La visión clásica de que el almacenamiento de carbono es un proceso pasivo, donde la acumulación solo ocurre cuando el suministro de la fotosíntesis excede la demanda metabólica de los órganos sumideros, ha sido cuestionado en numerosas ocasiones. En realidad, el almacenamiento de carbono es un proceso dinámico y activo que compite con la demanda metabólica de carbohidratos en respuesta al estrés ambiental. Un nuevo artículo ilustra por qué los modeladores de cultivos deberían incluir depósitos de carbono activo en sus simulaciones y proponer un marco de modelado más preciso.

Las plantas se enfrentan a un entorno en constante cambio que afecta a su crecimiento. Por ejemplo, a lo largo del día experimentan cambios bruscos de temperatura y luz cuando una nube pasa por encima. Diferentes procesos ocurren durante el día y la noche. En una escala de tiempo más larga, las plantas están expuestas a días largos y luminosos en el verano y días cortos y oscuros en el invierno.

Para hacer frente a estos cambios, las plantas gestionan activamente el almacenamiento de carbono para optimizar su crecimiento. A pesar del importante papel del almacenamiento de carbono activo en las plantas, la mayoría de los modelos de cultivo aún incluyen el almacenamiento de carbono como un proceso pasivo que ocurre siempre que hay un exceso de carbono de la fotosíntesis en relación con la demanda de carbono para el metabolismo.

Es probable que el almacenamiento de carbón activo haya estado subrepresentado en los modelos de cultivos debido a la dificultad para simularlo. "La simulación de la respuesta del almacenamiento de carbono a las fluctuaciones de luz y temperatura a nivel de toda la planta requeriría modelos que incluyeran interacciones complejas entre las señales circadianas, las señales ambientales y las señales metabólicas", según la estudiante de posgrado Ana Cristina Zepeda y sus colegas de la Universidad de Wageningen e Investigación. . Ellos desafiar a los modeladores a incluir el almacenamiento de carbono activo en sus simulaciones en un nuevo artículo publicado por in silico Plantas.

En el artículo, los autores revisaron la evidencia experimental de que la acumulación y removilización de carbono en las plantas cambia continuamente en respuesta al estado del carbono de la planta, que a su vez depende en gran medida de factores ambientales como la temperatura o la luz. Destacaron dos mecanismos fisiológicos clave para el almacenamiento de carbón activo:

La partición de asimilados entre azúcares solubles y almidón.. En una escala de dielo, los asimilados se dividen en sacarosa para las demandas inmediatas durante el día y almidón para satisfacer la demanda de carbono durante la noche siguiente.

La degradación y removilización del almidón.. En una escala de dielo, durante la noche el almidón se degrada a azúcares solubles para sustentar el metabolismo y el crecimiento. A escala estacional, las reservas de carbohidratos en los depósitos de almacenamiento (p. ej., las raíces) se movilizan para el llenado de granos o en la primavera para la formación de nuevos retoños o rebrotes.

Los autores revisaron los mecanismos fisiológicos que permiten a las plantas acumular y removilizar carbono, así como las formas en que el almacenamiento de carbono se incluye actualmente en los modelos de crecimiento de cultivos. A partir de esto, identificaron lagunas de conocimiento que deben subsanarse para representar con precisión el almacenamiento de carbono en los modelos de simulación de cultivos. Los autores formularon las siguientes recomendaciones:

• Para simular un depósito de almacenamiento de carbono activo dinámico, coloque la entrada de carbono de la fotosíntesis en un depósito de almacenamiento temporal (un estado adicional) que luego se repartirá entre diferentes órganos sumideros como hojas, frutas o el propio almacenamiento. Esto se opone a la estructura clásica donde el crecimiento es el resultado neto de la entrada diaria de carbono de la fotosíntesis bruta menos la pérdida de carbono en la respiración.
• Para incluir con precisión un depósito de carbono dinámico, combine modelos bioquímicos que describan azúcares solubles y el metabolismo del almidón con modelos de crecimiento de toda la planta.
• Para modelar con precisión el crecimiento, incluya el efecto de las fluctuaciones de temperatura y luz en la actividad del sumidero (no solo la fotosíntesis).

Finalmente, los autores demostraron cómo la inclusión de un reservorio de carbono dinámico en los modelos de crecimiento ofrece una representación más realista de la asignación de carbono y los patrones de crecimiento en condiciones de estrés al comparar el resultado de tres modelos que difieren solo en la inclusión de un reservorio de carbono. Este ejercicio ilustró que la inclusión de un reservorio de carbono dinámico en los modelos de crecimiento ofrece una representación más realista de la asignación de carbono en condiciones de estrés abiótico (por ejemplo, una mayor asignación para almacenamiento durante condiciones de sumidero limitado) y un efecto más realista sobre el crecimiento. patrones.

Zepeda concluye que “Incluir grupos separados de almidón y sacarosa para representar un grupo 'activo' en los modelos de crecimiento puede aumentar el nivel de detalle y la solidez de los modelos. Esto es particularmente importante porque las simulaciones se pueden usar para guiar la mejora de cultivos en condiciones ambientales fluctuantes, como el cambio climático”.

LEE EL ARTÍCULO:

Ana Cristina Zepeda, Ep Heuvelink, Leo FM Marcelis, Almacenamiento de carbono en las plantas: un amortiguador para las fluctuaciones temporales de luz y temperatura, in silico Plants, 2022, diac020, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac020