin iniciar las venas extendidas (ver figura 2A frente a 2C).
Holloway concluye que “el modelado de hojas normales y con transporte inhibido nos permitió identificar la dinámica involucrada en los cambios de dirección del flujo de auxina durante el desarrollo de la red de venas secundarias. Encontramos que el transporte de auxina a escala celular produce patrones vasculares de corto alcance y demostramos que el crecimiento de la hoja puede ser un mecanismo simple para expandir los patrones de corto alcance a la escala de la hoja madura”.
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David M Holloway, Carol L Wenzel, Dinámica del transporte de auxinas polares del patrón de venas primarias y secundarias en hojas de dicotiledóneas, in silico Plants, 2021; diab030, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab030
