Ponte las gafas de un matemático y mira una planta. El objetivo del Modelado Funcional-Estructural de Plantas (FSPM) es comprender el crecimiento y desarrollo de plantas en módulos (por ejemplo, órganos o grupos de órganos) mientras interactúan con su entorno.

Drs. Gaëtan Louarn y Youhong Song en la Universidad Agrícola de Anhui (China) revisó el desarrollo en FSPM durante dos décadas, contribuyendo a un nuevo número especial of Annals of Botany diario. Los científicos discutieron los logros, los principales desafíos y establecieron nuevos horizontes y oportunidades para el futuro de la FSPM. Los investigadores argumentan que FSPM aún no ha alcanzado su máximo potencial en términos de escalar modelos desde una sola planta hasta modelar comunidades enteras para órganos tanto subterráneos como superficiales. Muchos artículos anteriores de Botany One destacaron estudios recientes que utilizan FSPM, como simular el crecimiento del árbol de mango y predecir su rendimiento, crecimiento de la raíz del arroz en respuesta a los fertilizantes y crecimiento de los árboles en relación con el déficit de agua del suelo y la asimilación de carbono.

El enfoque FSPM se origina en James White en 1979 y después de décadas de desarrollar los métodos y estándares computacionales, Guedon y colegas estableció los primeros métodos para simular plantas “virtuales” que responden a su entorno en 2001. Los diferentes modelos mecanicistas se basan en regulaciones tróficas impulsadas por el carbono o en la integración de señalización no trófica.

Los FSPM integran modelos desde niveles genéticos hasta comunitarios y sus interacciones con entornos abióticos. Fuente: Louarn y Canción, 2020

Si bien FSPM se abogó por primera vez por vincular el genotipo y el fenotipo de la planta, se necesita mucho más progreso. Como los modelos FSP son muy complejos y el desarrollo de la plataforma es costoso, a menudo no son de código abierto. Louarn y Song destacan la necesidad de una mejor comunicación y un mayor intercambio de datos, así como la ampliación de los modelos de plantas individuales a comunidades de plantas. Los modelos podrían simular cómo interactúan las plantas entre sí, lo que podría ser extremadamente útil para modelar campos o huertos completos.

Algunos de los estudios recientes destacados discutidos por Louarn y Song son sobre colocación de lámparas para tomates en invernaderos (Izquierda), diferentes sistemas de formación de plantas de vid (medio) y modelo de asignación de carbono multiescala (MuSCA) para manzanos (Correcto).

“El interés de los FSPM en la ecología va más allá de la dinámica de las comunidades de plantas y también aborda las cuestiones de las interacciones de las plantas con los organismos en diferentes niveles tróficos en los ecosistemas, incluidos los sistemas huésped-patógeno, las relaciones planta-insecto y las respuestas de la comunidad vegetal a la herbivoría. Aunque menos desarrollados, estos modelos podrían contribuir en el futuro a profundizar nuestra comprensión de las respuestas integradas de las plantas a los estreses bióticos y abióticos combinados”, escribieron Louarn y Song.

“Como comunidad multidisciplinar relativamente joven, la comunidad de la FSPM todavía tiene que averiguar cómo evitar la trampa de ser demasiado complejo en sus enfoques y proporcionar una generalidad limitada”, concluyen los autores.