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La filotaxia es la disposición de las hojas alrededor del tallo de una planta. El patrón filotáctico de las plantas de arroz es filotaxia dística: las hojas están dispuestas en dos columnas verticales en lados opuestos del tallo.
La filotaxia dística puede presentarse en diferentes disposiciones tridimensionales: el arroz cultivado tiene hojas opuestas que crecen en dos columnas verticales formando un abanico vertical. Las especies silvestres afines del arroz cultivado tienen hojas opuestas que crecen alternadas formando una forma radial que se expande horizontalmente.
Una comprensión de los mecanismos que controlan la arquitectura de la planta de arroz. no solo nos permitirá comprender la adaptación de las plantas a los entornos circundantes, sino que también facilitará el mejoramiento de variedades de arroz con mayores potenciales de rendimiento.
Yoshiki Tokuyama, estudiante graduado del Laboratorio de Fitomejoramiento de la Universidad de Hokkaido, y sus colegas en Japón, llevaron a cabo un proyecto de investigación para descubrir los mecanismos de los patrones radiales de las hojas en el arroz. Para hacer esto, compararon los patrones de crecimiento de arroz silvestre y cultivado con diferentes formas de plantas.
Los autores implementaron varios métodos para comparar estas líneas:
- fenotipado detallado del curso del tiempo: los ángulos de elevación y azimut de los culmos se midieron manualmente cada 1-2 días,
- microtomografía computarizada tridimensional (micro-CT): una técnica de imágenes en 3D que utiliza rayos X para ver el interior de un objeto, corte por corte,
- y modelado computacional para analizar los mecanismos de desarrollo a nivel de órganos.
A partir de los datos de fenotipado y micro-CT, los autores pudieron determinar que los cambios en el ángulo de elevación en el culmo principal y el ángulo de acimut en los macollos primarios (un macollo es una rama que surge de la base de la planta) contribuyen a la forma radial desarrollo.
Los autores utilizaron modelos computacionales para comprender la mecánica que produce el movimiento principal del culmo y del timón y la forma radial subsiguiente en el arroz silvestre. Según Tokuyama, "la simulación computacional nos permite encontrar factores suficientes para explicar los movimientos de las cañas y manipularlos de forma independiente". Los movimientos fueron simulados como controlados por tres factores cinemáticos: descendencia controlar la disminución de la elevación del culmo principal, spread controlar el movimiento de los cultivadores primarios, y ascenso controlando el aumento de elevación del culmo principal y los macollos primarios.
Los modelos computacionales predijeron que una combinación de movimientos, incluido el controlado por (ascenso) gravitropismo negativo, produce la forma radial general. El gravitropismo es el proceso por el cual las plantas pueden sentir la atracción gravitatoria y ajustar la dirección de crecimiento de sus órganos en consecuencia.
“Presumimos que uno de los factores que controlan el movimiento ascendente en el modelo es el gravitropismo negativo. Sin embargo, el gravitropismo negativo nunca se ha analizado en arroz salvaje”, explica Tokuyama.
Los autores evaluaron experimentalmente cómo el gravitropismo negativo afecta la forma radial de la planta de dos maneras. Cultivaron una variedad salvaje con macetas inclinadas a 45° para determinar si la dirección alterada de la gravedad afectaba la mecánica del crecimiento de los tallos y tallos. Ninguna de las cuatro plantas cultivadas a 45° tenía forma de planta radial. Cuando se cultivaron a 90°, los nudos cercanos a la base reaccionaron al estímulo de la gravedad y aumentaron el tamaño de su lado inferior haciéndolos crecer hacia arriba, lo que confirma el gravitropismo negativo en la cepa de arroz silvestre. Este artículo demuestra que un modelo cinemático puede explicar los mecanismos de cómo cambia la forma en las plantas de filotaxia dística como parte de su adaptación al entorno que las rodea.
