Um abacaxi no chão, crescendo.
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A família Bromeliaceae inclui musgo espanhol, abacaxi e plantas aéreas. Até 2/3 das espécies de Bromeliaceae estão ameaçadas de extinção devido a perda e fragmentação de habitat, mudança climática, espécies invasoras e comercialização para fins ornamentais. Compreender o esforço reprodutivo, que é o trade-off entre dedicar recursos à reprodução versus crescimento individual, de Bromeliaceae pode fornecer informações sobre estratégias de conservação. Um novo estudo publicado na in silico As plantas fornecem um novo modelo matemático de crescimento e esforço reprodutivo de Bromeliaceae.

Erin Bodine, Professora Associada de Matemática no Rhodes College, e colegas modificaram um modelo dinâmico de crescimento de plantas desenvolvido anteriormente para contabilizar o tempo e a alocação de recursos tanto na reprodução sexual (via flores) quanto na reprodução assexuada (via ramificações clonais geneticamente idênticas). Usando os resultados das simulações do modelo, eles calcularam o esforço reprodutivo ao longo da vida de uma bromélia usando medidas existentes e novas para o esforço que representam a alocação para a reprodução assexuada de maneiras diferentes.

Calcular o esforço reprodutivo para Bromeliaceae é desafiador devido à existência de dois modos de reprodução: sexuada e assexuada. As folhas das bromélias crescem em um padrão de roseta em espiral. Novas folhas são geradas no centro dos meristemas apicais. O crescimento vegetativo das folhas e do caule continua até que um tamanho crítico, desenvolvimento ou sinais ambientais desencadeiem uma transição para o crescimento reprodutivo (consulte crescimento vegetativo na figura 1). Neste ponto, o meristema apical geralmente se converte para produzir um único grupo de flores (uma inflorescência). Quando essa estrutura estiver completa, o meristema apical cessará toda a atividade e nenhum desenvolvimento e crescimento adicional ocorrerá ao longo desse eixo (consulte crescimento da inflorescência na figura 1). Acima da base de cada folha na roseta há também um meristema axilar que, se iniciado, produzirá um desdobramento clonal geneticamente idêntico chamado filhote (ver crescimento do filhote na figura 1). Cada filhote possui um meristema apical capaz de produzir uma inflorescência. As bromélias capazes de produzir filhotes têm um iteróparo estratégia reprodutiva em que os indivíduos se reproduzem sexualmente várias vezes a partir das inflorescências de vários filhotes iterativos. As bromélias que não têm a capacidade de produzir filhotes têm uma semilpar estratégia reprodutiva na qual eles passam por um evento reprodutivo sexual único e subsequentemente letal.

Duas formas de crescimento são comparadas ao longo do tempo: a iterópara e a semelpara. O crescimento iteróparo começa com o crescimento vegetariano. O tecido meristemático é visível no caule e no ápice da planta. Os filhotes crescem de alguns dos meristemas do caule. Os filhotes continuam a crescer e uma inflorescência cresce a partir do meristema apical. Durante a senescência, a inflorescência e os caules morrem, mas os filhotes permanecem vivos. Da mesma forma, o crescimento semelparo começa com o crescimento vegetariano. O tecido meristemático é visível no caule e no ápice da planta. Uma inflorescência então cresce a partir do meristema apical. Durante a senescência, toda a planta morre.
Figura 1: Progressão do crescimento de (a) rosetas de bromélias iteróparas e (b) semelparas.

Enquanto plantas de ambas as estratégias produzem inflorescências, plantas iteróparas são capazes de produzir inflorescências múltiplas. Para permitir uma comparação direta, os autores modelam o desenvolvimento de uma única roseta até a senescência, assumindo taxas comparáveis ​​de tempo de desenvolvimento e produtividade em espécies iteróparas e semelparas. A massa dos filhotes das espécies iteróparas é contabilizada, mas somente até a senescência da roseta mãe. Em toda a família Bromeliaceae existe um amplo continuum de duração do ciclo de vida, de modo que os autores simularam um horizonte de tempo curto de dois anos e um horizonte de tempo longo de nove anos.

