“Virtual Leaf” revela realidades ocultas da fisiologia vegetal

Na busca por entender melhor a vida vegetal, o recente trabalho de Richard Harwood, publicado em AoB PLANTS, examina o conceito de uma 'folha virtual'. Ele utiliza técnicas de microscopia de ponta e modelagem computacional para estudar a fisiologia foliar em três dimensões (3D), um salto em relação às abordagens 2D tradicionais.

O conceito de 'folha virtual' visa replicar a complexa fisiologia de uma folha em um ambiente digital, permitindo simulações computacionais de processos como evaporação de água e dióxido de carbono (CO₂) transporte. Essas simulações fornecem informações sobre como as estruturas 3D únicas de diferentes tecidos foliares influenciam as trocas de carbono e água, afetando processos como a fotossíntese e a respiração.

Harwood também investiga a condutância do mesofilo em 3D, que envolve a passagem de CO2 dos minúsculos espaços de ar em uma folha para as células fotossintéticas. Sua pesquisa aponta que o tamanho, a forma e a disposição das células dentro da folha afetam significativamente esse processo. Abordagens anteriores assumiram uma distribuição uniforme de dióxido de carbono dentro da folha, falhando em levar em conta a variabilidade da vida real da estrutura da folha e as propriedades biofísicas complexas.

Uma 'folha virtual' pode ajudar os pesquisadores a visualizar os sistemas de transporte de água dentro das folhas e até mesmo rastrear o movimento de carbono e água dentro de uma folha em tempo real. Por exemplo, Lentilha ou as complexas estruturas e respostas à luz da folha do grão-de-bico podem ser capturadas com esta tecnologia, criando uma compreensão mais detalhada da resposta da planta às mudanças ambientais.

É importante ressaltar que Harwood enfatiza que uma 'folha virtual' também deve levar em conta mudanças dinâmicas e temporais, como respostas à seca. Ele elogia o trabalho de Xiao e sua equipe pelo modelo 'eLeaf', que ele vê como um passo valioso para a criação de uma 'folha virtual' abrangente. Ele escreve:

É importante manter uma perspectiva fundamentada ao tentar capturar em um laptop processos fisiológicos que evoluíram ao longo de milênios. Como tal, os esforços de pesquisa que contribuem para o avanço de uma 'folha virtual' precisam ser avaliados em termos de como eles melhoram nossa compreensão limitada da fisiologia vegetal, não como eles falham em capturar a realidade complexa. Xiao et ai. (2022) exemplificam uma excelente abordagem para criar uma 'folha virtual'. Os autores usam diferentes modalidades de microscopia (micro-CT, confocal e microscopia eletrônica de transmissão) para capturar a anatomia foliar em diferentes escalas espaciais. Essas informações anatômicas são reunidas e usadas para criar uma estrutura 3D representativa da microscopia. Embora ainda seja um pouco 'cartoon' como na natureza, é uma excelente concessão entre malhas 3D que podem ser usadas em software de modelagem e anatomia 3D autêntica. Os autores validaram suas suposições de modelagem com dados experimentais e denominaram o produto final 'eLeaf'.

Xiao et ai. (2022) utilizou 'eLeaf' para descobrir que a mudança de porosidade foliar teve pouca influência no desempenho fotossintético, o que se alinha com as observações de Theroux-Rancourt et ai. (2021) que o tamanho da célula é muito mais importante do que a porosidade. Vale a pena notar que Theroux-Rancourt et ai. (2021) levou dados anatômicos 3D para estimar CO 2D₂ difusão e Xiao et ai. (2022) tomou dados anatômicos 2D para estimar a difusão 3D. À medida que as abordagens de modelagem 3D evoluem, obteremos uma melhor compreensão de qual nível de detalhe é necessário para responder a questões de pesquisa específicas. Avanços nas técnicas de imagem e inteligência artificial como ferramenta de segmentação (Théroux-Rancourt et ai. 2020; Heinrich et ai. 2021) resultará em modelos 3D mais refinados e anatomicamente precisos. À medida que esses modelos 3D desvendam as complexidades da fisiologia foliar, uma 'folha virtual' surgirá, representando uma ferramenta poderosa que combina microscopia, modelagem e dados experimentais.

Harwood 2023. See More

LEIA O ARTIGO

Harwood, R. (2023) “Criando uma folha virtual" AoB PLANTS, 15(3), p. rapaz033. Disponível em: https://doi.org/10.1093/aobpla/plad033.