Os autores consideram quatro formulações diferentes de esforço reprodutivo (ER), cada uma dependente temporalmente, mudando à medida que a roseta cresce. Os autores quantificam construção clássica do esforço reprodutivo de táxons semelparos e iteroparos como

  • Esforço Reprodutivo (ER) ∝ massa da inflorescência dividida pela soma da massa vegetativa e reprodutiva da roseta

Nesta medida, não está incluída a massa de filhotes para os táxons iteróparos.

Os autores propõem três formulações adicionais de esforço reprodutivo para iteróparos que consideram a massa de filhotes como vegetativa ou reprodutiva:

  • Esforço de Reprodução Sexual (REs) ∝ massa da inflorescência dividida pela soma do filhote, massa vegetativa e massa da inflorescência da roseta
  • Esforço Reprodutivo Assexuado (REa) ∝ massa do filhote dividida pela soma do filhote, massa vegetativa e massa da inflorescência da roseta
  • Esforço Reprodutivo Genet (REg) = Esforço de Reprodução Sexual (REs) + Esforço Reprodutivo Assexuado (REa)

A formulação final representa uma extensão do cálculo do esforço reprodutivo para táxons iteróparos ao longo da vida de um único indivíduo genético com múltiplos filhotes e inflorescências (uma geneta) usando a construção clássica do esforço reprodutivo calculado na senescência de cada roseta geneticamente idêntica.

Uma representação visual do. construção clássica do esforço reprodutivo para táxons semelparos e iteróparos e as três fórmulas adicionais de esforço reprodutivo para táxons iteróparos. A massa reprodutiva é destacada em cada imagem. Para esforço reprodutivo, destaca-se a inflorescência. Para esforço reprodutivo sexual, as inflorescências se destacaram. Para o esforço reprodutivo assexuado, destacam-se os filhotes. Para o esforço reprodutivo da geneta, destacam-se os filhotes e a inflorescência.
Figura 2: Formulações do esforço reprodutivo.

As simulações demonstram que a forma como os filhotes são contabilizados na formulação do esforço reprodutivo para táxons iteróparos determinará se os táxons semelparos ou iteróparos exibem maior esforço reprodutivo.

Dois gráficos mostrando semanas no eixo x e esforço reprodutivo no eixo y. O gráfico à esquerda é um horizonte de tempo curto, com o crescimento da planta terminando em 100 semanas. O esforço produtivo reprodutivo da geneta é o maior, seguido das semelparas e iteróparas que apresentam valores semelhantes. O esforço reprodutivo sexual é o próximo, seguido pelo assexuado, que é o mais baixo. O gráfico à direita é um horizonte de longo prazo com o crescimento da planta terminando em 400 semanas. O esforço produtivo reprodutivo da geneta é o maior, seguido da assexuada. Semelparas, iteroparas e assexuadas têm valor zero até o início da produção de inflorescências em 250 semanas. Depois disso, os esforços reprodutivos aumentam, mas ainda permanecem abaixo dos valores genet e assexuados.
Figura 3: Esforço reprodutivo em horizontes curtos e longos para todas as formulações.

Para táxons de horizonte curto, quando o esforço reprodutivo é calculado ao longo da vida de uma roseta, o esforço reprodutivo semelparo é maior do que iteróparo quando a massa de filhotes é contabilizada como se fosse puramente vegetativa em táxons iteróparos (compare REs vs REa e REs na figura 3). No entanto, se a massa de filhotes e inflorescências forem incluídas na massa reprodutiva, como para a geneta, então o esforço reprodutivo iteróparo é maior (compare REs e REg vs REs na figura 3).

Da mesma forma, para taxa de horizonte longo, porque os filhotes adicionam e sustentam massa para a geneta por vários anos, os esforços reprodutivos iteróparos são maiores do que os semelparos se a massa da cria for incluída na massa reprodutiva, como para a geneta e reprodução assexuada (compare REg e REa vs REs na figura 3).

Os autores concluem, “se as diferenças na história de vida (isto é, iteróparas ou semelparas) correspondem a diferenças no esforço reprodutivo, então entender e quantificar essas diferenças pode fornecer informações valiosas ao construir estratégias destinadas a conservar essas e outras espécies de bromélias ameaçadas”.

LEIA O ARTIGO:

Bodine, EN, Bush, C., Capaldi, A., & Jabaily, RS (2023). Modelando diferenças no esforço reprodutivo entre estratégias reprodutivas iteróparas e semelparas em Bromeliaceae. Plantas in Silico, 5(1). https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac019